Lange Standzeiten ohne Leckage

Reijo Karjalainen

Langlebige Dichtigkeit mit gleichbleibender Null-Leckage, einfache Wartung und reduzierte Installationskosten sind die Hauptmerkmale der ZeroLeak Neldisc (Abb. 1). Hier wurden die wichtigsten Vorzüge in einer Stellklappe kombiniert: Sie schließt blasendicht und bietet die langlebige und zuverlässige Leistung einer reinen Metallsitz-Ausführung. Darüber hinaus verfügt sie über geringe Betriebs-Drehmomente, so dass kleinere Antriebe eingesetzt werden können.

Die lange Standzeit einer reinen Metallsitz-Stellklappe basiert in erster Linie auf der starren, da einteiligen Konstruktion sowie der Verschleißfestigkeit, die sich aus dem direkten Kontakt von Metall-auf-Metall zwischen der Klappenscheibe und dem Sitz ergibt. Weichsitz-Armaturen bieten blasendichten Abschluss, da sie den Spielraum ausfüllen, der gewöhnlich durch mikroskopisch kleine Schäden an der Metalloberfläche entsteht. Allerdings ist hierbei zu bedenken, dass ein Tieftemperatureinsatz der Polymer-Werkstoffe, die in Weichsitzen eingesetzt werden, mehr Reibung, frühzeitigen Verschleiß des Sitzes und gesteigerte Losbrechmomente beim Aktivieren der Armatur hervorruft.

Mittlerweile ist auch eine hybride Dichtung für blasendichtes Absperren auf dem Markt. Sie basiert auf einer Konstruktion, die sich aus abwechselnden Schichten aus Metall- und Graphit-Werkstoffen zusammensetzt. Der Rand dieser Konstruktion, der den Kontakt zur Klappenscheibe herstellt, ist deshalb sowohl Metall- als auch Weichsitz. Das Metall bietet zusätzliche Starrheit, wo hingegen der Weichsitz und der Graphit-Werkstoff – zumindest kurzfristig gesehen – das blasendichte Absperren sicherstellen.

Dieser mehrschichtige Verbundsitz besitzt weder die Starrheit eines einteiligen Metallsitzes, noch eliminiert er das Problem, das bei Tieftemperatureinsatz der weichdichtenden Werkstoffe, die sich in die beschädigte Oberfläche einer Metall-Klappenscheibe setzen, entsteht. Zudem besteht der Sitz aus sechs oder sieben einzelnen Teilen, die durch Schrauben oder Klemmringe miteinander verbunden werden müssen. Deshalb kann ein Austausch des Sitzes zu Wartungszwecken ausgesprochen schwierig sein, vor allem dann, wenn die Schrauben aufgrund des Durchflusses bereits korrodiert sind.

Im Unterschied zu einem reinen Metallsitz oder einem Verbundsitz wird bei der ZeroLeak-Stellklappe die hart-verchromte Oberfläche des Incolloy-825-Sitzes mit einer Polymerschicht sozusagen imprägniert. Aus diesem Grund besitzt die ZeroLeak die strukturelle Unversehrtheit eines einteiligen Metallsitzes (Abb. 2, 3).

Der Vorteil dieser Konstruktion besteht vor allem darin, dass die sonst üblichen Probleme mit mikroskopisch kleiner Leckage durch Oberflächenschäden verhindert werden. Gleichzeitig läßt sich der potentielle Verschleiß zwischen Sitz und Klappenscheibe deutlich reduzieren. Außerdem bietet das Ausfüllen solcher Poren und anderer Mikroschäden einen weiteren positiven Effekt: Es gibt keinen Platz mehr, an dem sich angestauter Schmutz oder andere Rückstände ansammeln, ablagern und am Sitz aufbauen können.

Diese Lösung resultiert in blasendichtem Abschluss bei einem großen Temperaturbereich, der bei Tiefsttemperaturen anfängt und bis hin zu +320 °C reicht. ZeroLeak-Neldisc-Stellklappen sind feuergeschützt. Die Stellklappe erfüllt im Brandfall zuverlässig die Norm ISO 5208, Rate D (Ansi Class 5) vergleichbar mit Standard-Metallsitz-Konstruktionen.

