Selbsttätige Druckentlastungsventile für Spitzenlasten (SR) und Druckabfang- und -entlastungsventile (SAV) werden zur mechanischen Druckstoßbekämpfung eingesetzt.

Druckstöße entstehen, wenn der Durchfluß eines Fluids plötzlich unterbrochen wird, z.B. durch Schwankungen in der Energieversorgung, Pumpenausfall oder das plötzliche Schließen eines Absperrventils hinter einer Pumpstation.

SR und SAV schützen

Das Druckentlastungsventil (SR) wird üblicherweise an Pumpen, Drucksammlern und an kritischen Punkten entlang der Rohrleitung im Bypass eingesetzt, wenn dynamische Druckspitzen abgefangen werden sollen. Das Ventil öffnet sofort zur Atmosphäre bei Erreichen und Überschreiten eines eingestellten Ansprechdrucks, also direkt beim Auftreffen der Hochdruckwelle, um das Medium aus dem System abzuführen. Es schließt kontrolliert langsam, wenn der Druck wieder unter den Ansprechdruck fällt. 

Da das SR keine Voröffnungsfunktion hat wie das SAV, kann es auf die zurückkehrende Überdruckwelle häufig nicht schnell genug reagieren. SR sind demnach nur bei allmählichen Druckanstiegen einzusetzen. 

Das plötzliche Schließen eines Absperrventils hinter einer Pumpstation ist eine beispielhafte Anwendung für den SR. Auf Grund der plötzlichen Verzögerung des Durchflusses am Absperrventil, bis hin zum Stillstand, wird die Flüssigkeit stark komprimiert – der Druckstoß entsteht (siehe auch Joukowsky-Stoß). Diese Hochdruckwelle wird am Absperrventil reflektiert und bewegt sich stromaufwärts zurück zur Pumpe und breitet sich im gesamten Rohrleitungssystem mit Schallgeschwindigkeit aus. Hinter dem geschlossenen Absperrventil bewegt sich die Fluidsäule auf Grund der Eigendynamik weiter durch die Rohrleitung und erzeugt einen starken Unterdruck. An dieser Stelle können Be- und Entlüftungsventile mit eingebauter Anti-Druckstoß-Funktion die Druckstöße im nachgelagerten Rohrleitungsnetz abfangen und dämpfen.

Das Druckabfang- und entlastungsventil (SAV) ist für den Einbau in eine Bypass-Leitung konzipiert. Es öffnet mit Hilfe von Hochdruck- und Niederdruckpilotventilen unterhalb und oberhalb eines Ansprechdrucks, und zwar sofort mit Einsetzen der Unterdruckwelle. Das SAV erfasst also bereits die Vorstufe der Hochdruckwelle und ist schon geöffnet, wenn die Hochdruckwelle schließlich das Ventil erreicht. Durch dieses Voröffnen verhindert das SAV den Druckanstieg, bevor er auftritt. Nach Abklingen der Hochdruckwelle schließt es langsam, um keine Druckspitzen zu verursachen. 

Liegt der Rohrleitungsdruck zwischen den beiden Ansprechdrücken, bleibt das Ventil geschlossen.

Ein unerwarteter Pumpenausfall ist eine beispielhafte Anwendung für den SAV. Hier entsteht der Unterdruck in lokaler Umgebung der Pumpe. Die Fluidsäule bewegt sich auf Grund der Eigendynamik weiter durch die Rohrleitung von der Pumpe weg und erzeugt einen starken Unterdruck. Der Unterdruck bremst die Fluidsäule ab. Die Druckunterschiede in der Rohrleitung lassen die Bewegungsrichtung der Fluidsäule umkehren und die Fluidsäule bewegt sich zurück zur Pumpe. Sollte sie auf geschlossene Rückschlagventile treffen, entsteht ein Druckstoß, der sich im gesamten Rohrleitungssystem mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet.

Selbsttätig für noch mehr Sicherheit

Selbsttätige Regelarmaturen werden auch als Regler ohne Hilfsenergie (RoH) bezeichnet. Sie sind eigenmediumgesteuert und benötigen keine externe Energiequelle oder Stellantriebe für ihre einwandfreie Funktion. 

Viele Hersteller konzipieren Ventile dieser Bauart nicht selbsttätig, sondern als stickstoffbeaufschlagte Version. Das Stickstoffgas wird verwendet, um den Ventilantrieb mit Druck zu beaufschlagen und ihn während des normalen Betriebs in geschlossener Position zu halten. Dies bringt einige Nachteile mit sich, denn es muss ständig Stickstoff zur Verfügung stehen, was den Betrieb des Ventils erheblich verteuert. Auch benötigt die Anlage durch die Anordnung der Stickstoffflaschen mehr Platz. 

Durch den Einsatz von selbsttätigen Armaturen werden diese Nachteile vermieden. Selbst in entlegenen Gebieten mit mangelhafter Infrastruktur oder in Rohrleitungen, die über große Distanzen verlegt sind, verrichten selbsttätige Armaturen zuverlässig ihren Dienst ganz ohne externe Steuerung. Eine versehentliche Fehlbedienung ist damit ausgeschlossen. Auch Stromausfälle oder Computerfehler in der Anlage sind kein Problem – selbsttätige Ventile sorgen in Ausnahmesituationen zuverlässig für einen sicheren Betrieb.

Druckstöße? Wichtig für Ihre Anlagenplanung:

• Bestimmen Sie die richtige Durchflußmenge, damit ein SR oder SAV korrekt ausgelegt werden kann. Ein überdimensioniertes SAV entlässt beim Auftreten des Druckstoßes zuviel Druck in die Atmosphäre und kann den statischen Rohrleitungsdruck nicht wieder erlangen, so dass die Anlage leer läuft. Das Hauptventil bleibt so lange geöffnet, bis kein Differenzdruck mehr über das Ventil vorhanden ist, um es zu schließen. Ein erneuter Druckaufbau kostet viel Energie. Der Ventilhersteller wird also das für die Aufgabe in der Anlage kleinstmögliche SAV auslegen. Eine Überdimensionierung könnte zu Schäden führen.
• Lassen Sie durch einen spezialisierten Dienstleister eine Transiente Analyse erstellen. Art und Umfang der dynamischen Druckveränderungen müssen bekannt sein, um die Anlage passgenau zu planen und zu betreiben, z.B. Anfahren, Um- oder Abschalten der Pumpen oder Änderungen von Armatureneinstellungen. 
  Überlassen Sie es nicht dem Ventillieferanten, eine komplette Druckstoßanalyse zu erstellen. Bei der Auslegung des Ventils zählt für ihn der maximale Druckstoß auf der längsten Pipelinestrecke, er berücksichtigt keine hinzuführenden Rohrleitungen oder Änderungen im Pipelinedurchmesser.