CSE-Engineering Center of Safety Excellence GmbH
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Sicherheitseinrichtungen

BERATUNG | BERECHNUNG | AUSLEGUNG

Druckentlastung ist Vertrauenssache

Berstscheibe, Sicherheitsventil oder PLT-Sicherheitseinrichtung? Jede Schutzeinrichtung hat individuelle Vorteile. Die Auslegung kann sehr komplex sein. So komplex wie heutige Notentlastungsleitungen, die quer durch Betriebe in Auffangbehältern, Quenchen oder Abscheidern münden. Dazu gibt es Normen und Regelwerke, die sich laufend ändern – Normen wie ISO 4126, AD 2000, API 520, etc. – und viele ergänzende Publikationen.

CSE-Engineering ist spezialisiert auf die Auslegung von Notentlastungen und ergänzende Leistungen rund um die Sicherheit von Prozessen und Anlagen. Die Erfahrung aus hunderten Projekten und unseren Leadership-Gruppen geben unseren Kunden Sicherheit.

Kontakt

Alexander Böhme, M.Sc.
Process Safety Engineer

phone_in_talk +49 721 6699 4811
email E-Mail senden

Sicherheitseinrichtungen für Apparate und Anlagen

Reaktoren | Druck- | Sammelbehälter

Kolonnen

Wärmeübertrager | Kondensatoren

Trockner

Rohrleitungen

Lagertanks

Referenzen:

CSE-Geschäftsführer Prof. Jürgen Schmidt ist Vorsitzender des Normungsausschusses für die Normenreihe ISO 4126 (Auslegung von Sicherheitsventilen und Berstscheiben). Die Berechnungsvorschrift für Sicherheitsventile in der ISO 4126 Teil 10 wurde von den Process Safety Engineers der CSE-Engineering entwickelt, erweitert und validiert.

Das CSE-Engineering leitet den Industrie-Erfahrungsaustausch EURISG (European Industrial Sizing Group) mit mehr als 15 namhaften Unternehmen seit 2015 und beschäftigt sich seit vielen Jahren sowohl mit der effektiven Lösung einfacher Druckabsicherungen als auch mit komplexesten Auslegungsfällen.

Das Berechnungsprogramm CSE PROSaR wurde vom CSE-Engineering und repräsentiert den aktuellen Stand der Technik bei den Auslegungen von Sicherheitseinrichtungen.

Erforderliche Unterlagen:

Für die Auslegung von Druckentlastungseinrichtungen werden üblicherweise folgende Informationen und Dokumente benötigt:

  • Verfahrensbeschreibung des Prozesses
  • Betriebsbedingungen | -zustände
  • R&I-Fließbilder
  • Isometrie vorhandener Absicherungsleitungen
  • Sicherheitsbetrachtung | Auslegungsszenario

Optional:

  • Bisheriges Absicherungskonzept
  • Experimentelle Untersuchungen zur Wärmetönung einer Reaktion (siehe auch Reaktionskalorimetrie)
  • Stoffdaten der beteiligten Stoffe

Vorgehen

Die Auslegung von Sicherheitseinrichtungen nach ISO 4126-7 erfolgt typischerweise in sechs Schritten (vgl. Abbildung).

Der abzuführende Massenstrom wird individuell für den Auslegungsfall bestimmt. Er ist abhängig von der Art des Energieeintrags, beispielsweise bei einer Fehlbeheizung, einem Kühlungsausfall, einem Feuer oder einer chemische Durchgehreaktion. Manchmal bleibt auch ein Ventil hängen oder es verkrustet.

Die Größe der Sicherheitseinrichtung – und damit ein Stück weit auch die Kosten – werden festgelegt durch den abzuführenden Massenstrom. Hier lohnt es sich, sorgfältig und genau zu sein. Sprechen Sie mit uns.

CSE-Engineering – Auslegung nach ISO 4126-7

Auslegung eines Sicherheitsventils analog ISO 4126-7.

