Die idealen Einstellungen verstehen: Steuerventile sollten immer in der richtigen Position sein?

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07/08/2023
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Was sind Steuerventile?

Regelventile, eine Schlüsselkomponente in jeder Rohrleitung oder industriellen Automatisierungsumgebung, lenken den Durchfluss von Fluiden wie Gasen, Flüssigkeiten oder einem Gemisch aus Partikeln und Flüssigkeit, indem sie die Größe des Weges, durch den die Fluide fließen, auf der Grundlage eines Signals von einem Regler verändern. Die Frage, ob Regelventile immer in der richtigen Stellung sein sollten, stellt sich häufiger, als man denkt, und die Antwort hängt stark vom Ventiltyp, den Betriebsanforderungen und den Systemdrücken ab.

Steuerventile sollten immer in der richtigen Position sein 1
Steuerventile sollten immer in der richtigen Position sein 1

Regelventile fungieren als letztes Regelelement in einem Regelsystem und beeinflussen direkt die Durchflussmenge, die sich wiederum auf andere Prozessgrößen wie Druck, Temperatur und Flüssigkeitsstand auswirkt. Die richtige Ventilstellung, ob geschlossen oder geöffnet, wirkt sich direkt auf den Differenzdruck und den Durchfluss einer Flüssigkeit aus, was für einen effizienten Betrieb entscheidend ist.

Arten von Steuerventilen

Wenn wir uns mit der Frage beschäftigen, welche Stellventile immer in welcher Position sein sollten, ist es wichtig zu verstehen, dass verschiedene Arten von Stellventilen aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften und Funktionalitäten für bestimmte Positionen und Anwendungen am besten geeignet sind.

Regelventil TypWesentliche Merkmale
DurchgangsventilHäufigster und vielseitigster Typ eines Regelventils, gekennzeichnet durch ein bewegliches scheibenförmiges Element und einen feststehenden Ringsitz in einem im Allgemeinen kugelförmigen Gehäuse.
KugelhahnErmöglicht ein dichtes Absperren und einen Betrieb mit geringem Druckabfall für eine Vielzahl von Anwendungen. Bemerkenswert ist die kugelförmige Verschlusseinheit.
DrosselklappeDie einfache Konstruktion zeichnet sich durch eine Scheibe aus, die sich im Ventilkörper dreht, um den Durchflussweg zu öffnen oder zu schließen.
AbsperrschieberHauptsächlich verwendet, um den Durchfluss von Flüssigkeiten zu ermöglichen oder zu verhindern, mit einem flachen Verschlusselement, das in den Durchfluss gleitet, um eine Absperrung zu ermöglichen.
MembranventilVerwendet eine Membrane als Drosselelement. Geeignet für den Umgang mit korrosiven Flüssigkeiten und bietet hervorragende Dichtungseigenschaften.
StopfenventilBekannt für seinen zylindrischen oder konischen Kegel mit einem oder mehreren horizontalen Anschlüssen. Ideal für Auf-Zu-Absperrventile und für dichte Absperrungen.
QuetschventilSie werden in Gülleanwendungen eingesetzt und zeichnen sich durch eine Konstruktion aus, bei der der Durchfluss zur Steuerung der Durchflussmenge abgeklemmt wird.
DruckbegrenzungsventilSie schützen Systeme vor Überdruck, indem sie den Überdruck ablassen, wenn ein voreingestellter Grenzwert erreicht ist.
RückschlagventilÖffnet sich automatisch bei Vorwärtsfluss und kehrt in die geschlossene Position zurück, um einen Rückfluss zu verhindern, wenn die Flüssigkeit die Richtung wechselt.
NadelventilBietet eine präzise Kontrolle der Durchflussmenge und zeichnet sich durch eine hohe Druckbeständigkeit aufgrund seines einzigartigen Designs aus.

Basierend auf dem Druckabfallprofil

Es gibt Ventile mit hohem und niedrigem Rückgewinnungsgrad. Ventile mit hohem Rückstellvermögen, wie z. B. Drosselklappen, Kugelhähne, Kükenhähne und Absperrschieber, holen in der Regel den größten Teil des statischen Druckabfalls vom Einlass zum Auslass zurück, was sich in einem niedrigeren Rückstellkoeffizienten niederschlägt. Ventile mit geringem Rückstellvermögen, wie z. B. Durchgangs- und Eckventile, fangen dagegen nur einen geringen Teil des statischen Druckabfalls auf, was zu einem höheren Rückstellkoeffizienten führt.

