Sicherheitstechnik

Die Sicherheit der Anlage wird in erster Linie durch den ordnungsgemäßen Betrieb, die einwandfreie Funktion sowie die Wartung der Ausrüstung und Regeleinrichtungen von Heißwasserkesseln gewährleistet. Um die Sicherheit jederzeit, also auch bei Versagen der normalen Regeleinrichtungen, zu gewährleisten, sind automatisierte Begrenzereinrichtungen an allen Heißwasserkesseln vorgeschrieben. Zusammen mit den Not-Aus-Tastern am Schaltschrank und den Fluchttüren sind diese in der Sicherheitskette im Kesselsteuerschrank in Reihe geschaltet, sodass beim Ansprechen einer dieser Auslöser der Kesselbetrieb abgeschaltet und weitergehende Gefährdung vermieden wird.

Spricht eine der Begrenzereinrichtungen an, wird die Feuerung und damit die Beheizung des Kessels abgeschaltet und verriegelt. Diese Verriegelung kann nur manuell vor Ort am Kessel wieder freigegeben werden. Damit soll sichergestellt werden, dass der Kesselwärter nach außergewöhnlichen Betriebszuständen die Störungsursache ermittelt und beseitigt hat, bevor der Kessel wieder in Betrieb genommen wird.

Sicherheitstemperaturbegrenzer max.

Der Sicherheitstemperaturbegrenzer (TRZA+) spricht an, wenn die zulässige maximale Temperatur des Kessels oder der nachfolgenden Leitungs- und Wärmeverbrauchersysteme überschritten wird, um ein Überhitzen der Bauteile oder den Betrieb außerhalb der zulässigen Temperaturen zuverlässig zu verhindern.

Über die Normen EN 12828 (gültig für die Ausrüstung an Kesseln nach Gasgeräteverordnung) und die EN 12953 (gültig für die Ausrüstung an Kesseln nach Druckgeräterichtlinie) muss jeder Heißwasserkessel mit einem Sicherheitstemperaturbegrenzer ausgerüstet werden.

• Mechanischer Sicherheitstemperaturbegrenzer
  Doppelter Sicherheitstemperaturbegrenzer (d. h. ein Gerät, welches aus zwei getrennten Mess- und Schaltsystemen besteht). Aufgrund der Temperaturträgheit des Systems muss die Vorlauftemperatur minimal 10 K unter der maximal zulässigen Temperatur (STB) liegen.
• Elektronischer Sicherheitstemperaturbegrenzer
  Der elektronische Sicherheitstemperaturbegrenzer besteht aus einem Aufnehmer und einem Schaltverstärker zum Einbau in den Kesselsteuerschrank. Aufgrund der Messgenauigkeit des elektronischen Sicherheitstemperaturbegrenzers kann das Delta zwischen Absicherungstemperatur via STB und benötigter Vorlauftemperatur auf 7 K reduziert werden.

Sicherheitsdruckbegrenzer min.

Der Sicherheitsdruckbegrenzer min. (PRZA-) muss ansprechen, um ein Verdampfen von Wasser am höchstgelegenen Punkt der gesamten Heißwasserkesselanlage zuverlässig zu verhindern. Das eingestellte minimale Druckniveau ergibt sich aus der Auslegung der Druckhalteeinrichtung. Der Sicherheitsdruckbegrenzer min. kann auch dort angebaut sein.

Info zu Druckhaltesysteme

Sicherheitsdruckbegrenzer max.

Der Sicherheitsdruckbegrenzer max. (PRZA+) spricht spätestens bei 95 % des zulässigen maximalen Betriebsüberdrucks an und schaltet die Beheizung des Kessels aus.

