Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der

Dichtheit von ansteuerbaren Ventilen in einer Gasstrecke.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, um

Undichtheiten an Gasventilen festzustellen, welche entlang einer Gasstrecke als redundante Sicherheitsventile angeordnet sind.

Verschiedene Sicherheitsvorschriften und Normen bestimmen die Auslegung und Konfiguration von Sicherheitseinrichtungen an Gasleitungen wie sie z.B. in industriellen Thermoprozessanlagen eingesetzt werden. Beispielhaft können hier die

Sicherheitsanforderungen an Feuerungen und

Brennstoffführungssysteme gasbeheizter industrieller

Thermoprozessanlagen gemäß DIN EN 746-2 genannt werden.

Regelmäßig ist gemäß solcher Vorschriften eine Vorbelüftung eines Brennerraums vor einem Brenner (neu) Start erforderlich. Es gibt jedoch zulässige Ausnahmen. So ist nach Regelabschaltungen zur Wiedereinschaltung keine Vorbelüftung erforderlich, wenn der Brenner mit zwei gleichzeitig schließenden Ventilen und einer Dichtheitskontrolleinrichtung (Ventilüberwachungssystem) ausgerüstet ist. Die Dichtheitskontrolle arbeitet als

automatisches Überwachungssystem eines Leitungsabschnittes mit Absperrventilen, um ein Signal zur Überprüfung zu geben, wenn die Leckage eines der Ventile die Ansprechgrenze überschreitet.

Gemäß dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur

Prüfung der Dichtheit bekannt. Die Ventile von entsprechenden Systemen sind entlang einer Gasstrecke, an zwei

unterschiedlichen Positionen, stromaufwärts und stromabwärts eines Prüfvolumens angeordnet. Beide Ventile sind ansteuerbar, um eine Sperrung oder Freigabe des Gasdurchlasses zu

ermöglichen .

Die Anmelderin setzt seit langem verschiedene Verfahren ein, um die Dichtheitskontrolle zu gewährleisten. Dabei wird

üblicherweise ein Druckwächter in der Gasstrecke zwischen den Ventilen eingesetzt, der eine Auslösestelle im Druckbereich zwischen dem stromaufwärts anliegenden Eingangsdruck und dem stromabwärts anliegenden Ausgangsdruck aufweist. Ein

entsprechendes Verfahren aus dem Stand der Technik wird unten unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.

Außerdem sind Verfahren bekannt, bei denen zwei Druckwächter in der Gasstrecke zwischen den Ventilen eingesetzt werden, welche auch unterschiedliche Auslösedrücke aufweisen können.

Der Stand der Technik bietet demnach Verfahren zum Prüfen einer Dichtheit von zwei ansteuerbaren Ventilen, wobei die

Ventile an entgegengesetzten Enden eines Prüfvolumens angeordnet sind. Eingangsseitig, also stromauf des Prüfvolumens , vor einem Ventil VI, liegt ein Eingangsdruck p _e an. Ausgangsseitig, also stromab des Prüfvolumens , hinter Ventil V2, liegt ein

Ausgangsdruck p _a an. In Verbrennungsanlagen gilt, dass der

Eingangsdruck größer als der Ausgangsdruck ist, also p _e >P _a und der Druck im Prüfvolumen gleich p _z ist. Es gilt das

Größenverhältnis p _e ^ p _z -Pa-

Eine Steuereinrichtung ist mit den Ventile zum Ansteuern des Öffnens und Schließens gekoppelt die Steuereinrichtung ist mit mindestens zwei Druckwächtern gekoppelt, die beide zur

Drucküberwachung mit dem Prüfvolumen in Wirkverbindung stehen.

Bei einem Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Gasventilen gemäß der Druckschrift DE19831067 wird mindestens ein zweites Gasventil beim Starten und mindestens ein erstes Gasventil beim Abschalten des Brenners hinsichtlich der Dichtheit überprüft.

