Funktion Über- /Unterdrucksicherung ÜU-GD 150/200

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1 Biogaskontor Köberle GmbH Funktion Über- /Unterdrucksicherung ÜU-GD 15/2 DLG-Prüfbericht 5644F Beschreibung 2/7 Funktion Hersteller/Anmelder Biogaskontor Köberle GmbH Hauptstraße 6 D Obermarchtal Telefon: Telefax: info@biogaskontor.de DLG e.v. Testzentrum Technik & Betriebsmittel Sicherheitsbauteil zur Regulierung des Über- und Unterdruckes im Gärbehälter einer Biogasanlage; zur Montage ohne oder mit Gasdom auf Fermenterdeckel aus Beton; Sicherheitsventil mit 2-Kammernsystem für Über- und Unterdruck, Wasser als Sperrflüssigkeit, Schauglas mit Füllhöhenskala (mm-teilung) und Einfüllstutzen; Gasraum- und Luftraumkammer sind im Behälter durch ein Trennblech unterteilt; die Sicherung wird nur im Auslösefall durchströmt, dabei wird der Wasserpegel in der Gasraum- oder Luftraumkammer soweit verdrängt bis ein Spalt unterhalb des Trennbleches zum Druckausgleich frei wird; Ansprechdruck für Über- und Unterdruck wird gemeinsam über die Füllhöhe eingestellt, Einstellverhältnis Überdruck zu Unterdruck: 1:2; Befüllung über 1/2 -Schlauch am Einfüllstutzen (bleibt unverschlossen); Einfüllstutzen dient zusätzlich als Überlauf für Kondensat- oder Niederschlagswasser; bestehend aus Edelstahl (Werkstoff Nr ), gasdicht und ungedämmt ausgeführt. Zubehör (nicht geprüft) Abblaseleitung (bis 3,5 m lang), Überdruckscheibe mit Gewicht.

2 Technische Hauptdaten (Herstellerangaben) ÜU-GD 15 ÜU-GD 2 Länge 8 mm 83 mm Breite 65 mm 75 mm Tiefe 45 mm 55 mm Anschlüsse Gas- /Abblaseleitung DN 15 DN 2 max. Gasdurchfluss m 3 /h 2 m 3 /h Druckfestigkeit Sicherung: 1 bar; Formteile und Muffen: > 1 bar Gewicht ca. 6 kg ca. 8 kg 1 Edelstahlbehälter 2 Luftraum 3 Abblaseleitung 4 Schauglas 5 Sperrflüssigkeit (Wasser) 6 Überdruckscheibe mit Gewicht 7 Gasentnahme mit Grobfilter 8 Fermenterdeckel Montage ohne Gasdom Montage mit Gasdom 9 Dichtung 1 Steigrohr 9 Gasdom 1 Dichtung 11 Gasraum 11 Steigrohr 12 Trennblech 12 Gasraum 13 Deckel 13 Trennblech 14 Deckel Bild 1: Montagemöglichkeit der Über- /Unterdrucksicherungen ÜU-GD 15/2 (Anmerkung: Das hier dargestellte Füllstandsniveau in den Kammern stellt sich bei anliegendem Überdruck ein.) Beurteilung kurzgefasst Testkriterium Testergebnis Bewertung Funktion bei Überdruck ist gewährleistet, auch bei Dauerbetrieb (geprüft bis 19 h) erfüllt bei Unterdruck ist gewährleistet erfüllt Betriebsanleitung erfüllt die Anforderungen o Bewertungsbereich: ++ / + / / / ( = Standard); bei sicherheitsrelevanten Kriterien: erfüllt/nicht erfüllt DLG-Prüfbericht 5644 F 2