Sicherheitsventil

Das Sicherheitsventil muss bei Versagen der Sicherheitsdruckbegrenzer ein Überschreiten des maximal zulässigen Drucks im Kessel zuverlässig verhindern. Für Großwasserraumkessel werden dabei direkt wirkende, federbelastete Vollhub-Sicherheitsventile mit geschlossener Federhaube und der Zulassung F für Flüssigkeiten eingesetzt. Nach einem Ansprechen des Sicherheitsventils muss der Druck im Kessel auf etwa 10 % unterhalb des maximal zulässigen Drucks fallen, damit das Sicherheitsventil wieder selbsttätig durch die Federkraft geschlossen wird. Die weiterführende Rohrleitung nach dem Sicherheitsventil muss auf kurzem Weg in einen Entspannungstopf geführt werden. Im Entspannungstopf findet die Nachverdampfung des heißen, unter Druck stehenden Wassers und die Trennung von Dampf und Wasser statt. Die nach oben abgehende, weiterführende Dampfleitung muss auf kurzem Weg gefahrlos ins Freie geführt werden. Das Wasser wird nach unten abgeleitet, offen in eine Kühleinrichtung und weiter in die Kanalisation geführt.

Niveaubegrenzung

Die Heizflächen des Kessels müssen immer von Wasser umspült sein, damit eine ausreichende Kühlung gewährleistet wird. Sollte der Wasserstand im Kessel so weit absinken, dass Heizflächen nicht mehr im Wasserraum liegen, besteht die große Gefahr der Überhitzung und damit unter Umständen die Zerstörung des Kessels.

Um das Austauchen der Heizflächen zuverlässig zu vermeiden, können Niveaubegrenzerelektroden oder mechanische Niveaubegrenzer eingesetzt werden.

Niveaubegrenzerelektrode

Die Niveaubegrenzerelektrode ist ein Wasserstandsbegrenzer „besonderer Bauart“. Die Niveaubegrenzungseinrichtung dient zur Erkennung des minimal zulässigen Wasserstandes NW (Niedrigwasser) in Heißwassererzeugern. Die Funktion der Niveaubegrenzungseinrichtung beruht auf der unterschiedlichen Leitfähigkeit von Wasser und Dampf. Beim Ein- bzw. Austauchen der Niveaubegrenzerelektrode schaltet die Einrichtung und löst ggf. eine Störabschaltung aus.

Der NW-Schaltpunkt wird durch Einbauort, Lage der Niveaubegrenzerelektrode und Elektrodenstablänge fest eingestellt und kann verändert werden. Bei Heißwassererzeugern erfolgt der Einbau üblicherweise im Vorlaufzwischenstück.

Mechanischer Niveaubegrenzer

Der Niveaubegrenzer ist eine Sicherheitseinrichtung, die durch magnetische Übertragung die Bewegung eines Schwimmers auf einen Mikroschalter überträgt. Er ist um 360° drehbar und kann ausgetauscht werden, ohne dass die Anlage entleert werden muss. Sobald der Wasserstand sinkt, aktiviert der Niveaubegrenzer den Schalter und verriegelt sich nach dem Abschalten. Um die Anlage nach Behebung der Störung wieder in Betrieb zu nehmen, muss sie entriegelt werden.

Strömungswächter

Der Strömungswächter spricht an, wenn der für eine gesicherte Wärmeabfuhr und Anströmung der Temperaturbegrenzer und Regeleinrichtungen des Kessels notwendige Volumenstrom unterschritten wird.

