Einführung
Druckbehälter werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt und in zwei Hauptkategorien unterteilt: unbeheizt und beheizt. Unbeheizte Druckbehälter sind solche, die keiner direkten Wärmezufuhr ausgesetzt sind, wie z.B. Tauchflaschen und Gasflaschen. Beheizte Druckbehälter sind solche, die einer direkten Wärmezufuhr ausgesetzt sind, wie z.B. Rauchrohr- und Wasserrohrkessel.
Das saVRee 3D-Modell zeigt einen unbeheizten Druckbehälter, der für den Einsatz in einem Druckluftsystem konzipiert ist. In diesem Artikel gehen wir davon aus, dass wir über einen Druckbehälter sprechen, der in einem 6-8 bar(g) Druckluftsystem verwendet wird.
Warum benötigen wir Druckbehälter?
Druckbehälter speichern Energie ähnlich wie eine Batterie. Es gibt mehrere Gründe, Energie in Druckbehältern zu speichern.
Systemdruckschwankungen
Die Anforderungen an das System können variieren, und Druckbehälter ermöglichen es uns, diese Anforderungen zu erfüllen, ohne den Betrieb zu unterbrechen. Wenn beispielsweise viele Personen in einer Fabrik gleichzeitig pneumatische Werkzeuge verwenden, steigt die Nachfrage im Druckluftsystem schnell an. Ohne einen Druckbehälter würde der Druck im System schnell abfallen, was zu Betriebsunterbrechungen führen könnte.
Wärmetauscher
Die vom Kompressor abgegebene Druckluft ist heiß. Durch die Speicherung der Druckluft in einem Druckbehälter wird ein Teil dieser Wärme an die Umgebungsluft abgegeben. Eine Reduzierung der Wärme geht mit einer Druckreduzierung einher, was die Gesamteffizienz des Systems erhöht.
Dämpfer
Das Ein- und Ausschalten von Kompressoren verursacht Druckschwankungen, aber ein Druckbehälter dämpft diese und liefert einen gleichmäßigen konstanten Druck, der besser für Endverbraucher geeignet ist.
Laden und Entladen von Kompressoren
Jede Druckschwankung im Druckluftsystem muss von den Kompressoren ausgeglichen werden. Wenn der Druck zu niedrig ist, startet ein Kompressor und erhöht den Systemdruck, bis er ein Signal zum Stoppen erhält. Ein kleines System ohne Druckbehälter würde erfordern, dass der Kompressor häufig startet und stoppt; dies wird als Kurzzyklus bezeichnet und ist für den Kompressor nicht vorteilhaft.
Feuchtigkeitsentfernung
Obwohl die meisten modernen Systeme Trockner verwenden, um Feuchtigkeit nach der Kompression zu entfernen, kann es dennoch zu Feuchtigkeitsübertragungen kommen. Die Abkühlung im Druckbehälter unterstützt die Bildung von Kondensat, das leicht aus dem System entfernt werden kann, indem der Kondensatablass verwendet wird.
Konstruktion
Der durch das 3D-Modell dargestellte Druckbehälter ist relativ standardisiert; die Hülle ist zylindrisch geformt, während die Enden abgerundet sind. Eine runde Form ohne scharfe Ecken sorgt dafür, dass der Druck so gleichmäßig wie möglich verteilt wird. Ecken oder scharfe Kanten in der Konstruktion werden als Spannungserhöher bezeichnet und sollten nach Möglichkeit vermieden werden, da sie die strukturelle Festigkeit des Behälters schwächen. Wenn der Behälter nicht aus einem einzigen Metallblech gefertigt ist, wird er normalerweise geschweißt, obwohl ältere Behälter oft genietet wurden.
Der Behälter selbst wird normalerweise aus Stahl gefertigt. Die Außenseite des Behälters ist mit Grundierung oder Farbe bedeckt, während das Innere oft blanker Stahl ist. Einige Behälter haben Innenbeschichtungen aus Epoxidharz oder Harz, um ihre Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Behälter aus Edelstahl sind ungewöhnlich, werden aber manchmal in Industrien verwendet, die eine höhere Luftreinheit erfordern, z.B. in der Medizin- und Halbleiterindustrie.
Anbauteile
Mehrere Rohre unterschiedlicher Größe sind mit dem Druckbehälter verbunden. Die beiden großen Rohre an diesem Behälter dienen dem Eintritt und Austritt der Druckluft. Die kleineren Rohre dienen zur Befestigung der verschiedenen Anbauteile, die für den effizienten und sicheren Betrieb des Behälters erforderlich sind. Einige gängige Anbauteile sind unten aufgeführt.
