Einführung in Faltenbalgventile

Faltenbalgventile

Leckagen an verschiedenen Stellen in Rohrleitungen in Chemiefabriken verursachen Emissionen. Alle derartigen Leckstellen können mit verschiedenen Methoden und Instrumenten erkannt werden und sollten vom Anlageningenieur notiert werden. Zu den kritischen Leckstellen gehören Flanschdichtungsverbindungen und die Ventil-/Pumpenstopfbuchsenpackung usw. Heutzutage orientiert sich die chemische Prozessindustrie an sichereren Technologien für einen besseren Umweltschutz und es liegt in der Verantwortung jedes Prozessingenieurs, Anlagen zu entwerfen, die die Umweltschäden begrenzen die Verhinderung des Austretens giftiger Chemikalien.

Leckage an der Ventilstopfbüchse oder Stopfbuchseist normalerweise ein Problem für den Wartungs- oder Anlagentechniker. Dieses Leck bedeutet:
a) Materialverlust b) Verschmutzung der Atmosphäre c) Gefährlich für Anlagenmitarbeiter.

Nehmen wir zum Beispiel den Fall einer Dampfleckage durch die Ventilstopfbüchse. Bei 150 PSI bedeutet ein Spiel von nur 0,001 Zoll durch die Stopfbuchse ein Leck mit einer Rate von 25 Pfund/Stunde. Dies entspricht einem Verlust von 1,2 USD pro Acht-Stunden-Schicht oder 1.100 USD pro Jahr. Ebenso führt ein winziger Tropfen mit einem Durchmesser von 0,4 mm pro Sekunde zu einer Verschwendung von etwa 200 Litern teurem Öl oder Lösungsmittel pro Jahr. Diese Leckage kann durch den Einsatz des Faltenbalgventils deutlich reduziert werden. In diesem Artikel geht es nun um den Aufbau und die Funktionsweise der Balgdichtung.

Balgkonstruktion

Die Balgpatrone ist sowohl am Ventiloberteil als auch am Ventilschaft angeschweißt. Die Balgpatrone verfügt über eine Reihe von Windungen, die je nach Bewegung des Ventilschafts komprimiert oder ausgedehnt werden. (Wissenschaftlich gesehen wird der Faltenbalg komprimiert, wenn das Ventil geöffnet ist, und ausgedehnt, wenn das Ventil geschlossen ist.) Es ist wichtig, die Ventilkörper ordnungsgemäß zu installieren. Der Faltenbalg kann auf zwei verschiedene Arten an den Ventilen abgedichtet werden. Erstens kann der Faltenbalg oben an den Ventilschaft und unten an den Ventilkörper geschweißt werden. In diesem Fall befindet sich die Prozessflüssigkeit im Faltenbalg oder bei der zweiten Methode ist der Faltenbalg unten mit dem Ventilschaft und oben mit dem Gehäuse verschweißt. In diesem Fall befindet sich die Prozessflüssigkeit im ringförmigen Bereich zwischen Ventiloberteil und Faltenbalg (von außen).

Der Faltenbalg ist eine entscheidende Komponente und bildet das Herzstück der Faltenbalgventile. Um ein Verdrehen des Balgs zu vermeiden, darf das Ventil nur über einen Schaft mit linearer Bewegung verfügen. Dies kann durch eine sogenannte Überwurfmutter am Jochteil des Ventiloberteils erreicht werden. Auf der Hülsenmutter ist ein Handrad angebracht, das eine Drehbewegung des Handrads effektiv in eine lineare Bewegung im Ventilschaft umwandelt.

Balgtypen

Es gibt zwei Haupttypen von Bälgen: den geschmiedeten Balg und den geschweißten Balg. Geformte Bälge werden hergestellt, indem ein flaches Blech (dünnwandige Folie) zu einem Rohr gerollt wird, das dann in Längsrichtung schmelzgeschweißt wird. Dieser Schlauch wird anschließend mechanisch oder hydrostatisch zu einem Faltenbalg mit abgerundeten und weit auseinander liegenden Falten geformt. Der geschweißte Blattbalg wird hergestellt, indem scheibenartige Platten aus dünnem Metall sowohl am Innen- als auch am Außenumfang der scheibenartigen Platten zusammengeschweißt werden. Ein geschweißter Blattbalg weist im Vergleich zu einem geschmiedeten Balg mehr Falten pro Längeneinheit auf. Somit sind geschmiedete Bälge bei gleicher Hublänge zwei- bis dreimal länger als ihre geschweißten Balg-Pendants.

