Was sind schmelzbare Stopfen?
Schmelzbare Stopfen sind spezielle Sicherheitseinrichtungen, die in Druckluftsystemen, Bohrköpfen und Dampfsystemen eingesetzt werden. Sie dienen als letzte Schutzmaßnahme und werden häufig verwendet, um katastrophale Ausfälle wie Explosionen zu verhindern. Während Sicherheitsventile Maschinen vor Überdruck schützen, schützen schmelzbare Stopfen Maschinen vor Übertemperatur.
Schmelzbarer Stopfen
Schmelzbare Stopfen sind aufgrund ihres einfachen Designs, ihrer Effektivität und ihrer Sicherheitsvorteile in vielen Industrien weit verbreitet. Sie werden häufig in Druckluftsystemen und Kohlefeuerungsanlagen eingesetzt; Kessel, die leichtes Heizöl (LFO) oder Gas verbrennen, sind nicht immer mit einem schmelzbaren Stopfen ausgestattet.
Materialien für schmelzbare Stopfen
Schmelzbare Stopfen enthalten eine schmelzbare Legierung, die in einem Messing, Bronze oder Rotguss Gewindestopfenkörper untergebracht ist. Das Material der schmelzbaren Legierung hat einen definierten Schmelzpunkt, der niedriger ist als der des Stopfenkörpermaterials. Ein häufig verwendetes Material für die schmelzbare Legierung ist Zinn, das einen Schmelzpunkt von 232°C (450°F) hat.
Schmelzbarer Stopfenkörper und Legierung
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Wie funktionieren schmelzbare Stopfen
Die schmelzbare Legierung in einem schmelzbaren Stopfen ist so konzipiert, dass sie bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt als der umgebende Stopfenkörper. Wenn der Stopfen hohen Temperaturen ausgesetzt ist, schmilzt die schmelzbare Legierung und es entsteht ein gerader oder konischer Kanal durch den Stopfenkörper. Der offene Kanal ermöglicht es, dass der Systemdruck direkt an einen vorbestimmten Ort entweicht. Bei Druckluftsystemen ist dieser Ort normalerweise der Raum um den Stopfen. Bei Kesseln ist es eher der Ofen oder die Feuerkammer. Der schmelzbare Stopfenkörper ist oft so geformt, dass beim Entweichen des Systemdrucks ein Pfeifton entsteht, der als lokaler akustischer Alarm für die Systembetreiber dient.
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Was ist der Zweck eines schmelzbaren Stopfens?
Druckluftsysteme
Druckluftanlagen stellen ein erhebliches Risiko dar, wenn sie Feuer ausgesetzt sind, da die Luft im System erhitzt wird und der Systemdruck steigt, bis der Druck für das System zu groß wird. Wenn dies geschieht, könnte der Druck katastrophal freigesetzt werden. Eine weitere Gefahr besteht darin, dass der Ölnebel im Luftkompressor aufgrund der erhöhten Temperaturen entzündet werden könnte; auch dieser Ausfallmodus könnte katastrophal sein.
Dampfsysteme (Dampfkessel)
Schmelzbare Stopfen werden in Kesseln installiert, um das Risiko einer Kesselexplosion infolge von Niedrigwasserfeuerung zu verringern. Ein Niedrigwasserstand im Kessel würde zu einer Überhitzung der Wärmeübertragungsflächen führen und es würde zu Schäden am Kessel kommen (mit potenziell katastrophalen Folgen).
Kesselschmelzstopfen werden als dampfbetätigt oder feuerbetätigt eingestuft und können sowohl in Rauchrohrkesseln als auch in Wasserrohrkesseln installiert werden. Es ist auch möglich, Kesselschmelzstopfen als feuerseitige oder wasserseitige Stopfen zu klassifizieren. Feuerseitige Stopfen werden von der Feuerseite zur Wasserseite eingeschraubt. Wasserseitige Stopfen werden von der Wasserseite zur Feuerseite eingeschraubt.
Feuerseitiger schmelzbarer Stopfen
Kesselschmelzstopfen leiten normalerweise Dampf in die Feuerkammer ab, wodurch die Kesselflamme gelöscht wird und somit die Temperatur und der Druck des Dampfsystems reduziert werden.