3 Prüfbedingungen und -durchführung Der DLG-FokusTest Funktion der Über- /Unterdrucksicherungen ÜU-GD 15 und ÜU-GD 2 wurde unter Laborbedingungen durchgeführt. Je Typ stand eine Über- /Unterdrucksicherung im Neuzustand zur Verfügung. Beim Test wurden die Ansprechdruckwerte bei simuliertem Überdruck an der Gaseintrittsseite der Sicherung ermittelt. Dazu wurde das Ansprechverhalten in Abhängigkeit vom Gasvolumenstrom und der Wasserfüllhöhe im Behälter der Sicherung bestimmt. Weiterhin erfolgte beim Typ ÜU-GD 2 eine Langzeitmessung mit einer konstanten Volumenstromeinstellung über ca. 19 h. Die Werte für Unterdruck wurden berechnet, da im Auslösefall die einströmende Luft den gleichen Weg -nur in entgegen gesetzter Richtung- wie das Biogas bei Überdruck durch die Sicherung nimmt. Bei den Überdruckmessungen wurde Raumluft (t = 2 ± 5 C, rf = 5 ± 5%) über einen regelbaren Radialgebläsesatz (mit Messdüse an der Ansaugseite) angesaugt und durch eine Rohrverbindung über einen Haubenaufsatz in den Prüfling gefördert. Dieser Haubenaufsatz wurde über dem Steigrohr der Sicherung speziell für diesen Test angebracht. Der sich einstellende Überdruck wurde im Haubenaufsatz über einen Messeinsatz gemessen. Der zugeführte Volumenstrom wurde über eine Drukkdifferenzmessung an der Messdüse bestimmt. Beim Test wurde der vom Radialgebläse erzeugte Volumenstrom solange nach oben hoch geregelt bis der Gasweg in die Abblaseleitung freigegeben wurde. Dabei wurden Volumenströme über die zulässigen Grenzwerte (nach Betriebsanleitung) hinaus mit untersucht. Über die Einfüllleitung wurden die zu messenden Wasserstände eingestellt. Die Datenerfassung und -auswertung erfolgte mit einem PC-Messdatensystem. Prüfergebnisse Die Funktion der Über- /Unterdrucksicherungen ÜU-GD 15 und ÜU-GD 2 ist gewährleistet. Für den Betrieb der Sicherungen wird als Sperrflüssigkeit Wasser eingesetzt. Eine Zugabe von Frostschutzmittel ist lt. Herstellerangabe normalerweise nicht erforderlich, vorausgesetzt der Fermenter ist auf > 35 C aufgeheizt. Lediglich im Winter und unbeheizten Fermenter ist ein Frostschutzmittel-Wasser- Gemisch einzufüllen. Praxiserfahrung hierzu liegt nicht vor. Funktion bei Überdruck Die Sicherung ÜU-GD 15 kann in einem Bereich von 13 bis maximal 41 Pa Überdruck für Gasvolumenströme bis m 3 /h eingesetzt werden (Bild 2 und 3). Beim Typ ÜU-GD 2 gelten folgende Werte: 155 bis 26 Pa Überdruck und 2 m 3 /h maximal zulässiger Gasvolumenstrom (Bild 2 und 4). Bei beiden Typen waren maximal 6 mm Wasserpegelhöhe (abgelesener Wert an der Füllhöhenskala vom Schauglas) möglich. Darüber Überdruck, Pa ÜU-GD-15 ÜU-GD-2 hinaus lief das Wasser über den unter Betriebsbedingungen offenen Einfüllstutzen ab. Bei ansteigendem Überdruck im Fermenter wird der Wasserpegel in der Gasraumkammer (s. Bild 1, Pos. 11 bzw. 12 bei Gasdomausführung) soweit abgesenkt, bis das Biogas unterhalb des Trennbleches in die Luftraumkammer (s. Bild 1, Pos. 2) durchströmen und in Richtung Abblaseleitung entweichen kann. Dieser Zustand bleibt solange erhalten bis der eingestellte Höhe Wasserpegel, mm Bild 2: Ansprechdruck bei Überdruck in Abhängigkeit von der Höhe des Wasserpegels in den Sicherungen (Anmerkung: Bei Unterdruck sind die Druckwerte mit dem Faktor 2 zu multiplizieren.) DLG-Prüfbericht 5644 F 3

