Systeme für die Tankbeatmung und Inertisierung

Abb. 1 Hochpräzises Tankbeatmungssystem bestehend aus pilotgesteuertem Niederdruckventil VacuGard und pilotgesteuertem Abblaseventil SecureGard

Abb. 2 Gewichtsbelastetes Be- und Entlüftungsventil in korrosionsfester Ausführung

Abb. 3 Instrum-Niederdruckregler aus Edelstahl

Inertisierungsarmaturen, richtig ausgewählt und optimiert eingestellt, leisten einen wichtigen Beitrag für den Umweltschutz. Denn der Inertgasverbrauch wird reduziert und in vielen Fällen kann bei der Planung die nachgeschaltete Abgasbehandlung kleiner dimensioniert werden. Daraus ergibt sich für diesen Bereich eine bessere Umweltbilanz und auch eine Kostenersparnis, die durch einen störungsfreien Betrieb ergänzt wird.

Die Inertisierung von Behältern aller Art ist eine Ex-Schutz-Maßnahme, die oft bei der Lagerung und der Verarbeitung von Flüssigkeiten eingesetzt wird. Inertisierung bedeutet hier, dass das (explosive) Gasgemisch im oberen Bereich des Behälters gegen ein chemisch nicht reaktives Gas, das Inertgas, ausgetauscht wird. Meist wird Stickstoff, gelegentlich auch Argon in der pharmazeutischen Industrie oder CO2 in der Lebensmitteltechnik genutzt. Weitere Gründe für die Inertisierung sind: Produkt wird vor Oxidation und/oder Luftfeuchtigkeit geschützt, Verringerung von Geruchsbelästigungen, Rostschutz im Behälterinneren.

Die große Bandbreite der unterschiedlichen Behälter von z. B. riesigen Tankfarmen in der erdölverarbeitenden Industrie (z. T. >50 000 m3), über Lagertanks und Prozessbehälter der chemischen Industrie (ca. 1 bis 60 m3) bis hin zu Reaktionsbehältern in der Pharmazie (zum Teil nur wenige dm3) stellen sehr unterschiedliche Anforderungen an die Konstruktion der Armaturen, die das Inertgas in den jeweiligen Behältern ein- bzw. abblasen.

Auch der Weg bis hin zu einer Abluftbehandlung (Fackel, Verbrennung, Adsorption, …) muss von den Druckverhältnissen richtig ausgelegt sein, damit diese Anlagen unter weitgehend gleichbleibenden Bedingungen arbeiten können.

Die großen Lagertanks, die vorwiegend in der petrochemischen Industrie eingesetzt werden, sind drucklos betriebene (atmosphärische) Lagerbehälter. Aufgrund ihres mechanisch relativ schwachen Aufbaus halten diese Behälter nur sehr geringen Drücken im mbar-Bereich stand.

Bei der Auslegung der Armaturen müssen die maximale Leistung der Befüll- bzw. Entleerungspumpe(n), die ständige Veränderung des Luftdruckes und der Umgebungstemperatur, plötzlich auftretende Abkühlung durch Regen und/oder Sturm berücksichtigt werden, weil sich dadurch auch die Druckverhältnisse im Tankinnern verändern. Im Extremfall können sich die unterschiedlichen Ereignisse auch überlagern, z. B. kühlt während eines Pumpvorganges ein Gewitterregen den Tank ab. Besonders kritisch sind niedrige Füllstände, weil eben durch einen solchen sommerlichen Regen das Gas im Kopfraum sehr schnell abkühlt und infolgedessen sehr große Volumenströme benötigt werden. Bei falscher Dimensionierung könnte durch Behältersicherungen eine kritische Menge Sauerstoff ins Innere gelangen.

Wichtig sind folgende Merkmale:

? möglichst großer Kv-Wert bzw. offener Querschnitt wegen der z. T. beträchtlichen Volumenströme

? exakte Einhaltung der eingestellten Werte, auch bei sehr niedrigen Drücken

? Auf-/Zu-Funktion, weil hierdurch der gesamte Querschnitt sofort zu Verfügung steht

Die pilotgesteuerten Be- und Entlüftungsventile von Valve Concept Inc. VacuGard und SecureGard erfüllen diese Anforderung.

