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Installation von Ventilen zur Dampfsteuerung

Zwei-Stufen-Ventilanordnung

In zwölf Schritten die Installation von Ventilen optimieren

Autor / Redakteur: Kelly Paffel / Jörg Kempf

Das Ventil zur Dampfsteuerung ist unentbehrlicher Bestandteil eines jeden Dampfsystems und sollte eine Lebensdauer von mindestens sechs Jahren haben. Mit der richtigen Installation lässt sich die Lebensdauer deutlich verlängern. Der Beitrag zeigt in zwölf Schritten, wie Sie Leistung und Lebensdauer maximieren.

Heute gibt es verschiedene Ventile zur Dampfsteuerung, die nicht nur den Druck, sondern auch die Temperatur regeln. Sie werden einfach als Ein-/Aus-Vorrichtung verwendet oder aber kombinieren mehrere Steuerfunktionen wie Regulierung, Modulation, Vermischung und sogar Absperrung. Beachtet man zwölf wichtige Regeln, steht einem erfolgreichen Einsatz nichts im Weg.

1. Leckraten für Ventile

Alle Ventile, einschließlich der Ventile zur Dampfsteuerung, müssen einen vorgegebenen zulässigen internen Leckraten-Standard (FCI/ANSI) erfüllen. Es gibt sechs zulässige Leckraten bzw. Klassen, die von I bis VI durchnummeriert sind. Die Bestimmung der zulässigen internen Leckrate eines Ventils muss bei der Auswahl des richtigen Ventils zur Dampfsteuerung mit an erster Stelle stehen. Ein Ventil mit einer hohen Leckrate führt zu übermäßiger Abnutzung. Die Ventile mit einer hohen Leckrate lassen intern mehr Dampf passieren, was zu vorzeitigem Ventilversagen führen kann. Dampfventile sollten mit einer Leckrate von mindestens Klasse IV spezifiziert werden. Ein Dampfventil der Klasse IV liefert eine lange Lebensdauer.

2. Entwässerungssack

Alle Ventile zur Dampfsteuerung müssen vor dem Ventil einen Entwässerungssack zur Kondensatentfernung haben. Der Entwässerungssack entfernt Kondensat aus der Dampfleitung und verhindert dadurch, dass das Kondensat durch das Ventil gelangt. Dies ist wichtig, da durch das Ventil gelangendes Kondensat Erosion verursacht und die Lebensdauer des Ventils verkürzt.

Außerdem entfernt der Entwässerungssack angesammeltes Kondensat vom Eingang des Dampfventils, wenn das Ventil bei reduzierter Produktion oder Produktionsstillstand abgesperrt ist.

3. Sieb

Alle Ventile zur Dampfsteuerung müssen vor dem Ventil ein Sieb haben. Dampfleitungen enthalten oft korrosionsbedingte Feststoffrückstände und andere Unreinheiten. Das Sieb filtert den Dampfstrom und verhindert, dass dieses Material sich im Inneren des Ventils festsetzt, was zu verfrühtem Ventilversagen führen würde. Das Sieb sollte aus 0,020-perforiertem Edelstahlgeflecht sein und darf nicht mit dem Siebabschnitt nach unten montiert werden. Stattdessen sollte der Siebabschnitt in einer horizontalen Position montiert werden. Dadurch wird verhindert, dass sich Kondensat ansammelt und dann durch das Steuerventil gelangt, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit für interne Erosion und vorzeitiges Versagen erhöhen würde.

Das Sieb hat einen kalkulierten Druckabfall innerhalb der Einheit. Die Gleichung zur Berechnung des Druckabfalls lautet: ΔPs = 91.

4. Pneumatische Betätigung

Die bevorzugte Methode zur Betätigung des Dampfsteuerventils ist ein pneumatischer Steuerkopf. Die Steuerköpfe sind zuverlässig und bieten in der Regel eine Lebensdauer von über 20 Jahren. Die Wärme des Dampfes im Ventilkörper wird im Montagebügel vom Steuerkopf weggeleitet, was eine lange Lebensdauer der pneumatischen Membranen gewährleistet.

5. Positionierung des Steuerkopfs

Installieren Sie den Steuerkopf stets in aufrechter Position an einer horizontalen Leitung. Dadurch wird die Ansammlung von Kondensat im Bereich des Packungsstützrings verhindert, was zu einer Beschädigung der Packung führen würde.