4 Überdruck, Pa zulässiger Bereich: max. m³/h Gasvolumenstrom, m³/h Bild 3: Ansprechverhalten der Sicherung ÜU-GD 15 bei Überdruck im Gärbehälter Überdruck, Pa Höhe Wasserpegel 6 mm 5 mm 4 mm 3 mm 2 mm zulässiger Bereich: max. 2 m³/h Höhe Wasserpegel 6 mm 5 mm 4 mm 3 mm 2 mm Gasvolumenstrom, m³/h Bild 4: Ansprechverhalten der Sicherung ÜU-GD 2 bei Überdruck im Gärbehälter Gasfackel vorgesehen werden. Zudem sprechen Umweltschutzgründe dafür. Für den Fall, das ausnahmsweise eine länger andauernde Überschreitung eintritt, z. B. verursacht durch eine Havarie, wurde mit der Sicherung ÜU-GD 2 eine Langzeitmessung durchgeführt. Die Sicherung wurde mit maximal einstellbarem Wasserpegel (6 mm) und einem Gasvolumenstrom von 25 m 3 /h betrieben. Damit lag der Gasvolumenstrom 25 % über dem zulässigen Bereich. Insgesamt wurde festgestellt, dass der Ansprechdruck in den Anfangsminuten schnell abfällt und sich anschließend ein gleichmäßig langsamer Abfall einstellt (Bild 6). So fällt der Ansprechdruck in den ersten 1 min um ~ 85 Pa; von 45 auf 365 Pa. In den folgenden ~18h beträgt dieser Abfall dann nur ~ 19 Pa insgesamt auf ~ 175 Pa bis zum Testende. Ursache ist der ständige Wasseraustrag durch Wassertröpfchen die der abgelassene Gasvolumenstrom mitreist und durch die Abblaseleitung in die Umgebung austrägt. Der Volumenstrom steigt bis ca. 1 h stetig an. Bis zu diesem Zeitpunkt ist die Absperrwirkung durch Trennblech und Wasserpegel noch erhalten, jedoch mit niedrigerem Ansprechdruck. Anschließend kommt es zu undefinierten Zuständen an der Trennstelle zwischen Wasser und Trennblech und damit zum zeitweiligen freien Durchgang unterhalb des Trennbleches. Ansprechwert wieder unterschritten wird (Bild 5). Durch Ändern der Wasserpegelhöhe kann der Ansprechwert differenziert eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, weitere Zwischeneinstellungen innerhalb des zulässigen Bereiches zu realisieren und auf den Biogasanlagenbetrieb abzustimmen. Die Messergebnisse zeigen, dass mit steigendem Gasvolumenstrom und höherem Wasserpegel der Ansprechdruck für das Schließen zunimmt. Die Über- /Unterdrucksicherungen ÜU-GD 15 und ÜU-GD 2 sind bestimmungsgemäß ausschließlich zur Regulierung des Über-/-Unterdruckes im Gärbehälter einer Biogasanlage vorgesehen. In der Betriebsanleitung wird darauf hingewiesen, dass ein Ablasen über 1 h bei Umgebungstemperaturen von unter -1 C zur Vereisung der Ablaseleitung führen kann. Bei längerfristiger Überschreitung des maximal eingestellten Gasdruckes muss deshalb ggf. eine zusätzliche Gasverbrennungsanlage oder eine Dieser Test hat gezeigt, dass die Grundfunktion der Sicherung auch im Havariefall für eine begrenzte Zeit (gemessen bis ~ 19 h) erhalten bleibt. Funktion bei Unterdruck Bei ansteigendem Unterdruck im Gärbehälter wird der Wasserpegel in der Luftraumkammer (s. Bild 1, Pos. 2) vom Umgebungsluftdruck soweit abgesenkt, bis Luft unterhalb des Trennbleches über die Gasraumkammer in den Gärbehälter einströmen kann. Dieser Zu- DLG-Prüfbericht 5644 F 4

