Arten von Druckbegrenzungsventilen - ein vollständiger Überblick

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31/07/2023
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Druckbegrenzungsventile - sie mögen so technisch klingen wie eine Seite aus einem technischen Handbuch, aber hey, sie sind eigentlich ziemlich einfach... und unglaublich wichtig. Bleiben Sie dran, während wir in die Welt der Druckentlastung eintauchen. Sind Sie bereit? Fantastisch.

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Was sind Druckbegrenzungsventile und wie funktionieren sie?

Ein Überdruckventil, allgemein als PRV bezeichnet, ist eine Sicherheitseinrichtung. Es ist so etwas wie ein Druckwächter, der immer darauf achtet, dass der Druck nicht aus dem Ruder läuft. Es ist ein wichtiger Bestandteil vieler Systeme, in denen sich aufgrund eines Betriebsfehlers ein Druck aufbauen kann, z. B. in Kesseln, Druckbehältern und Rohrleitungssystemen.

Diese cleveren kleinen Geräte sind so konzipiert, dass sie sich bei einem bestimmten Druck öffnen, um die Geräte vor einem Druck zu schützen, der ihre Konstruktionsgrenzen überschreitet. Sobald der eingestellte Druck erreicht ist... whoosh! Das Ventil öffnet sich und lässt die Prozessflüssigkeit aus dem System abfließen, wodurch eine mögliche Explosion verhindert wird. Genau wie Ihr treuer Kumpel, richtig?

Wenn der Druck wieder auf ein sicheres Niveau fällt, schließt sich das Ventil und verhindert den weiteren Durchfluss von Flüssigkeit. Dies ist auf die Federkraft zurückzuführen, die das Hauptventil unter normalen Bedingungen in seiner Position hält. Der Schließ- und der Öffnungsdruck eines PRV sind in der Regel identisch, aber manchmal kann es einen kleinen Unterschied geben. Der Schließdruck kann aufgrund der so genannten "Hysterese" etwas niedriger sein... aber das ist ein Thema für einen anderen Tag.

Und jetzt kommt der Clou: Der Hauptzweck eines Überdruckventils ist die Selbstbetätigung. Das ist richtig, es wird keine äußere Kraft benötigt. Es hängt alles vom Druck und der Einstellung des Ventils ab. Clever, nicht wahr?

Verschiedene Arten von Druckbegrenzungsventilen

Bevor wir weitermachen, sollten wir etwas klarstellen. Die Begriffe "Druckbegrenzungsventil" und "Sicherheitsventil" werden oft synonym verwendet. Sie sind sich zwar sehr ähnlich, aber es gibt einen entscheidenden Unterschied zwischen ihnen.

Ein Druckbegrenzungsventil (PRV) ist so konstruiert, dass es sich allmählich öffnet und die Flüssigkeit allmählich entweichen kann, wenn der Systemdruck steigt. Auf der anderen Seite, ein Sicherheitsventil (oder genauer gesagt das Sicherheitsventil) öffnet sich blitzschnell, wenn der Druck den eingestellten Grenzwert überschreitet. Stellen Sie sich das so vor, als würde eine Getränkedose platzen... nur viel kontrollierter und viel weniger chaotisch.

Wenn wir also über die Arten von Überdruckventilen sprechen, beziehen wir sowohl PRVs als auch Sicherheitsventile mit ein. Aber hey, genug geplaudert. Lernen wir die verschiedenen Arten von Druckbegrenzungsventilen kennen!

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Federbelastete Druckbegrenzungsventile

Der erste Punkt auf unserer großen Tour durch die Druckbegrenzungsventile ist der federbelastete Typ. Lassen Sie sich nicht vom Namen täuschen - diese Ventile sind nicht mit echten Federn belastet. Zumindest nicht so, wie Sie es sich vorstellen.

Der Begriff "federbelastet" bezieht sich hier auf die Konstruktion des Ventils. Es verwendet eine Federkraft, um das Ventil unter normalen Bedingungen geschlossen zu halten. Sobald der Systemdruck die von der Feder ausgeübte Kraft (den Ansprechdruck) übersteigt, öffnet sich das Ventil und lässt überschüssige Prozessflüssigkeit entweichen. Sobald der Druck wieder auf ein sicheres Niveau gesunken ist, schließt sich das Ventil wieder. Toll, nicht wahr?