Berichten zufolge versagen mechanisch geschmiedete Bälge an zufälligen Stellen, während das geschweißte Blatt normalerweise an oder in der Nähe einer Schweißnaht versagt. Um eine vollständige Durchdringung der Balgenden und das Verschweißen der Endhülsen zu gewährleisten, empfiehlt sich die Herstellung mittels Mikroplasmaschweißen.

Balg-Design

Die mehrlagige Balgkonstruktion wird für die Handhabung von Flüssigkeiten mit höherem Druck bevorzugt (im Allgemeinen zwei oder drei Lagen der Metallwand). Ein zweilagiger Balg kann seine Druckstufe im Vergleich zu einem einlagigen Balg gleicher Dicke um 80 bis 100 % erhöhen. Wenn alternativ ein einlagiger Balg mit einer Dicke verwendet wird, die der Druckstufe eines zweilagigen Balgs entspricht, verringert sich die Hublänge. Somit bietet eine mehrlagige Balgkonstruktion einen deutlichen Vorteil gegenüber einem einlagigen Balg. Es ist klar, dass der Balg einer Metallermüdung unterliegt und diese Ermüdung zu Schweißfehlern führen kann. Die Ermüdungslebensdauer des Balgs wird zusätzlich zu den üblichen Parametern wie Flüssigkeitstemperatur und -druck durch das Konstruktionsmaterial, die Herstellungstechnik, die Hublänge und die Hubfrequenz beeinflusst.

Balgmaterialien

Das beliebteste Balgmaterial aus Edelstahl ist AISI 316Ti, das Titan enthält, um hohen Temperaturen standzuhalten. Alternativ verbessern Inconel 600 oder Inconel 625 die Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu Edelstahlbälgen. Ebenso bietet Hastalloy C-276 eine höhere Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit als Inconel 625. Die Ermüdungsbeständigkeit kann durch die Verwendung eines Mehrfachbalgsystems und eine Reduzierung der Hublänge verbessert werden; Dadurch kann die Lebensdauer des Balgs deutlich erhöht werden.

Ventiloptionen

Die gebräuchlichsten Ventiltypen, die mit Faltenbalgdichtungen ausgestattet werden, sind die Schieber- und Kugelausführungen (siehe Abbildung 1). Diese eignen sich aufgrund ihrer inneren Konstruktion und der axialen Bewegung des Ventilschafts sehr gut für die Verwendung mit Faltenbälgen.
Basierend auf den verfügbaren Informationen scheint es, dass aktuelle Balgdichtungsventile eine Größe von 3 mm NB bis 650 mm NB haben. Druckstufen sind von ANSI 150# bis 2500# erhältlich. Zu den Materialoptionen für die Ventile gehören Kohlenstoffstahl, Edelstahl und exotische Legierungen.

Anwendungen

Wärmeübertragungsmedien: Heißes Öl wird häufig in Branchen wie synthetischen Fasern/POY (Partially Oriented Yarn) verwendet. Allerdings besteht immer die Gefahr eines Brandes, wenn heißes Öl auf leicht entzündliche Chemikalien verschüttet wird. Hier können Faltenbalgventile die Leckage stoppen.

Vakuum/Ultrahochvakuum: Einige Anwendungen erfordern eine Vakuumpumpe, um kontinuierlich Luft aus einer Rohrleitung abzusaugen. Alle in der Rohrleitung installierten herkömmlichen Ventile können das Eindringen von Außenluft durch die Ventilstopfbuchse in die Rohrleitung ermöglichen. Daher ist das Faltenbalgventil die einzige Lösung, um zu verhindern, dass Luft durch die Stopfbuchse strömt.
Hochgefährliche Flüssigkeiten: Für Medien wie Chlor (siehe Abbildung 2), Wasserstoff, Ammoniak und Phosgen ist das Balgdichtungsventil eine ideale Konstruktion, da Leckagen durch die Stopfbuchse vollständig ausgeschlossen sind.
Kernkraftwerk, Schwerwasserkraftwerk: In Fällen, in denen Strahlungslecks jederzeit verhindert werden müssen, ist das Balgdichtungsventil die ultimative Wahl.
Kostspielige Flüssigkeiten: In manchen Anwendungen müssen Leckagen allein aufgrund der hohen Kosten der Flüssigkeit vermieden werden. Hier spricht eine wirtschaftliche Betrachtung oft für den Einsatz von Faltenbalgventilen.
Umweltstandards: Weltweit werden die Emissions- und Umweltstandards von Tag zu Tag strenger. Daher kann es für Unternehmen schwierig sein, innerhalb bestehender Räumlichkeiten zu expandieren. Durch den Einsatz von Faltenbalgventilen erfolgt die Expansion ohne zusätzliche Umwelteinflüsse
Schäden sind möglich.