Basierend auf dem Bewegungsprofil des Steuerelements

Regelventile können aufgrund ihres Bewegungsprofils in Gleitspindel- oder Drehventile eingeteilt werden. Schieber mit gleitender Spindel - wie Durchgangs-, Eck- und Keilschieber - haben Ventilspindeln/Kegel, die sich in einer linearen oder geradlinigen Bewegung bewegen. Drehbare Ventile (z. B. Klappen und Kugelhähne) haben dagegen drehbare Ventilteller.

Basierend auf Funktionalität

Auch die Funktionalität von Regelventilen kann vielfältig sein und unterschiedlichen Bedürfnissen Rechnung tragen. Regelventile steuern die Durchflussparameter proportional zu einem Eingangssignal des Steuersystems. Die Absperr-/Zuschaltventile funktionieren entweder vollständig geöffnet oder geschlossen. Rückschlagventile lassen den Durchfluss nur in eine Richtung zu, und Dampfkonditionierungsventile regulieren den Druck und die Temperatur des eintretenden Mediums, um die erforderlichen Parameter am Ausgang zu erreichen.

Basierend auf dem Betätigungsmedium

Schließlich können Regelventile auch nach ihrem Betätigungsmedium unterschieden werden, das manuell, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch sein kann. Manuelle Ventile werden durch Drehen eines Handrads betätigt, pneumatische Ventile verwenden ein komprimierbares Medium wie Luft, Kohlenwasserstoff oder Stickstoff mit einer Federmembran, einem Kolbenzylinder oder einem Kolben-Feder-Stellantrieb, hydraulische Ventile verwenden ein nicht komprimierbares Medium wie Wasser oder Öl, und elektrische Ventile werden durch einen Elektromotor betätigt.

Wie bediene ich Regelventile?

Die Funktionsweise von Regelventilen wird durch mehrere Faktoren bestimmt, darunter die Anforderungen des Systems, die Art des Regelorgans, das Betätigungsmedium und das Druckabfallprofil.

Steuerventile sollten immer in der richtigen Position sein 2
Steuerventile sollten immer in der richtigen Position sein 2

Das Öffnen oder Schließen automatischer Regelventile wird in der Regel durch elektrische, hydraulische oder pneumatische Stellantriebe erreicht. Bei einem modulierenden Ventil, das auf eine beliebige Position zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen eingestellt werden kann, werden typischerweise Stellungsregler verwendet, um sicherzustellen, dass das Ventil den gewünschten Öffnungsgrad erreicht. Der richtige Einbau und die Kenntnis des minimalen Durchflusses, des maximalen Durchflusses, des minimalen Drucks und des Steuersignals sind für den Prozess notwendig und tragen wesentlich dazu bei, die Lebensdauer des Ventils zu verlängern und Ventilausfälle zu verhindern.

Sechs Modi von Steuerventil-Ausfallpositionen

Regelventile können auf verschiedene Arten versagen, was sich auf die Sicherheit und Funktionalität des Systems auswirken kann. Das Verständnis dieser Zustände kann helfen, die Frage "Welche Stellung sollten Regelventile immer einnehmen?" besser zu beantworten. Hier sind sechs häufige Fehlstellungen:

Fail Open(FO)

Wenn ein Regelventil auf "fail open" konfiguriert ist, bedeutet dies, dass das Ventil im Falle einer Störung, wie z. B. dem Ausfall der Luftzufuhr oder des Steuersignals, in seiner vollständig geöffneten Stellung bleibt. Diese Stellung wird in der Regel bei Prozessen eingenommen, bei denen es in erster Linie um den Durchfluss des Fluids, die Vermeidung möglicher Schäden durch Überdruck oder die Sicherstellung der Verfügbarkeit wichtiger Ressourcen wie Wasser und Dampf geht. In einem Motorkühlsystem beispielsweise sollten die Steuerventile immer in der Stellung "fail-open" stehen, damit die Motoren nicht überhitzen.

Ausfall geschlossen (FC)

Fail closed ist das Gegenteil von fail open, da das Regelventil so konfiguriert ist, dass es bei einer Störung vollständig geschlossen bleibt. Diese Betriebsart eignet sich für Situationen, in denen die Unterbrechung des Durchflusses einer Flüssigkeit aus Sicherheits- oder Prozessgründen unerlässlich ist. Ein Beispiel wäre eine gefährliche chemische Anlage, in der das Unterbrechen des Durchflusses einer giftigen Substanz bei einem Ausfall entscheidend ist, um ein mögliches Auslaufen oder Unfälle zu verhindern.

