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Swagelok Hamburg

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Die richtige Auf/Zu-Armatur

Schnittbild eines Kugelhahns

Qual der Wahl

Wie sich die richtige Auf/Zu-Armatur finden lässt

So genannte Auf/Zu-Stellorgane gibt es zuhauf. Der Kugelhahn ist wohl der wichtigste Vertreter dieser Produktgattung. Nachfolgend nun einige Ratschläge für die richtige Produktauswahl von Armaturen aus Sicht eines Swagelok-Produktmanagers.

Zum besseren Verständnis eine kurze Begriffsdefinition vorab: Manchmal sind die Grenzen fließend, aber wenn wir uns an Wikipedia orientieren, werden Kugelhähne, vor allem bei größeren Leitungsdurchmessern, auch als Kugelschieber bezeichnet und sind Armaturen mit einer durchbohrten Kugel als Absperrkörper. In den meisten Fällen werden sie als Absperrorgan eingesetzt. Manchmal ist auch die unkorrekte Bezeichnung Kugelventil zu finden, wobei klassische Kugelventile aber den Rückschlagventilen zuzuordnen sind. Vermutlich stammt diese Bezeichnung vom englischen Begriff ball valve an. Charakteristisch für einen Absperrhahn ist das vollständige Schließen innerhalb einer Drehung von exakt 90°, im Gegensatz zu beispielsweise Ventilen.

Bei der Auswahl einer Armatur für ein Instrumentierungssystem ist man von den Wahlmöglichkeiten oft überwältigt. Es gibt Kugelhähne, Membran- und Faltenbalgventile, Rückschlagventile, Rohrbruchsicherungsventile, Feindosierventile, Absperrventile, Ventile mit mehreren Anschlüssen, Nadelventile, Kükenhähne, Überströmventile, Regulierventile mit geradem Durchgang und Sicherheitsventile – um nur einige zu nennen. Außerdem sind alle diese Komponenten in vielen verschiedenen Größe, Konfigurationen, aus verschiedenen Werkstoffen und mit verschiedenen Betätigungsmöglichkeiten erhältlich.

Um die beste Wahl zu treffen, ist zunächst einmal die Frage zu klären: welche Aufgaben soll das gute Stück denn erfüllen?

Die meisten Ventile erfüllen eine von fünf Grundfunktionen: Auf/Zu, Durchflusssteuerung, Steuerung der Durchflussrichtung, Überdruckschutz und Durchflussbegrenzung. Das Abstimmen des Ventiltyps auf die Funktion ist der erste und wichtigste Schritt bei der Auswahl.

Die Auf/Zu- Steuerung ist die grundlegendste Funktion. Ventile in dieser Kategorie stoppen den Fluiddurchfluss und starten ihn wieder. Kugelhähne, Absperrventile, Membran- und Faltenbalgventile sind die wichtigsten Auf/Zu-Vertreter. Einen besonderen Stellenwert nimmt hier der Kugelhahn ein.

Was ist nun wichtig bei der Auswahl für eine bestimmte Applikation?

Kugelhähne sind zur Auf/Zu-Betätigung konstruiert. Der Durchfluss wird mit einer 90-Grad-Betätigung gestartet beziehungsweise gestoppt, indem eine Metallkugel im geraden Durchflussweg positioniert wird. Durch die Mitte der Kugel läuft eine große Bohrung. Wenn die Bohrung auf den Durchflussweg ausgerichtet ist, wird der Durchfluss ermöglicht. Wenn die Kugel 9ß Grad vom Durchflussweg wegbewegt wird, wird der Durchfluss blockiert. Kugelhähne ermöglichen eine schnelle Absperrung und eine hohe Durchflusskapazität. An der Griffposition lässt sich schnell erkennen, ob der Hahn offen oder geschlossen ist. Außerdem lassen sich Kugelhähne zu Sicherheitszwecken leicht sperren und markieren. Sie zeigen sich insbesondere in den Größen zwischen –mm und 50 mm (1/4 Zoll und 2 Zoll). Von der wirtschaftlichsten Seite. Kugelhähne sind für verschiedene Druckbereiche erhältlich, von Swagelok unter anderem für mittleren Druck im Bereich um 15.000 psig (1034 bar).

