Magnetventile für gefährliche Anwendungen

Magnetventile sind entscheidend für die Kontrolle des Fluidstroms in gefährlichen Umgebungen wie der chemischen Verarbeitung, Öl- und Gasförderung, im Bergbau und bei brennbaren Flüssigkeiten. Diese Anwendungen, die oft brennbare Gase, schädliche Dämpfe, ätzende Flüssigkeiten und brennbare Stäube enthalten, stellen aufgrund der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Fluide sowie der Betriebsdrücke und -temperaturen erhebliche Risiken dar. Magnetventile für diese Bereiche verfügen über wichtige Sicherheitsmerkmale, um Explosionen oder Medienaustritte zu verhindern und gleichzeitig eine präzise und automatisierte Durchflussregelung zu ermöglichen. Wichtige Anwendungen von Magnetventilen für gefährliche Bereiche sind:

• Regulierung des Fluidstroms in Erdgasverteilungssystemen
• Steuerung des Fluidstroms in chemischen Verarbeitungsanlagen, einschließlich des Mischens und Transfers gefährlicher Chemikalien
• Kontrolle flüchtiger Flüssigkeiten in Raffinerien, petrochemischen Anlagen und Kohlenwasserstoff-Lagertanks
• Chemische Dosierung in Abwasserbehandlungsanlagen
• Staubstromkontrolle in Bergbaubetrieben und Getreidespeichersilos

Inhaltsverzeichnis

• Klassifizierungen für gefährliche Bereiche
• Probleme mit Magnetventilen in gefährlichen Bereichen
• Konstruktionsfaktoren
• Wie man die Lebensdauer von Magnetventilen in gefährlichen Bereichen verlängert

Klassifizierungen für gefährliche Bereiche

Gefährliche Bereiche sind Orte, an denen Brand- oder Explosionsgefahren aufgrund von brennbaren Gasen, Dämpfen, Flüssigkeiten, Stäuben oder Fasern bestehen. Verschiedene Branchen haben spezifische Standards und Vorschriften, weshalb es entscheidend ist, diese Richtlinien zu verstehen, um sicherzustellen, dass die ausgewählten Prozessgeräte und Ventile eine angemessene Fluidkontrolle bieten und den Gefahrenklassifizierungen entsprechen. Ein Magnetventil, das für brennbare Stäube ausgelegt ist, ist beispielsweise möglicherweise nicht für die Kontrolle gefährlicher Dämpfe geeignet. Tabelle 1 erläutert die wichtigsten Klassifizierungen für gefährliche Bereiche. Lesen Sie unseren Artikel zur ATEX-Kennzeichnung für weitere Informationen zur sicheren Auswahl und Verwendung von Geräten in potenziell explosionsgefährdeten Bereichen

Tabelle 1: Klassifizierungen für gefährliche Bereiche für Magnetventile

Kategorie	Typ	Beschreibung	Beispiele
Klassen	Klasse I	Bereiche mit brennbaren Gasen oder Dämpfen	Raffinerien, Gasanlagen
	Klasse II	Bereiche mit explosivem oder entzündbarem Staub	Getreidesilos, Getreidemühlen
	Klasse III	Bereiche mit entzündbaren Fasern	Textilfabriken, Holzverarbeitung
Zonen	Zone 1	Gefahr wird erwartet	Wasserstoffumgebung
	Zone 2	Gefahr wird nicht erwartet	Undichtes Lagerfass
Gruppen	Gruppe A	Acetylen	-
	Gruppe B	Wasserstoff	-
	Gruppe C	Ethylen	-
	Gruppe D	Propan	-
	Gruppe E	Metallstäube	-
	Gruppe F	Kohlenstäube	-
	Gruppe G	Getreidestäube	-

Probleme mit Magnetventilen in gefährlichen Bereichen

• Lichtbögen und Funken: Magnetventile können während des normalen Betriebs Lichtbögen und Funken erzeugen, die brennbare Atmosphären entzünden können. Dies ist besonders kritisch in gefährlichen Bereichen, in denen Gase, Dämpfe oder Staub vorhanden sind.
• Hohe Temperaturen: Die Spule eines Magnetventils kann hohe Temperaturen erreichen. Wenn diese Temperaturen den Zündpunkt des umgebenden gefährlichen Materials überschreiten, kann dies zu einer Explosion führen. Der National Electrical Code (NEC) schreibt eine spezielle Kennzeichnung für Magnetventile mit Spulengehäusetemperaturen über 100°C (212°F) vor.
• Ausfall elektrischer Geräte: Ausfälle wie Durchbrennen oder Kurzschlüsse in der Magnetspule können ebenfalls zur Zündung führen. Konstruktionsstandards für Geräte in gefährlichen Bereichen berücksichtigen diese potenziellen Ausfälle, um Explosionen zu verhindern.

