Druckaufbau-Wendel und Economiser: So wird der Tankdruck geregelt
Wie Druckaufbau-Wendel und Economiser den Druck im Kryotank regeln, wie beide Kreise arbeiten und woran Sie erkennen, dass einer davon ausgefallen ist.
10 Min. Lesezeit
Eine Druckaufbau-Wendel ist ein Luftverdampfer, der Flüssigkeit aus einem Kryotank entnimmt, verdampft und das Gas in den Gasraum zurückführt, um den Druck zu erhöhen. Der Economiser arbeitet umgekehrt: Er entnimmt bei hohem Druck Gas aus dem Gasraum, sodass Abdampfgas als Produkt genutzt statt abgeblasen wird.
Zusammen halten diese beiden Kreise einen Kryotank auf einem stabilen Betriebsdruck, ohne Flüssigkeit zu verschwenden und ohne das Sicherheitsventil ansprechen zu lassen.
Dieser Beitrag erklärt, wie jeder Kreis arbeitet, in welchem Verhältnis die Sollwerte zueinander stehen und was ein Bediener beim Ausfall des einen oder anderen Kreises sieht.
Warum braucht ein Kryotank einen Druckaufbaukreis?
Eine kryogene Flüssigkeit steht beim Tankdruck nahe an ihrem Siedepunkt. Irgendetwas muss das Produkt aus dem Behälter drücken, und an einer Kundenstation ist normalerweise keine Pumpe vorhanden. Der Schub kommt aus dem Druck des Gases über der Flüssigkeit.
Dieser Druck muss über dem nachgelagerten Bedarf liegen:
- Im Gasbetrieb treibt der Tankdruck die Flüssigkeit durch den Verdampfer bis zur Verbrauchsstelle auf den geforderten Abgabedruck
- Im Flüssigbetrieb drückt er Flüssigkeit in eine Transferleitung, einen Füllschlauch oder einen Kundenbehälter
- In beiden Fällen fällt der Druck während der Entnahme, weil Gas entnommen wird und der Gasraum gleichzeitig größer wird
Der Wärmeeintrag allein erzeugt zwar einen gewissen Druckanstieg, aber nicht schnell genug, um mit einer aktiven Entnahme Schritt zu halten. Ein sich selbst überlassener Tank würde also so lange Druck verlieren, bis keine Abgabe mehr stattfindet.
Das umgekehrte Problem tritt im Stillstand auf. Das Abdampfen läuft weiter, und ohne Entnahme steigt der Druck, bis das Sicherheitsventil anspricht und Produkt verloren geht. Genau das löst der Economiser.
Wie arbeitet die Druckaufbau-Wendel?
Der Druckaufbaukreis, meist mit PB abgekürzt, ist ein geschlossener Kreislauf vom Boden des Innenbehälters zurück zum Kopf desselben Behälters.
- Flüssigkeit verlässt den Boden des Innenbehälters über die Druckaufbauleitung und ein handbetätigtes Absperrventil
- Der Regler erfasst den Druck im Gasraum und öffnet, sobald dieser unter den Sollwert fällt
- Die Flüssigkeit strömt in die Druckaufbau-Wendel, einen Rippenrohr-Luftverdampfer an der Seite oder am Fuß des Tanks
- Die Umgebungsluft erwärmt das Rohr, die Flüssigkeit siedet und das Gas dehnt sich aus
- Das Gas strömt oben in den Gasraum des Behälters zurück und erhöht den Tankdruck
- Ist der Sollwert erreicht, schließt der Regler und der Kreis kommt zum Stillstand
Ein Thermosiphoneffekt macht den Kreislauf selbsttragend: Die Flüssigkeit in der Wendel ist wärmer und damit weniger dicht, steigt auf und zieht Flüssigkeit nach. Es werden weder Pumpe noch Stromversorgung benötigt, weshalb diese Anordnung an unbeaufsichtigten Stationen Standard ist.