Diese Ventile sind die gängigsten Arten von Druckbegrenzungsventilen und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Kesseln und Druckbehältern bis hin zu Rohrleitungssystemen und mehr. Sie sind zuverlässig, einfach zu bedienen und - das Beste von allem - sie benötigen keine externe Energiequelle. Das ist richtig, sie sind selbsttätig.

Pilotgesteuerte Druckbegrenzungsventile

Als Nächstes folgen die vorgesteuerten Druckbegrenzungsventile. Diese sind etwas komplexer als ihre federbelasteten Gegenstücke, aber auch vielseitiger. Lassen Sie mich das erklären.

Bei einem vorgesteuerten Ventil wird das Hauptventil durch ein Sekundärventil (das "Pilotventil") gesteuert. Das Pilotventil misst den Systemdruck und öffnet oder schließt sich entsprechend. Dies wiederum steuert den Betrieb des Hauptventils. Cool, nicht wahr?

Aber warum ein Pilotventil, fragen Sie sich? Nun, die Konstruktion des pilotgesteuerten Ventils ermöglicht eine genauere Steuerung des eingestellten Drucks. Das bedeutet, dass das Ventil in Systemen mit sehr hohem Druck eingesetzt werden kann oder in denen eine kleine Leckage katastrophale Folgen haben könnte. Denken Sie an Kernkraftwerke, und Sie werden die Idee verstehen.

Temperatur-aktivierte Druckbegrenzungsventile

Wie ihr Name schon sagt, dreht sich bei diesen Ventilen alles um die Temperatur. Sie sind so konzipiert, dass sie sich öffnen, wenn die Temperatur der Prozessflüssigkeit einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Das macht sie perfekt für Systeme, in denen ein Wärmestau ein Problem darstellen kann.

Temperaturgesteuerte Druckbegrenzungsventile sind in der Regel selbsttätig und benötigen keine externe Stromquelle. Sie werden am häufigsten in Heizungsanlagen und Warmwasserspeichern eingesetzt - überall dort, wo ein plötzlicher Temperaturanstieg zu einem Druckabfall führen kann.

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Druckbegrenzungsventile mit Ausgleichsfaltenbalg

Stellen Sie sich ein federbelastetes Druckbegrenzungsventil vor. Nun stellen Sie sich dieses Ventil mit einer zusätzlichen Komponente vor: einem Faltenbalg. Das ist, kurz gesagt, ein balgförmiges Überdruckventil.

Der Faltenbalg ist ein flexibles, akkordeonartiges Bauteil, das sich mit dem Ventilteller bewegt. Diese Konstruktion trägt dazu bei, die Wirkung von Gegendruck auf das Ventil Diese Ventile sind ideal für Systeme, in denen der Gegendruck variieren kann.

Druckbegrenzungsventile mit Düsen

Zu guter Letzt haben wir noch Überdruckventile mit Düsen. Diese sind ein wenig anders. Anstelle einer Scheibe und eines Sitzes verwenden diese Ventile eine Düse und eine Blende, um den Durchfluss der Prozessflüssigkeit zu steuern.

Düsenventile werden häufig in Systemen eingesetzt, in denen die Flüssigkeit verschmutzt ist oder Partikel enthält. Die Konstruktion des Ventils verhindert, dass es sich zusetzt, und gewährleistet eine zuverlässige Leistung auch unter schwierigen Bedingungen.

Vorteile und Nachteile der verschiedenen Ventiltypen

Druckbegrenzungsventile gibt es in einer Vielzahl von Ausführungen, die alle ihre eigenen Vor- und Nachteile haben. Die Wahl des optimalen Ventiltyps hängt von den Besonderheiten der Anwendung und den Systembedingungen ab. Zu den wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl eines Druckbegrenzungsventils zu berücksichtigen sind, gehören der erforderliche Ansprechdruck, die Flüssigkeitseigenschaften, der zulässige Gegendruck, die Kosten, die Wartungsanforderungen und die Betriebsbedingungen. Die nachstehende Tabelle enthält einen Vergleich der gängigen Druckbegrenzungsventiltypen und fasst die wichtigsten Vor- und Nachteile der einzelnen Ausführungen zusammen:

Ventil TypVorteileBenachteiligungen
Federbelastete Entlastungsventile* Einfaches und zuverlässiges Design 
* Geeignet für eine breite Palette von Anwendungen 
* Selbsttätig - keine externe Stromversorgung erforderlich
* Empfindlich gegen Gegendruck 
* Kann nicht mit sehr hohem Druck umgehen
Pilotbetätigte Entlastungsventile* Ermöglicht eine präzise Kontrolle des eingestellten Drucks 
* Kann sehr hohe Drücke bewältigen 
* Weniger anfällig für Ratterer
* Komplexeres Design 
* Höhere Wartungsanforderungen 
* Erhöhte Kosten
Temperatur-aktivierte Entlastungsventile* Aktiviert durch Temperaturanstieg 
* Keine externe Stromversorgung erforderlich 
* Geeignet für Systeme, die zu Wärmestau neigen
* Reagiert möglicherweise nicht schnell auf plötzliche Druckspitzen
Entlastungsventile mit Ausgleichsfaltenbalg* Kann schwankenden Gegendruck ausgleichen 
* Faltenbalg gleicht die Auswirkungen des Gegendrucks aus
* Mögliche Abnutzung oder Beschädigung des Faltenbalgs 
* Höhere Kosten als bei einfachen federbelasteten Ventilen
Entlastungsventile mit Düse* Widerstandsfähig gegen Verstopfung durch verschmutzte Flüssigkeiten 
* Zuverlässig bei Anwendungen mit Partikeln
* Teurer als andere Designs 
* Erhöhte Komplexität und Wartung
Kolbengesteuerte Entlastungsventile* sehr hohe Drücke bewältigen 
* Äußerst präzise eingestellte Drücke
* Komplexes Design 
* Anfällig für Verschleiß und Erosion 
* Regelmäßige Wartung erforderlich
Membran-Entlastungsventile* Hervorragend geeignet für flüssige Lebensmittel 
* Ausgewogenes Design 
* Schnelle Öffnung
* Mögliche Beschädigung der Membran 
* Generell höhere Kosten

Sicherheitsabblaseventile für Gas, Luft und flüssige Medien

Sicherheitsventile sind so etwas wie die Schweizer Armeemesser der Ventilwelt. Sie sind für alle Arten von Flüssigkeiten ausgelegt, von Gasen über Luft bis hin zu Flüssigkeiten. Aber sie sind nicht nur vielseitig, sondern auch sehr präzise. Sie öffnen sich blitzschnell, wenn der Druck den eingestellten Grenzwert überschreitet.

Gas und Luft sind komprimierbar, d. h. ihr Volumen kann sich unter Druck ändern. Flüssigkeiten hingegen sind inkompressibel - ihr Volumen bleibt gleich, egal wie viel Druck man ausübt. Der Umgang mit diesen verschiedenen Arten von Flüssigkeiten erfordert also ein wenig technisches Fingerspitzengefühl.

Sicherheitsventile für Gase und Luft sind in der Regel so eingestellt, dass sie bei einem Druck öffnen, der leicht über dem maximalen Systemdruck liegt. Dies soll verhindern, dass das Ventil aufgrund kleiner Druckschwankungen klappert (schnelles Öffnen und Schließen).

Auf der anderen Seite erfordern Sicherheitsventile für Flüssigkeiten einen etwas anderen Ansatz. Sie sind in der Regel so eingestellt, dass sie sich bei einem Druck öffnen, der knapp unter dem maximal zulässigen Systemdruck liegt. Der Grund dafür ist, dass ein plötzlicher Druckanstieg in einer Flüssigkeit Wasserschlag verursachen kann - eine Druckwelle, die Geräte beschädigen kann.

Regelstation mit Druckbegrenzungsventilen. Regelstation mit Druckbegrenzungsventilen. Druck "Überdruckventile" Stock Bilder, lizenzfreie Fotos & Bilder

Auswählen der richtigen Druckeinstellung

Nachdem wir nun die verschiedenen Arten von Druckbegrenzungsventilen kennengelernt haben, sollten wir über die Wahl der richtigen Druckeinstellung sprechen. Es ist ein bisschen so, wie wenn man die richtige Temperatur für den Backofen wählt - zu hoch, und der Kuchen könnte verkohlen; zu niedrig, und er wird vielleicht gar nicht gar.