Konstruktionsfaktoren

• Klasse I Bereiche (Gase/Dämpfe):
  • Festigkeit: Das Magnetventil muss robust genug sein, um eine interne Explosion zu enthalten. Diese Ventile verfügen über explosionsgeschützte Gehäuse für die Spule und elektrische Komponenten, abgedichtete Gehäuse oder spezielle Entlüftungsmechanismen für zusätzliche Sicherheit. Die Ventilkörperwände müssen dick sein, um dem internen Druck standzuhalten.
  • Explosionsgeschütztes Gehäuse: Das Spulengehäuse muss explosionsgeschützt sein, um zu verhindern, dass Gase oder Dämpfe zünden, wenn sie in das Gehäuse eindringen.
  • Temperaturkontrolle: Die Magnetventilspule muss bei einer Temperatur unterhalb der Zündtemperatur der umgebenden Atmosphäre betrieben werden.
  • Flammwege: Bei einigen Bauformen muss es eine Möglichkeit geben, dass brennende Gase nach dem Abkühlen aus dem Gehäuse entweichen können, um eine Zündung der äußeren Atmosphäre zu verhindern. Dies kann durch einen geerdeten Oberflächenflammweg erreicht werden, bei dem präzise geschliffene und aufeinander abgestimmte Oberflächen Gase erst nach dem Abkühlen entweichen lassen, oder durch einen Gewindeflammweg, bei dem Gase durch Gewindeverbindungen wandern und dabei abkühlen.
• Klasse II Bereiche (Staub):
  • Staubdichtung: Das Magnetventilgehäuse muss das Eindringen von Staub verhindern, um interne Explosionen zu vermeiden.
  • Oberflächentemperatur: Die Oberflächentemperatur des Gehäuses muss unter der Zündtemperatur des Staubs liegen.
  • Staubdecke: Die Bauform muss die Staubablagerung auf dem Ventil berücksichtigen, die zu einer Überhitzung und Entzündung der umgebenden Atmosphäre führen kann.
• Klasse III Bereiche (Fasern/Flusen):
  • Faser- und Flusenvermeidung: Das Gehäuse muss das Eindringen von Fasern und Flusen minimieren und das Austreten von Funken oder heißen Partikeln verhindern.
  • Temperaturkontrolle: Das Magnetventil muss bei einer Temperatur betrieben werden, die die Entzündung angesammelter Fasern verhindert.
  • Eignung für mehrere Klassen: Einige Magnetventile sind so konzipiert, dass sie die Anforderungen mehrerer Klassen erfüllen. Ein Magnetventil der Klasse I, das eine Explosion enthalten kann, muss beispielsweise auch das Eindringen von Staub verhindern, um für Klasse II geeignet zu sein. Die engen Toleranzen, die für Flammwege in Ventilen der Klasse I erforderlich sind, können auch Staub fernhalten und machen zusätzliche Dichtungen überflüssig.

Weitere Überlegungen

• Elektrische Überlegungen: Elektrische Schaltkreise sind so konzipiert, dass sie eigensicher sind und zertifizierte Barrieren oder Isolatoren verwenden, um die Energie auch im Fehlerfall auf nicht zündfähige Werte zu begrenzen. Durch sorgfältige Konstruktion wird die elektrische Energie im Ventil minimiert, wodurch das Risiko von Funkenbildung reduziert wird. Potenzielle Ausfälle wie Durchbrennen oder Kurzschlüsse werden berücksichtigt, um Explosionen zu verhindern.
• Hochwertige Materialien: Hochwertige industrielle Magnetventile verfügen über korrosionsbeständige Ventilkörper und interne Komponenten aus Materialien wie Hastelloy, Inconel oder PTFE-Beschichtungen. Robuste externe Gehäuse aus Edelstahl, Kunststoff oder Messing schützen vor Umweltschäden. Dichtungen aus Viton, EPDM oder Kalrez verhindern Lecks und gewährleisten die Integrität des Ventils, kompatibel mit spezifischen Chemikalien und Temperaturen in gefährlichen Umgebungen.
• Temperatur- und Druckbewertungen: Magnetventile müssen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs zuverlässig funktionieren und verwenden thermisch isolierte Spulen und temperaturbeständige Materialien, um Verschleiß zu verhindern. Sie sind so konzipiert, dass sie hohen Drücken standhalten, einschließlich einer Sicherheitsmarge, und werden unter realen Druckspitzen und -schwankungen getestet. Die Magnetventilspule muss unterhalb der Zündtemperatur der umgebenden Atmosphäre betrieben werden, um Explosionen zu verhindern. Wenn die Spulentemperaturen den Zündpunkt gefährlicher Materialien überschreiten, kann dies zu einer Explosion führen.
• Fail-Safe-Mechanismen: Diese Ventile sind mit Fail-Safe-Mechanismen ausgestattet, wie z.B. Federrückstellung oder Doppelspulenkonfigurationen, um bei einem Stromausfall oder einer Störung in eine sichere Position (offen oder geschlossen) zurückzukehren. Die elektrischen Komponenten sind abgeschirmt, um elektromagnetische Störungen (EMI) zu verhindern, die zu Fehlfunktionen führen könnten.
• Diagnose und Handhilfsbetätigung: Fortschrittliche Magnetventile können redundante Spulen oder Sensoren zur Erhöhung der Zuverlässigkeit enthalten. Eingebaute Diagnosefunktionen können den Zustand des Ventils überwachen und frühzeitig vor möglichen Problemen warnen, wodurch das Risiko unerwarteter Ausfälle verringert wird. Eine Handhilfsbetätigung ermöglicht den manuellen Betrieb des Ventils im Falle eines elektrischen Ausfalls und ist so konzipiert, dass sie die explosionsgeschützte Integrität des Ventils nicht beeinträchtigt.
• Einhaltung von Standards: Das Ventil muss Industriestandards und Zertifizierungen für gefährliche Umgebungen erfüllen, wie UL, CE, ATEX, CSA, IECEx, NEMA und IP-Schutzklassen.

Wie man die Lebensdauer von Magnetventilen in gefährlichen Bereichen verlängert

Um die Lebensdauer von Magnetventilen in gefährlichen Anwendungen zu verlängern, können mehrere Maßnahmen ergriffen werden:

• Verbesserung der Oberflächenbehandlung, um Ablagerungen und Verschleiß zu verhindern.
• Verwendung zusätzlicher Oberflächenbehandlungen und Materialveredelungen zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit.
• Durchführung strenger Kompatibilitäts- und Sicherheitstests.
• Regelmäßige Inspektionen und Wartungen zur Entfernung von Ablagerungen, Identifizierung abgenutzter Dichtungen und Austausch beschädigter Ventile.