Der Druckaufbau verbraucht allerdings Produkt. Jede Gasmenge, die in den Gasraum zurückgeführt wird, stammt aus dem Flüssigkeitsbestand. Ein dauerhaft laufender Kreis erhöht deshalb unbemerkt den Verbrauchswert des Standorts.
Der Druckaufbauregler
Der Regler ist ein selbsttätiges Regelventil, und sein Sollwert definiert den Betriebsdruck des Tanks. Er muss den an der Verbrauchsstelle benötigten Druck zuzüglich der Verluste über Verdampfer und Rohrleitung abdecken und liegt stets unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils.
Was macht der Economiser an einem Kryotank?
Der Economiser, gelegentlich auch Gasentnahmeventil genannt, verbindet den Gasraum mit der Entnahmeleitung. Sein Sollwert liegt über der Einstellung des Druckaufbaureglers und unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils.
Steigt der Tankdruck über diesen Sollwert, öffnet das Ventil, und das Produkt wird aus dem Gasraum statt aus der Flüssigkeit entnommen. Die Entnahme von Gas senkt den Tankdruck, und Gas, das sonst abgeblasen worden wäre, wird an den Kunden geliefert. Unterhalb des Sollwerts schließt das Ventil und die normale Flüssigentnahme setzt wieder ein.
Er erfüllt also zwei Aufgaben zugleich:
- Er begrenzt den Tankdruck nach oben, ohne abzublasen, und lässt dem Sicherheitsventil seine Rolle als Schutzeinrichtung
- Er wandelt Abdampfgas in geliefertes Produkt um, sodass aus einem Wärmeeintrag, der sonst Verlust wäre, ein Teil des Verkaufs wird
Moderne ortsfeste Kryotanks haben je nach Größe und Isolierung eine statische Verdampfungsrate von etwa 0,2 bis 0,6 Prozent pro Tag. Ein funktionierender Economiser führt dieses Abdampfgas in den Gasstrom zurück. Bei einem länger stillstehenden Tank gibt es keine Entnahme, die es aufnimmt, sodass der Druck dennoch steigt und die Haltezeit zur maßgeblichen Kennzahl wird.
In welchem Verhältnis stehen die Druckeinstellungen zueinander?
Für die Sollwerte gilt eine feste Reihenfolge, und sie erklärt die meisten Betriebsprobleme. Von niedrig nach hoch:
- Druckaufbauregler: der niedrigste Wert, er definiert den normalen Betriebsdruck des Tanks
- Economiser-Regler: über dem Druckaufbauregler, damit beide nicht gegeneinander arbeiten
- Sicherheitsventil: über der Economiser-Einstellung und auf oder unter dem maximal zulässigen Betriebsdruck des Behälters
- Berstscheibe: über dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils, innerhalb der Grenze, die der anzuwendende Code zulässt
Der Abstand zwischen Druckaufbau- und Economiser-Einstellung ist das Band, in dem der Tank arbeitet. Liegt der Economiser auf oder unter der Druckaufbaueinstellung, entsteht ein sich selbst aufhebender Kreislauf: Der Kreis verdampft Flüssigkeit, um Druck aufzubauen, der Economiser leitet ihn in die Gasleitung ab, und der Kreis beginnt von vorn, mit zusätzlichem Flüssigkeitsverbrauch.
Die genauen Werte hängen von der Druckklasse des Behälters und vom geforderten Abgabedruck ab. Sie sind in der Behälterdokumentation festgehalten, und jede Änderung ist eine dokumentierte Servicemaßnahme. Unser Beitrag zu MAWP und Druckklasse von Kryotanks erklärt, wie die Behälterauslegung die Obergrenze setzt.
Welche Symptome zeigt eine gestörte Druckaufbau-Wendel?
Störungen im Druckaufbau zeigen sich als niedriger Druck, geringer Durchfluss oder als vollständiger Abgabestillstand.
