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Drukvat
Ein Druckbehälter
Erdgasspeicher

EIN Druckbehälter ist ein geschlossener Raum, in dem a Gas oder Flüssigkeit befindet sich mit a Druck, die vom Umgebungsdruck abweicht. EIN Dampfkochtopf und ein Autoklav sind einfache Beispiele für Druckbehälter; ebenfalls U-Boote und Gasflaschen sind Druckbehälter. Die aktuellen europäischen Vorschriften (PED-Richtlinie)[1] definiert einen Druckbehälter als "Gehäuse, das für Stoffe unter Druck entwickelt und hergestellt wurde". Diese Definition umfasst auch Luftmatratzen, Wasserbälle und Sprudelflaschen, aber normalerweise wird der Begriff nur verwendet, wenn der Druckbehälter Teil eines Geräts ist oder dazu bestimmt ist, ein Teil davon zu sein.

Vorschriften

Die niederländischen Vorschriften für Druckbehälter basieren vollständig auf harmonisiert Europäische Vorschriften bzgl. Druckgeräte. Die Vorschriften unterscheiden zunächst zwischen Druckbehältern im Allgemeinen und a Druckbehälter einfacher Form bestimmtes. Ein einfacher Druckbehälter ist ein geschweißter Druckbehälter mit einem inneren Überdruck von mehr als 0,5 Bar und einem maximalen Betriebsdruck von 30 bar, der für Himmel oder Stickstoff- und deren festigkeitsbestimmende Teile bestehen aus Stahl oder Aluminium(Legierungen).[2] Das beinhaltet Gasflaschen, die in Serienfertigung hergestellt werden.

Größere Druckbehälter und Druckbehälter mit Flüssigkeiten oder anderen Gasen unterliegen den allgemeinen Druckgerätebestimmungen. Die Vorschriften sind mit einer Klassenbezeichnung versehen, die die Gefährdung der Umgebung durch das Gerät widerspiegelt. Beispielsweise fällt ein Flüssigkeitsbehälter von 100 Liter und 100 bar (Stoffgruppe 2) in die Kategorie I, was bedeutet, dass dieser Druckbehälter keiner Prüfung unterliegt, während ein Behälter mit Gas gleichen Drucks und Abmessungen in die Kategorie IV fällt (also 3 Kategorien höher) und unterliegt daher einer Kontrolle. Dies hat mit dem viel größeren Energieinhalt des Gasdruckbehälters zu tun.

Differenzdruckbehälter gefüllt mit Luft und Flüssigkeit

Behälter mit einer (normalen) Flüssigkeit unter Druck haben einen um einen Faktor geringeren Energieinhalt als ein Druckbehälter mit Gas. Denn Wasser ist schlecht komprimierbar Das heißt, ein Gefäß mit Wasser unter einem Druck von 100 bar enthält nicht viel mehr Flüssigkeit als dasselbe Gefäß bei Atmosphärendruck. Derselbe mit Luft gefüllte Behälter enthält tatsächlich viel mehr Luft als der drucklose Behälter: Boyles Gesetz (Angenommen, das Gas erwärmt sich nicht) Daraus folgt, dass sich dann 100-mal mehr Luft im Gefäß befindet. Wenn der Lauf platzt, wird all diese Luft freigesetzt. Dies verursacht eine Explosion.

Aufgrund der großen Menge Energie, die in Druckbehältern mit Gasfüllung gelagert werden können und somit zu einem gefährlichen Bombe die gesetzlichen Anforderungen an Konstruktion, Werkstoffwahl, mögliche Schweißverfahren, Zertifikate und Prüfung dieser Gefäße sind wesentlich höher als bei flüssigkeitsgefüllten Gefäßen. Für letztere können im Allgemeinen die Vorschriften für Rohrleitungen unter Flüssigkeitsdruck verwendet werden. Druckbehälter müssen für die dem Verwendungszweck entsprechenden Belastungen ausgelegt werden, unter anderem unter Berücksichtigung der Festigkeit des Grundwerkstoffes (in der Regel mit Zertifikaten einer unabhängigen Prüfstelle), des Kerbschlagwertes und des Schweißverfahrens. Druckbehälter müssen immer mit einer dafür geeigneten Überdrucksicherung ausgestattet sein, die öffnet, wenn der Druck im Druckbehälter zu stark ansteigt.

Für Behälter mit verflüssigten brennbaren Gasen wie lpg, Propan, Butan, Acetylen Es gelten strengere Regeln als die Regeln für gewöhnliche Druckbehälter. Zum Beispiel hat eine 5-kg-Campingflasche Propan einen Prüfdruck von 30 bar, während der normale maximale Arbeitsdruck nicht viel mehr als 5 bar beträgt.

Normen

Die Herstellung und Verwendung von Druckbehältern unterliegt europäischen Vorschriften, die in die Niederlande übernommen wurden NENStandards. Die Vorschriften enthalten die Berechnungsmethoden, die Zusammenhänge zwischen dem Betriebsdruck und den Auslegungs- und Prüfdrücken, die Werkstoffwahl, das Schweißverfahren usw.

Druckbehälter der Kategorie IV unterliegen vor der Inbetriebnahme einer Inspektionspflicht, die in den Niederlanden von der Ministerium für Soziales und Beschäftigung benannte Kontrollstellen wie AIB-Vincotte, Energie Consult Holland, Lloyds/Stoomwezen, Bureau Veritas, KIWA, DNV-GL, Applus RTD-Zertifizierung usw.[3] In der Entwurfsphase wird mit der ausgewählten Prüfstelle ein Prozess vereinbart, wie man zu einem endgültigen Zertifikat kommt. Hinweise zu den erforderlichen Absperr- und Sicherheitsventilen, die am Druckbehälter angebracht sind, und deren Kapazitäten können gegeben werden. Übrigens legen einige Unternehmen strengere Standards für ihre eigenen Druckgeräte an, als von der Regierung vorgeschrieben.