Die US6057771A schlägt vor, eine Strecke zwischen zwei

Ventilen mit Druckwächtern zu überwachen, um Undichtigkeiten in den Ventilen zu erfassen. Das Fluid, was bei gesperrten Ventilen in der Strecke eingeschlossen ist, führt bei Erwärmung durch Umgebungwärme zu einer Druckerhöhung. Wird diese nicht

detektiert, kann auf eine mangelnde Sperrung der Ventile

rückgeschlossen werden.

Ein Nachteil der genannten Verfahren besteht jedoch in ihrer durch die technischen Einrichtungen bedingten Prüfzeiten.

Insbesondere bei großen Volumina und größeren Anlagen kann die Prüfdauer erhebliche Zeit in Anspruch nehmen, um einerseits das Volumen zwischen den Ventilen mit dem Eingangsdruck zu beaufschlagen und andererseits den Druck im Prüfvolumen stromabwärts abzulassen. Diese Vorgänge sind erforderlich, um die ordnungsgemäßen Sperrfunktionen der Ventile zu verifizieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Dichtheitskontrolle anzubieten, welches bei verkürzter Prüfzeit eine unverändert hohe Sicherheit bietet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art verfolgt einen optimierten Ansatz zur Dichtheitskontrolle.

Zunächst wird der erste Druckwächters auf eine erste

Auslöseschwelle di eingestellt, wobei mit x>2. Der

Parameter x gibt einen Bruchteil des Eingangsdruckes an und kann jeden beliebigen Wert haben, braucht also kein ganzzahliger Wert zu sein.

Der zweite Druckwächter wird auf eine zweite Auslöseschwelle d2 eingestellt, wobei d2=p _e (l ^~ l/x) · Die Auslöseschwellen sind im Wesentlichen symmetrisch um den halben Eingangsdruck gewählt, einer um einen Betrag gegenüber dem halben Eingangsdruck

verringert und einer um denselben Betrag gegenüber dem halben Eingangsdruck erhöht. Diese symmetrische Anordnung ist in der Praxis nicht mathematisch exakt einzuhalten, es ist jedoch im Rahmen der üblichen Toleranzen ein entsprechender Wert mit zugehörigen Auslöseschwellen zu wählen. Diese Einstellung kann einmalig, bei Einrichtung des Systems vorgenommen werden und braucht nicht bei jeder Durchführung des Verfahrens erneut vorgenommen werden.

Zu Beginn jeder Dichtheitskontrolle befinden sich beide Ventile in Sperrstellung.

Erfindungsgemäß wird alternativ eine der folgenden zwei

Schrittgruppen abgearbeitet, wobei die Schrittfolgen dieselben Schritte enthalten, diese jedoch in unterschiedlicher

Reihenfolge abarbeiten. Grundsätzlich sind beider Schrittfolgen daher gleichwertig, eine anfängliche Auswahl kann jedoch, je nach gewählter Schrittfolge, eine zusätzliche Zeitersparnis erbringen . Gemäß der ersten Schrittfolge wird zunächst Ventil VI angesteuert, um dieses für eine Zeitdauer t _L i zu öffnen und anschließend wieder zu sperren. Für eine Messdauer t _M i wird gewartet und anschließend der zweite Druckwächter abgefragt. Falls gilt p _z <d2 ist es zu einem unzulässigen Druckabfall zwischen den Ventilen VI und V2 gekommen und das Verfahren wird mit Erkennung der Undichtheit des Ventils V2 abgebrochen.

Ergibt die Auswertung, dass p _z d2, der Druck in der

Prüfstrecke also oberhalb der Auslöseschwelle des zweiten

Sensors gehalten wurde, wird die Ordnungsgemäße Funktion des

Ventils V2 festgestellt. Anschließend erfolgt ein Ansteuern des Ventils V2, um dieses für eine Zeitdauer t _L 2 zu öffnen und anschließen zu sperren. Wiederum wird eine Messdauer t _M 2

abgewartet und anschließend der erste Druckwächter abgefragt. Falls gilt p _z >di erfolgt ein Abbruch des Verfahrens mit Erkennung der Undichtheit des Ventils VI. In diesem Fall kam es zu einer Druckerhöhung über einen zulässigen Wert trotz der vorherigen Druckentlastung durch Ventil V2.