Fail Locked(FL)

Wenn ein Regelventil so konstruiert ist, dass es bei einem Ausfall verriegelt bleibt, behält es seine zuletzt eingestellte Position bei. Dieser Modus wird häufig in Prozessen eingesetzt, bei denen die Aufrechterhaltung einer bestimmten Durchflussmenge oder Flüssigkeitstemperatur entscheidend für die Produktqualität oder die Prozesseffizienz ist. Dies kann besonders bei Anwendungen wie Temperaturregelsystemen für Reaktoren von Bedeutung sein, bei denen ein genaues Gleichgewicht zwischen Kühlung und Heizung erforderlich ist, um stabile Bedingungen aufrechtzuerhalten.

Fail Unbestimmt

Bei einem unbestimmten Ausfall ist die endgültige Stellung des Stellventils bei einem Ausfall unbestimmt. Diese Situation tritt typischerweise auf, wenn die Konstrukteure die geeignete Ausfallposition während des Konstruktionsprozesses nicht berücksichtigt haben oder wenn eine geeignete Ausfallposition nicht zuverlässig vorhergesagt werden kann. Auch wenn dies in gut konzipierten Systemen seltener vorkommt, ist es doch ein Hinweis darauf, dass die richtige Installation und Auswahl von Regelventilen für ein wirklich ausfallsicheres System entscheidend ist.

Fail Last/Drift Open(FL/DO)

Im Modus "fail last/drift open" verbleibt das Steuerventil bei einer Störung zunächst in seiner letzten Stellung. Da die Flüssigkeit jedoch weiter fließt, drückt die Kraft der Flüssigkeit das Ventil schließlich in die vollständig geöffnete Position. Diese Betriebsart wird häufig verwendet, wenn Prozesse einen erhöhten Durchfluss tolerieren, wie z. B. bei Temperaturregelsystemen, bei denen ein übermäßiger Wärmeaustausch nicht unbedingt schädlich für den Prozess ist.

Fail Last/Drift Closed(FL/DC)

Als Gegenstück zum FL/DO-Modus besagt der Modus "fail last/drift closed", dass ein Steuerventil bei einem Ausfall in der zuletzt eingestellten Position verbleibt, aber bei fortgesetztem Flüssigkeitsstrom in die vollständig geschlossene Position driftet. Diese Betriebsart ist relevant, wenn eine vollständige Flüssigkeitsabschaltung erforderlich ist, z. B. bei potenziellen Leckagen oder wenn ein ununterbrochener Durchfluss gefährlich ist.

Faktoren, die bei der Bestimmung der idealen Einstellungen für Regelventile zu berücksichtigen sind

Bei der Beantwortung der Frage "Welche Stellung sollte ein Regelventil haben?" sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen.

Durchflussbedingungen und Ventildimensionierung

Eine falsche Dimensionierung oder Positionierung kann zu Ventilproblemen und Systemineffizienzen führen. Die richtige Ventilauslegung für minimale, maximale und normale Durchflussbedingungen ist für eine optimale Ventilleistung und minimalen Wartungsaufwand entscheidend.

Konstruktion von Rohrleitungen

Bei der Auslegung des Rohrleitungssystems ist es von entscheidender Bedeutung, dass in allen Fällen ein gleichmäßiger, nicht turbulenter Durchfluss gewährleistet ist. Die Positionierung des Regelventils wird in hohem Maße von der Konstruktion und Platzierung anderer Komponenten wie Rückschlagventilen, Membranen, Reglern und Stellantrieben beeinflusst. Das Streben nach ruhigen Strömungsverhältnissen stellt sicher, dass das Regelventil optimal funktioniert und nur minimalen Wartungsaufwand erfordert. Daher muss die Festlegung, in welcher Position sich die Regelventile befinden sollen, mit der Gesamtkonstruktion der Rohrleitung und den Zielen der Systemleistung übereinstimmen.

Steuerventile sollten immer in der richtigen Position sein 3
Steuerventile sollten immer in der richtigen Position sein 3

Materialien und Dichtungen

Das Material des Ventilgehäuses muss mit dem Rohr- und Flanschmaterial übereinstimmen, während die Verkleidungsmaterialien korrosionsbeständig und für die jeweilige Anwendung geeignet sein müssen. Die Dichtungen müssen mit den Anforderungen an Temperatur, Druck und chemische Verträglichkeit kompatibel sein, um dichte Abdichtungen und reduzierte Leckagen zu gewährleisten.