Design

Materialwahl

Traditionell werden Druckbehälter von Gusseisen oder Stahl gemacht und durch Nieten zusammengesetzt. Heutzutage werden die meisten Druckbehälter zusammengeschweißt. Die Ausgangsmaterialien müssen selbstverständlich gut schweißbar und ausreichend zäh sein.

In der Vergangenheit gab es Druckbehälter aus Gusseisen und auch Messing- wurde in der Dampfalter verwendet, aber heute besteht die überwiegende Mehrheit der Druckbehälter aus Stahl. Ein kleinerer Teil von rostfreier Stahl (im Volksmund bekannt als rostfreier Stahl) gemacht, besonders in sehr ätzend Bedingungen, in der Lebensmittelindustrie und für medizinische Anwendungen. Der Nachteil von (echten) Edelstahl-Druckbehältern besteht darin, dass sie oft aus AISI 304L oder 316L bestehen, die sehr schlechte mechanische Eigenschaften aufweisen.

Tauchflaschen, die auch als Druckbehälter klassifiziert werden, bestehen aus Stahl, Edelstahl, Aluminium oder verstärktem Kunststoff. Gasflaschen (mit verflüssigten, brennbaren Gasen) wurden ursprünglich nur aus Stahl hergestellt, in den letzten Jahren wurden jedoch auch andere Materialien wie Edelstahl, Aluminium und Kunststoff immer beliebter.

Bilden

Druckbehälter haben in der Regel a zylindrisch Form mit bauchigen Enden oder kugelförmig.

Wandstärke von Druckbehältern

Die Spannung im Material eines (dünnwandigen) Kugeltank ist:

Wahr:

  • ist die Umfangsspannung (Membranspannung)
  • p ist die Druckdifferenz zwischen innerhalb und außerhalb des Behälters; der absolute Druck abzüglich des atmosphärischen Drucks
  • r ist der Innenradius (Radius) des Tanks (halber Durchmesser)
  • t ist die Wandstärke

Diese Formel ist eine gute Näherung, solange r > 20t; geringe Wandstärke im Verhältnis zum Durchmesser.

Die meisten Fässer sind jedoch zylindrisch in Form (mit kugelförmigen Fronten). In diesen Gefäßen ist die Spannung im Material in Radial- und Längsrichtung nicht gleich.

Für die Radialspannung gilt:

Und der Längsschnitt:

Wahr:

  • Umfangsspannung
  • Zug in Längsrichtung (axial)
  • p ist die Druckdifferenz zwischen innerhalb und außerhalb des Behälters; der absolute Druck abzüglich des atmosphärischen Drucks
  • r ist der Innenradius (Radius) des Tanks (halber Durchmesser)
  • t ist die Wandstärke

Dieser allgemein akzeptierte Satz von Formeln wird auch als bezeichnet Kesselformel.[4][5] Beachten Sie, dass bei zylindrischen Gefäßen die radiale Spannung die endgültige Wandstärke bestimmt.

Durch in diesen Formeln die Elastizitätsgrenze des Materials können Sie die minimale Wandstärke berechnen, die der Druckbehälter benötigt, um den Druck aufzunehmen; dies ohne Berücksichtigung der mechanischen Festigkeit, die das Schiff zum Stehen halten muss (Eigengewicht, Windlast, Vibrationen, Erdbeben usw.). Das meiste Design Codes (BS, DE, RToD, etc.) gehen nuancierter mit der Berechnung der Wanddicke um....[6]

Typen

Es gibt Druckbehälter aus Stahl, die geschweißt und es gibt Zwangsdruckbehälter. Letztere werden in der Regel im Pilgerschrittverfahren hergestellt of Mannesmann. Dadurch lassen sich nahtlose dickwandige Rohre herstellen, die dann beidseitig zugerollt werden können. Der Vorteil dieser ungeschweißten Druckbehälter besteht darin, dass sie für hohe Drücke vorteilhaft sind, da keine Schweißzulassung erforderlich ist und es möglich ist, sehr hochwertige Materialien (die nicht schweißbar sind) zu verwenden, um einen leichten Behälter herzustellen. Der Nachteil dieser Gefäße besteht darin, dass sie im Allgemeinen lang und dünn sind. (z.B. Durchmesser 500mm und Länge 8000mm.)

Anwendungen

Siehe auch

Externe Links

Nüsse

  1. ↑Richtlinie 97/23/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 29. Mai 1997 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Druckgeräte
  2. ↑Richtlinie 87/404/EWG des Rates vom 25. Juni 1987 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über einfache Druckbehälter
  3. ↑Übersicht der bevorzugten Einstellungen für die Verordnung über Druckgeräte des Warengesetzes, http://www.euronorm.net
  4. ↑Richard Budynas, J. Nisbett, Shigley's Mechanical Engineering Design, 8. Aufl., New York: McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-312193-2 , S. 108
  5. ↑Pressurized Devices Technical Committee (TCTD), Pressurized Devices Rules (RToD), SDU, ISBN: PRDA, Blatt D0201; Zylinder (einschließlich Rohre), Kegel und Kugeln mit Innendruck
  6. ↑Pressurized Devices Technical Committee (TCTD), Pressurized Devices Rules (RToD), SDU, ISBN: PRDA, Band 2; D-Blätter
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