Ventiltyp Fließweg Visuelle Anzeige der Absperrung? Absperrgeschwindigkeit Mit Packung oder packungslos? Typische Verwendung
Kugelhahn Gerade Ja Schnell Packung Sehr verbreitet, großer Anwendungsbereich. Praktisch und wirtschaftlich.
Absperrventil Gerade Nein Stufenartig Packung Allgemeine Industrieanwendung, typisch für große Prozess- oder Übertragungsleitungen
Membranventil Durchgangsventil (Global Valve) Ja Schnell Packungslos Anwendungen, oft hochreine Anwendungen, die schnelle Absperrung, präzise Betätigungsgeschwindigkeiten und lange Zykluslebensdauer erfordern
Faltenbalgventil Durchgangsventil (Global Valve) Teilweise Stufenartig Packungslos Anwendungen, bei denen die Abdichtung zur Atmosphäre entscheidend und der Zugang für Wartungsarbeiten eingeschränkt ist

Übersicht der Richtlinien zur Auswahl von Auf/Zu-Stellorganen

Anwendung: Bei der weiteren Entscheidungsfindung ist auch wichtig: Machen Sie sich mit der Anwendung vertraut. Für die Produktauswahl müssen bestimmte Informationen vorliegen, beispielsweise die chemische Zusammensetzung des Systemmediums und der gesamte Druck- und Temperaturbereich während der Lebensdauer. An der Stelle der Appell: Stellen Sie sicher, dass das von Ihnen ausgewählte Ventil diese Parameter erfüllen kann. Verlassen Sie sich nicht auf Ihr Bauchgefühl oder ungefähre Werte, beschäftigen Sie sich mit den Produktdaten.

Werkstoffkompatibilität: Enorm wichtig ist auch die Werkstoffkompatibilität. Es kommt vor, dass man den richtigen Ventiltyp gewählt hat, sich aber für die falschen Werkstoffe entschieden hat. Ventile sind standardmäßig oft in bestimmten Werkstoffen ausgeführt, aber es gibt auch Alternativen. Sie sollten immer den Produktkatalog überprüfen, um die Temperatur- und Druckbereiche sowie die Kompatibilität mit verschiedenen Systemmedien (Chemikalien) zu identifizieren.

Wartung: Schließlich gilt: Setzen Sie sich mit dem Wartungsplan auseinander. Unterschiedliche Ventile müssen in unterschiedlichen Abständen gewartet werden. Denn die Systemparameter, einschließlich der Frequenz, mit der das Ventil betätigt wird, wirken sich auf diesen Wartungsplan aus.

Kugelhahn Lebensdauer - Michael Adkins

Druckabfälle: Von großer Bedeutung ist auch: verstehen Sie Druckabfälle! Fast alle Ventile und andere Komponenten sind mit einem Druckabfall verbunden. Sie müssen sich des kumulativen Druckabfalls bewusst sein, da es sonst dazu kommen kann, dass an einer bestimmten Stelle in der Leitung zu wenig Druck vorhanden ist. Für jedes Ventil ist ein Durchflusskoeffizient (KV) angegeben, der die Beziehung zwischen dem Druckabfall an einer Öffnung, einem Ventil oder einem anderen Bauteil und der entsprechenden Durchflussrate beschreibt. Je höher der Durchflusskoeffizient ist, desto geringer ist der Druckabfall. Ein Kugelhahn und ein Nadelventil derselben Größe erzeugen ganz unterschiedliche Druckabfälle.

Kosten: Zu guter Letzt: denken Sie an die Betriebskosten. Der wahre Preis eines Ventils ist nicht sein Kaufpreis. Die wahren Kosten sind der Kaufpreis und die Betriebskosten sowie die Wartung oder der Austausch des Ventils.

Nachdem Sie nun den Ventiltyp auf die zu erfüllende Funktion abgestimmt haben, sind Sie auf dem besten Weh bei der Auswahl. Es sind allerdings noch viele Details zu berücksichtigen. Sie müssen den folgenden Aspekten sorgfältige Beachtung schenken:

  • Montagefragen, Wartungsabstände und Zugang
  • Sicherheitsanforderungen und gesetzlich vorgeschriebene Anforderungen
  • Systemparameter wie Druck, Temperatur, Durchflussraten und Systemmedien

Letztendlich müssen Sie noch festlegen: Ventilgröße und Betätigungsarten sowie die Werkstoffe, die mit der chemischen Zusammensetzung der Systemmedien, mit den Drücke und Temperaturen klarkommen zu müssen.

Autor: Michael Adkins, Swagelok

Quelle: Fluid, Juni 2012