Kavitation und Flashing

Kavitation und Flashen sind häufige Probleme in Regelventilsystemen, die zu Ventilverschleiß, Schäden, Erosion und ineffizienter Leistung führen können. Die richtige Positionierung der Ventile trägt dazu bei, diese Probleme zu mindern und die Gesamteffizienz des Systems zu erhalten.

Position des Steuerventil

VertikalRegelventile werden in der Regel in vertikaler Position montiert, idealerweise mit dem Antrieb in aufrechter Position. Dies gewährleistet eine optimale Wärmeisolierung zwischen Prozessflüssigkeit und Stopfbuchspackung und verhindert die Eisbildung an der Ventilspindel. Bei der Installation von Tieftemperaturventilen (-100°C und darunter) ist jedoch Vorsicht geboten, da sie nicht mit dem Antrieb in horizontaler Position montiert werden dürfen.HorizontalObwohl Regelventile in beliebiger Ausrichtung betrieben werden können, ist die bevorzugte Einbaulage der Stellantrieb in vertikaler Position. Beim Einbau eines Stellventils mit horizontalem Stellantrieb muss besonders auf die Dampfummantelung, einen guten Kondensatablauf und die Installation von Zubehörteilen geachtet werden.

Steuerventil Installationsrichtlinien

  1. Befolgen Sie die Richtlinien des Herstellers für den Einbau des Ventils.
  2. Berücksichtigen Sie bei der Auslegung der Rohrleitungen gleichmäßige, nicht turbulente Strömungsbedingungen.
  3. Dimensionieren Sie das Ventil entsprechend den Systemanforderungen und Durchflussbedingungen.
  4. Wählen Sie geeignete Materialien für das Ventilgehäuse, die Verkleidung und die Dichtungen.
  5. Halten Sie die empfohlenen Abstände zwischen dem Regelventil und angrenzenden Bauteilen wie Pumpen, Krümmern und Kompensatoren ein.
  6. Bauen Sie das Stellventil möglichst mit dem Antrieb in der bevorzugten vertikalen Position ein.
  7. Achten Sie bei der horizontalen Installation auf den Dampfmantel und die richtige Ausrichtung des Zubehörs.

Wichtige Wartungstipps für optimale Ventilfunktion

  1. Halten Sie sich an die vom Hersteller empfohlenen Wartungspläne für die Ventile.
  2. Reinigen Sie die Ventile bei der Wartung gründlich, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.
  3. Vermeiden Sie die Verwendung von Fetten und Schmiermitteln für die Wartung von Ventilen, sofern diese nicht vom Hersteller angegeben sind.
  4. Beachten Sie beim Zusammenbau der Armatur die richtigen Anzugsmomente, um Undichtigkeiten und Fehlfunktionen zu vermeiden.
  5. Prüfen Sie die Ventilkomponenten regelmäßig auf Verschleiß und ersetzen Sie sie bei Bedarf.
  6. Halten Sie den Installationsbereich des Ventils sauber und frei von Verunreinigungen, um mögliche Schäden zu vermeiden.
  7. Erkundigen Sie sich beim Hersteller nach spezifischen Wartungsanforderungen für den jeweiligen Ventiltyp oder die Systemanwendung.

Schlussfolgerung

Die optimale Position von Regelventilen hängt von mehreren Faktoren ab, wie z. B. der richtigen Dimensionierung, dem Rohrleitungsdesign, der Materialauswahl und den spezifischen Anforderungen des Systems. Letztendlich sollten die Regelventile an einer Stelle angebracht werden, die den Anforderungen des Systems entspricht und einen sicheren und effizienten Betrieb gewährleistet.
Die Landschaft der industriellen Prozesssteuerung entwickelt sich ständig weiter, was eine kontinuierliche Aktualisierung von Regelventilen und Instrumentierungssystemen erfordert, um eine reibungslose Integration mit neuen Automatisierungstechnologien zu ermöglichen. Als renommierter Hersteller von Regelventilen ist Dombor bestrebt, bessere Produkte für unsere Kunden zu produzieren. Sollten Sie Fragen oder Bedenken haben, zögern Sie bitte nicht, sich mit uns in Verbindung zu setzen.

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