Übungsaufgabe 3: Wie soll ein Sicherheitsventil für Vakuum konstruiert werden?
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Übung 3: Wie werden Sicherheitsventile für Vakuumbehälter entworfen, berechnet und ausgewählt? Gibt es genaue Standards? In GB150 steht, dass zur Verhinderung von Überdruck Maßnahmen getroffen werden sollten – aber wohl keine Maßnahmen gegen Vakuum
Beispiel für die Berechnung eines Sicherheitsventils: Ein Sicherheitsventil ist eines der Sicherheitselemente, die dazu dienen, im Betrieb von Druckbehältern einen Überdruck abzuleiten. Zudem gehört es zu den Pflichtuntersuchungen bei regelmäßigen Prüfungen von Druckbehältern. Es umfasst zwei Hauptserien zur Verhinderung von Überdruck und Vakuum: Einerseits dient es dazu, einen Überdruck im Inneren des Behälters abzuführen und so ein Versagen des Behälters zu verhindern; andererseits dient es dazu, externe Medien aufzunehmen, um ein Versagen der Steifigkeit des Behälters zu vermeiden. Druckbehälter, die unter den Anwendungsbereich der Richtlinien fallen, sind gemäß den Anforderungen der Konstruktionspläne mit Sicherheitsventilen auszustatten. I. Auswahlmethode der Sicherheitsventile
a) Das Sicherheitsventil wird anhand von Berechnungen ausgewählt. Der Nenndurchmesser muss so gewählt werden, dass die Entlastungskapazität des Sicherheitsventils ≥ die maximale Entlastungsmenge des Druckbehälters ist.
b) Die Druckklasse des Sicherheitsventils wird anhand des Designdrucks und der Designtemperatur des Druckbehälters bestimmt.
c) Für Sicherheitsventile, die für Dampf mit einem Öffnungsdruck von mehr als 3 MPa oder für Gase mit einer Temperatur von über 320 °C verwendet werden, sollte eine Variante mit Kühlrippen verwendet werden.
d) Für brennbare oder äußerst/hochgefährliche Medien müssen geschlossene Sicherheitsventile verwendet werden. Falls ein Ventil mit Hebevorrichtung erforderlich ist, sollte es sich um ein geschlossenes Ventil mit Schraubenschlüssel handeln.
e) Wenn das Sicherheitsventil möglicherweise einer wechselnden Rückdruckbelastung ausgesetzt ist, wobei die Änderung mehr als 10 % des Öffnungsdrucks beträgt, sollten Ventile mit Membranen verwendet werden.
f) Für nicht gefährliche Medien wie Luft, heißes Wasser ab 60 °C oder Dampf sollten Ventile mit Schraubenschlüssel verwendet werden.
g) Bei Tankfahrzeugen für flüssige Stoffe sollten integrierte Sicherheitsventile verwendet werden.
h) Je nach Eigenschaften des Mediums sollte das geeignete Material für das Sicherheitsventil gewählt werden: Bei Ammoniak darf kein Kupfer oder ein Ventil aus Kupfer verwendet werden. Bei Acetylen dürfen keine Ventile aus Kupfer mit 70 % Kupferanteil oder aus Messing verwendet werden.
i) Bei Bedingungen mit hoher Entlastungsmenge sollten vollständig geöffnete Ventile verwendet werden. Bei stabilen Arbeitsbedingungen mit geringer Entlastungsmenge sind leicht geöffnete Ventile geeignet. Bei hohem Druck und hoher Entlastungsmenge sind Ventile, die nicht direkt betrieben werden können, wie z. B. Pulsventile, geeignet. Bei Behältern mit einer Länge von mehr als 6 m sollten zwei oder mehr Sicherheitsventile installiert werden.
j) Bei festen Behältern mit niedrigem Arbeitsdruck können Ventile vom Typ „Schwerlast“ oder „Hebelventile“ verwendet werden. Bei mobilen Geräten sollten Federventile verwendet werden.
k) Bei Medien, die zähflüssig sind und leicht verstopfen können, sind Kombinationen aus Sicherheitsventilen und Druckventilen geeignet.
l) Die Federdruckklasse des Sicherheitsventils wird anhand des Nenndrucks des Ventils ausgewählt.
a) Das Sicherheitsventil wird anhand von Berechnungen ausgewählt. Der Nenndurchmesser muss so gewählt werden, dass die Entlastungskapazität des Sicherheitsventils ≥ die maximale Entlastungsmenge des Druckbehälters ist.
b) Die Druckklasse des Sicherheitsventils wird anhand des Designdrucks und der Designtemperatur des Druckbehälters bestimmt.
c) Für Sicherheitsventile, die für Dampf mit einem Öffnungsdruck von mehr als 3 MPa oder für Gase mit einer Temperatur von über 320 °C verwendet werden, sollte eine Variante mit Kühlrippen verwendet werden.
d) Für brennbare oder äußerst/hochgefährliche Medien müssen geschlossene Sicherheitsventile verwendet werden. Falls ein Ventil mit Hebevorrichtung erforderlich ist, sollte es sich um ein geschlossenes Ventil mit Schraubenschlüssel handeln.
e) Wenn das Sicherheitsventil möglicherweise einer wechselnden Rückdruckbelastung ausgesetzt ist, wobei die Änderung mehr als 10 % des Öffnungsdrucks beträgt, sollten Ventile mit Membranen verwendet werden.
f) Für nicht gefährliche Medien wie Luft, heißes Wasser ab 60 °C oder Dampf sollten Ventile mit Schraubenschlüssel verwendet werden.
g) Bei Tankfahrzeugen für flüssige Stoffe sollten integrierte Sicherheitsventile verwendet werden.
h) Je nach Eigenschaften des Mediums sollte das geeignete Material für das Sicherheitsventil gewählt werden: Bei Ammoniak darf kein Kupfer oder ein Ventil aus Kupfer verwendet werden. Bei Acetylen dürfen keine Ventile aus Kupfer mit 70 % Kupferanteil oder aus Messing verwendet werden.
i) Bei Bedingungen mit hoher Entlastungsmenge sollten vollständig geöffnete Ventile verwendet werden. Bei stabilen Arbeitsbedingungen mit geringer Entlastungsmenge sind leicht geöffnete Ventile geeignet. Bei hohem Druck und hoher Entlastungsmenge sind Ventile, die nicht direkt betrieben werden können, wie z. B. Pulsventile, geeignet. Bei Behältern mit einer Länge von mehr als 6 m sollten zwei oder mehr Sicherheitsventile installiert werden.
j) Bei festen Behältern mit niedrigem Arbeitsdruck können Ventile vom Typ „Schwerlast“ oder „Hebelventile“ verwendet werden. Bei mobilen Geräten sollten Federventile verwendet werden.
k) Bei Medien, die zähflüssig sind und leicht verstopfen können, sind Kombinationen aus Sicherheitsventilen und Druckventilen geeignet.
l) Die Federdruckklasse des Sicherheitsventils wird anhand des Nenndrucks des Ventils ausgewählt.