Grundsätzlich ist die Geometrie der ZeroLeak-Stellklappen identisch mit denen der Metallsitz-Ausführung. Ein robustes, einteiliges Gehäuse und der schwimmend gelagerte Sitz gewährleisten, dass das Verhalten der Armatur von Leitungsdrücken und Temperaturschwankungen unbeeinflusst bleibt. Der Sitz ist innerhalb des Gehäuses untergebracht. Da er somit nicht den höchsten Durchflussgeschwindigkeiten ausgesetzt ist, werden Verschleiß und Korrosion auf ein Minimum begrenzt.

Die Neldisc-Geometrie zeichnet sich durch eine mechanisch hervorgerufene Dichtung aus, die von Differenzdrücken nicht beeinträchtigt wird. So lässt sich sicherstellen, dass die Dichtigkeit in beiden Durchflussrichtungen selbst bei Niederdruck-Differenzen gegeben ist. Der rein aus Metall bestehende, einteilige, schwimmend gelagerte Sitz benötigt keine zusätzlichen, beschichteten Komponenten zur Abdichtung. Deshalb ist er auch unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, verschmutzten Betriebsmedien oder hohen Durchflussgeschwindigkeiten. Für den Anwender bedeutet dies, dass der Sitz über einen langen Zeitraum ohne Wartung auskommt und selbst bei anspruchsvollen Anwendungen eine gute Leistung bietet.

Dennoch wurde die Notwendigkeit einer Wartung bereits bei der Konstruktion berücksichtigt. Wie alle anderen Neldisc-Komponenten sind die ZeroLeak-Stellklappen für einfache Wartung und schnellen, einfachen Austausch des Sitzes ausgelegt. Bereits eingesetzte Neldisc-Stellklappen kann der Anwender nachträglich vor Ort durch die Installation des ZeroLeak-Sitzes aufwerten.

Die verminderte Reibung an Gleitoberflächen reduziert das Losbrechmoment und das Betriebsdrehmoment der ZeroLeak-Stellklappe um rund 50% im Vergleich zu anderen Metallsitz-Stellklappen. Das ermöglicht die Wahl kleinerer Antriebe und unterstützender Strukturen und trägt somit zur Reduktion der Gesamtkosten bei.

Des Weiteren haben Laboruntersuchungen gezeigt, dass das Losbrechmoment, das zum Auslösen der Stellklappenbetätigung erforderlich ist, selbst nach mehreren Zehntausend Schaltzyklen gleichermaßen gering bleibt. Das bedeutet, dass sich ein kleinerer Antrieb auch in sicherheitskritischen Anwendungen gut einsetzen läßt. Außerdem beinhaltet ein gleichbleibend geringes Drehmoment, dass die Klappenwelle nicht durch anhaltend hohe Losbrechmomente beansprucht wird.

Aufgrund der verbesserten Dichtungseigenschaften dieser Sitzkonstruktion sind Stellklappen jetzt auch als Notabsperr- und Notöffnungs-Ventile (ESD/ESV) einsetzbar (Abb. 4). Im Gegensatz zu Weich- und Verbundsitzen kann der einteilige Metallsitz unbegrenzt lange und ohne erhöhtes Losbrechmoment (hervorgerufen durch die Kälteeinwirkung des Werkstoffes) in der vollständig geöffneten oder vollständig geschlossenen Position verbleiben. Drehmomente können um das Zehnfache höher sein als die für neue Stellklappen berechneten.

Daraus ergibt sich, dass eine Metallsitz-Stellklappe die Verfügbarkeit der Armatur im Notfall deutlich erhöht und gleichzeitig längere Betriebszeiten aufgrund des geringeren Wartungsbedarfs bietet. Dies ist zur Erfüllung der Notfall-Sicherheitsstandards gemäß IEC 61508 von großer Bedeutung. In zahlreichen Fällen kann die höhere Zuverlässigkeit der Metallsitz-Stellklappe dazu führen, dass keine redundanten Armaturen mehr benötigt werden, wie sie bei ausschließlicher Anwendung von Weichsitzen zur Erfüllung der Null-Leckage-Anforderungen notwendig sind.

Die ZeroLeak-Technologie ermöglicht außerdem den Einsatz von Metallsitz-Stellklappen zur Regelung von Gasen, die zur Reduzierung von Emissionen oder Verunreinigungen vollständig beherrschbar sein müssen.

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