Falls jedoch gilt so ist die Dichtheitskontrolle erfolgreich abgeschlossen.

Gemäß der zweiten Schrittfolge wird das Verfahren in anderer Reihenfolge durchlaufen.

Zunächst wird Ventil V2 angesteuert, um dieses für eine Zeitdauer t _L 2 zu öffnen und anschließen zu sperren. Nach

Abwarten einer Messdauer t _M 2 wird der ersten Druckwächters abgefragt und das Verfahren mit Erkennung der Undichtheit des Ventils VI abgebrochen falls p _z >di.

Andernfalls, falls wird Ventil VI angesteuert, um dieses für eine Zeitdauer t _L i zu öffnen und anschließen zu sperren. Wiederum wird eine Messdauer t _M i abgewartet.

Anschließend erfolgt ein Abfragen des zweiten Druckwächters und Abbruch des Verfahrens mit Erkennung der Undichtheit des Ventils V2 falls p _z <d2.

Die Anzeige der Funktionstüchtigkeit der Ventile erfolgt, falls kein Abbruch des Verfahrens stattgefunden hat.

Es ist wesentlich, dass die Messdauern t _M i und t _M 2 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber den bekannten Konzepten deutlich verkürzt werden können. Regelmäßig werden diese

Messdauern identisch t _M i=t _M 2 ⁼ t _M sein, da die Auslösewerte der Sensoren symmetrisch um den halben Eingangsdruck gewählt sind. Indem zwei Druckwächter im Prüfvolumen zwischen den

Sicherheitsventilen angeordnet werden, und diese verschiedene, im wesentlichen symmetrische Schaltpunkte bezüglich des halben Eingangsdruckes aufweisen, ist eine raschere Dichtheitsprüfung möglich. Wenn also z.B. der erste Druckwächter eine

Auslöseschwelle aufweist, die H des Eingangsdrucks beträgt, weist erfindungsgemäß der zweite Druckwächter einen Wert von etwa Ή des Eingangsdrucks auf. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die Annäherung der Auslöseschwellen an den Eingangsdruck einerseits und an den Ausgangsdruck andererseits eine höhere Empfindlichkeit der Detektion mit den Druckwächtern ermöglicht. Sofern eine Undichtheit im System besteht, werden die genannten Schwellen rascher überschritten bzw. unterschritten als dies bei dem System mit einem einzigen Druckwächter oder mehreren

redundanten Druckwächtern der Fall ist. Die Messzeit t _M kann daher deutlich verringert werden.

Vorzugsweise wird die Abfolge der Schritte in Abhängigkeit vom Zustand des Systems bei jeder Dichtheitskontrolle bestimmt.

Es wird zunächst geprüft, ob zu Beginn der

Dichtheitskontrolle der erste Druckwächter ein Überschreiten der ersten Auslöseschwelle anzeigt, also p _z >di. In diesem Fall wird die erste Schrittfolge durchlaufen.

Falls zu Beginn der Dichtheitskontrolle der erste

Druckwächter kein Überschreiten der ersten Auslöseschwelle anzeigt, also so wird die zweite Schrittfolge

durchlaufen .

Da zu Beginn des Verfahrens in Abhängigkeit von dem Zustand des Systems die Abfolge der Ventilprüfungen bestimmt wird, wird auch hier eine Zeitersparnis ohne Beeinträchtigung der

Sicherheit gewährleistet. Je nach Druckverhältnissen zwischen den Ventilen wird zunächst die Dichtheit des Ventils VI oder andererseits die Dichtheit des Ventils V2 geprüft. Dazu wird mittels eines der Druckwächter geprüft, ob sich das Prüfvolumen in etwa auf dem Druckniveau des Ausgangsdrucks bewegt. Ist dies der Fall, wird zunächst die Dichtheit des stromaufwärts liegenden und mit dem Eingangsdruck beaufschlagten Ventils VI geprüft. Beträgt der Druck im Prüfvolumen jedoch bereits einen signifikant gegenüber dem Ausgangsdruck erhöhten Wert, wird zunächst die Druckdichtheit des stromabwärts gelegenen,

gegenüber dem Ausgangsdruck sperrenden Ventils V2 geprüft.