Der Abtransport der erzeugten Wärme aus dem Kessel ist für die Betriebsweise, aber auch für den Kessel selbst, von größter Bedeutung. Ist dieser Wärmeabtransport unterbrochen, weil z.B. bei laufendem Brenner keine Umwälzung im Kessel stattfindet, gibt es einen Wärmestau, der nicht sofort erkannt wird, da die Temperaturfühler im Vorlaufzwischenstück eingebaut sind. Örtliche Überhitzung ist die Folge, die sehr schnell zu einem Kesselschaden führen kann. Ursache dafür ist, dass der durch die bauseitige Druckhaltung aufgelastete Netzdruck erheblich über dem der gefahrenen Vorlauftemperatur zugehörigen Siededruck liegt. Man spricht von unterkühltem Sieden, das bedeutet, dass sich zwar Dampfblasen bilden, die aber unmittelbar nach dem Verlassen der Heizfläche wieder zusammenbrechen. Der Wärmeabtransport kann nicht ausreichend über die Dampfblasen erfolgen und muss daher durch eine kontinuierliche Wasserzirkulation gewährleistet werden. Im Dampfkessel ist die Sache einfacher, da die Flüssig- und Dampfphase im Gleichgewicht vorliegt und somit die Dampfblasen die Wärme ungehindert in den Dampfraum abtransportieren können. Daher ist für jeden Heißwasserkessel mit Fremddruckhaltung und schnell regelbarer Feuerung, unabhängig von Hersteller und/oder Bauart, eine Durchströmung zwingend erforderlich. Eine Mindestdurchströmung ist gemäß Gasgeräteverordnung (EN 12828) nicht erforderlich. Entscheidend ist nur, dass Durchströmung vorhanden ist. Die Mindestdurchströmung ist mit einer Geschwindigkeit von 0,15 m/s am Kesselstutzen definiert. Da bei Heizkesseln gemäß Gasgeräteverordnung keine Prüfeinrichtungen normativ vorgeschrieben sind, reicht ein Betriebssignal der Kesselkreispumpe, um sicherstellen zu können, dass eine Durchströmung des Kessels und in weiterer Folge ein Wärmeabtransport gewährleistet werden kann.

Die beschriebene Problematik wurde in der Überarbeitung der Norm EN 12953 Teil 6 (Druckgeräterichtlinie) aufgegriffen und die notwendige Ausrüstung an einem Heißwasserkessel um einen Strömungswächter erweitert. Der Strömungswächter muss folgende Anforderungen erfüllen:

• Zulassung nach Druckgeräterichtlinie und EN 12953 Teil 9 (Anforderungen an Begrenzungseinrichtungen)
• Nach EN 12953 Teil 6: Einsatz von Impeller-Geräten (Flügelrad) und Paddelgeräten ausgeschlossen

Flammrohrtemperaturüberwachung (FTÜ)

In der EN 12953 Teil 3 / Punkt 5.5 wird auf nationale Vorschriften aufmerksam gemacht, dass für Kessel in Abhängigkeit von Flammrohrinnendurchmessern, Flammrohrwerkstoffen und Feuerungsleistungen ein Temperaturmesssystem (= Flammrohr-Temperaturüberwachung) erforderlich sein kann.

Für Deutschland wird der Einsatz der Flammrohr-Temperaturüberwachung in der Verbändevereinbarung DK003 geregelt.

FTÜ erforderlich:

• bei Innendurchmesser Flammrohr
  > 1.433 mm

und/oder

• bei Feuerungswärmeleistung
  > 14.000 kW (Ölfeuerung)
  > 18.200 kW (Gasfeuerung)

Bei der Flammrohrtemperaturüberwachung werden die Wandtemperaturen an mehreren Stellen gemessen. Bei Überschreitung entsprechender Grenzwerte an einem Thermoelement wird die Feuerung abgeschaltet. Der Einfluss von Belägen auf die Flammrohr-Wandtemperatur kann anhand der folgenden Abbildung abgeschätzt werden. Je nach Flammrohrbelastung können diese Abweichungen stärker oder schwächer ausgeprägt sein. In der Grafik wurde eine bei Großwasserraumkesseln übliche Wärmestromdichte von q = 300.000 W/m² zugrunde gelegt.

Not-Aus-Einrichtungen

Für alle unabsehbaren gefahrdrohenden Betriebszustände sind am Kesselsteuerschrank und an den Fluchtwegen Not-Aus-Taster installiert, die die Beheizung des Kessels zuverlässig abschalten.