Ergebnis der Auslegungsrechnung

Für Ihre individuelle Lösung erhalten Sie einen Sicherheitsbericht mit den verwendeten Eingabedaten und einer Empfehlung für eine passende Berstscheibe oder ein geeignetes Sicherheitsventil. Auch die erforderliche Größe der angeschlossenen Leitungen wird beschrieben.

Auf Wunsch werden alle Daten kompakt in einem Auslegungsdatenblatt zusammengefasst.

Je nach Aufgabe werden optional auch das Auslegungsszenario, der abzuführende Massenstrom, Reaktionskräfte auf die Leitungen und weitere Ergebnisse beschrieben.

Den Umfang und den Inhalt des Berichtes passen wir nach Ihren Erfordernissen an. Sprechen Sie mit uns.

Projektdauer

Eine typische Auslegung für einen Standardfall ist in sehr kurzer Zeit erledigt. Ein halber Tag kann bereits ausreichend sein. Meistens ist jedoch die Beratung das entscheidende, die Unterstützung beim Zusammentragen aller relevanten Informationen und Daten. Hier liegt die besondere Stärke der CSE-Engineering.

Komplexe Fragestellungen können erheblich aufwendiger sein. Grundsätzlich versuchen wir immer, zunächst einfache Lösungen zu erreichen und nur wenn dies nicht zielführend ist, werden genauere und aufwendigere Werkzeuge verwendet. Bis wir die Lösung haben.

Individuelle Fragestellungen

Bei CSE-Engineering lösen wir gerne individuelle Fragen. Dazu nutzen wir unsere verfahrens- und sicherheitstechnischen Erfahrungen. Oder wir wenden spezielle Werkzeuge an, z.B. CFD-Simulationen in unserem CSE3D-Labor. Fragen Sie uns.

Übersicht Sicherheitseinrichtungen:

  • Klassische Druckentlastungsventile für Behälter
  • Berstsicherungen
  • Wärmetauscher-Druckabsicherungen
  • Hochdruckarmaturen
  • Belüftungsarmaturen für Lagertanks
  • Tankabsicherungen
  • Explosionssicherungen
  • Überströmer, z.B. bei Kompressoren
  • Ventile für thermische Ausdehnungen
  • Sicherheitseinrichtungen im Kryobereich
  • Laborventile
  • Begrenzungsblenden
  • Berstklappen
  • etc.

Übersicht Medien:

  • Gase | Dämpfe
  • Flüssigkeiten
  • Explosionsfähige Gase
  • Druckverflüssigte Medien, z.B. Kältemittel wie Ammoniak, Propan, etc.
  • Verdampfende Flüssigkeiten und Zweiphasenströmungen
  • Gemische mit Feststoffen
  • Gasentlösende Flüssigkeiten (z.B. bei hohen Drücken)
  • Mehrkomponenten-Gemische
  • Hochviskose Polymere
  • Tiefkalte Medien (Kryoanwendungen)
  • Überkritische Medien
  • Stäube und Staub | Luft – Gemische

Regelwerke, Publikationen, Handbücher

CSE-Engineering legt Sicherheitseinrichtungen nach dem Stand der Technik aus. Dazu nutzen wir nationale und internationale Regelwerke, Publikationen und unsere jahrelange Erfahrung.

Regelwerke
  • DIN EN ISO 4126 Teil 1 bis 10: Sicherheitseinrichtungen gegen unzulässigen Überdruck
  • EN ISO 23251: Erdöl-, Petrochemische und Erdgasindustrie – Druckentlastungs- und Druckausgleichssysteme

