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Wenn der Druck zu hoch wird

High-Performance-Klappe in Trizentrikbauweise
Wenn der Druck zu hoch wird

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Verlässliche Qualität und langfristig sicherer Betrieb sind das vorrangige Ziel in allen Bereichen der Prozesstechnik. Die jüngste Produktgeneration HP 300 ergänzt das Leistungsspektrum der exzentrischen Armaturen von Ebro Armaturen. Die Trizentrikbaureihe bedient die Anwendungen mit Betriebsdrücken bis 63 bar und Einsatztemperaturen bis 650 °C. Die neu entwickelte Armatur erfüllt alle gängigen Normen und zeichnet sich durch eine Konstruktion aus, die den hohen Anforderungen gerecht wird.

Der Autor: Ronald Meyer Entwicklungsingenieur, Ebro Armaturen

Seit Jahren bewähren sich Doppelexzenterarmaturen in der Verfahrenstechnik. Für extreme Betriebsbedingungen mit hohen Betriebsdrücken bis 63 bar und Temperaturen bis 650 °C bietet das Konstruktionsprinzip jedoch keine geeignete Lösung.
Metallisch dichtende Armaturen benötigen eine sehr große Losbrechkraft, um die Scheibe aus der Dichtung zu lösen. Aufgrund der erhöhten Belastungen werden für Doppelexzenterarmaturen größere Wellenquerschnitte eingesetzt. Dies hat zur Folge, dass der Abstand der Dichtung zur Welle (erster Exzenter) größer werden muss. Der relativ kleine, zweite Exzenter erlaubt jedoch kein schnelles Trennen der Dichtelemente. Die Dichtflächen schleifen beim Öffnungs- und Schließvorgang aufeinander. Eine Vergrößerung des zweiten Exzenters bringt stark unausgeglichene Drehmomente und asymmetrische Verformungen auf die Scheibe. In der Geschlossen-Position würde sich dann – je nach Nennweite – eine bis zu mehreren Millimetern verbogene Dichtlinie bilden. Ein weiterer Nachteil der Doppelexzenterklappe sind die großen Außendurchmesser der Dichtelemente. Diese erfordern einen großen Klemmringdurchmesser mit Befestigungsschrauben auf der Dichtfläche. Diese Einschränkungen machten die Entwicklung eines Trizentriksystems erforderlich.
Die HP 300 – das Dichtsystem
Für die Anordnung des Dichtsystems innerhalb der Armatur ergeben sich zwei Möglichkeiten: Die Dichtung kann im Gehäuse oder auf der Scheibe platziert werden.
Um einen störungsfreien Betrieb und zuverlässige Dichtigkeit unter schwierigen Bedingungen gewährleisten zu können, wurde die Dichtung der HP 300 im Gehäuse platziert.
Die Konstruktion bietet folgende Vorteile:
  • Geschützter Einbau, die Dichtung steht nicht mitten im (abrasiven) Strom
  • Geringere Scheibendicke, weil ohne Klemmring montiert und dadurch besserer Durchfluss
  • Befestigungselemente des Klemmringes können durch ungewolltes Lösen nicht in den Produktstrom gelangen
  • Einfachere CNC-Bearbeitung am Außendurchmesser der Scheibe erleichtert die Herstellung hochwertiger Dichtflächen
Als Dichtelement wurde ein V-förmiges Profil entwickelt. Die Abdichtung gegen die Scheibe erfolgt über den inneren Radius. Die beiden Schenkel dichten gegen Gehäuse und Haltering. Die präzise eingestellte Federrate sorgt dafür, dass eine radiale Verschiebung des Dichtringes bei gleichzeitig einwandfreier Abdichtung sichergestellt ist (sog. schwimmende Dichtung). Die Beweglichkeit des Dichtringes ist ein wesentlicher Punkt für die Armaturenfunktion. So können unterschiedliche Wärmeausdehnungen im Betrieb ausgeglichen werden.
Für die besonders hohe Dichtheit wird der Dichtring mit einer dünnen Silberschicht versehen. Dies erlaubt es, minimale Oberflächenrauigkeit auszugleichen. Die Scheibe erhält standardmäßig eine Nickelschicht für große Härte und lange Haltbarkeit. Die Abdichtung des Klemmringes gegen das Gehäuse erfolgt ebenfalls rein metallisch. Es sind keine weiteren Flachdichtungen erforderlich. Zwei ausgeformte Dichtprofile am Klemmring stellen die Abdichtung sicher.
Nicht unterbrochene Flanschdichtflächen werden dadurch erzielt, dass der Klemmringdurchmesser gleich dem Innendurchmesser genormter Spiraldichtungen (EN 1514–2 und ASME B16.20) gesetzt wird. Durch die Vollmetall-bauform ist der Dichtring in vielen verschiedenen Werkstoffen herstellbar. Damit kann besonderen Temperatur- oder Korrosionsanforderungen Rechnung getragen werden.
Bei starker Abrasion kann die Dichtfläche auf der Scheibe stellitiert werden. Alternativ zur Vollmetalldichtung ist eine Edelstahl/Graphit-Lamellendichtung verfügbar. Diese wird eingesetzt, wenn keine extremen thermischen und mechanischen Belastungen vorliegen, aber eine besonders hohe Dichtheit erreicht werden soll. Die verschiedenen Dichtungsringe können ohne zusätzliche Teile gegeneinander ausgetauscht werden.
Kurz und knapp – die Eckdaten
Die HP 300 hält hohen Drücken und Temperaturen sowie großen mechanischen Beanspruchungen stand. Die robuste Bauform erlaubt Differenzdrücke bis 63 bar und Temperaturen bis 650 °C, jeweils in Abhängigkeit zueinander. Die Baureihe HP 300 ist zunächst als Zwischenflanschbauform konzipiert. Doppelflanschausführung und Einschweißarmatur stehen kurz vor der Markteinführung. Der Nennweitenbereich umfasst DN 80 bis DN 600. Die Armaturen passen zwischen Flanschen PN 40 und PN 63 sowie Class 300. Baulängen sind sowohl nach EN558-Reihe 25 bzw. Reihe 16 sowie nach API609 lieferbar. Alle Anforderungen nach API609 und ASME B16.34 sind erfüllt. Die Übereinstimmung mit NACE 01/03 kann bestätigt werden.
Zusätzlich feuersicher
Im April 2012 wurden die HP-300-Armaturen intensiven Fire-Safe-Tests nach ISO 10497 unterzogen. Für die Testdurchführung wurden die Armaturen unter Wasserdruck gesetzt. Die ISO verlangt 75 % des Betriebsdrucks. Die HP 300 wurde mit einem Betriebsdruck von 37,5 bar beaufschlagt. Anschließend erfolgte die Befeuerung mit Propangasbrennern. Die Temperaturen erreichten zwischen 650 und 1000 °C. Diese Bedingungen wurden über 30 min aufrechterhalten. Dann folgte die erste Dichtheitsprüfung. Im Anschluss wurde die Armatur auf eine Temperatur unter 100 °C abgeschreckt und die zweite Dichtheitsprüfung durchgeführt.
Testgegenstand waren die Nennweiten DN 80 und DN 200 in zwei verschiedenen Werkstoffen (Cr-Ni-Stahl 1.4408 und C-Stahl 1.0619) mit jeweils einem Vollmetall- und Lamellendichtring. Die Tests wurden ohne Beanstandung erfolgreich absolviert. Die ordnungsgemäße Durchführung der Tests und die Ergebnisse wurden vom Lloyds Register of Shipping zertifiziert.
Halle 8.0, Stand J70
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