Kugelhähne für Hochdruckanwendungen

Hochdruck-Kugelhähne bieten eine zuverlässige und effiziente Absperrung bei Hochdruckanwendungen. Diese Ventile sind mit einzigartigen Merkmalen ausgestattet, wie z. B. langlebige Materialien, robuste Konstruktion und dichte Abdichtung, um einen zuverlässigen Betrieb unter hohem Druck zu gewährleisten. In diesem Artikel werden die wichtigsten Merkmale und Auswahlkriterien von Hochdruckkugelhähnen erläutert. In unserem Übersichtsartikel über Kugelhähne finden Sie weitere Informationen über den Aufbau, die Funktionsweise und die Typen von Kugelhähnen.

Inhaltsübersicht

• Hochdruck-Kugelhähne
• Konstruktionsmerkmale
• Auswahl eines Hochdruck-Kugelhahns
  • Materialien
  • Normen
  • Verbindungsarten
  • Bewertung des Ventilsitzes

Hochdruck-Kugelhähne

Wie der Name schon sagt, arbeitet ein Hochdruckkugelhahn unter hohem Flüssigkeitsdruck, etwa 500 - 700 bar (7252 - 10152 psi). Diese Kugelhähne werden dort eingesetzt, wo große Flüssigkeitsmengen gelagert werden und eine präzise Durchflussregelung erforderlich ist, z. B. in Wasserverteilungsanlagen, in der chemischen Industrie und in Wasserparks. Diese Ventile sind speziell für den Dauereinsatz unter diesen schweren Bedingungen ausgelegt. Kugelhähne werden aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften häufig in Hochdruckanwendungen eingesetzt.

• Kugelhähne sorgen für eine lecksichere Abdichtung oder einen blasendichten Verschluss und verhindern so Druckabfälle, die im Falle einer Leckage auftreten können.
• Kugelhähne mit vollem Durchgang behindern den Durchfluss nicht, wenn sie geöffnet sind, und sorgen so für minimalen Druckverlust.
• Die Struktur der Kugel ermöglicht es, das Ventil in Hochdrucksystemen zu öffnen, vorausgesetzt, der Antrieb ist richtig dimensioniert. Die Form der Kugel ermöglicht außerdem eine reibungslose Bewegung durch den Hochdruckstrom, was zu einem effektiven Betrieb des Ventils beiträgt.
• Hochdruck-Rohrleitungssysteme sind anfällig für Wasserschläge. Kugelhähne sind jedoch nützlich, um diese zu minimieren.

Konstruktionsmerkmale

• Verkleinerte Portgröße: Die Druckstufe des Ventils steigt, wenn die Ventilgröße abnimmt. Beispielsweise kann ein größerer Kugelhahn mit einem Durchmesser von 6 Zoll für einen Druck von 41 bar (600 psi) ausgelegt sein, während ein kleinerer Kugelhahn mit einem Durchmesser von 2 Zoll für einen Druck von 103 bar (1500 psi) ausgelegt sein kann, da die höhere Geschwindigkeit der durch den kleineren Hahn fließenden Flüssigkeit eine höhere Druckauslegung erfordert, um den gewünschten Druck nach dem Hahn aufrechtzuerhalten.
• Strapazierfähige Materialien: Hochdruckkugelhähne werden aus hochwertigen Materialien hergestellt, die extremen Drücken und Temperaturen standhalten. Zu den gängigen Materialien gehören Edelstahl, Titan und andere korrosionsbeständige Legierungen.
• Verstärkte Sitze und Dichtungen: Die Ventilsitze und Dichtungen in Hochdruckkugelhähnen sind mit Materialien wie PTFE, Graphit oder Metall verstärkt, um hohen Drücken und Temperaturen standzuhalten, ohne undicht zu werden. Lesen Sie unseren Leitfaden zur chemischen Beständigkeit, um mehr über die Kompatibilität der verschiedenen Materialien mit verschiedenen Medien und ihren Arbeitstemperaturbereich zu erfahren.
• Konstruktion mit vollem Durchgang: Hochdruckkugelhähne sind in der Regel mit vollem Durchgang konstruiert, d. h. der Innendurchmesser des Hahns entspricht dem des Rohrs, an das er angeschlossen ist. Dadurch werden Durchflussbeschränkungen reduziert und der Druckabfall minimiert.
• Ausblassicherer Schaft: Die Spindel von Hochdruck-Kugelhähnen ist mit einer Ausblassicherung versehen, die verhindert, dass die Spindel durch den hohen Druck aus dem Ventil herausgeblasen wird.
• Doppeltes Block- und Anschnittdesign: Bestimmte Hochdruckkugelhähne sind mit einer doppelten Absperr- und Entlüftungsfunktion ausgestattet, die es ermöglicht, sowohl den stromaufwärts als auch den stromabwärts gelegenen Durchfluss zu isolieren und den Hohlraum zwischen den beiden Dichtungen zu entlüften oder zu entleeren.

