Überdruckventil erklärt: Wie es Industriesysteme schützt

Entdecken Sie das Sicherheitsgerät, das in den meisten Industrien für die Druckstromkontrolle verwendet wird: das Überdruckventil. Es ist eine Ausrüstung, die in der Industrie vorhanden sein muss, um ein überdruckbeaufschlagtes Gefäß zu kontrollieren.

Ein Überdruckventil (Druckentlastungsventil) ist ein Sicherheitsgerät, das entwickelt wurde, um ein druckbeaufschlagtes System bei einem Überdruckereignis während des Betriebs zu sichern. Das System ist heute als elektronisches, pneumatisches und hydraulisches System weit verbreitet. Die verschiedenen Typen erfüllen denselben Zweck in unterschiedlichen Anwendungen und werden als Überdruckventil, Entlastungsventil oder Sicherheitsventil bezeichnet.

Je nach Systemtyp kann die Energiequelle für den Betrieb Elektrizität oder Druckluft sein. Da sein Zweck darin besteht, den Druck zu kontrollieren, damit Leben und Eigentum sicher sind, muss ein Überdruckventil lange funktionsfähig sein und jederzeit betriebsbereit sein. Ein professioneller Bediener mit Erfahrung muss verantwortlich sein, um den ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen, da kein Spielraum für Fehler besteht.

Heute betrachten wir Definition, Funktionen, Anwendungen, Funktionsweise, Typen, Komponenten, Auswahlkriterien, Vorteile und Limitationen eines Überdruckventils.

Was ist ein Überdruckventil?

Ein Überdruckventil oder Entlastungsventil ist ein spezieller Typ von Sicherheitsventilsystem, das verwendet wird, um den Druck in einem System zu kontrollieren oder zu begrenzen. Es kann manuell oder automatisch von einem druckbeaufschlagten Gefäß oder Rohrleitungssystem gesteuert werden. Das unter Druck stehende Fluid oder Gas wird in einen Behälter oder in die Atmosphäre abgelassen, um Druck über dem maximal zulässigen Betriebsdruck (MAWP) abzubauen.

Der primäre Zweck eines Überdruckventils ist der Schutz von Druckbehältern oder Systemen vor katastrophalem Versagen. Katastrophales Versagen könnte bei einem Überdruckereignis verheerend sein – sei es flüssig oder gasförmig.

Dieses Gerät wird weit in petrochemischen, raffinerietechnischen, chemischen Fertigungsindustrien eingesetzt. Industrien, in denen Erdgasverarbeitung stattfindet, und Kraftwerksanlagen sowie Wasserversorgungsindustrien nutzen Überdruckventile ebenfalls gut. Obwohl es allgemein als Entlastungsventil bekannt ist, kann es je nach Anwendungsbereich als Überdruckventil (PRV), Drucksicherheitsventil (PSV) oder Sicherheitsventil bezeichnet werden. Beachten Sie, dass Design und Betrieb dieser Ventile leicht unterschiedlich sind.

Funktionsprinzip

Die Funktionsweise eines Entlastungsventils ist recht komplex, aber leicht verständlich. Es besteht aus Kugel, Poppet oder Schieber, die von einer Feder entgegengesetzt werden, welche in eine Kavität oder einen gebohrten Körper eingesetzt ist. Ein hydraulisches System wird oft verwendet, um den Fluiddruck in dem Schaltkreisabschnitt, in dem sie installiert sind, zu begrenzen.

Der Poppet hat die Form einer Scheibe oder eines kegelförmigen Objekts, das in einem gegenüberliegenden Maschinensitz montiert ist. Wenn das Teil durch Federdruck kraftgeschlossen wird, entsteht sehr geringe Leckage. Der Schieber ist ein zylindrischer, bearbeiteter Stahlstab mit Messrillen oder Kerben, der ebenfalls durch Federdruck gehalten wird. Er leckt mehr als ein Poppet-Ventil, bietet aber überlegene Dosierwirkungen.

Ein Entlastungsventil wird oft in einem hydraulischen System nach der Pumpe installiert, da es eine direkte, effektive und schnelle Reaktion bietet, wenn das Ventil öffnet, um überschüssiges Fluid in einen Behälter abzulassen. Das Fluid kann flüssig, gasförmig oder flüssig-gasförmig sein. Dies reduziert den Druck auf seine Federeinstellung. Das Ventil öffnet sich, wenn der durch Gegendruck oder nachgeschalteten Druck verursachte Druck hoch genug ist, um den Poppet oder Schieber gegen seine Feder zu öffnen.

