Typen en Werkingsprincipe van Veiligheidskleppen

Een veiligheidsklep beschermt een systeem tegen overdruk. Overdruk treedt op wanneer de druk in het systeem de Maximaal Toelaatbare Werkdruk (MTW) of de druk waarvoor het systeem is ontworpen overschrijdt. Veiligheidskleppen kunnen zeer snel openen in vergelijking met ontlastkleppen. Een veiligheidsklep opent vanaf een ingestelde druk; de klep opent eerst een beetje, vervolgens volledig zodat de ongewenste druk zo snel mogelijk uit het systeem wordt verwijderd.

Veiligheidskleppen voorkomen drukverhogingen die leiden tot storingen, brandgevaar of explosies. Het medium van het systeem activeert volledig een veiligheidsklep, waardoor deze blijft werken bij stroomuitval. Veiligheidskleppen hebben alleen mechanische onderdelen, die werken wanneer elektronische of pneumatische veiligheidsapparaten falen.

Inhoudsopgave

• Belangrijke terminologie
• Typen veiligheidskleppen
• Typen actuatoren voor veiligheidskleppen
• Selectiecriteria
• Toepassingen
• Symbool veiligheidsklep
• Certificeringen veiligheidskleppen
• Drukveiligheidsklep vs ontlastklep
• Veelgestelde vragen

Belangrijke terminologie

• Overdruk: Overmatige druk boven de ingestelde druk van de veiligheidsklep.
• Bedrijfsdruk: De druk waarbij het systeem onder normale bedrijfsomstandigheden werkt.
• Ingestelde druk: De druk waarbij de schijf van de veiligheidsklep begint te bewegen en te openen.
• Openingsafstand: De afstand die de schijf beweegt van de gesloten positie naar de positie die nodig is voor de afvoer.
• Tegendruk: De druk die wordt opgebouwd aan de uitlaat van de veiligheidsklep tijdens de stroming. Tegendruk = Opgebouwde tegendruk + Toegevoegde tegendruk.
• Opgebouwde tegendruk: De druk aan de uitlaat wanneer de veiligheidsklep opent.
• Toegevoegde tegendruk: De druk aan de uitlaat van een gesloten veiligheidsklep.
• Maximaal toelaatbare werkdruk (MTW): De maximaal toegestane druk bij een aangewezen temperatuur onder normale bedrijfsomstandigheden. MTW is de maximale druk die het zwakste onderdeel van het systeem aankan.
• Afblaasverschil: Het verschil tussen de druk waarbij de schijf opent en de druk waarbij de klep sluit. Afblaasverschil wordt meestal uitgedrukt als een percentage.
• Afblaascapaciteit: Het tempo waarin de veiligheidsklep overtollige druk kan vrijgeven.

Typen veiligheidskleppen

Er zijn verschillende typen veiligheidskleppen: kleppen met een veerbelaste mechanisme, kleppen met gebalanceerde balgen en pilot-bedienende veiligheidskleppen. Elk type heeft een voordeel in een specifieke situatie.

Veermechanisme

De meest voorkomende veiligheidsklep is een veerbelaste of direct werkende veiligheidsklep. Een voordeel van dit type is dat het beschikbaar is voor drukbereiken van ongeveer 1 tot 1400 bar. Het mechanisme bestaat uit de volgende componenten:

• Expansiekamer: De expansiekamer (Figuur 2 gelabeld A) vergroot het oppervlak waar het medium van het systeem tegenaan duwt om de veiligheidsklep te openen, waardoor deze snel opent.
• Veer: De stijfheid van de veer (Figuur 2 gelabeld B) bepaalt bij welke druk het medium van het systeem de klep kan beginnen te openen.
• Schijf: De schijf (Figuur 2 gelabeld C) zit op de tuit en beweegt op en neer om de stroming door de veiligheidsklep toe te staan of te voorkomen.
• Tuitring: De tuitring (Figuur 2 gelabeld D) beïnvloedt de druk waarbij de schijf weer sluit. Een hoge instelling kan ervoor zorgen dat de schijf te laat sluit, terwijl een lage instelling kan leiden tot willekeurig openen en sluiten van de schijf wanneer dat niet zou moeten.
• Tuit: De tuit (Figuur 2 gelabeld E) regelt het oppervlak van de schijf waarmee het medium in wisselwerking staat voordat de klep opent. Dit zorgt ervoor dat het medium werkt tegen een groter oppervlak wanneer de klep opent, waardoor de kracht op de schijf toeneemt en de schijf snel opent.

De balans tussen de veerkracht van een veiligheidsklep en de ingaande kracht regelt de opening en sluiting van de klep. De inlaatdruk en het oppervlak van de schijf waarmee het medium in wisselwerking staat, bepalen de ingaande kracht. Volgens de wet van Pascal is kracht gelijk aan het product van druk en oppervlakte. Daarom neemt de kracht toe naarmate het oppervlak van de schijf waarmee het medium in wisselwerking staat toeneemt.

