Kugelhähne für korrosive Medien: Leitfaden zur Materialauswahl und -auswahl

Kugelhähne sind in verschiedenen Branchen, die mit korrosiven Medien umgehen, weit verbreitet, z. B. in der chemischen Industrie, der Öl- und Gasindustrie, der Wasseraufbereitung und der Pharmaindustrie. Beim Umgang mit korrosiven Medien ist die Wahl der richtigen Kugelhahnwerkstoffe entscheidend für die Sicherheit, Effizienz und Langlebigkeit des Hahns.

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

• Einfaches Design: Die Kugelhahnkonstruktion minimiert die Anzahl der korrosionsanfälligen Komponenten. Kugelhähne haben weniger Innenteile als andere Armaturentypen, wie z. B. Ventile oder Schieber, und damit weniger Angriffsflächen für die korrosive Umgebung.
• Dichtes Absperren: Kugelhähne haben eine kugelförmige Scheibe, die sich dreht, um den Flüssigkeitsstrom durch das Ventil zu steuern. In der geschlossenen Stellung bildet die Kugel eine dichte Verbindung mit dem Ventilgehäuse und verhindert so jegliche Leckage. Diese Konstruktion macht Kugelhähne ideal für den Einsatz in Umgebungen, in denen die kleinste Leckage erhebliche Probleme verursachen kann.

Ursachen für Korrosion in Kugelhähnen

Korrosion ist die allmähliche Zerstörung von Metall durch chemische oder elektrochemische Reaktionen mit der Umgebung. Korrosion in Kugelhähnen kann zu Leckagen, Ventilausfällen und anderen Betriebsproblemen führen, z. B. wenn die Kugel im Ventil stecken bleibt.

Verschiedene Faktoren, wie z. B. der Kontakt mit aggressiven Chemikalien, hohe Temperaturen und Hochdruckumgebungen, können Korrosion bei Kugelhähnen verursachen. Kugelhähne können aus verschiedenen Gründen korrodieren.

• Exposition gegenüber korrosiven Umgebungen: Kugelhähne aus bestimmten Materialien wie Kohlenstoffstahl oder Gusseisen sind korrosionsanfällig, wenn sie korrosiven Umgebungen wie Meerwasser oder säurehaltigen Lösungen ausgesetzt sind. Korrosion kann auch auftreten, wenn das Ventil mit Substanzen wie Säuren, Laugen und Chlor in Berührung kommt.
• Galvanische Korrosion: Galvanische Korrosion entsteht, wenn zwei ungleiche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyts miteinander in Kontakt kommen. Bei Kugelhähnen kann dies vorkommen, wenn unterschiedliche Materialien für das Gehäuse, die Kugel und die Spindel verwendet werden. Wenn diese Materialien unterschiedliche elektrochemische Eigenschaften haben, kann der Stromfluss Korrosion verursachen.
• Erosion-Korrosion: Erosion - Korrosion 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 darunter liegende Metall der Korrosion aussetzen.
• Mikrobeninduzierte Korrosion: Mikrobeninduzierte 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

Bei der Verwendung von Kugelhähnen in industriellen Anwendungen gibt es mehrere Möglichkeiten, mit korrosiven Medien umzugehen.

Auswahl des Materials

Allgemeine Materialien

Je nach Anwendung können Materialien wie Edelstahl, Titan, Hastelloy und andere Legierungen verwendet werden. Diese Werkstoffe sind für ihre Korrosionsbeständigkeit bekannt und können rauen Chemikalien und Umgebungen standhalten.

• Edelstahl 316 wird für stark korrosive Umgebungen empfohlen, während Edelstahl der Güteklasse 304 für leicht korrosive Umgebungen geeignet ist. Erfahren Sie, wie Sie zwischen Edelstahl 316 und 304 wählen können.
• Kugelhähne aus Kunststoff, wie PVC und CPVC, sind sehr korrosionsbeständig, eignen sich aber möglicherweise nicht für Hochtemperaturanwendungen. Sie haben in der Regel eine maximale Temperaturbelastung von 60 °C.
• Weichdichtende Ventile mit elastischen Elastomerwerkstoffen wie FKM, FFKM oder EPDM können in korrosiven Umgebungen hervorragende Dichtungseigenschaften bieten.