  • AD 2000 Merkblatt A1 und A2: Sicherheitseinrichtungen gegen Drucküberschreitung
  • API 520, 2014, Part I – Sizing and Selection of Pressure-relieving Devices
Publikationen | Handbücher
  • VDI-Wärmeatlas 2019: Kapitel L2.3 – Auslegung von Schutzeinrichtungen für wärmeübertragende Apparate
  • VDI-Wärmeatlas 2019: Kapitel L2.4 – Kritische Massenströme
  • CSE-Sizing Reports der EURISG – European Industrial Sizing Group (confidential), 2016
  • J. Schmidt, S. Claramunt: Sizing of rupture Disks for two-phase gas/liquid flow according to HNE-CSE-model, Journal of Loss Prevention in the Process Industries
  • J. Schmidt: Sizing of nozzles, venturis, orifices, control and safety valves for initially sub-cooled gas/liquid two-phase flow – The HNE-DS method, Forsch. Ingenieurwes. (2007) 71, S.47-58
  • J. Schmidt et al.: Sizing of safety valves and connected inlet and outlet lines for gas/liquid two-phase flow, Loss Prevention Paper (2001)
  • J. Schmidt: Sizing of safety valves for multi-purpose plants according to ISO 4126-10, Journal of Loss Prevention in the Process Industries (2012) 25, S. 181-191

Sie suchen weitere Informationen? Lesen Sie auch unser “Basiswissen Sicherheitseinrichtungen”

TrainingS & Coaching

Das Applied Safety Seminarprogramm der CSE Academy hält mehrere Module zur Absicherung von Druckbehältern für Sie und Ihr Team bereit – zum Beispiel zur Auslegung von Sicherheitsventilen, Berstscheiben oder Rückhalteeinrichtungen. Auch als Inhouse-Training.

CSE Acadeny

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Nutzen Sie das Formular für Ihre Anfrage oder rufen Sie uns an unter: +49 721 6699 4709

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Basiswissen Sicherheitseinrichtungen

Funktion von Sicherheitseinrichtungen

Druckentlastungseinrichtungen wie Sicherheitsventile und Berstscheiben schützen Behälter, Kolonnen, Wärmetauscher und andere Apparate vor unzulässigem Überdruck. Sie wirken dann, wenn andere Sicherheitsmaßnahmen versagen.

Menschen und Umwelt sollen mit den Einrichtungen vor den Gefahren durch Druck in Apparaten und Anlagen geschützt werden. Wird der Ansprechdruck erreicht, dann öffnen Sie und geben Stoffe frei, um den Druck nicht weiter ansteigen zu lassen. Sicherheitsventile schließen wieder, wenn der Druck zurückgeht.

Funktion und Leistung von Sicherheitseinrichtungen können erheblich durch angeschlossene Leitungen und nachgeschaltete Apparate beeinflusst werden. Einrichtung und Leitungen sind als Einheit auszulegen. Nur bei richtiger Anordnung arbeitet die Sicherheitseinrichtung zuverlässig.

Sicherheitsventile können beim Öffnen oder Schließen zum Schwingen angeregt werden, das Flattern (hochfrequent) oder Pumpen (niederfrequent). Das kann die Leitungen oder das Ventil zerstören und den abzuführenden Massenstrom erheblich mindern. Die sichere Funktion des Ventils ist dann nicht mehr gegeben.

Berstscheiben können durch Druckwechselbelastungen ungewollt versagen. Der Betriebsdruck darf nicht zu nah an den Ansprechdruck gelegt werden.

CSE-Engineering – Basiswissen Sicherheitseinrichtungen

Bildquelle: LESER GmbH & Co. KG, Hamburg

Gründe für Überdruck in Apparaten

Es gibt viele Gründe, warum der Druck in Behältern, Kolonnen, Wärmetauschern, Lagertanks etc. über eine zulässige Obergrenze ansteigen kann. Jeder einzelne Grund muss identifiziert werden, damit das richtige Szenario für die Auslegung der Sicherheitseinrichtung gefunden wird und die Einrichtung später funktioniert – das Worst Case Szenario. Die häufigsten Gründe haben wir hier aufgelistet:

  • Blockierte Leitungen
  • Kühlungsausfall
  • Thermische Expansion von Flüssigkeiten
  • Brände | Feuer in einer Anlage
  • Fehlerhafte Beheizungen
  • Rührerausfall
  • Stoffverwechselungen
  • Bruch eines Wärmetauscherrohres
  • Innere Leckagen
  • Fehlerhafter Zustrom von Pumpen oder Kompressoren
  • Durchgehreaktionen (Runaway)
  • Accumulation von reaktiven Komponenten
  • Fehlbedienungen

Wie wird der Auslegungsfall bestimmt?

