Notstopp für Sicherheitsventile

450 Gramm bannen Gefahren

Überdruck in Raffinerierohren kann zu katastrophalen Folgen führen. Im unwahrscheinlichen Fall eines Überdrucks sind Sicherheitsventile deshalb in Bruchteilen von Sekunden zu öffnen. Der Einsatz von elektrischen Antrieben und Bremsen verbietet sich jedoch meist, da kleinste Funken bereits zu Explosionen führen können. Pneumatische Antriebe sind normalerweise zu langsam und bergen aus diesem Grund ähnliche Risiken. Den Unternehmen Doedijns Group International (DGI) und ACE Stoßdämpfer gelingt es, diese Gefahren durch eine nur 450 Gramm leichte Lösung zu bannen.

Notstopp für Sicherheitsventile (Bilder: ACE Stoßdämpfer GmbH und Doedijns Group International DGI)

Wo Erdgas mit hohem Druck komprimiert und mit hohen Temperaturen durch Rohrleitungen geschickt wird, kann es in mehrfacher Hinsicht schon mal heiß werden. So auch in einer Raffinerie am Roten Meer in Yanbu, der zweitwichtigsten Hafenstadt von Saudi-Arabien. Wegen der Entzündbarkeit des zu transportierenden Mediums verdichten explosionsgeschützte Kompressoren das Gas und verflüssigen es. Die Kompressoren sind dafür da, den Druck in den Rohren zu regulieren: Ist der Druck zu niedrig, schalten sie ein, ist der Druck zu hoch, schalten sie ab oder in den Freilauf. Damit die Kompressoren den gewünschten Arbeitsdruck möglichst gleichmäßig aufrechterhalten und zugleich optimal gegen Überdruck geschützt sind, entwickelt das niederländische Unternehmen DGI die abgebildeten pneumatischen Aktoren, stellt diese in den eigenen Fertigungshallen her und liefert sie an Raffinerien in der ganzen Welt. Falls dort die Pneumatiksteuerung einmal ausfällt oder beschädigt wird, sind zur Sicherheit der Anlage die Aktoren für die Erzeugung von zusätzlichem Volumen entwickelt und verbaut. Zudem kommen in Kombination mit diesen Modulen hydraulische Industriestoßdämpfer zum Einsatz. Letztgenannte haben in dieser Konstruktion hauptsächlich die Aufgabe, die Energie aufzunehmen, die im Falle von Überdruck durch das Öffnen der Sicherheitsventile entsteht. Die Stoßdämpfer bremsen dabei die Kolbenstangen der Pneumatikzylinder, die für das Öffnen zuständig sind.

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Geht man ins Detail, dann ist das Besondere an der hier beschriebenen Konstruktion das im Notfall mögliche Öffnungstempo. Denn normalerweise öffnet ein Antrieb für Drosselklappen mit einem Tempo von einer Sekunde pro Zoll. Beim Raffinerie-Projekt im Hafen von Yanbu sind die Ausmaße der Pipelines und damit auch die der benötigten Ventile der Drosselklappen jedoch mit 24 Zoll sehr groß. Damit wäre das Sicherheitsventil also erst nach 24 Sekunden geöffnet. Ein solch träges Sicherheitsventil funktioniert im Notfall deutlich zu langsam. Im vorliegenden Fall muss die Geschwindigkeit rund 50 Mal schneller sein. Damit ist das Kernproblem umrissen, dem sich die Ingenieure bei der Konstruktion gegenübersehen. Christian Junghans, bei ACE als Produktmanager für die Industriestoßdämpfer zuständig, verdeutlicht: „Der anzunehmende Notfall trifft zwar so gut wie nie ein, aber ein einzelner Vorfall würde genügen, um die gesamte Konstruktion buchstäblich zu zerreißen.“

Als im Projektverlauf die Pipeline-rohre und ihre Kompressorpakete definiert sind, steht der zur Verfügung stehende Platz für die Sicherheitsventile fest. Dabei zeigen sich als wichtige Konstruktionsanforderungen starke räumliche Begrenzungen, die bei der Auslegung und Auswahl der Dämpfungselemente berücksichtigt werden müssen. Aufgrund der Kompaktheit der Aktoren und der in ihnen verbauten Sicherheitsventile mit pneumatischem Antrieb entscheidet das Konstruktionsteam sich für Industriestoßdämpfer von ACE vom Typ MA3325EUM, die in diesem Einsatzfall nur im Notstopp fungieren. Ihre Aufgabe besteht allein darin, die Kolbenstange des Pneumatikzylinders abzubremsen, wenn sich die Ventile im Notfall binnen einer halben Sekunde zu öffnen haben. Während dieses Vorgangs trifft die Stange des Luftzylinders mit voller Wucht auf die vorne und hinten im Zylinder eingesetzten Dämpfer. Diese müssen dann in der Lage sein, die sich horizontal bewegende Kolbenstange zu bändigen. Die Lösungen aus der Magnum-Familie von ACE operieren bei diesem Vorgang jeweils als letzter Mann, wenn zum Beispiel der Kompressor bei Überdruck nicht von selbst abschaltet.

Worst Case ... verhindert

Die Pneumatiksteuerung im Aktor hat die Aufgabe, die unten zu sehende 24 Zoll große Drosselklappe im Falle von Überdruck binnen einer halben Sekunde zwecks Druckausgleichs zu öffnen. (Bilder: ACE Stoßdämpfer GmbH und Doedijns Group International DGI)

Würde das Sicherheitsventil der Konstruktion nicht effizient geöffnet, käme es unter Umständen zu einem Domino-Effekt: Zunächst könnten Pneumatikzylinder und Kompressor zerstört werden, Gas könnte austreten und möglicherweise alle übrigen Systemkomponenten gefährden. Zudem bestünde durch das eventuelle Explodieren des Gas-Luftgemischs große Gefahr für Personen, weitere Anlagen in der Umgebung und die Umwelt. Bedenkt man die immense Negativbilanz eines einzigen Zwischenfalles, ist nachvollziehbar, dass man bei DGI und dem saudiarabischen Auftraggeber, der Saudi Aramco Lubricating Oil Refining Company (Luberef), auf Nummer sicher gegangen ist. Kein Wunder, dass Christian Junghans von ACE mit der gefundenen Lösung hochzufrieden ist: „Wir freuen uns, die Industriestoßdämpfer für die sehr wichtigen Aktoren in diesem Projekt beisteuern zu können. Der Slogan unseres niederländischen Partners DGI ‚Engineering your ambitions‘ passt perfekt zu diesem Projekt. Für den saudi-arabischen Kunden gab es bezüglich der Aktorgeschwindigkeit echte Herausforderungen. Dank unserer langjährigen Erfahrungen in der Stoßdämpfertechnik und der nachgewiesenen Expertise von DGI bei der Ventilautomation haben wir diese Lösung zusammen entwickeln können und sind stolz, dabei einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit der Gesamtkonstruktion zu leisten mit so kompakten wie leistungsstarken Dämpfern wie denen vom Typ Magnum, die mit einer seit vielen Jahren bewährten Dichtungstechnik, einem gehärteten Führungslager und einem integrierten Festanschlag ausgestattet sind. Außerdem sind die front- und rückseitigen Einstellungen, Klemmflansche und das durchgehende Außengewinde der Magnum für die Montage mitentscheidend. Auch dank dieser kleinen Details sind wir ein Teil der Yanbu-Erfolgsstory.” cs

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