Kugelhähne für korrosive Medien: Materialauswahl und Auswahlhilfe

Kugelhähne werden in verschiedenen Industrien eingesetzt, die mit korrosiven Medien arbeiten, wie z.B. in der chemischen Verarbeitung, Öl- und Gasindustrie, Wasseraufbereitung und Pharmazie. Bei der Handhabung korrosiver Medien ist die Wahl der richtigen Kugelhahn-Materialien entscheidend, um die Sicherheit, Effizienz und Langlebigkeit des Ventils zu gewährleisten.

Kugelhähne werden in korrosiven Umgebungen aus mehreren Gründen gegenüber anderen Ventilen bevorzugt.

• Einfache Bauform: Die Bauform des Kugelhahns minimiert die Anzahl der korrosionsanfälligen Komponenten. Kugelhähne haben weniger interne Teile als andere Ventiltypen, wie z.B. Geradsitzventile oder Schieber, was bedeutet, dass es weniger Oberflächen gibt, die von der korrosiven Umgebung angegriffen werden können.
• Dichter Verschluss: Kugelhähne haben eine kugelförmige Scheibe, die sich dreht, um den Flüssigkeitsstrom durch das Ventil zu steuern. Wenn sich die Kugel in geschlossener Position befindet, bildet sie eine dichte Abdichtung mit dem Ventilkörper und verhindert jegliche Leckage. Diese Bauform macht Kugelhähne ideal für den Einsatz in Umgebungen, in denen selbst die geringste Leckage erhebliche Probleme verursachen kann.

Ursachen für Korrosion in Kugelhähnen

Korrosion ist die allmähliche Zerstörung von Metall durch chemische oder elektrochemische Reaktionen mit der umgebenden Umwelt. Korrosion in Kugelhähnen kann zu Lecks, Ventilversagen und anderen Betriebsproblemen wie dem Festsitzen der Kugel im Ventil führen.

Mehrere Faktoren, einschließlich der Exposition gegenüber aggressiven Chemikalien, hohen Temperaturen und Hochdruckumgebungen, können Korrosion in Kugelhähnen verursachen. Kugelhähne können aus mehreren Gründen korrodieren.

• Exposition gegenüber korrosiven Umgebungen: Kugelhähne aus bestimmten Materialien wie Kohlenstoffstahl oder Gusseisen sind anfällig für Korrosion, wenn sie korrosiven Umgebungen wie Meerwasser oder sauren Lösungen ausgesetzt sind. Korrosion kann auch auftreten, wenn das Ventil mit Substanzen wie Säuren, Laugen und Chlor in Kontakt kommt.
• Galvanische Korrosion: Galvanische Korrosion entsteht, wenn zwei unterschiedliche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten miteinander in Kontakt stehen. Bei Kugelhähnen kann dies auftreten, wenn für Gehäuse, Kugel und Spindel unterschiedliche Materialien verwendet werden. Wenn diese Materialien unterschiedliche elektrochemische Eigenschaften haben, kann der Fluss des elektrischen Stroms Korrosion verursachen.
• Erosionskorrosion: Erosionskorrosion wird durch mechanischen Verschleiß und chemischen Angriff verursacht. Dies kann bei Kugelhähnen auftreten, die hohen Strömungsgeschwindigkeiten oder abrasiven Flüssigkeiten ausgesetzt sind. Die mechanische Einwirkung der Flüssigkeit kann die schützende Oxidschicht auf der Ventiloberfläche entfernen und das darunterliegende Metall der Korrosion aussetzen.
• Mikrobiell induzierte Korrosion: Mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) wird durch Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze verursacht, die sich auf der Oberfläche von Kugelhähnen ansiedeln können. Diese Mikroorganismen können Säuren und andere korrosive Substanzen produzieren, die die Metalloberfläche angreifen und Korrosion verursachen können.