Auswahl eines Hochdruck-Kugelhahns

Materialien

• Wählen Sie für die Konstruktion des Kugelhahns Werkstoffe wie Kohlenstoffstahl und Edelstahl 316, da diese stabil sind und hohen Betriebsdrücken standhalten können.
• Um den Druckwerten und dem maximal zulässigen Spindeldrehmoment standzuhalten, sollten Sie für die Kugel, die Sitzringe und die Spindel Materialien wie Duplex oder andere hochfeste Werkstoffe mit guten elastischen Eigenschaften verwenden. Es können auch Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl oder andere niedrig legierte Werkstoffe verwendet werden.
• Wählen Sie thermoplastische Sitzeinsätze wie Devlon V, Nylon und PEEK für weichdichtende Kugelhähne aufgrund ihrer Verschleißfestigkeit und ihres geringen Reibungskoeffizienten.
• Dichtungen für Hochdruckkugelhähne werden hauptsächlich aus O-Ring-Elastomeren hergestellt, und es sind Anforderungen an den Explosionsschutz und die Dekompression vorgeschrieben. Alternativ dazu können auch PTFE-Lippendichtungen verwendet werden.

Normen

Es gibt mehrere Normen, denen Hochdruckkugelhähne entsprechen können, je nach spezifischer Anwendung und Branchenanforderungen. Einige der gängigsten Normen für Hochdruck-Kugelhähne sind:

• API 6D: API 6D legt die Anforderungen und Prüfverfahren für Pipeline-Kugelhähne fest, die in der Öl- und Gasindustrie verwendet werden. Diese Norm gilt für Ventile mit einem Nenndruck von bis zu 10.000 PSI und einem Temperaturbereich von -45 °C (-50 °F) bis 121 °C (250 °F).
• ASME B16.34: ASME B16.34 behandelt die Anforderungen an Konstruktion, Werkstoffe, Prüfung und Inspektion für Armaturen im Allgemeinen, einschließlich Kugelhähne. Diese Norm gilt für Ventile mit einem Nenndruck von bis zu 690 bar (10.000 psi) und einem Temperaturbereich von -6 °C (-20 °F) bis 537 °C (1000 °F).
• ISO 17292: ISO 17292 gilt für Metallkugelhähne, die in der Erdöl-, Petrochemie- und Erdgasindustrie verwendet werden. Sie legt die Anforderungen an Werkstoffe, Konstruktion, Herstellung, Prüfung, Inspektion und Kennzeichnung der Armaturen fest. Die Norm ISO 17292 gilt für Ventile mit einem Nenndruck von bis zu 10.000 PSI und einem Temperaturbereich von -29 °C (-20 °F) bis 200 °C (392 °F).
• ANSI/FCI 70-2: ANSI/FCI 70-2 behandelt die Anforderungen an die Prüfung und Inspektion von Kugelhähnen. Diese Norm umfasst Tests für Sitzleckagen, hydrostatische Schalenprüfungen und die Leistung bei hohen Temperaturen.

Verbindungsarten

Hochdruck-Kugelhähne sind in den folgenden Anschlussarten erhältlich:

• Britisches Standardrohr parallel (BSPP) mit Gewinde
• Nationales Rohrgewinde (NPT) mit Gewinde
• Kompressionsausführung (DIN 2353/ISO 8434-1)
• Schweißen Ende

Bewertung des Ventilsitzes

Ein Ventilsitz-Bemessungsdruck-Temperatur-Diagramm zeigt den sicheren Betriebsdruck und die Temperaturbereiche für ein bestimmtes Ventilsitzmaterial an. Das Diagramm zeigt in der Regel den maximalen Druck, dem der Ventilsitz bei verschiedenen Temperaturen standhalten kann, ohne dass die Dichtheit beeinträchtigt wird. Das Druck-Temperatur-Bewertungsdiagramm liefert wichtige Informationen für die Auswahl des richtigen Armaturenwerkstoffs für eine bestimmte Anwendung, damit die Armatur unter den zu erwartenden Betriebsbedingungen sicher und effektiv arbeiten kann.

Das Diagramm gibt oft den maximalen Druck an, den ein Ventilsitz bei einer bestimmten Temperatur aushalten kann. PTFE beispielsweise funktioniert bei einem Höchstdruck von 41 bar (600 psi) und bis zu 121 °C (250 𐩑F) (Abbildung 2). Bei einer Betriebstemperatur von 149 °C (300 𐩑F) und einem maximal zulässigen Druck von 41 bar (600 psi) kann das Material versagen, was zu Leckagen, Betriebsstörungen oder Schäden am Ventil und der umgebenden Ausrüstung führen kann.