Im Rahmen von Sicherheitsbetrachtungen werden systematisch alle möglichen Störungen an einem Apparat oder einer Anlage identifiziert. Damit wird das Sicherheitskonzept festgelegt. Auch der Auslegungsfall für die Sicherheitseinrichtung ist damit ermittelt.

Wann ist welche Sicherheitseinrichtung einsetzbar?

Sicherheitsventile sind einsetzbar wenn …

  • die Druckanstiegsgeschwindigkeit im druckführenden System signifikant geringer ist als die Öffnungsgeschwindigkeit des Sicherheitsventils
  • die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit bei reagierenden Systemen einen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet
  • die Materialien des Ventils geeignet sind, um den Eigenschaften des Prozesses zu widerstehen (z.B. Korrosion)
  • die abzuführenden Medien nicht zum Verkleben oder Verkrusten neigen

Berstscheiben sind einsetzbar wenn …

  • die Druckwechselbelastung nicht zu hoch ist
  • die Materialien der Berstscheibe geeignet sind, um den Eigenschaften des Prozesses zu widerstehen (z.B. Korrosion)
  • Sicherheitsventile nicht mehr geeignet sind
  • die Kombination von Sicherheitsventil und Berstscheibe im System vorteilhaft erscheint
  • Druckstöße abgesichert werden müssen

Was muss bei der Auslegung beachtet werden?

Sicherheitsventile und Berstscheiben sind individuell und zusammen mit der Zuström- und Abströmleitung auszulegen. Dabei gilt es unter anderem folgende Daten zu beachten:

  • Zulässiger Betriebsdruck der Anlage
  • Ort der Installation (Wartung / Kondensate / Tauglichkeit zur Umgebung)
  • Reaktionskräfte beim Öffnen / Wärmedehnungen
  • Halterungen von Ventil und Abblaseleitung / dynamische Lasten
  • Entwässerung von Leitungen
  • Wechselarmaturen für Dauerbetriebsanforderungen
  • Gegendruck am Ventilaustritt (Fremd- | Eigengegendruck)
  • Hubbegrenzungen von Sicherheitsventilen bei Minderauslastung
  • Druckwechselbelastung bei Berstscheiben | Dauerhaltbarkeit
  • Leckagen bei brennbaren / toxischen Medien
  • Medienverträglichkeiten, z.B. korrosionsfeste Materialien
  • Heizmantel bei erstarrenden Medien
  • Druckstöße in Apparaten
  • Lärmemissionen
  • Werkstoffpaarungen Ventilsitz/Kegel bzw. Halter/Berstscheiben
  • Innenauskleidungen

Dürfen Stoffe in die Umgebung abgeleitet werden?

Grundsätzlich gilt: wenn Menschen, Sachgüter oder die Umwelt nicht zu Schaden kommen können, dürfen Stoffe in die Umgebung abgegeben werden. Es sind jedoch die anerkannten Beurteilungswerte zu beachten. Üblich ist, dass Flüssigkeiten mit einer Rückhalteeinrichtung abgeschieden werden. Das sind in der Regel Abscheider, aber auch Wäscher. Für Gase und Dämpfe ist mit einer Ausbreitungsrechnung rechnerisch zu zeigen, dass die Konzentration der Stoffe in der Umgebung nicht über den Beurteilungswerten liegt. Mit den richtigen Gegenmaßnahmen lassen sich Stoffkonzentrationen reduzieren oder Emissionen ganz vermeiden.  Die CSE-Engineering berät Sie zu diesen Themen. Wir finden die passende Lösung.