De belangrijkste eigenschap van veiligheidskleppen is dat ze snel volledig openen om maximale afblaascapaciteit te bereiken in minimale tijd. Dit is mogelijk omdat de schijf van de klep een grotere diameter heeft dan de tuit. Zodra de inlaatdruk hoog genoeg is, tilt de schijf op. Op dat moment wordt het oppervlak van de schijf waar het medium kan komen groter. Dit resulteert in een ingaande kracht die veel groter is dan de veerkracht, en de klep opent volledig.

Speciale versies van veiligheidskleppen bestaan voor incompressibele en comprimeerbare media en gassen/dampen. Veiligheidskleppen voor gassen en dampen openen vaak voordat de ingestelde druk is bereikt en openen tot minstens 50% lift bij de reactiedruk (zie Figuur 3). Veiligheidskleppen van dit type hebben een aanzienlijk nadeel: ze zijn zeer gevoelig voor tegendruk, wat de veiligheid van de klep negatief kan beïnvloeden.

Gebalanceerde balgen

Gebalanceerde balgen veiligheidskleppen zijn niet gevoelig voor de negatieve effecten van tegendruk. Balgen (Figuur 4 gelabeld B) boven de schijf zorgen ervoor dat de tegendruk gelijkmatig wordt verdeeld boven en onder de schijf. Bovendien komt de veer niet in contact met het medium, waardoor ongewenste invloed van het medium op de veer wordt voorkomen. Het nadeel van gebalanceerde balgen veiligheidskleppen is dat hun MTW lager is dan direct werkende veiligheidskleppen. Ze werken tot een maximum van 15,9 bar.

Pilot-bediende veiligheidsklep

Bij een pilot-bediende veiligheidsklep ligt de druk die nodig is om de schijf te openen veel dichter bij de werkdruk van het systeem. Dit voorkomt onnodige drukverhogingen boven de werkdruk. De volgende componenten werken samen om dit mogelijk te maken:

• Pilotveer: De pilotveer (Figuur 5 gelabeld A) regelt de druk waarbij de pilotklep opent.
• Pilotklep: De pilotklep (Figuur 5 gelabeld B) opent bij een ingestelde druk, wat leidt tot een differentieel dat de hoofdklep opent.
• Hoofdveer: De hoofdveer (Figuur 5 gelabeld C) sluit de hoofdklep totdat de pilotklep opent.
• Hoofdklep: De hoofdklep (Figuur 5 gelabeld D) opent om stroming van de inlaat naar de uitlaat toe te staan.
• Instelknop: De instelknop op de pilotklep (Figuur 5 gelabeld E) maakt aanpassing van de ingestelde druk mogelijk.

Zolang de inlaatdruk lager is dan de ingestelde druk, blijft de klep gesloten (Figuur 5 links). Zodra de inlaatdruk boven de reactiedruk stijgt, beweegt de pilotklep naar de open positie, waardoor stroming door het pilotgat en uit de klep mogelijk is (Figuur 5 midden). Dit veroorzaakt een drukverschil over de hoofdklep, waardoor deze omhoog beweegt en de resterende media vrij naar de uitlaat kan stromen (Figuur 5 rechts). De klep sluit wanneer de inlaatdruk weer onder de reactiedruk daalt.

Dode gewicht veiligheidsklep

Een dode gewicht veiligheidsklep is het eenvoudigste type veiligheidsklep. Het bestaat uit een messing klep boven op een verticale stoompijp van een ketel. Wanneer de druk in de ketel voldoende stijgt, tilt stoom de klep op totdat deze voldoende daalt om terug te vallen in zijn zitting. Dit type klep is alleen geschikt voor stationaire toepassingen.

Typen actuatoren voor veiligheidskleppen

Typen actuatoren voor veiligheidskleppen zijn cruciaal voor hoe een klep reageert en in verschillende systemen past. Hier is een vereenvoudigd overzicht van de drie hoofdtypen:

• Elektrische veiligheidskleppen: Deze maken gebruik van elektrische signalen voor controle, waardoor ze ideaal zijn voor systemen die nauwkeurige aanpassingen vereisen maar niet per se snelle reacties. Ze worden vaak gebruikt in geautomatiseerde opstellingen waar de klep kan worden geprogrammeerd om te reageren op specifieke omstandigheden zoals drukveranderingen.
• Pneumatische veiligheidskleppen: Deze kleppen gebruiken samengeperste lucht om te werken, waardoor ze snelle reacties bieden. Ze zijn ideaal voor plaatsen waar elektriciteit geen optie is of te gevaarlijk is. Je vindt ze in industrieën zoals olie en gas of chemische verwerking, waar ze helpen om snel druk te verlichten om ongelukken te voorkomen.
• Hydraulische veiligheidskleppen: Bediend door vloeistofdruk (meestal olie), zijn deze kleppen geschikt voor zware toepassingen waarbij veel kracht nodig is om de klep te openen of te sluiten. Ze zorgen voor soepele werking en zijn perfect voor situaties met hoge druk waar een plotselinge drukval problemen kan veroorzaken.