5 stand bleibt solange erhalten bis der Druckausgleich erreicht ist. Die konstruktive Ausführung der Sicherung besitzt ein Einstellverhältnis von 1:2 für Über-/Unterdruck, d. h. die Werte für Unterdruck sind doppelt so hoch. Beispiel: Ein eingestellter Ansprechwert von 4 Pa Überdruck bedeutet, dass die Sicherung bei 8 Pa Unterdruck anspricht. Betriebsanleitung Die Betriebsanleitung erfüllt die Anforderungen. Neben allgemeinen Angaben werden Hinweise zur Sicherheit, Störungsbeseitigung, Inspektion und Wartung gegeben. Die Arbeiten im Wartungsplan sind übersichtlich dargestellt und entsprechend den Anforderungen (Zeitpunkt, Witterung) zugeordnet. Im Wartungsplan ist vorgegeben, welche funktionsrelevanten Tätigkeiten vom Bedienpersonal, z. B. Sperrflüssigkeit auf Füllstand und Verschmutzung kontrollieren, regelmäßig durchzuführen sind. Pa s Überduck, Pa Gasvolumenstrom, m 3 /h m 3 /h 5 Bild 5: Beispiel für das Ansprechverhalten der Sicherung ÜU-GD 15 bei simuliertem Überdruck im Gärbehälter Erläuterungen Darstellung entspricht dem Arbeitspunkt im Bild 3 mit folgender Einstellung: Höhe Wasserpegel 6 mm / Volumenstrom ca. 15 m 3 /h Die Ansprechschwelle des Überdrucks (rote Linie) liegt bei 41 Pa und wurde beim manuellen Anfahren nach ca. 4 s erreicht. Der Kurvenpeak entsteht während der Phase des Übergangs vom stationären zum dynamischen Zustand. Da der Volumenstrom anschließend unverändert gehalten wurde, stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein. Pa 5 25 m 3 /h :: 12:: 18:: 24:: Überduck, Pa Gasvolumenstrom, m 3 /h h:min:s Bild 6: Langzeitmessung mit der Sicherung ÜU-GD 2 (Einstellung: 6 mm Wasserpegelhöhe, 25 m 3 /h Gasvolumenstrom) DLG-Prüfbericht 5644 F 5

6 Prüfung Der FokusTest umfasste technische Überprüfungen unter Laborbedingungen. Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse erfüllen die Über-/Unterdrkcksicherung vom Typ ÜU-GD 15 und ÜU-GD 2 bezüglich des Prüfkriteriums Funktion die Anforderungen (Bewertung (o) oder besser) für die Vergabe des Prüfzeichens DLG-FokusTest. Andere Kriterien wurden nicht geprüft. Prüfungsdurchführung DLG e.v., Testzentrum Technik & Betriebsmittel, Max-Eyth-Weg 1, Groß-Umstadt Projektleiter Dipl.-Ing. W. Huschke Technik, Sicherheit, Qualität Dipl.-Ing. W. Gramatte ENTAM European Network for Testing of Agricultural Machines, ist der Zusammenschluss der europäischen Prüfstellen. Ziel von ENTAM ist die europaweite Verbreitung von Prüfergebnissen für Landwirte, Landtechnikhändler und Hersteller. Mehr Informationen zum Netzwerk erhalten Sie unter oder unter der -Adresse: info@entam.com 3/27 DLG DLG e.v. Testzentrum Technik & Betriebsmittel Max-Eyth-Weg 1, D Groß-Umstadt, Telefon: , Fax: Tech@DLG.org, Internet: Download aller DLG-Prüfberichte unter: DLG-Prüfbericht 5644 F 6