Auswahl von Kugelhähnen für korrosive Umgebungen

Es gibt mehrere Möglichkeiten, mit korrosiven Medien umzugehen, wenn Kugelhähne in industriellen Anwendungen eingesetzt werden.

Materialauswahl

Allgemeine Materialien

Je nach Anwendung können Materialien wie Edelstahl oder Kunststoff verwendet werden. Diese Materialien sind für ihre korrosionsbeständigen Eigenschaften bekannt und können der Einwirkung von aggressiven Chemikalien und Umgebungen standhalten.

• Edelstahl 316 wird für stark korrosive und Hochdruckumgebungen empfohlen, während Edelstahl der Güte 304 für leicht korrosive Umgebungen geeignet ist. Allerdings ist Edelstahl kostspielig. Erfahren Sie in unserem detaillierten Artikel, wie Sie zwischen Edelstahl 316 und 304 wählen können.
• Kunststoff-Kugelhähne aus PVC, PP oder PVDF sind sehr korrosionsbeständig, können aber für Hochtemperatur- und Hochdruckanwendungen ungeeignet sein. Sie haben in der Regel eine maximale Temperaturbeständigkeit von 60 °C (140 °F). Kunststoff-Kugelhähne sind im Vergleich zu Edelstahlventilen kostengünstig und daher für allgemeine Anwendungen mit korrosiven Medien geeignet.
• Dichtungen wie FKM, Teflon oder EPDM können in korrosiven Umgebungen eine ausgezeichnete Dichtungsleistung bieten.

Der Einfluss von Konzentration, Druck und Temperatur

Verschiedene Materialien werden von unterschiedlichen Substanzen und Bedingungen auf unterschiedliche Weise beeinflusst, was die Auswahl des richtigen Materials erschwert. Zum Beispiel können niedrige Konzentrationen von Schwefelsäure Stahl korrodieren, aber hohe Konzentrationen können einen Schutzfilm bilden. Wasserstoff korrodiert Stahl nur bei hohen Temperaturen und Drücken, während Chlor im trockenen Zustand nicht sehr korrosiv ist, aber in feuchten Bedingungen sehr korrosiv sein kann. Bei der Auswahl des richtigen Materials für den Ventilkörper müssen Faktoren wie Druck- und Temperaturbeständigkeit, Kosten und Verfügbarkeit berücksichtigt werden, nicht nur die Korrosionsvermeidung. Tabelle 1 zeigt die Verträglichkeit gängiger korrosiver Medien mit typischen Kugelhahn-Materialien. Beachten Sie auch unsere Chemikalienbeständigkeitstabelle für die Verträglichkeit weiterer korrosiver Medien mit verschiedenen Ventilmaterialien.