  Selectiecriteria

  Om uw systeem te beschermen tegen overdruk, is het essentieel om de vijf selectiecriteria hieronder te begrijpen. Lees alstublieft ons technisch artikel over het selecteren van veiligheidskleppen om deze criteria beter te begrijpen.

  • Ingestelde druk
  • Tegendruk
  • Afvoercapaciteit
  • Bedrijfstemperaturen
  • Klep- en afdichtingsmateriaal

  Toepassingen

  Het doel van een veiligheidsklep is voornamelijk voor industriële toepassingen om te beschermen tegen overdruk, wat gevaarlijke situaties zoals brand of explosies kan veroorzaken. Industriële veiligheidskleppen worden vaak aangetroffen in:

  • Olie-, gas- en petroleumindustrie: Bijvoorbeeld, subsurface veiligheidskleppen of downhole veiligheidskleppen zijn gebruikelijk op offshore olieputten. In geval van apparatuurstoring kan een veiligheidsklep snel worden afgesloten om te voorkomen dat olie en gas onder onveilige omstandigheden omhoog stromen.
  • Energie: Veiligheidskleppen in energiecentrales zijn gebruikelijk voor comprimeerbare gassen zoals stoom en lucht.
  • Sanitair: Roestvrijstalen veiligheidskleppen zijn ideaal voor industrieën die sanitaire omstandigheden vereisen. Bijvoorbeeld, in de voedings-, dranken- en farmaceutische industrie.
  • HVAC: Veiligheidskleppen verlichten de druk in geval van geblokkeerde afvoer, thermische uitzetting of externe warmte die de componenten kan beschadigen.

  Symbool veiligheidsklep

  

  Figuur 6: Variërende symbolen voor veiligheidskleppen

  Certificeringen veiligheidskleppen

  Veiligheidskleppen moeten voldoen aan verschillende nationale en internationale normen voor veiligheid en kwaliteit. Raadpleeg lokale normen om ervoor te zorgen dat het product voldoet.

  TÜV

  De TÜV-certificering beoordeelt de veiligheid van een product. Het verifieert dat het voldoet aan de minimale eisen van de Richtlijn Drukapparatuur (PED) 2014/68/EU. De PED beschrijft de normen voor het ontwerpen en produceren van drukapparatuur zoals drukontlastingsinrichtingen, stoomketels, leidingen en drukvaten die werken bij een maximaal toelaatbare druk groter dan 0,5 bar.

  ASME

  De ASME (American Society of Mechanical Engineers) waarborgt de specificatie en accreditatie van drukvaten, ketels en drukontlastingsinrichtingen.

  ISO 4126

  De ISO 4126 standaard is een algemene specificatie voor druk ontlastkleppen, ongeacht het medium van de toepassing.

  Drukveiligheidsklep vs ontlastklep

  Drukveiligheidskleppen en ontlastkleppen hebben belangrijke overeenkomsten en verschillen.

  • Overeenkomsten: Beide kleptypen zijn veiligheidsinrichtingen die zijn ontworpen om automatisch te openen bij een ingesteld drukniveau om overdruk in een systeem te voorkomen.
  • Verschillen: Drukveiligheidskleppen zijn ontworpen om snel te openen en de druk snel te verlichten. Drukontlastkleppen openen geleidelijker om de drukverlaging van het systeem te regelen.

  Lees meer in ons uitgebreide vergelijkingsartikel over drukveiligheids- en ontlastkleppen.

  Veelgestelde vragen

  Wat doet een veiligheidsklep?

  Een veiligheidsklep verlaagt snel de druk van een systeem wanneer deze stijgt tot onveilige niveaus. De veiligheidsklep blijft werken totdat de systeemdruk terugkeert naar veilige niveaus.

  Wat is het verschil tussen een ontlastklep en een veiligheidsklep?

  Een ontlastklep zal de werking van downstream componenten niet onmiddellijk stoppen, terwijl een veiligheidsklep dat wel zal doen.

  Wat zijn de typen veiligheidskleppen?

  Gangbare typen veiligheidskleppen zijn direct werkend, pilot-bediend en gebalanceerde balgen.

  Wat is een ASME veiligheidsklep?

  Een ASME veiligheidsklep voldoet aan de eisen van Sectie I van de ASME-code voor drukvaten. Deze kleppen moeten een groot constant debiet hebben bij niet meer dan 10% overdruk.

  Bekijk ons online assortiment veiligheidskleppen!

  • 

    Instelbare Gas Veiligheidsventielen

  • 

    Vooraf Ingestelde Gas Veiligheidsventielen