Der Druck baut sich nicht auf oder fällt während der Entnahme
- Das handbetätigte Absperrventil des Druckaufbaus ist geschlossen, die häufigste Ursache und der erste Prüfpunkt
- Der Sollwert des Reglers ist für den aktuellen Bedarf zu niedrig, oder der Regler ist in geschlossener Stellung ausgefallen
- Die Wendel ist zugeeist, kann keine Wärme aus der Luft aufnehmen und die Flüssigkeit verdampft nicht
- Der Füllstand ist sehr niedrig, sodass kaum noch Höhe zum Speisen der Leitung vorhanden ist
- Der Bedarf übersteigt die Auslegung des Kreises, was ein Auslegungsproblem und keine Störung ist
Die Wendel ist stark bereift oder eist zu
Etwas Reif auf einer Druckaufbau-Wendel ist normal. Ein durchgehender Eisblock ist es nicht. Luftverdampfer brauchen Abtauzeit, um das Eis loszuwerden, das beim Entzug von Wärme aus feuchter Luft entsteht. Eine Wendel ohne Pause eist deshalb zu, bis ihre Leistung zusammenbricht. Kaltes, feuchtes Wetter verschärft das, weshalb sich Druckbeschwerden im Winter häufen.
Der Druck steigt fortlaufend und das Sicherheitsventil spricht an
Das ist die umgekehrte Störung, ein in offener Stellung hängender Regler. Der Kreis führt weiterhin Gas in den Gasraum zurück, sodass der Druck über die Economiser-Einstellung hinaus bis zum Sicherheitsventil steigt. Das Erkennungsmerkmal ist eine Wendel, die bereift bleibt, obwohl der Tank bereits auf Betriebsdruck steht.
Ein fortlaufend ansprechendes Sicherheitsventil ist nicht immer eine Störung des Druckaufbaus. Ein nachlassendes Vakuum erzeugt dasselbe Symptom, lesen Sie deshalb zuerst unsere Beiträge dazu, warum der Druck im Kryotank steigt, und zum Vakuumverlust.
Welche Symptome zeigt ein gestörter Economiser?
Störungen am Economiser verlaufen leiser, weil der Tank weiter liefert. Sie zeigen sich als Produktverlust und als instabiler Druck.
Economiser hängt geschlossen oder ist zu hoch eingestellt
- Der Tank bläst über das Sicherheits- oder Entlüftungsventil ab, obwohl er noch reichlich Produkt enthält
- Der Tankdruck steht am oberen Ende des Bereichs, auch während Gas entnommen wird
- Der Verbrauch erscheint höher als die tatsächliche Nutzung, weil abgeblasenes Produkt geliefert und bezahlt wurde
- Der Bediener beginnt, von Hand abzublasen, und normalisiert damit einen Verlust, der nicht auftreten sollte
Economiser hängt offen oder ist zu niedrig eingestellt
- Der Tankdruck hält nicht, weil laufend Gas in die Entnahmeleitung abgeleitet wird
- Der Druckaufbaukreis läuft ständig, sodass die Wendel bereift bleibt und der Flüssigkeitsverbrauch steigt
- Das Gas an der Verbrauchsstelle kann kälter oder schwankend sein, weil es den vollständigen Verdampferweg umgeht
- Im Flüssigentnahmebetrieb wird der Transfer langsam oder kommt zum Stillstand, weil der Tankdruck zusammenbricht
Die Wendel trennt die beiden Fälle. Eine bereifte Wendel bei nicht haltendem Druck weist auf den Economiser hin. Eine freie Wendel bei ausbleibendem Druckaufbau weist auf den Druckaufbaukreis hin.
Was sollte ein Bediener prüfen, bevor er den Service ruft?
Eine kurze, strukturierte Prüfung spart einen Einsatz und gibt dem Servicetechniker eine Grundlage.