Je nach Wahl der Auslöseschwellen kann eine erhebliche

Verkürzung der Messdauer erreicht werden, wobei dann, wenn sich die Auslöseschwellen der Druckwächter immer näher den Drücken jenseits der Ventile annähern, auch das Risiko von

Fehlerkennungen besteht.

Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn bei dem

erfindungsgemäßen Verfahren die Druckschwellen mit einem

Parameter x < 10 eingestellt werden. Je nach Auslegung des Systems und der Anlage kann dieser Faktor und die damit

verknüpfte Messdauer t _M angepasst werden. Die Messdauer ist umso kürzer, je größer der Faktor x gewählt wird.

Es ist durch die einzuhaltenden Vorgaben und technischen Normen vorgeschrieben, dass die Leckage an einem gasführenden System bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten darf. Die

Messzeit t _M ist unter Berücksichtigung der Schaltgenauigkeit der Druckwächter, des zwischen den Sicherheitsventilen befindlichen Volumens, der Druckdifferenz zwischen Eingangs- und

Ausgangsseite und der Leitungsquerschnitte sowie der sonstigen Auslegung des System zu bestimmen. In jedem Fall wird jedoch ein deutlich rascheres Verfahren zur Dichtheitskontrolle erreicht, da die symmetrische Auswahl der Auslöseschwellen der

Druckwächter einen übermäßigen Anstieg oder Abfall des Drucks im Prüfvolumen deutlich früher meldet als bei einem Druckwächter, der funktionsbedingt etwa mittig auf einen Druckwert zwischen Eingangs- und Ausgangswert abgestimmt ist.

Aus der Formulierung des Patentanspruchs 1 geht hervor, dass die Messdauer und Öffnungszeiten der Ventile je nach gerade geschaltetem Ventil unterschiedlich sein können. Es können jedoch auch für beide Ventile identische Messdauern und

Öffnungszeiten gewählt werden. In diesem Fall ist die Konfiguration des Systems äußerst einfach, da nur wenige

Parameter einzustellen sind.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert .

Figur 1 beschreibt ein Verfahren und einen Aufbau gemäß dem

Stand der Technik, wobei ein Druckwächter zum Einsatz kommt.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens mit den Mitteln aus Figur 1.

Figur 3 zeigt einen Systemaufbau zur Dichtheitskontrolle gemäß der Erfindung.

Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Einsatz der Einrichtung aus Figur 3.

Figur 1 zeigt eine Einrichtung zur Prüfung der Dichtheit von zwei Absperrventilen VI und V2. Zwischen den Absperrventilen VI und V2 ist eine Prüfstrecke 10 gebildet. Auf der Einlaufseite der Einrichtung ist eine Zuleitung 15 angeordnet, so dass das Ventil VI zwischen der Prüfstrecke 10 und der Zuleitung 15 sitzt. Das Ventil V2 sitzt zwischen der Prüfstrecke 10 und der Ableitung 20, welche zu einem Gasverbraucher, z.B. einer

Brennereinrichtung führt.

In der Zuleitung 15 steht ein Eingangsdruck p _e an. Mit dem Volumen der Prüfstrecke 10 ist ein Drucksensor 25 gekoppelt. Bei dieser Einrichtung gemäß dem Stand der Technik wird der

Schaltpunkt für den Drucksensor auf den halben Eingangsdruck ρ _θ /2 eingestellt. Der in der Prüfstrecke 10 befindliche Druck wird mit p _z bezeichnet.

Figur 2 zeigt den Ablauf eines Prüfprogramms, wie er gemäß der Einrichtung aus Figur 1 durchführbar ist. Dieser PrüfVorgang gemäß dem Stand der Technik erfolgt in drei Abschnitten, einer anfänglichen Wartezeit, einer Ventil-Öffnungszeit und einer Prüfzeit .