Bei der Funktionsweise eines Entlastungsventils wird übermäßig unter Druck stehendes Fluid über einen offenen Weg in einen Tank geleitet, um den Arbeitsanschlussdruck zu reduzieren. Sobald der Fluiddruck zu steigen beginnt, wird Kraft auf die Unterseite des Schiebers oder Poppets ausgeübt. Dies ermöglicht dem Ventil, sich zunächst mäßig zu öffnen und wenig Fluid abzulassen, soweit erforderlich, um den nachgeschalteten Druck aufrechtzuerhalten. Wenn der nachgeschaltete Druck jedoch weiter steigt, wird die auf den Poppet oder Schieber wirkende Kraft ihn weiter in Richtung Feder drücken, bis der Punkt erreicht ist, an dem die Federkraft durch die hydraulische Kraft ausgeglichen wird.

Video zum leichteren Verständnis der Funktionsweise eines Entlastungsventils:

Der Druckanstieg resultiert aus der Kombination von Lastdruck, Gegendruck und der Energie, die zum Strömen durch das Ventil selbst erforderlich ist. Die initiale Fluidkraft überwindet die Sitzkraft der Feder mit Hilfe des Ansprechdrucks. Während das Ventil mehr Fluid in den Tank fließen lässt, ist die Druckanstiegsrate sicher, da die Kräfte des unter Druck stehenden Fluids der Kompressionsrate der Feder entgegenwirken. Wenn das Ventil fast vollständig geöffnet ist, steigt der Druck wieder an, da das Ventil aufgrund der Strömungskräfte am Boden öffnet.

Wenn der Betrieb oder der Gegendruck abnimmt, beginnt das Ventil zu schließen. Dies geschieht mit unterschiedlichen Raten als beim Öffnen. Der Unterschied zwischen der Öffnungs- und Schließkurve wird als Hysterese bezeichnet; sie ist indikativ und anweisend für die Qualität der Konstruktion. Dies liegt daran, dass hochwertigere Ventile mit fortschrittlicher Konstruktion einen geringeren Druckanstieg mit besserer Hysterese ermöglichen.

Typen von Überdruckventilen

Es gibt drei grundlegende Typen von Überdruckventilen:

Konventionell federbelastet (Conventional Spring Loaded):

Der konventionell federbelastete Typ des Entlastungsventils enthält Haube, Feder und Führung in den freigesetzten Fluide. Sein Entlastungsdruck wird durch Gegendruck verringert, wenn die Haube zur Atmosphäre entlüftet ist. Wenn die Haube jedoch intern zum Auslass entlüftet ist, erhöht der Rückdruck des Entlastungssystems den Einstelldruck.

Diese Typen von Überdruckventilen werden in nicht korrosiven Medien und dort eingesetzt, wo der Gegendruck nicht bis zu 10 % des Einstellpunkts beträgt.

Ausgeglichen federbelastet (Balanced Spring Loaded):

Das Design eines ausgeglichen federbelasteten Ventils dient dazu, Haube, Feder und Führung vor den freigesetzten Fluide zu schützen und die Auswirkungen von Gegendruck zu reduzieren. Seine Scheibenfläche ist zur Atmosphäre entlüftet, und eine andere Scheibe ist dem Gegendruck ausgesetzt. Die entlüftete Scheibe ist gleich der exponierten Scheibe.

Ausgeglichen federbelastete Ventile werden in korrosiven und verschmutzten Medien und mit variablem Gegendruck eingesetzt.

Pilotgesteuert (Pilot Operated):

Das pilotgesteuerte Ventil wird von einem Hilfsdruckpiloten gesteuert. Die Widerstandskraft auf den Kolben im Hauptventil wird durch den Druck während des Betriebs durch eine Drossel erreicht. Die netto Sitzkraft auf dem Kolben steigt tatsächlich an, wenn sich der Prozessdruck dem Einstellpunkt nähert.

