Zusätzliche Silosicherheit durch Druckausgleichsventile
28.09.2010
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Überdruck entsteht vor allem dann, wenn das zu lagernde Material z. B. von Tankfahrzeugen pneumatisch in das Silo eingeblasen wird. Im Normalfall wird die dadurch verdrängte, meist staubhaltige Luft (Rohgasstrom) durch Filtersysteme auf dem Silodach gereinigt, bevor sie schließlich über das Filtergehäuse als Reingas in die Atmosphäre entweichen kann. Umgekehrt kann bei Unterdrucksituationen, wie sie z. B. beim Materialaustrag aus dem Silo vorkommen, Luft von der Atmosphäre über den Filter in das Siloinnere einströmen. Damit die Luft stets in beide Richtungen ungehindert den Filter passieren kann, werden die Filterelemente in bestimmten vordefinierten Zeitintervallen abgereinigt, um zu verhindern, dass sie sich mit Produktpartikeln zusetzen. Neben der eigentlichen Entstaubung übernimmt der Filter also zusätzlich die wichtige Funktion des Druckausgleichs.
Sind während des Befüllvorgangs oder beim Produktaustrag die Filterelemente aufgrund ungenügender Abreinigung verstopft, kann keine Luft mehr aus dem Silo entweichen bzw. in das Silo einströmen, was unweigerlich zu enormem Über- oder Unterdruck im Siloinneren führt. Wird die Belastungsgrenze der Silostruktur überschritten, kann der Behälter dauerhaft beschädigt werden und, je nach gelagertem Material, Gefahren für das Bedienpersonal beziehungsweise die Umwelt entstehen.
Letzter Rettungsanker
Druckausgleichsventile sind der letzte Sicherheitsmechanismus, um das Silo und Personal zu schützen. Auf dem Silodach installiert, müssen die Ventile bei plötzlich auftretendem Über- oder Unterdruck absolut zuverlässig funktionieren und augenblicklich einen Druckausgleich herstellen können. In der Praxis kommen vor allem federbelastete und Membran- Druckausgleichsventile zum Einsatz.
Ein federbelastetes Ventil reagiert bei Unterdruck mit Hilfe eines innen liegenden, scheibenförmigen Deckels, der an einem Spiralfederstab aufgehängt ist. Bei Unterdruck wird der Deckel nach unten gezogen, das Ventil öffnet sich, und Luft kann in das Siloinnere einströmen. Normalisiert sich der Druck, wird der Deckel durch den Federzug wieder angezogen und das Ventil wird wieder geschlossen. Bei Überdruck wird ein außen aufliegender, gefederter Stahlring nach oben gedrückt, sodass die überschüssige Luft aus dem Silo entweichen kann. Ist der Druckausgleich hergestellt, drücken die Federn den Ring wieder in seine Ausgangsposition. Ab welchem Druck das Druckausgleichsventil auslösen soll, ist bei federlasteten Ventilen über die Spiralfedern einstellbar. Aufgrund des Trägheitsmoments der Spiralfedern bei federbelasteten Ventilen erfolgt der Druckausgleich zwar schnell, jedoch nicht ohne eine geringe Zeitverzögerung. Membran- Druckausgleichsventile dagegen lösen das Problem sozusagen in Echtzeit. Sie arbeiten mit einer Membran und Gegengewichten, die das Ventil unter normalen Bedingungen geschlossen halten. Durch ein Zusammenspiel von Drücken auf der Membranober- und -unterseite wird ein perfekter Druckausgleich erzielt. Bei Überdruck bewirkt das Zusammenspiel, dass sich die Membran nach oben wölbt, wodurch ein Spalt geöffnet wird, durch den die Luft aus dem Siloinneren in die Atmosphäre entweichen kann. Bei Unterdruck hingegen wölbt sich die Membran nach unten und zieht sich zusammen. Durch den seitlich entstehenden Freiraum kann dann Luft von außen ins Siloinnere einströmen.
Staubfreier Druckausgleich
Bei vielen Ventilvarianten entweicht die staubhaltige Abluft aus dem Silo quasi ungefiltert in die Atmosphäre, was bei Schüttgütern mit Gefahrenpotenzial selbst bei sporadischer Aktivierung des Druckausgleichsventils zu einer ungewollten Gefährdung der Umwelt führt. Das Membran- Druckausgleichsventil VHS von WAM löst dieses Problem mithilfe eines Abluftstutzens, der an eine Abluftleitung angeschlossen werden kann. Die staubhaltige Luft wird bei Überdruck vom Silo kommend durch den Abluftkanal im Ventilinnern und den äußeren Abluftstutzen aus dem Ventil geleitet. Über die angeschlossene Rohrleitung kann die staubhaltige Luft in einen Behälter oder Staubfilter eingeleitet werden, so kommt es zu keinerlei Emissionen. Der Abluftstutzen selbst ist flexibel und aus einem verschleißfestem Polymer-Werkstoff ausgeführt. Dies bietet Schutz bei abrasiven Produkten und verhindert Materialanbackungen im Innern des Auslaufs.
Vorsicht Explosionsgefahr
Eine weitere wichtige Anforderung an Druckausgleichsventile ergibt sich bei deren Einsatz in explosionsgefährlichen Einsatzumgebungen. Feinstaubige Schüttgüter wie Mehle schaffen explosive Atmosphären oder neigen dazu, sich statisch aufzuladen. Daher ist hier der Einsatz von Komponenten mit entsprechender ATEX-Zertifizierung vorgeschrieben. Erst wenn nachweislich sichergestellt ist, dass durch die Konstruktions- und Funktionsweise eines Druckausgleichsventils keine Funkenbildung entstehen kann, die im Siloinnern eine explosive Partikelwolke entzünden könnte, darf das Gerät in dieser Anwendung verwendet werden. WAM bietet die Druckausgleichsventile VCP und VHS in verschiedenen Baugrößen bzw. Luftdurchsätzen. Mit VHS-C wurde vor kurzem eine überarbeitete Version des Membran-Druckausgleichsventil markteingeführt. Das Gehäuse dieses Typs ist aus robustem Kunststoff, so dass das Ventil mit gerade 8 kg sehr leichtgewichtig ist. Dies erleichtert die Handhabung bei der Installation und Wartung. Beide Ventile sind ATEX-zertifiziert und können mit induktiven Signalsensoren ausgestattet werden, die dem Betreiber anzeigen, wenn die Ventile aufgrund eines Über- oder Unterdrucks im Silo aktiviert werden.