Nach dem Start des Programms verstreicht zunächst eine

Wartezeit t _w bei Schritt 50. Anschließend wird der Status des Druckwächters 25 abgefragt, falls der in der Prüfstrecke 10 vorherrschende Druck p _z größer als der halbe Eingangsdruck p _e ist, wird mit dem Programmablauf A weiter verfahren, falls der Druck hingegen nicht größer als der halbe Eingangsdruck ist, wird in den Programmzweig zu Programm B übergegangen.

Sofern der Druck in der Prüfstrecke nach dem Ablauf der Wartezeit größer als der halbe Eingangsdruck ist, wird bei

Schritt 60a festgestellt, dass das stromabwärts der Prüfstrecke liegende Druckventil V2 intakt ist. Dieses Ventil V2 wird in Schritt 65a zur Öffnungsstellung angesteuert, anschließend wird eine Öffnungszeit t _L von einigen Sekunden, hier etwa 2 Sekunden abgewartet und das Ventil in Schritt 75a wieder in die

Schließstellung angesteuert. In Schritt 80a wird die Messzeit t _M abgewartet und anschließend, in Schritt 85a, bestimmt, ob der Druck in der Prüfstrecke größer ist als der halbe Eingangsdruck. Ist dies der Fall, wird in Schritt 90a festgestellt, dass das Ventil VI defekt ist, da eine Druckerhöhung der Prüfstrecke durch dieses Ventil stattgefunden hat. Ist der Druck der

Prüfstrecke weiterhin kleiner als die Hälfte des Eingangsdrucks, wird bei Schritt 95a die Funktionstüchtigkeit auch des Ventils VI festgestellt.

Das Programm B, welches beim anfänglichen Übersteigen des Drucks in der Prüfstrecke vom halben Eingangsdruck ausgewählt wird, verläuft analog, allerdings wird in Schritt 60b zunächst auf die ordnungsgemäße Funktion des Ventils VI geschlossen. Nach Öffnen und Schließen des Ventils VI in den Schritten 65b, 70b und 75b wird die Messzeit 80b absolviert und anschließend geprüft, ob das Ventil V2 die Dichtheitsanforderungen erfüllt und der Druck in der Prüfstrecke aufrechterhalten wird.

Es ist erkennbar, dass die Dichtheitskontrolle aufgrund der Verwendung eines Druckwächters, eingestellt auf den halben

Eingangsdruck eine erhebliche Zeitdauer in Anspruch nehmen kann, insbesondere wenn größere Volumen zu prüfen sind.

Gemäß der Erfindung wird daher das in Figur 3 gezeigte

Konzept vorgeschlagen, welches zwei Drucksensoren verwendet, die symmetrisch um den halben Eingangsdruck mit ihren Schaltpunkten eingestellt sind. In diesem Beispiel ist der eine Drucksensor 26 auf einem Schaltpunkt p _e /4 eingestellt während der andere

Drucksensor 27 auf den Schaltpunkt 3/4p _e eingestellt ist. Figur 4 zeigt einen entsprechenden Ablauf des

erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start des Verfahrens wird in Schritt 150 geprüft, ob der Drucksensor 26 anzeigt, dass der im Prüfvolumen V _P vorherrschende Druck p _z größer als 1/4 des Eingangsdrucks p _e ist. Ist dies der Fall, wird im linken Zweig des Programms fortgefahren.

In diesem Fall wird das Ventil VI mit Schritt 160a geöffnet, bei Schritt 165a für eine Öffnungsdauer t _L i (z.B. für einige Sekunden) offengehalten und bei Schritt 170a wieder geschlossen. Anschließend verstreicht eine Messdauer t _M i bei Schritt 175a. Diese Messdauer wird in Abhängigkeit von dem Aufbau der