- Tankdruck und Füllstand mit Uhrzeit und Umgebungstemperatur festhalten
- Prüfen, ob das handbetätigte Druckaufbauventil in seiner normalen Betriebsstellung steht
- Die Druckaufbau-Wendel ansehen: frei, leicht bereift oder durchgehend vereist
- Den Prozessverdampfer ansehen, da eine Vereisung dort einen niedrigen Abgabedruck erzeugt, der oft dem Tank zugeschrieben wird
- Prüfen, ob sich der Bedarf verändert hat, etwa durch eine neue Produktionslinie
- Den Druck mit den dokumentierten Sollwerten in der Behälterakte vergleichen
- Auf hörbares Abblasen oder eine Eisfahne am Austritt achten
Zwei Regeln gelten ausnahmslos. Sicherheitsventil und Berstscheibe dürfen weder verstellt noch beeinträchtigt werden, und eine Sicherheitseinrichtung darf niemals abgesperrt werden, um das Abblasen zu unterbinden. Sollwerte von Reglern werden ausschließlich von befähigtem Personal anhand der dokumentierten Werte geändert, und eine vereiste Wendel lässt man natürlich abtauen, statt sie zu erwärmen oder abzuschlagen.
Ist der Kreis oder der Verdampfer nicht gestört, sondern unterdimensioniert, besteht die Lösung in einer Kapazitätsanpassung.
Wie beeinflusst die Druckaufbau-Wendel die Tankauswahl?
Die Druckregelungsausrüstung gehört zur Spezifikation. Spitzengasbedarf und geforderter Abgabedruck bestimmen die Druckaufbauleistung und den Sollwert des Reglers, und die Druckklasse des Behälters muss hoch genug sein, damit der Betriebsdruck unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils liegt.
Das Einsatzprofil zählt ebenso viel wie das Volumen. Standorte im Dauerbetrieb brauchen genügend Reserve, damit die Wendel Abtauzeit erhält, während Standorte mit unregelmäßigem, geringem Verbrauch stärker vom Economiser abhängen, weil sich in langen Stillstandszeiten Abdampfgas ansammelt. Deshalb verhält sich dasselbe Nennvolumen an zwei Standorten unterschiedlich, und deshalb beginnt unser Beitrag zur Tankauslegung für Kundenstationen beim Verbrauchsprofil.
KAF Cryogenics liefert kryogene Lagertanks, MicroBulk-Behälter und Luftverdampfer, als Neugeräte nach Spezifikation oder als zertifizierte Gebrauchtgeräte mit Dokumentationsmappe und schriftlicher Gewährleistung.
Häufig gestellte Fragen
Was ist eine Druckaufbau-Wendel an einem Kryotank?
Sie ist ein Luftverdampfer, meist eine Rippenrohr-Wendel an der Seite oder am Fuß des Tanks, die Flüssigkeit vom Boden des Innenbehälters entnimmt, sie mit Wärme aus der Umgebungsluft verdampft und das Gas in den Gasraum zurückführt. Das zugeführte Gas erhöht den Tankdruck, sodass Produkt herausgedrückt werden kann. Der Kreis wird vom Druckaufbauregler gesteuert und benötigt weder Pumpe noch Stromversorgung.
Was macht der Economiser an einem Kryotank?
Der Economiser ist ein Regler, dessen Sollwert über der Druckaufbaueinstellung und unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils liegt. Steigt der Tankdruck über seinen Sollwert, öffnet er einen Weg vom Gasraum in die Entnahmeleitung, sodass Produkt als Gas statt als Flüssigkeit entnommen wird. Das senkt den Tankdruck ohne Abblasen und macht aus Abdampfgas geliefertes Produkt.
Warum baut mein Kryotank keinen Druck auf?