Die Valve Concept-Ventile sind keine Proportional-Regelventile, sondern pilotgesteuerte Auf-/Zu-Ventile und arbeiten daher ausschließlich komplett geöffnet oder komplett geschlossen. Weitere konstruktive Merkmale zeigen das durchdachte Konzept der Valve Concept-Ventile: kompakte, leichte Bauweise und einfacher Aufbau, nur eine einzige Einstellung ist notwendig, die Durchströmung bewirkt Selbstreinigung des Sitzes, hohe Präzision und exakte Justierung durch die Pilotventilkonstruktion ermöglichen Überlagerungsdrücke ab 1,3 mbar. Daraus ergibt sich

? eine leichte Tankbauart

? die komplette Ventilkonstruktion ist überdrucksicher bis 14 bar ausgelegt

? einfache Wartung und Reparatur in eingebauter Rohrleitung aufgrund des Top-Entry-Designs

? Montage in der Rohrleitung oder direkt auf dem Behälterdach (mit externer oder interner Sensorleitung)

? weiche Dichtungswerkstoffe garantieren Blasendichtheit

? Werkstoffauswahl entsprechend der unterschiedlichen Anforderungen.

Die Valve Concept-Ventile arbeiten unabhängig von Vor- bzw. Gegendruck. Auf eine Vakuumabsicherung kann in vielen Fällen aufgrund der Konstruktion des Entlüftungventils SecureGard (öffnet bei Unterschreitung eines Vakuums) verzichtet werden.

Die Be- und Entlüftungsventile von Rampini sind als Sicherheitsventile konstruiert. Sie werden als zusätzliche Absicherung zu den Inertisierungsventilen auf den Lagerbehältern im Freien montiert und schützen diese vor zu hohen Drücken oder Vakuum, z. B. wenn durch eine Störung in der Stickstoffversorgung die Inertisierung ausfällt. In der Petrochemie werden die Lagertanks auch ohne Inertisierung betrieben, weil aufgrund der Produktdämpfe und des geringen Sauerstoffanteils die Explosionsgrenze unterschritten werden kann. Die Druck- und Vakuumabsicherung des Behälters ist jedoch unabdingbar für den Schutz der Anlage und der Umwelt.

Da die Rampini-Ventile nur im Ausnahmefall (was möglicherweise erst nach Jahren eintreten kann) ansprechen sollen, sind bei ihrer Auslegung konstruktive Details berücksichtigt worden, die ihre sichere Funktion und somit den Schutz des Tanks stets gewährleisten. Die spezielle Formgebung der Ventilsitze vermeidet die Kondensatbildung, wodurch der Ventilteller nicht anfrieren kann. Die Rampini-Ventile arbeiten nach dem Prinzip der Kraftwaage. Die auf den Ventilteller wirkende Druckkraft aus dem Behälterinneren öffnet das Ventil solange, bis der unzulässige Über- bzw. Unterdruck abgebaut ist. Die Gegenkraft auf dem Ventilteller wird mit Gewichten (2 bis 40 mbar) oder durch Federn (für höhere Ansprechdrücke) aufgebaut.

Die Ventiltellerführung ist oberhalb des Sitzes angeordnet und hat ausreichend Spiel. Die Sitze können mit unterschiedlichen Dichtwerkstoffen (z. B. PTFE, Viton) ausgerüstet werden, so dass auch verschmutzende oder anbackende Medien den sicheren Betrieb des Ventils nicht beeinträchtigen. Mit zusätzlichen Sperrgittern kann das Eindringen von Fremdkörpern sicher vermieden werden.

Diese Be- und Entlüftungsventile werden als Einzel- und Kombigeräte mit Nennweiten bis zu 120 und aus unterschiedlichen Werkstoffen (Aluminium, Stahl, Edelstahl) gebaut. Somit können sie individuell für die Anwendung in der petrochemischen und chemischen Industrie angepasst werden.