Einrichtung und den gültigen Vorschriften festgelegt. In

Abhängigkeit von dem maximalen Volumenstrom durch die

Gaszuleitung, vom Eingangsdruck und weiteren Parametern wird bei der Vorgabe der Messdauer festgestellt, welcher Druckabfall pro Zeit mit gesetzlichen Vorschriften vereinbar ist. Diese

zeitliche Vorgabe wird auf die Schaltpunkte der Einrichtung, die symmetrisch um den halben Eingangsdruck angelegt sind,

umgerechnet. Entsprechende Berechnungsmethoden sind dem Fachmann bekannt. Die Messdauer t _M i in Schritt 175a ist demnach eine gegenüber der Messdauer aus Figur 2 in Schritt 80a und 80b deutlich verkürzte Messdauer, da nur eine geringere absolute Druckveränderung überwacht wird. Wird in Schritt 180a

festgestellt, dass der im Prüfvolumen herrschende Druck p _z weiterhin größer als 3/4 des Eingangsdrucks ist, wird die fehlerlose Funktion des Ventils V2 bei 185a festgestellt, denn ein defektes Ventil V2 hätte in der Messzeit t _M bei der

anliegenden Druckdifferenz zwischen p _z und p _a eine Leckage gezeigt, welche den Druck p _z unter den Wert von Ή p _e hätte absinken lassen. Ist das Kriterium in Schritt 180a jedoch nicht erfüllt, wird die Fehlfunktion von V2 bei 190a festgestellt und das Verfahren mit einer Fehlermeldung beendet.

Nach Schritt 185a wird in Schritt 195a das Ventil V2 zur Öffnung angesteuert und die Öffnung in Schritt 200a eine

Öffnungsdauer t _L 2 (z.B. 2 Sekunden) gehalten, um einen

Druckausgleich zwischen dem Volumen V _P und der Ausgangsseite zu ermöglichen. In Schritt 205a wird das Ventil V2 wieder geschlossen und eine Messzeit t _M 2 wird in Schritt 210a abgewartet. Nun wird mittels des Sensors 26 festgestellt, ob der im Prüfvolumen vorliegende Druck größer ist als H des

Eingangsdrucks, was auf ein defektes Ventil VI hinweisen würde. Da jedoch hier der Druckanstieg von H des Eingangsdrucks

detektiert wird und nicht, wie weiter oben geschildet, von der Hälfte des Eingangsdrucks, beträgt die Messzeit T _M 2 in Schritt 210a erneut deutlich weniger als die oben in Figuren 1 und 2 erforderliche Messzeit t _M .

Es ist klarzustellen, dass die Verkürzung der Messzeit bei gleichbleibender Sicherheit nur auf die Anordnung von mehreren Drucksensoren zurückzuführen ist, welche symmetrisch um den halben Eingangsdruck verteilte Schaltpunkte aufweisen.

Der rechte Zweig des Verfahrens in Figur 4 wird absolviert, wenn anfänglich das Vorliegen eines geringen Drucks im

Prüfvolumen festgestellt wurde. Es wird dann mit der Prüfung des Ventils VI begonnen und nachgeordnet die Funktionsfähigkeit des Ventils V2 geprüft. Die Schritte 195a bis 210a entsprechen hierbei den Schritten 160b bis 175b. Die Schritte 195b bis 215b entsprechen andererseits den Schritten 160a bis 180a.

Es ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine deutliche Verkürzung des Dichtheitsprüfungsverfahrens herbeiführt, ohne auf die Einhaltung der Sicherheitsrichtlinien zu verzichten oder deren Prüfung zu verschlechtern. Vielmehr wird das gesamte System sensibler und reagiert auf das Vorliegen von Undichtheiten noch zuverlässiger. Es ist angesichts der Figur 3 und Figur 4 dem Fachmann klar, dass ein Druckanstieg z.B. bei einem undichten Ventil VI im Volumen V _P auf 1/4 des Eingangsdrucks rascher erfolgt als von 1/4 auf 1/2 des

Eingangsdrucks. Die Dauer für einen Druckausgleich hängt ja von der Differenz der auszugleichenden Drücke ab. Daher kann mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren eine äußerst sensible und zuverlässige, auf die individuellen Funktionen des Systems eingestellte Dichtheitsprüfung gewährleistet werden.