Einführung in Druckdichtungsventile
Druckverschlussventile
Druckdichtungskonstruktionen werden für Ventile für Hochdruckanwendungen verwendet, typischerweise über 170 bar. Das Besondere an der Druckdichtung des Oberteils ist, dass die Abdichtung der Verbindungen zwischen Gehäuse und Motorhaube mit zunehmendem Innendruck im Ventil besser abdichtet, im Vergleich zu anderen Konstruktionen, bei denen der Anstieg des Innendrucks tendenziell zu Undichtigkeiten in der Verbindung zwischen Gehäuse und Motorhaube führt.
Druckdichtungsdesign
- A/B – Tendenz der Motorhaube, sich bei Druckänderungen nach oben oder unten zu bewegen
- C – Systemdruck
- D – Dichtkräfte aufgrund von Druck
Je höher der Innendruck, desto größer die Dichtkraft. Eine einfache Demontage wird ermöglicht, indem die Motorhaubenbaugruppe in den Karosseriehohlraum fallen gelassen und die viersegmentigen Druckringe mithilfe eines Druckstifts herausgetrieben werden.
Basierend auf relativ einfachen Konstruktionsprinzipien haben druckdichte Ventile ihre Fähigkeit unter Beweis gestellt, immer anspruchsvollere fossile und kombinierte Dampfisolationsanwendungen zu bewältigen, da die Entwickler die Druck-/Temperaturbereiche von Kesseln, HRSG und Rohrleitungssystemen immer weiter vorantreiben. Druckdichtungsventile sind typischerweise in Größenbereichen von 2 Zoll bis 24 Zoll und in den ASME B16.34-Druckklassen von #600 bis #2500 erhältlich, obwohl einige Hersteller den Bedarf an größeren Durchmessern und höheren Nennwerten für spezielle Anwendungen berücksichtigen können.
Druckdichtungsventile sind in vielen Materialqualitäten erhältlich, z. B. A105 geschmiedet und Gr.WCB-Guss, Legierung F22 geschmiedet und Gr.WC9-Guss; F11 geschmiedet und Gr.WC6 gegossen, austenitischer Edelstahl F316 geschmiedet und Gr.CF8M gegossen; für über 500°C, F316H geschmiedet und geeignete austenitische Gusssorten.
Das Designkonzept der Druckdichtung lässt sich bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts zurückverfolgen, als die Ventilhersteller angesichts ständig steigender Drücke und Temperaturen (hauptsächlich in Energieanwendungen) damit begannen, Alternativen zum traditionellen Ansatz mit verschraubten Oberteilen zur Abdichtung der Verbindung zwischen Gehäuse und Oberteil zu entwickeln . Viele der druckdichten Ventilkonstruktionen bieten nicht nur ein höheres Maß an Dichtigkeit an der Druckgrenze, sondern wogen auch deutlich weniger als ihre Gegenstücke mit verschraubten Haubenventilen.
Verschraubte Hauben vs. Druckdichtungen
Um das Designkonzept der Druckdichtung besser zu verstehen, vergleichen wir den Dichtungsmechanismus zwischen Gehäuse und Motorhaube zwischen verschraubten Motorhauben und Druckdichtungen.Abb. 1zeigt das typische Bolted Bonnet-Ventil. Der Gehäuseflansch und der Haubenflansch werden durch Bolzen und Muttern verbunden, wobei zwischen den Flanschflächen eine Dichtung geeigneter Bauart/aus geeignetem Material eingesetzt wird, um die Abdichtung zu erleichtern. Bolzen/Muttern/Bolzen werden nach einem vom Hersteller festgelegten Muster mit vorgeschriebenen Drehmomenten angezogen, um eine optimale Abdichtung zu gewährleisten. Mit steigendem Systemdruck erhöht sich jedoch auch die Gefahr einer Leckage durch die Verbindung zwischen Gehäuse und Motorhaube.
Schauen wir uns nun die Druckdichtungsverbindung im Detail anAbb. 2Beachten Sie die Unterschiede in den jeweiligen Verbindungskonfigurationen zwischen Karosserie und Motorhaube. Die meisten Druckdichtungskonstruktionen verfügen über „Motorhaubenaufnahmeschrauben“, um die Motorhaube nach oben zu ziehen und gegen die Druckdichtungsdichtung abzudichten. Dadurch entsteht wiederum eine Abdichtung zwischen der Dichtung und dem Innendurchmesser (ID) des Ventilkörpers.
Ein segmentierter Druckring hält die Last aufrecht. Das Schöne an der Druckdichtungskonstruktion ist, dass mit zunehmendem Systemdruck auch die Belastung auf die Motorhaube und damit auch auf die Druckdichtung zunimmt. Daher verringert sich bei druckdichten Ventilen mit zunehmendem Systemdruck die Möglichkeit einer Leckage durch die Verbindung zwischen Gehäuse und Motorhaube.
Dieser Konstruktionsansatz hat deutliche Vorteile gegenüber verschraubten Haubenventilen in Hauptdampf-, Speisewasser-, Turbinenbypass- und anderen Kraftwerkssystemen, die Ventile erfordern, die den Herausforderungen von Hochdruck- und Temperaturanwendungen gewachsen sind.