Der "Ansprechdruck" eines Überdruckventils ist der Druck, bei dem das Ventil zu öffnen beginnt. Er ist in der Regel auf einen Wert eingestellt, der leicht über dem maximal zulässigen Betriebsdruck (MAWP) der zu schützenden Anlage liegt.

Denken Sie daran, dass es darum geht, zu verhindern, dass der Druck die Auslegungsgrenze des Geräts überschreitet, und nicht darum, einen bestimmten Druck aufrechtzuerhalten. Der Einstelldruck sollte also hoch genug sein, um unnötige Öffnungen zu vermeiden, aber niedrig genug, um das Gerät vor Überdruck zu schützen.

Typische Materialien für Druckbegrenzungsventile und Schlüsselkomponenten

Druckbegrenzungsventile sind aus sehr robustem Material gefertigt. Das müssen sie auch sein, wenn man bedenkt, welche Aufgabe sie haben. Aber woraus genau sind sie gemacht?

Die meisten Überdruckventile werden aus Materialien wie Edelstahl, Bronze oder Gusseisen hergestellt. Diese Materialien werden aufgrund ihrer Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit ausgewählt. Schließlich wollen Sie nicht, dass Ihr Ventil rostet oder kaputt geht, wenn Sie es am meisten brauchen.

Zu den wichtigsten Komponenten eines Überdruckventils gehören das Hauptventil (oder der Ventilteller), der Sitz, die Feder, die Haube und - bei einigen Ventilen - der Faltenbalg. Jede Komponente hat ihre eigene Aufgabe beim Betrieb des Ventils. Das Hauptventil steuert beispielsweise den Durchfluss der Prozessflüssigkeit, während die Feder die Kraft liefert, die erforderlich ist, um das Ventil unter normalen Bedingungen geschlossen zu halten.

Installationsüberlegungen für Druckbegrenzungsventile

Kommen wir nun zum Einbau dieser kleinen Helden. Man kann ein Überdruckventil nicht einfach irgendwo anbringen und erwarten, dass es seine Aufgabe erfüllt. Nein, es gibt einige wichtige Dinge zu beachten.

Erstens muss das Ventil am höchsten Punkt im System oder am Druckbehälter installiert werden. Dies liegt daran, dass Druckbegrenzungsventile auf der Grundlage des statischen Drucks der Flüssigkeit funktionieren, der am niedrigsten Punkt im System am höchsten ist.

Zweitens muss die Einlassseite des Ventils mit dem System verbunden sein, und die Auslassseite muss zur Atmosphäre hin offen sein oder an ein Abflussrohr angeschlossen werden. Außerdem müssen Sie sicherstellen, dass die Rohrleitungen den Flüssigkeitsstrom aus dem Ventil nicht behindern.

Schließlich müssen Druckbegrenzungsventile vertikal mit der Haube nach oben eingebaut werden. Dadurch kann die Prozessflüssigkeit aus dem Ventil abfließen und Ablagerungen werden vermieden.

Regelstation mit Druckbegrenzungsventilen. Regelstation mit Druckbegrenzungsventilen. Druck "Überdruckventile" Stock Bilder, lizenzfreie Fotos & Bilder

Anforderungen an Inspektion und Wartung

Wie jedes andere Gerät brauchen auch Druckbegrenzungsventile ein wenig Pflege, damit sie in Topform bleiben. Regelmäßige Inspektionen und Wartungen können dazu beitragen, Ausfälle zu vermeiden und die Lebensdauer des Ventils zu verlängern.

Zu den Inspektionen gehören in der Regel die Überprüfung des Ventils auf Anzeichen von Beschädigung oder Verschleiß sowie die Kontrolle des Ansprechdrucks und des Entlastungsdrucks. Die Wartung hingegen kann die Reinigung des Ventils, den Austausch verschlissener Komponenten und die Neukalibrierung des Ansprechdrucks umfassen.

Vergessen Sie nicht, dass die Sicherheitsventile zu Ihrem Schutz da sind. Es lohnt sich also, sich die Zeit zu nehmen, um sie zu pflegen.

Normen und Zertifizierungen für Druckbegrenzungsventile

Wenn es um Druckbegrenzungsventile geht, kann man nicht einfach improvisieren. Nein, es gibt strenge Normen und Zertifizierungen, die sicherstellen, dass diese Geräte ihre Aufgabe effektiv und sicher erfüllen.