In der chemischen und pharmazeutischen Industrie werden aus den Grundstoffen sehr unterschiedliche Stoffe hergestellt. Auch wenn man bestrebt ist, umweltfreundliche Verfahren zu nutzen oder zu entwickeln, ist die lösemittelhaltige Chemie nicht wegzudenken. Die sichere Handhabung der Inertisierung ist hier von besonderer Bedeutung, weil diese Industriesparte trotz des hohen Automatisierungsgrades personalintensiv ist.

Oft braucht man zur Herstellung der Produkte mehrere Schritte oder Verfahren. Behälter und verfahrenstechnische Apparate mit unterschiedlichen Funktionen, Größen und Eigenschaften werden eingesetzt (Lagertanks für die Grund-, Zwischen-, Endprodukte, Vorlagebehälter, Rühr- und Prozessbehälter, Verdampfungs- und Destillierkolonnen, Zentrifugen, Druckfilter, usw.). Auch die Sicherstellung der Produktqualität muss beachtet werden. Die Armaturen für die Inertisierung werden nach den unterschiedlichen Anforderungen der Prozesse ausgewählt. Wichtige Kriterien sind hierbei Druck- und Vakuumfestigkeit, Druckstoßfestigkeit, Temperatur, Beständigkeit gegen die (aggressiven) Medien, Dichtheit, unterschiedliche Anschlusstechniken, Oberflächengüte, reparatur- und wartungsfreundliches Design, elastomerfreie Werkstoffe, hohe Regelgüte auch bei niedrigen Drücken, optimierte Konstruktion für das Be- und Entlüftungsventil, funktionelle Optionen.

Die Instrum-Niederdruckregler LPR und LPS bewähren sich seit über 20 Jahren sich in der (fein-)chemischen, kosmetischen, pharmazeutischen Industrie sowie in der Biotechnik. Aufgrund der Breitbandigkeit dieser industriellen Sparten werden die Instrum-Ventile der Nennweite ab DN 15 bis 100 bzw. ab 1/20 bis 40 gebaut. Die typischerweise große Membrane ermöglicht genaue Regelung der Drücke ab ca. 2 mbar. Die Hysterese der Instrum-Druckregler mit der bleibenden Regelabweichung ist charakteristisch für Proportional-Ventile. Bevorzugtes Materialien für die Membrane ist PTFE, für den Sitz FFPM (Kalrez bzw. Chemraz). Die Gehäuse sind grundsätzlich aus rostfreien Materialien gefertigt. In der Regel wird ein polierbarer Edelstahl eingesetzt. Sondermaterialien wie Hastelloy, Tantal, PVDF u. a. stehen für hochkorrosive Anwendungen zur Verfügung.

Bei den Instrum-Ventilen lässt sich nach dem Öffnen des Gehäuses die Sitzgarnitur mit wenigen Handgriffen wechseln. Reduzier- und Überström-Ventil unterscheiden sich nur durch die Sitzgarnitur. Das spart erheblich Zeit und die Lager- bzw. Ersatzteilhaltung kann optimiert werden. Die Sensorleitung ist bei den Durchgang- und Eckbauformen integriert, zusätzlicher Verrohrungs- und Montageaufwand entfällt. Der Einbau in horizontaler oder vertikaler Lage lässt dem Planer freie Gestaltungsmöglichkeiten. Durch Optionen eröffnet sich weiteres Sparpotential, z. B. verringerter Aufwand für eine Druckmessstelle oder nicht mehr notwendige Bypass-Verrohrung für verschiedene Druckbereiche, etc.

Für einfache Überlagerungen, bei denen die Anforderungen bezüglich Material, Druckbereich ( > 20 mbar) und Anschlusstechnik nicht so hoch angesetzt sind, und bei kleinen zu überlagernden Volumen bietet sich mit Fairchild-Präzisionsdruckreglern eine kostengünstigere Alternative.

Halle 11, Stand 111

Pilotgesteuerte Druckregel- und

Beatmungsventile

E cav 294

Gewichtsbelastete Be- und Entlüftungs- ventile

E cav 295

Direktwirkende Druckregler

E cav 296

Siegbert Fertig