Aber im Laufe der Jahre, als die Betriebsdrücke/-temperaturen zunahmen und mit dem Aufkommen von Spitzenlastanlagen, verursachte derselbe vorübergehende Systemdruck, der zur Abdichtung beitrug, auch verheerende Auswirkungen auf die Integrität der Druckdichtungsverbindung.
Druckdichtungen
Eine der Hauptkomponenten beim Abdichten des Druckverschlussventils ist die Dichtung selbst. Frühe Druckdichtungen wurden aus Eisen oder Weichstahl hergestellt. Diese Dichtungen wurden anschließend versilbert, um die Fähigkeit des weicheren Beschichtungsmaterials zu nutzen, eine dichtere Abdichtung zu gewährleisten. Aufgrund des während des Hydrotests des Ventils ausgeübten Drucks kam es zu einer „Verformung“ (oder Verformung des Dichtungsprofils) zwischen dem Oberteil und der Dichtung. Aufgrund der inhärenten Elastizität der Motorhaubenaufnahmeschraube und der Druckdichtungsverbindung bestand die Möglichkeit, dass sich die Motorhaube bewegte und brach, wenn sie Systemdruckerhöhungen/-abfällen ausgesetzt wurde, was zu Undichtigkeiten zwischen Gehäuse und Motorhaubenverbindung führte.
Dieses Problem ließe sich durch die Praxis des „Heißdrehens“ der Motorhauben-Aufnahmeschrauben nach dem Druck- und Temperaturausgleich im System wirksam beseitigen, allerdings war dies nach dem Anlagenstart durch Wartungspersonal des Eigentümers/Benutzers erforderlich. Wenn diese Praxis nicht eingehalten wurde, bestand die Möglichkeit einer Leckage durch die Verbindung zwischen Gehäuse und Ventildeckel, die die Druckdichtung, das Ventilgehäuse und/oder den Innendurchmesser des Ventilgehäuses beschädigen und zu Verbindungsproblemen und Ineffizienzen führen könnte Dampfaustritt könnte den Anlagenbetrieb beeinträchtigen. Daher haben die Entwickler von Valve mehrere Schritte unternommen, um dieses Problem anzugehen.
Abbildung 2 zeigt eine Kombination aus federbelasteten Motorhauben-Aufnahmeschrauben (wodurch eine konstante Belastung der Dichtung aufrechterhalten wird und die Möglichkeit einer Leckage minimiert wird) und dem Ersatz der versilberten Druckdichtung aus Eisen/Weichstahl durch eine aus Druckguss. gebildeter Graphit. Das in Abbildung 3 gezeigte Dichtungsdesign kann in druckdichten Ventilen installiert werden, die zuvor mit der herkömmlichen Dichtung geliefert wurden. Das Aufkommen von Graphitdichtungen hat die Zuverlässigkeit und Leistung des Druckdichtungsventils in den meisten Anwendungen und sogar bei täglichen Start-/Stopp-Betriebszyklen weiter gefestigt.
Obwohl viele Hersteller immer noch das „Heißdrehen“ empfehlen, ist die Gefahr von Leckagen deutlich geringer, wenn dies nicht erfolgt. Die Sitzflächen in druckdichten Ventilen sind, wie in vielen Kraftwerksventilen, vergleichsweise sehr hohen Sitzbelastungen ausgesetzt. Die Integrität des Sitzes wird durch enge Bearbeitungstoleranzen an Komponententeilen, Mittel zur Bereitstellung des erforderlichen Drehmoments zum Öffnen/Schließen als Funktion von Zahnrädern oder Betätigung sowie durch die Auswahl/Anwendung geeigneter Materialien für Sitzflächen aufrechterhalten.
Für eine optimale Verschleißfestigkeit der Keil-/Scheiben- und Sitzringsitzflächen werden Kobalt-, Nickel- und Eisen-basierte Auftragsschweißlegierungen verwendet. Am häufigsten werden die CoCr-A-Materialien (z. B. Stellite) verwendet. Diese Materialien werden mit einer Vielzahl von Verfahren aufgetragen, darunter abgeschirmter Metalllichtbogen, Gasmetalllichtbogen, Gaswolframlichtbogen und Plasmalichtbogen (übertragener Lichtbogen). Viele druckdichte Absperrventile sind mit integrierten gepanzerten Sitzen ausgestattet, während Absperrschieber und Rückschlagventile typischerweise gepanzerte Sitzringe haben, die in das Ventilgehäuse eingeschweißt sind.
Ventilterminologie
Wenn Sie sich schon länger mit Ventilen beschäftigt haben, ist Ihnen wahrscheinlich aufgefallen, dass Ventilhersteller nicht besonders kreativ mit den in der Branche verwendeten Begriffen und der Umgangssprache umgehen. Nehmen wir zum Beispiel „verschraubte Haubenventile“. Das Gehäuse ist mit der Motorhaube verschraubt, um die Systemintegrität zu gewährleisten. Bei „Druckdichtungsventilen“ unterstützt der Systemdruck den Dichtungsmechanismus. Bei „Absperr-/Rückschlagventilen“ wird der Durchfluss mechanisch gestoppt, wenn sich der Ventilschaft in der geschlossenen Position befindet. In der geöffneten Position kann die Scheibe jedoch frei agieren, um eine Flussumkehr zu verhindern. Dasselbe Prinzip gilt für andere für die Konstruktion verwendete Terminologie sowie für Ventiltypen und ihre Bestandteile.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. Mai 2020