Durch den Einbau eines Sicherheitsventils werden unter Druck stehende Räume oder Gefäße, sogenannte Druckbehälter, vor Überdruck gesichert. Sobald ein bestimmter Ansprechdruck erreicht wird, öffnet das Sicherheitsventil und entlässt das im Druckbehälter befindliche Medium in dafür vorgesehene Sammelrohrleitungen oder in die Atmosphäre.
Im Normalfall öffnen Sicherheitsventile bei einer Überschreitung des zulässigen Drucks von mehr als 10 Prozent und schließen bei Erreichen des zulässigen Drucks.
Normierung und Bauteilprüfung
Sicherheitsventile müssen immer bauteilgeprüft sein. Als Prüfungsgrundlage wird die Druckgeräterichtlinie 97/23/EG mit dem AD-2000-Merkblatt A2 herangezogen. Die europäische Harmonisierung erfolgt über die Normierung laut EN 4126 Teil 1: Sicherheitsventile.
Für den Einbau von Sicherheitsventilen in Kälteanlagen gilt die Norm EN 13136 "Kälteanlagen und Wärmepumpen, Druckentlastungseinrichtungen und zugehörige Leitungen - Berechnungsverfahren".
Da Sicherheitsventile als Ausrüstungsteile mit Sicherheitsfunktion gelten, werden sie der Sicherheitskategorie IV zugeordnet.
Anwendungsbereiche
Sicherheitsventile werden in allen geschlossenen und unter Druck stehenden Systemen eingebaut. Dazu zählen erwärmte geschlossene Kreisläufe wie Wasserheizungsanlagen, Kollektorkreisläufe und andere Kreisläufe, die direkt oder indirekt beheizt werden. Die Auslegung von Sicherheitsventilen beim Einbau in erwärmte Kreisläufe berechnet sich nach der Nennwärmeleistung der Anlage.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind Druckluftkompressoren oder Behälter, in denen tiefkalte Gase wie flüssiger Sauerstoff gelagert werden.
Bautypen bei Sicherheitsventilen
Abhängig vom Ansprechverhalten wird zwischen drei unterschiedlichen Sicherheitsventilen differenziert.
- Normalsicherheitsventil ohne besonderes Ansprechverhalten.
- Proportionalventile mit einem Öffnungsverhalten, das proportional zum Druckanstieg verläuft.
- Vollhubsicherheitsventile, die bei Druckanstieg schlagartig öffnen.
Sicherheitsventile müssen so ausgelegt sein, dass zwischen dem Druck innerhalb des Druckbehälters und dem auf den Dichtteller des geschlossenen Ventils ausgeübten Druck ein Gleichgewicht entsteht. Abhängig vom abzusichernden Druck und der Gegenkraft, die dabei entwickelt werden muss, weisen Sicherheitsventile eine federbelastete, gewichtsbelastete oder mediumbelastete Konstruktion auf.
Eine weitere Differenzierung erfolgt zwischen Sicherheitsventilen mit direkter Wirkung und gesteuerter Wirkung. Der Unterschied liegt in der zusätzlich aufgebrachten Schließ- und Öffnungskraft des gesteuerten Sicherheitsventils. Diese Schließ- und Öffnungskraft kann ein pneumatisch oder hydraulisch gesteuerter Zylinderantrieb sein, mit dem bei der Überschreitung des Ansprechdrucks eine zusätzliche Hubkraft erzeugt wird. Kraftwerksdampfkessel werden beispielsweise mit gesteuerten Sicherheitsventilen ausgestattet, um ein schnelleres Schließen des Ventils zu erreichen.
Bemessung von Sicherheitsventilen und charakteristische Größen
Das Ergebnis der Berechnung zur Bemessung eines Sicherheitsventils wird mit nachfolgenden Daten angegeben:
- pset: Ansprechdruck und Zeitpunkt, zu dem das Ventil öffnet in der Messeinheit bar.
- d0: Durchmesser der kleinsten Öffnung am Ventilsitz in Millimeter.
- KDr oder ?: reduzierte Ausflussziffer.
- h: Angabe in Millimeter. Bezeichnet den Hub eines Sicherheitsventils, der sich aus der Stellung des Ventiltellers zwischen geschlossener Position (Sitz) und maximal geöffneter Position ergibt.
Sicherheitsventile müssen exakt entsprechend den Anforderungen bemessen sein. Ist dies nicht der Fall und das Ventil wurde falsch dimensioniert, kann das Ventil in Schwingungen versetzt werden. Dadurch kann sich die Druckstoßamplitude erhöhen und die Sicherheitsfunktion des Ventils herabgesetzt werden.
Der Einbau von Sicherheitsventilen darf ausschließlich entsprechend der Betriebsanleitung durch befähigte Personen erfolgen.