Tabelle 1: Materialverträglichkeit gängiger korrosiver Medien

Medium	Werkstoff-Hinweis für Kugelhähne
Schwefelsäure	Edelstahl (SS316): SS 316 ist hochbeständig gegen Schwefelsäure bei Konzentrationen bis zu 20% und Temperaturen bis zu 150 °C (302°F). Bei höheren Konzentrationen und Temperaturen kann es jedoch korrodieren. Hastelloy: Hastelloy ist hochbeständig gegen Schwefelsäure bei Konzentrationen bis zu 70% und Temperaturen bis zu 100 °C (212 °F). Bei höheren Konzentrationen und Temperaturen kann es korrodieren. Polypropylen (PP): PP ist beständig gegen Schwefelsäure bei Konzentrationen bis zu 70% und Temperaturen bis zu 80 °C (176 °F). Es wird jedoch nicht für den Einsatz mit konzentrierter Schwefelsäure oder bei höheren Temperaturen empfohlen. PTFE (Teflon): PTFE ist hochbeständig gegen Schwefelsäure bei Konzentrationen bis zu 98% und Temperaturen bis zu 200 °C (392 °F). Es ist jedoch möglicherweise nicht für Hochdruckanwendungen geeignet. Viton: Viton ist hochbeständig gegen wässrige Schwefelsäure. Es ist jedoch möglicherweise nicht für Hochdruckanwendungen geeignet. Der Keramik-Kugelhahn ist eine teurere Alternative bei hohen Drücken und Temperaturen.
Salzsäure	PVDF, PTFE, Hastelloy C und Titan
Salpetersäure	Konzentrierte Salpetersäure (über 70%): Kugelhähne aus Materialien wie Hastelloy C, Titan oder Zirkonium werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit in stark oxidierenden Umgebungen empfohlen. Verdünnte Salpetersäure (unter 70%): Materialien wie Edelstahl, PTFE oder FKM können für Kugelhähne verwendet werden, die in verdünnten Salpetersäurelösungen bei niedrigen Drücken und Temperaturen arbeiten. Salpetersäure bei hoher Temperatur und hohem Druck: Für Kugelhähne, die in Salpetersäurelösungen bei hoher Temperatur und hohem Druck arbeiten, können Materialien wie Inconel oder Monel aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen geeignet sein.
Chlor	Hastelloy C-276, Titan, Monel und PVC
Ammoniak	Edelstahl 316, PTFE (für 10% Ammoniak)
Alkohole, Ketone, Ester, Ether	Alkohole: Edelstahl Ketone: Ketone können sehr reaktiv sein und bestimmte Ventilmaterialien angreifen. Zum Beispiel kann Aceton bestimmte Arten von Kunststoffventilen auflösen. Edelstahl- und Messingventile können für einige Ketone geeignet sein, aber es ist wichtig, den Ventilhersteller für spezifische Empfehlungen zu konsultieren. Ester: Ester sind im Allgemeinen mit Edelstahlventilen kompatibel. Einige Ester, wie Ethylacetat, können jedoch aggressiv sein und den Einsatz von Beschichtungen erfordern. Ether: Ether können sehr reaktiv sein und bestimmte Ventilmaterialien angreifen. Edelstahl- und Messingventile sind für den Einsatz geeignet, aber es ist wichtig, den Ventilhersteller für spezifische Empfehlungen zu konsultieren.

Beschichtungen

Beschichtungen auf Ventilen (wie Zink) in korrosiven Umgebungen wirken als Schutzbarriere, die verhindert, dass das darunterliegende Ventilmaterial mit korrosiven Substanzen reagiert. Eine hartverchromte Kugel in Kugelhähnen bietet eine verschleiß- und korrosionsbeständige Oberfläche, erhöht die Haltbarkeit des Ventils und gewährleistet einen reibungslosen Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen.

Andere Faktoren

Die Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Ventilinstallation und Wartung kann dazu beitragen, Korrosion zu verhindern. Zur ordnungsgemäßen Installation gehört die Verwendung geeigneter Dichtungen und Dichtungsmaterialien sowie die Sicherstellung, dass das Ventil richtig ausgerichtet und befestigt ist. Regelmäßige Wartung umfasst die Reinigung und Inspektion des Ventils auf Anzeichen von Korrosion. Erfahren Sie mehr über Korrosionsprävention in unserem Artikel über Korrosionsschutzmaßnahmen für Ventile.

FAQs

Welche Materialien werden für Kugelhähne in korrosiven Umgebungen empfohlen?

Gängige Materialien für Kugelhähne in korrosiven Umgebungen sind Edelstahl, Messing und Kunststoff. Das ausgewählte Material sollte eine hohe Korrosionsbeständigkeit basierend auf dem spezifischen korrosiven Medium aufweisen.

Wie kann ich die Auswirkungen von Korrosion auf meinen Kugelhahn reduzieren?

Ordnungsgemäße Installation, regelmäßige Wartung sowie Beschichtungen und Plattierungen können alle dazu beitragen, die Auswirkungen von Korrosion auf einen Kugelhahn zu reduzieren. Die Auswahl des richtigen Kugelhahn-Typs kann ebenfalls zur Reduzierung von Korrosion beitragen.