Die häufigste Ursache ist ein geschlossenes handbetätigtes Druckaufbauventil, oft nach einer Lieferung oder einem Wartungseinsatz. Weitere Ursachen sind ein zu niedrig eingestellter oder geschlossen ausgefallener Regler, eine durchgehend vereiste Druckaufbau-Wendel, die keine Wärme aus der Luft aufnehmen kann, ein sehr niedriger Füllstand oder ein Bedarf, der über der Auslegung des Kreises liegt.
Warum bläst mein Kryotank ab, obwohl er noch voll ist?
Abblasen bei gefülltem Tank bedeutet meist, dass der Economiser geschlossen hängt oder zu hoch eingestellt ist, sodass Abdampfgas nicht in die Gasleitung gezogen wird und der Druck bis zum Ansprechdruck des Sicherheitsventils steigt. Die zweite häufige Ursache ist ein offen hängender Druckaufbauregler. Eine verschlechterte Vakuumisolierung erzeugt über den erhöhten Wärmeeintrag dasselbe Symptom, prüfen Sie deshalb das Vakuum, bevor Sie Regler tauschen.
Soll die Druckaufbau-Wendel bereift sein?
Leichter Reif während des aktiven Druckaufbaus ist normal, weil die Wendel der Luft Wärme entzieht. Ein durchgehender Eisblock ist nicht normal und bedeutet, dass die Wendel an Leistung verloren hat. Eine Wendel, die bereift bleibt, obwohl der Tank bereits auf Betriebsdruck steht, deutet auf einen durchlassenden oder offen hängenden Regler hin. Eine vereiste Wendel sollte natürlich abtauen, statt erwärmt oder abgeschlagen zu werden.
Darf der Economiser unter dem Druckaufbauregler eingestellt werden?
Das sollte nie geschehen. Liegt der Sollwert des Economisers auf oder unter dem Sollwert des Druckaufbaus, verdampft der Druckaufbaukreis Flüssigkeit, um Druck aufzubauen, und der Economiser leitet ihn sofort in die Gasleitung ab. Der Tank scheint zu arbeiten, verbraucht aber fortlaufend zusätzliche Flüssigkeit. Die richtige Reihenfolge lautet: Druckaufbau am niedrigsten, dann Economiser, dann das Sicherheitsventil auf oder unter dem MAWP des Behälters.
Beseitigt ein funktionierender Economiser die Abdampfverluste?
Er beseitigt sie nur, solange Produkt entnommen wird, weil das zurückgewonnene Gas irgendwohin muss. Bei einem regelmäßig genutzten Tank wird das Abdampfgas in den Gasstrom aufgenommen und verkauft statt abgeblasen. Bei einem lange stillstehenden Tank gibt es keine Entnahme, die es aufnimmt, sodass der Druck steigt und die Haltezeit des Behälters zur begrenzenden Größe wird.
Darf ein Bediener die Sollwerte von Druckaufbau oder Economiser verstellen?
Nein. Die Sollwerte sind in der Behälterdokumentation festgehalten und werden nur von befähigtem Personal als dokumentierte Servicemaßnahme geändert. Einen Sollwert in Richtung des Ansprechdrucks anzuheben, um ein nachgelagertes Kapazitätsproblem auszugleichen, ist keine Lösung und verringert die Reserve, auf die sich das Sicherheitssystem stützt. Sicherheitsventile und Berstscheiben dürfen überhaupt nicht verstellt oder abgesperrt werden.
Weiterführende Artikel
Sie spezifizieren einen Tank nach Ihrem Verbrauchsprofil?
KAF Cryogenics liefert kryogene Lagertanks, MicroBulk-Behälter und Luftverdampfer als Neugeräte nach Spezifikation oder als zertifizierte Gebrauchtgeräte mit Dokumentationsmappe und schriftlicher Gewährleistung. Senden Sie uns Produkt, Spitzenbedarf und geforderten Abgabedruck, und wir erstellen ein Angebot zur tatsächlichen Aufgabe.
Sprechen Sie mit unserem Team