Kugelhähne für reinen Wasserstoff

Extreme Temperaturen, Drücke, Schalthäufigkeiten und Medien wie reiner Sauerstoff oder Wasserstoff stellen besondere Anforderungen an die Absperrung. Gerade bei solchen Prozessbedingungen steht die Betriebssicherheit an oberster Stelle und es gilt, jegliches technisches Risiko zu vermeiden. Hartmann Valves ist einer der wenigen Hersteller, die sich an diese Art von Anwendungen herantraut. Seit drei Generationen spezialisiert auf kundenindividuelle Kugelhahn-Absperrarmaturen, gibt es kaum ein Medium, was noch nicht „bezwungen“ wurde. Das Erfolgsrezept sind hochwertige Materialien und die rein metallische Abdichtung zwischen Kugel und Sitzring. Die Anwendungsfälle der Hochleistungsarmaturen sind vielfältig: von Armaturen (DN 125 PN 160) für reinen Sauerstoff bei 350 °C und Wasserdampf bei 450 °C, über Armaturen (12 “ PN 50) für extreme Schalthäufigkeiten in entfettenden Medien bei ca. 200 °C, Kohledruckvergasungsanlagen oder abrasive Medien wie Titandioxid.

Das Power-to-Gas-Verfahren ermöglicht es, elektrischen Strom aus regenerativen Energien in Form von chemischer Energie speicherbar zu machen. In der Pilotanlage im brandenburgischen Falkenhagen zeigt die E.ON Gas Storage GmbH (heute Uniper Energy Storage GmbH (UST)), wie sich Windenergie mittels Elektrolyse in Wasserstoff umwandeln und im Erdgasnetz speichern lässt. Bei der Einspeisung in das Gasnetz werden vom Medium Wasserstoff besonders hohe Anforderungen an die Absperrung gestellt. Hier waren entsprechende Armaturen gefragt, die nicht nur alle technischen Spezifikationen erfüllen, sondern zudem wartungsarm sind und ein hohes Maß an Sicherheit bieten.

Der gewählte Lieferant Hartmann Valves verfügt über eine seit den 1990er-Jahren gewachsene Expertise in wasserstofftauglichen Armaturen (z. B. in der Chemieindustrie) sowie über eine 70-jährige Expertise im Bereich der Gasspeichertechnik. Auch weitere Power-to-Gas-Projekte (z. B. Prenzlau) wurden mit Hartmann-Kugelhähnen ausgestattet, deren Dichtheit mit Helium als Prüfmedium nachgewiesen wurde.

Insgesamt 24 Kugelhähne der Größe DN 25 und DN 50 in unterschiedlichen Druckstufen (bis PN 100) kommen in der Anlage zum Einsatz. Sie sind teilweise mit Antrieben ausgestattet. Die Armaturen werden innerhalb der Mess- und Regelanlage sowohl vor als auch hinter dem Verdichter eingesetzt. Die Erzeugung und Einspeisung erfolgt mindestens einmal täglich, sodass sich für die Armaturen eine Schalthäufigkeit von mehreren Zyklen pro Tag ergibt.Das Gehäuse und der Deckel der Armatu-ren sind aus höherfestem Kohlenstoffstahl (TStE355) gefertigt. Die Innenteile bestehen aus hochwertigem chromhaltigen Edelstahl. Die Kugelhähne verfügen über eine rein metallische Abdichtung zwischen Kugel und Sitzring und sind mit zwei Barrieren ausgestattet. Im Rahmen der Double-Block-and-Bleed-Funktion (DBB) lassen sich beide Dichtungen auch im eingebauten Zustand durch Entlüftung des Gehäuseinnenraums überprüfen. Im Falle einer eintrittsseitigen Undichtigkeit sind die Armaturen konstruktiv so ausgelegt, dass sie auch auf der Austrittsseite dichten. Diese doppelte Abdichtung (Double Isolation and Bleed, DIB) wird mit einem Sitzring mit Double- Piston-Effekt realisiert. Darüber hinaus sind alle Armaturen standardmäßig nach DGRL ausgelegt.

Als technisch relevante Bauteile spielen die Kugelhähne eine wichtige Rolle in dem Prozess. Das einwandfreie Funktionieren aller Komponenten ist die Voraussetzung für eine dauerhafte Verfügbarkeit der Anlage und ermöglicht ein unterbrechungsfreies Produzieren und Einspeisen. Dr. Helge Föcker, Project Manager Storage Facilities & Project Management bei UST, unterstreicht diese Anforderung an die Absperrung: „Reiner Wasserstoff ist in diesem Kontext ein neues und anspruchsvolles Medium. Wir haben uns für Armaturen mit metallischer Dichtung entschieden, weil wir der Auffassung sind, dass dies technisch die beste und sicherste Variante ist, um für Dichtheit auch über einen längeren Zeitraum zu sorgen.“ Zwei Jahre nach der Inbetriebnahme ist man bei UST rundum zufrieden: „Es gab keine Probleme bei der Wartung und die Kugelhähne funktionieren zuverlässig“, so Dr. Föcker.

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