Wo einen schmelzbaren Stopfen installieren
Druckluftsysteme
Für Druckluftsysteme können schmelzbare Stopfen überall im System installiert werden, aber sie werden normalerweise direkt nach dem/den Luftkompressor(en) und auf Druckluftspeicherbehältern (nicht befeuerte Druckbehälter) installiert.
Position des schmelzbaren Stopfens im Druckluftbehälter
Dampfsysteme
Rauchrohrkesselschmelzstopfen werden 1 bis 2 Zoll über der höchsten Rohrreihe installiert. Typische Positionen für schmelzbare Stopfen sind das Kronenblech (Oberseite der Brennkammer), das hintere Rohrblech (Scotch-Marine-Kessel) und das vordere Rohrblech (Feuerkesselkessel). Die gewählte Position hängt vom Kesseldesign ab.
Position des schmelzbaren Stopfens im Rauchrohrkessel
Wartung von schmelzbaren Stopfen
Druckluftsysteme
Druckluftsysteme werden normalerweise in einem sauberen Zustand gehalten. Es kann zu einem gewissen Ölübertrag von den Kompressoren kommen, aber dies kann durch den Einsatz von ölfreien Kompressoren oder Filtern verhindert werden. Es kann auch zu einem Feuchtigkeitsübertrag kommen, aber Trockner (normalerweise Adsorptionstrockner oder Kältetrockner) werden verwendet, um die Feuchtigkeit zu entfernen.
Vorausgesetzt, dass Öl und Feuchtigkeit entfernt werden, bleibt das Druckluftsystem sauber und der schmelzbare Stopfen bleibt in gutem Zustand, d. h. nicht mit einem Ölfilm überzogen oder durch Wasser korrodiert. Trotzdem ist ein regelmäßiger Austausch des Stopfens im Rahmen einer präventiven Wartungsstrategie erforderlich (und manchmal zur Erfüllung von gesetzlichen Anforderungen).
Dampfsysteme
Es gibt mehrere Faktoren, die den Betrieb eines Kesselschmelzstopfens beeinflussen können, diese beziehen sich darauf, dass der Stopfen isoliert ist und infolgedessen nicht korrekt funktioniert. Die Isolierung des schmelzbaren Stopfens ist ein Problem, das auf der Wasserseite, der Feuerseite oder beiden Seiten des Stopfens auftreten kann.
Auf der Wasserseite können gelöste Feststoffe auf den Wärmeübertragungsflächen erstarren und eine Isolationsschicht bilden; diese Isolationsschicht ist als Kesselstein bekannt. Die Isolationsschicht reduziert die Wärmeübertragungsrate der Wärmeübertragungsflächen (meistens Kesselrohre), was zu einer entsprechenden Reduzierung der Kesseleffizienz und lokalen Überhitzung führt. Kesselsteinbildung auf dem schmelzbaren Stopfen kann dazu führen, dass der schmelzbare Stopfen nicht wie vorgesehen funktioniert, da der Wärmeübergang behindert wurde.
Kesselstein auf schmelzbarem Stopfen
Auf der Feuerseite kann Ruß aus der Verbrennung auf der Oberfläche des schmelzbaren Stopfens akkumulieren und eine Isolationsschicht bilden. Wenn dies geschieht, funktioniert der schmelzbare Stopfen möglicherweise nicht wie beabsichtigt. Ruß sollte während der Wartung von den Heizflächen entfernt werden.
Ruß auf schmelzbarem Stopfen
Da Zinn (die schmelzbare Legierung) mit der Zeit altert, verschlechtern sich seine Eigenschaften. Aus diesem Grund wird oft ein jährlicher Austausch von schmelzbaren Stopfen empfohlen. Der ASME Boiler and Pressure Vessel Code empfiehlt den jährlichen Austausch von schmelzbaren Stopfen in allen kohlebefeuerten Kesseln.
Zusätzliche Ressourcen
https://en.wikipedia.org/wiki/Fusible_plug