Verschiedene Typen von Entlastungsventilen mit unterschiedlichem Design:

Sicherheitsventil (Safety Valve):

Ein Sicherheitsventil ist ein Überdruckventil, das durch Einlassstatischen Druck arbeitet und so konzipiert ist, dass es mit einer Sprungöffnung (Pop-Action) schnell öffnet. Es wird weit für Luft- und Dampfdienste eingesetzt. Ein Sicherheitsventil ist in zwei Formen erhältlich:

• Niedrighub-Sicherheitsventil: Bei einem niedrighub-Sicherheitsventil hebt sich die Scheibe automatisch so an, dass die Scheibenposition den tatsächlichen Austrittsquerschnitt bestimmt.
• Vollhub-Sicherheitsventil: Bei diesem Sicherheitsventil wird die Scheibe ebenfalls automatisch angehoben, aber der tatsächliche Austrittsquerschnitt wird nicht durch die Position der Scheibe bestimmt.

Entlastungsventil (Relief Valve):

Ein Entlastungsventil ist ein Druckentlastungsgerät, das mit einem Einlassstatischen Druck für seine Funktion ausgelegt ist. Es hat einen allmählichen Hub, der im Allgemeinen proportional zum Druckanstieg über dem Öffnungsdruck ist. Es ist für geschlossene Ablasssysteme geeignet, da es in einem Federgehäuse eingeschlossen ist.

Sicherheitsentlastungsventil (Safety Relief Valve):

Ein Sicherheitsentlastungsventil ist ein Überdruckventil, das durch seine schnelle Öffnung oder Sprungaktion charakterisiert ist. Auch bekannt für seine proportional zum Druckanstieg über dem Öffnungsdruck öffnende Wirkung, basierend auf seiner Anwendung. Sicherheitsentlastungsventile werden entweder für Flüssigkeiten oder komprimierbare Fluide verwendet. Der gängige Typ ist das konventionelle und ausgeglichene Sicherheitsentlastungsventil, das zuvor erklärt wurde.

Kraftbetätigtes Überdruckventil (Power-Actuated Pressure Relief Valve):

Ein kraftbetätigtes Überdruckventil enthält ein Entlastungsgerät, das mit einem Gerät verbunden und gesteuert wird, das eine externe Energiequelle erfordert.

Temperaturbetätigtes Überdruckventil (Temperature-Actuated Pressure Relief Valve):

Ein temperaturbetätigtes Überdruckventil kann durch externe oder interne Temperatur oder durch Druck auf der Einlassseite betätigt werden.

Vakuumentlastungsventil (Vacuum Relief Valve):

Ein Vakuumentlastungsventil ist ein Druckentlastungsgerät, das Fluid zulässt, um ein übermäßiges internes Vakuum zu verhindern. Es ist so ausgelegt, dass es wieder schließt, um einen weiteren Fluidstrom nach Wiederherstellung normaler Bedingungen zu verhindern.

Komponenten eines Entlastungsventils

Auswahlkriterien für ein Überdruckventil

Nachfolgend sind Punkte aufgeführt, die ein Ingenieur oder Fachmann in diesem Bereich bei der Auswahl eines Entlastungsventils berücksichtigt:

• Designüberlegungen, die Größe, Material, Produkt, Komplexität etc. umfassen
• Die individuelle Entlastungslast sollte bestimmt werden
• Ursachen von Überdruck
• Verschiedene Typen von Entlastungsgeräten und ihre Eigenschaften sollten betrachtet werden, um die beste Option zu sehen
• Auswahl geeigneter Entlastungsgeräte zur Bewältigung der auferlegten Lasten. Mehrere Komponenten müssen berücksichtigt werden. Teile wie Einstelldruck, Gegendruck, Dual-Entlastungsventil, mehrfache Entlastungsventile müssen zur Kapazität des Entlastungsgeräts passen
• Installationsüberlegungen
• Einlass- und Auslassrohrleitung
• Reaktive Kräfte
• Nachrohrüberlegungen
• Schnelles Takten
• Resonantes Flattern, das auftritt, wenn die Einlassrohrleitung übermäßigen Verlust am Ventileinlass erzeugt
• Flüssigkeitsablassüberlegungen

Zusammenfassend ist ein Überdruckventil ein Sicherheitsgerät, das in der Industrie verwendet wird, um Leben und Eigentum zu schützen. Wir haben die verschiedenen Typen und Komponenten von Überdruckventilen gesehen, wie sie funktionieren und auch Auswahlkriterien.

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