Hoher Schutz bei tiefen Temperaturen

Kompakt-Berstscheiben als Druckentlastung für Kryostaten

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11.09.2019 In kryogenen Behältern kann es schnell zu einem übermäßigen Druckanstieg kommen – etwa bei plötzlichen Verdampfungen durch den Einbruch des Isolationsvakuums. Die richtige Druckentlastung dieser Behälter ist daher essenziell für den Schutz von Mensch, Maschine und Produkt. Besonders über die eingesetzten Kompakt-Berstscheiben wissen Betreiber aber oft wenig.

Entscheider-Facts

  • Die Druckentlastung von kryogenen Behältern ist essenziell für die Arbeitssicherheit.
  • Der innere Behälter wird oft mit einem Sicherheitsventil und einer Berstscheibe gesichert.
  • Gerade in Bezug auf die eingesetzten Kompakt-Berstscheiben besteht jedoch bei vielen Betreibern noch Informationsbedarf.

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Zur Sicherung von kryogenen Behältern kommen Kompakt-Berstscheiben wie das Modell UKB-LS zum Einsatz. Bild: Rembe

Ein Kryostat besteht im Grundaufbau aus zwei Behältern: einem Behälter, der das kryogene Medium beinhaltet, sowie einem Isolationsbehälter. Der innere Behälter, auch Product Container genannt, ist dabei häufig mit einem Sicherheitsventil und einer Berstscheibe gesichert. Die sekundäre Absicherung mit einer Berstscheibe stellt dabei eine ausreichend schnelle Druckentlastung auch bei sehr hohem und schnellem Druckanstieg sicher. Je nach Anforderungen an die Dichtigkeit oder Korrosionsbeständigkeit kommen verschiedene Berstscheibentypen zum Einsatz – so etwa Umkehr- oder zugbelastete Berstscheiben bzw. Stopfen-Berstscheiben mit Gewindeanschluss.

Die äußeren Behälter von Kryostaten werden häufig mit einem Druck kleiner 0,5 bar ausgelegt, sodass sie nicht unter die Druckgeräte-Richtlinie fallen. Trotzdem sind die Anforderungen an die Druckentlastung auch hier hoch: Die Kombination aus hohem Vakuum, niedrigem Ansprechdruck und einem hohen Anspruch an die Dichtigkeit – also eine geringe Leckagerate – ist für Standard-Druckentlastungseinrichtungen nicht realisierbar. Deshalb kommen zum Sichern der äußeren Kryostat-Behälter sogenannte Kompakt-Berstscheiben zum Einsatz. Während die meisten Betreiber über ein relativ gutes Wissen über Sicherheitsventile verfügen, besteht gerade beim Thema Kompakt-Berstscheiben häufig noch Informationsbedarf.

Maßgeschneiderte Kompakt-Berstscheiben für die Druckentlastung

Rembe

Für die Druckentlastung an einem kryogenen Behälter sind verschiedene Elemente notwendig. Bild: Rembe

Berstscheiben werden üblicherweise auftragsbezogen hergestellt, da die jeweiligen Prozessparameter wie Berstdruck, Bersttemperatur, Arbeitsdruck, Betriebstemperatur und Prozessmedium unterschiedliche Anforderungen an die Eigenschaften wie Materialart und -stärke oder die Größe der Berstscheibe stellen. Während etwa beim Begriff „Umkehr-Berstscheibe“ tatsächlich nur die Berstscheibe gemeint ist, beinhaltet das Produkt Kompakt-Berstscheibe meist sowohl die eigentliche Berstscheibe als auch das Gehäuse, das die eigentliche Berstscheibe einfasst. Aufgrund ihrer geringen Abmessungen werden diese Einheiten als kompakt bezeichnet.

Hochwertige Kompakt-Berstscheiben zeichnen sich durch ihre Dichtigkeit (Leckageraten < 10-9 mbar l/s) aus und sind in Ausführungen für sterile Anwendungen und Behälter erhältlich. Ein Beispiel für eine solche Kompakt-Berstscheibe ist die UKB-LS von Rembe. Sie besteht aus einem Gehäuse, einer Berstmembran und einem Öffnungshelfer, ähnlich einem dreiteiligen Messer. Übersteigt der Betriebsdruck das definierte Maximum und erreicht den Berstdruck, drückt die Berstscheibe gegen das im Auslassteil des Gehäuses eingeschweißte Dreiteil-Messer und schneidet sich an diesem auf – und sorgt so umgehend für eine große Entlastungsfläche. Durch das integrierte Dreiteil-Messer lässt sich auf Sollbruchstellen an der Berstscheibe selbst verzichten. Dies macht die Berstscheibe an sich beständiger etwa gegen wechselnde oder pulsierende Arbeitsdrücke.

Einfaches Handling verhindert verfrühtes Ansprechen

Das Verschweißen von Berstscheibe und Gehäuse erhöht die Dichtigkeit dieser Einheit. Gleichzeitig lässt sie sich so besonders einfach handhaben, was etwa Beschädigungen der Berstscheibe beim Einbau und im Normalbetrieb vermeidet. Ein verfrühtes Ansprechen der Berstscheibe wird somit verhindert, der definierte Ansprechdruck ist dauerhaft sichergestellt. Da eine sogenannte Umkehr-Berstscheibe verbaut wird, bei der die Wölbung der Bertscheibe dem Prozess zugewandt ist, lässt sich auch bei sehr niedrigen Ansprechdrücken verhältnismäßig dickes Material verwenden und somit die Diffusion des Prozessmediums verhindern. Zudem sind diese Berstscheiben auch bei sehr niedrigem Berstdruck absolut vakuumbeständig, ohne eine zusätzliche Vakuumstütze zu benötigen. Diese würde eine Sterilisierbarkeit unmöglich machen, welche bei anspruchsvollen Prozessen oder Reinstgas-Anwendungen aber unablässig ist.

Passende Prozessanschlüsse werden mit dem Betreiber individuell abgestimmt und entsprechend umgesetzt. Aufgrund der Bauweise von Kompakt-Berstscheiben sind nahezu alle Arten von Flansch- und Gewindeanschlüssen möglich – so etwa CF-Anschlüsse oder Swagelok-Verschraubungen. Zudem lassen sich diese Berstscheiben bzw. deren Gehäuse elektropolieren. Die Einheiten können mit Oberflächengüten geliefert werden, die für hochreine und sterile Anwendungen geeignet sind.

Heftausgabe: Oktober/2019

Über den Autor

André Sommer ist Project Engineer Process Safety bei Rembe
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