6. 85 dB[A] oder niedriger

Steuerventile mit hohen dB[A]-Werten haben außerdem hohe Ausgangsgeschwindigkeiten. Ein Ventil mit niedrigeren dB[A]-Werten oder langsameren Geschwindigkeiten hat eine deutlich längere Lebensdauer. Es gibt viele Möglichkeiten zum Senken des dB[A]-Werts in einer Dampfventilanwendung; dies lässt sich z.B. durch ein größeres Rohr am Ventilausgang oder einen speziellen Trimm erzielen.

7. Größe des Ausgangsrohr

Das Rohr der Ausgangsdampfleitung sollte stets um mindestens eine Rohrgröße vergrößert werden. Nicht selten wird das Ausgangsrohr um mindestens zwei oder drei Rohrgrößen vergrößert. Durch die Vergrößerung des Rohrs wird die Geschwindigkeit am Ventilausgang verringert, wodurch sich die Ventillebensdauer verlängert. Der Ventilhersteller liefert Information zur geeigneten Rohrgröße für die Verwendung nach dem Steuerventil.

Die Rohrgröße sollte stets dem Wärmetransfer-Eingangsanschluss angepasst werden. Nehmen wir an, wir haben ein 3-Zoll-Steuerventil mit einem Wärmetransfer-Eingangsanschluss von 8 Zoll. Hier sollte die Rohrgröße am Ausgang des Dampfsteuerventil auf 8 Zoll erhöht werden. Dämpfungs-Drosselblenden reduzieren einen hohen Druckabfall innerhalb des Dampfventils sowie die Geschwindigkeit.

8. Abstand nach dem Ventil

Der Abstand nach dem Dampfsteuerventil sollte vor dem Eingangsanschluss einer Wärmetransferleitung mindestens zehn Rohrdurchmesser betragen. Druckminderungsanwendungen sollten vor einem Flussrichtungswechsel mindesten 20 horizontale Rohrdurchmesser haben.

9. Positionierung des Ventils

Das Steuerventil sollte stets an einer horizontalen Dampfleitung installiert werden, niemals vertikal. In vertikaler Installation kann die Kondensatansammlung vor dem Eingang in das Steuerventil nicht beseitigt werden. Durch Dampfventile gelangendes Kondensat wirkt sich immer negativ auf die Lebensdauer des Ventils aus.

10. Ventildrosselung

Wichtig ist, dass man die Möglichkeit der Drosselung eines Ventils versteht. Die Größe eines Steuerventils sollte immer nach dem maximalen Durchfluss ausgewählt werden. Der Mindestdurchfluss wird eine häufige Steuereinstellung sein, im Gegensatz zum Betrieb mit hoher Durchflussrate. Daher muss das Dampfsteuerventil vor allem bei niedrigeren Durchflussraten funktionieren. Es ist wichtiger, bei der Auswahl des Ventils die Betriebsbedingungen bei niedrigem Durchfluss als beim angenommenen hohen Durchfluss zu berücksichtigen.

Oft wird mehr als ein Steuerventil benötigt, um die Leistungsanforderungen der Prozessanwendung zu erfüllen:

  • 20 bis 1: Druckregler
  • 30 bis 1: Durchgangsventil
  • 40 bis 1: Cage-Steuerventil

11. Bypass- oder Aufwärmventile

Bei der Installation von Steuerventilen sollten Bypass-Ventile und Aufwärmventile verwendet werden. Bei einer Druckminderungsanwendung dient das Aufwärmventil zum Erwärmen der Dampfleitung innerhalb eines empfohlenen Zeitrahmens, bevor das Steuerventil betätigt wird.

Ein Dampfsteuerventil sollte nicht zum Erwärmen einer Dampfleitung verwendet werden. Außerdem wird das Bypass-Ventil in einer Prozessanwendung eingesetzt, damit das Anlagenpersonal den Prozess ohne das Steuerventil betreiben kann, falls das Ventil ausfällt.

12. Manometer

Es empfiehlt sich, Manometer vor und nach dem Dampfsteuerventil als Diagnosewerkzeuge zu installieren. Zu Wartungszwecken sollten außerdem ein Siphonrohr und ein Absperrventil vorhanden sein. In Systemen mit starker Vibration sollten mit Flüssigkeit gefüllte Manometer verwendet werden, um die Lebensdauer der Manometer zu verlängern.

* Der Autor ist Mitarbeiter der Swagelok Company, Solon, Ohio/USA.

Quelle: PROCESS, Oktober 2011 http://www.process.vogel.de/stroemungstechnik/armaturen/ventile/articles/337107/