Eine der wichtigsten Organisationen, die diese Normen überwachen, ist die American Society of Mechanical Engineers (ASME). In ihrem Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC) ist ein spezieller Abschnitt den Druckentlastungsvorrichtungen gewidmet. In diesem Abschnitt, der als ASME Section VIII bekannt ist, werden die Anforderungen an die Konstruktion, die Werkstoffe und die Prüfung von Druckbegrenzungsventilen beschrieben.

Weitere wichtige Normen sind API 520 und API 526 vom American Petroleum Institute und ISO 4126 von der Internationalen Organisation für Normung.

Anwendungen von Druckbegrenzungsventilen nach Branchen

AnmeldungBeschreibung
KolbenkompressorenAn Zylinderköpfen installierte Kolbensicherheitsventile verhindern Schäden durch Überdruck. Der Kolben hebt sich gegen eine kalibrierte Feder, wenn der Prozessdruck den eingestellten Druck überschreitet, so dass überschüssiges Gas entweichen kann.
MembransicherheitsventileMembranventile bieten einen zuverlässigen, präzisen Öffnungsvorgang. Die Membran springt auf, wenn der Eingangsdruck die Federkraft überwindet. Der Durchmesser der Auslassöffnung ist für die erforderliche Durchflussmenge bei vollem Hub ausgelegt.
Konventionelle SicherheitsabblaseventileEnthalten Einlassstutzen, Auslassöffnung, Federgehäuse und Hauptventil. Bei vorgesteuerten Versionen wird die Öffnung des Hauptventils durch ein externes Pilotventil gesteuert, um die Genauigkeit des Ansprechdrucks zu erhöhen.
Öl und Gas, Chemie, Stromerzeugung, FertigungSchutz von Geräten vor katastrophalen Ausfällen aufgrund von übermäßigem Innendruck. Muss strenge Industrienormen erfüllen, insbesondere bei hohen Temperaturen.
ASME BPVC Abschnitt VIIIEnthält Anforderungen an die Konstruktion, die Werkstoffe und die Prüfung von Sicherheitsventilen für Kessel, Druckbehälter und Rohrleitungen in den Vereinigten Staaten. Die Ventile sind mit einem auf dem MAWP basierenden Ansprechdruck gestempelt.
Flüssiger ServiceStellen Sie den Druck knapp unter der Wasserlinie ein, um Rütteln zu vermeiden.
Zwangsdurchströmte DampferzeugerDer eingestellte Druck übersteigt den festgelegten Druck des Dampfdoms.
Kuppel-DruckkammernVorgesteuerte Ventile ermöglichen engere Einstelldrücke für große Bohrungsdurchmesser.
Faltenbalg-SicherheitsventileGut geeignet für unterschiedliche Gegendrücke. Schutz vor Überdruck und übermäßigem internen Vakuum.
Inspektion, Prüfung und WartungIn allen Branchen von entscheidender Bedeutung, um Ausfälle zu verhindern und die ordnungsgemäße Funktion im Bedarfsfall zu gewährleisten. Schutz von Vermögenswerten und Personal.

Schlussfolgerung

So, das war's - ein vollständiger Überblick über die verschiedenen Arten von Überdruckventilen. Diese kleinen Geräte mögen kompliziert erscheinen, aber in Wirklichkeit geht es bei ihnen um Sicherheit. Sie sind so etwas wie die stillen Superhelden der industriellen Welt, die immer auf der Hut sind und eingreifen, wenn der Druck außer Kontrolle gerät.

Wenn Sie also das nächste Mal in der Nähe eines Kessels oder einer Rohrleitung sind, nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um das bescheidene Überdruckventil zu würdigen. Es sieht vielleicht nicht nach viel aus, aber es erfüllt eine unglaublich wichtige Aufgabe.

Und damit ist unsere Reise in die Welt der Überdruckventile zu Ende. Aber denken Sie daran, dass dies nur die Spitze des Eisbergs ist. Es gibt eine ganze Welt von Ventilen, jedes mit seinen eigenen einzigartigen Designs und Funktionen. Bleiben Sie also auf Entdeckungsreise, und man weiß nie, was Sie noch alles entdecken werden!

de_DEDE