Lokales Druckmessgerät
Ein Druckmessgerät, das direkt am Behälter montiert ist, gibt dem Personal eine lokale visuelle Anzeige des Behälterdrucks. Messgeräte können normalerweise mit einem Ventil vom Tank isoliert werden; dies ermöglicht den Austausch des Messgeräts, ohne den Druck aus dem gesamten Behälter ablassen zu müssen. Das Bourdon-Messgerät ist das am häufigsten verwendete Druckmessgerät heute. Messgeräte, die in Systemen mit sehr hohen Drücken eingesetzt werden, sollten standardmäßig mit splitterfestem Glas ausgestattet sein.
Differenzdruckschalter
Diese Arten von Schaltern steuern die Start- (Einschalt) und Stopp- (Ausschalt) Signale an den Kompressor; die Schalter werden allgemein als Delta P-Schalter bezeichnet. Delta P-Schalter werden auch zur Einstellung von Alarmgrenzen bei bestimmten Drücken verwendet, z.B. wird bei hohem Behälterdruck der Delta P-Schalter aktiviert und ein visueller und akustischer Alarm ausgelöst.
Sicherheitsventil (SRV)
Federbelastete Sicherheitsventile (SRVs) sind mittlerweile Standard bei fast allen Druckbehältern über einer bestimmten Größe und einem bestimmten Druck. Es ist eine gute Praxis, das SRV direkt am Behälter zu montieren, ohne dass ein Mittel zur Isolation (Ventil) zwischen dem SRV und dem Behälter vorhanden ist.
In der Vergangenheit konnten Gegengewicht-SRVs und federbelastete SRVs verwendet werden, aber Gegengewicht-SRVs sind mittlerweile weniger beliebt, da sie weniger zuverlässig sind als die federbelasteten Typen.
Die Federkraft des SRV wird so berechnet, dass das Ventil geschlossen bleibt, es sei denn, ein bestimmter Druck im Behälter wird erreicht, bei dem die Feder komprimiert wird und das Ventil öffnet.
Kondensatableitungsventil
Der tiefste Punkt im Behälter ist mit einem Ablass ausgestattet, um Kondensat zu entfernen. Es ist wichtig, Kondensat zu entfernen, um Korrosion im Inneren des Behälters zu verhindern. Trockner entfernen Feuchtigkeit aus der Druckluft, bevor sie in den Behälter gelangt, aber Kondensatableitungen sollten dennoch installiert und betrieben werden, um sicherzustellen, dass der Trockner ordnungsgemäß funktioniert. Es gibt zwei Hauptmethoden zum Ablassen von Kondensat aus dem Behälter.
Die erste ist das traditionelle manuell betriebene Ventil, das in regelmäßigen Abständen geöffnet werden muss, um das Kondensat abzulassen. Diese Lösung ist die einfachste, erfordert jedoch, dass das Personal die Aufgabe tatsächlich ausführt; dies kann zu einer Situation führen, in der der Ablass nicht so oft geöffnet wird, wie er sollte.
Die zweite ist ein automatischer Kondensatableiter, der das Kondensat in festgelegten Intervallen für einen bestimmten Zeitraum abführt, z.B. einmal täglich für 30 Sekunden. Theoretisch ist der automatische Kondensatableiter die bessere Option, obwohl ein Ausfall des automatischen Ablassventils möglicherweise unbemerkt bleibt und sich Kondensat ansammelt, bis der Ausfall bemerkt wird.
Schmelzstopfen
Ein SRV schützt den Behälter vor Überdruck, während ein Schmelzstopfen den Behälter vor Übertemperatur schützt. Ein Feuer in unmittelbarer Nähe des Behälters würde die Temperatur und den Druck im Behälter erhöhen. Um eine Explosion zu vermeiden, schmilzt die Schmelzlegierung im Schmelzstopfen und der Druck wird abgelassen.
Inspektionsöffnungen
Inspektionsöffnungen können Sichtlöcher, Handlöcher oder Mannlöcher sein. Inspektionsöffnungen ermöglichen es dem Personal, das Innere des Behälters zu betrachten und eine Zustandsbewertung durchzuführen. Es ist auch möglich, das Innere des Behälters durch die Inspektionsöffnung zu betreten, um Reinigungsarbeiten durchzuführen.
Wartung und Prüfung
Die Anforderungen an Wartung und Prüfung werden in der Regel durch lokale Gesetze festgelegt. Äußere und innere Sichtprüfungen, die Untersuchung der Hülle und der Schweißnähte sowie die Prüfung des SRV sollten in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden.
Zusätzliche Ressourcen
https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_vessel
https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/pressure-vessel