Der Einfluss von Konzentration, Druck und Temperatur

Verschiedene Materialien werden von verschiedenen Stoffen und Bedingungen auf unterschiedliche Weise beeinflusst, was die Wahl des richtigen Materials erschwert. So können beispielsweise niedrige Konzentrationen von Schwefelsäure Stahl korrodieren, während hohe Konzentrationen einen Schutzfilm bilden können. Wasserstoff korrodiert Stahl nur unter hohen Temperaturen und hohem Druck, während Chlor in trockenem Zustand nicht sehr korrosiv ist, aber unter feuchten Bedingungen sehr korrosiv sein kann. Bei der Wahl des richtigen Werkstoffs für das Ventilgehäuse müssen neben dem Korrosionsschutz auch Faktoren wie Druck- und Temperaturbeständigkeit, Kosten und Verfügbarkeit berücksichtigt werden. Tabelle 1 zeigt die Verträglichkeit gängiger korrosiver Medien mit typischen Kugelhahnwerkstoffen. Die Kompatibilität von korrosiven Medien mit verschiedenen Ventilwerkstoffen entnehmen Sie bitte unserer Tabelle zur chemischen Verträglichkeit.

Tabelle 1: Materialverträglichkeit gängiger korrosiver Medien

Medien	Werkstoffinformationen für Kugelhähne
Schwefelsäure	Rostfreier Stahl (SS316): SS 316 ist sehr widerstandsfähig gegen Schwefelsäure in Konzentrationen von bis zu 20 % und Temperaturen von bis zu 150 °C (302°F). Bei höheren Konzentrationen und Temperaturen kann es jedoch korrodieren. Hastelloy: Hastelloy ist hochgradig beständig gegen Schwefelsäure in Konzentrationen von bis zu 70 % und Temperaturen von bis zu 100 °C (212 °F). Bei höheren Konzentrationen und Temperaturen kann er korrodieren. Polypropylen (PP) PP ist gegen Schwefelsäure in Konzentrationen von bis zu 70 % und Temperaturen von bis zu 80 °C (176 °F) beständig. Es wird jedoch nicht zur Verwendung mit konzentrierter Schwefelsäure oder bei höheren Temperaturen empfohlen. PTFE (Teflon): PTFE ist hochgradig beständig gegen Schwefelsäure in Konzentrationen von bis zu 98 % und Temperaturen von bis zu 200 °C (392 °F). Es ist jedoch möglicherweise nicht für Hochdruckanwendungen geeignet. Viton: Viton ist sehr beständig gegen wässrige Schwefelsäure. Es ist jedoch möglicherweise nicht für Hochdruckanwendungen geeignet. Der Keramikkugelhahn ist bei hohen Drücken und Temperaturen eine teurere Alternative.
Chlorwasserstoffsäure	PVDF, PTFE, Hastelloy C und Titan
Salpetersäure	Konzentrierte Salpetersäure (über 70%): Kugelhähne aus Materialien wie Hastelloy C, Titan oder Zirkonium werden aufgrund ihrer hervorragenden 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 mit hoher Temperatur und hohem Druck: Für Kugelhähne, die in Salpetersäurelösungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck eingesetzt werden, können Werkstoffe wie Inconel oder Monel aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen geeignet sein.
Chlor	Hastelloy C-276, Titan, Monel und PVC
Ammonia	Edelstahl 316, PTFE (für 10% Ammoniak)
Alkohole, Ketone, Ester, Ether	Alkohole: Edelstahl Ketone: Ketone können sehr reaktiv sein und bestimmte Ventilmaterialien angreifen. Aceton kann zum Beispiel bestimmte Arten von Kunststoffventilen auflösen. Ventile aus rostfreiem Stahl und Messing können für einige Ketone geeignet sein, aber es ist wichtig, sich mit dem Ventilhersteller über spezifische Empfehlungen zu beraten. Ester: Ester sind im Allgemeinen mit Ventilen aus rostfreiem Stahl kompatibel. Einige Ester, wie z. B. Ethylacetat, können jedoch aggressiv sein und erfordern unter Umständen die Verwendung von Beschichtungen. Ether: Ether können sehr reaktiv sein und bestimmte Ventilmaterialien angreifen. Ventile aus rostfreiem Stahl und Messing sind für die Verwendung geeignet, aber es ist wichtig, sich mit dem Ventilhersteller über spezifische Empfehlungen zu beraten.

Design

• Reduzierte Ritzen: Kugelhähne für den Einsatz in korrosiven Umgebungen sind so konstruiert, dass das Korrosionspotenzial minimiert wird, z. B. durch eine geringe Anzahl von Spalten oder Toträumen, in denen sich korrosive Medien ansammeln können. Außerdem kann ein Kugelhahn mit vollem Durchgang die Ansammlung korrosiver Medien reduzieren, während ein Kugelhahn mit reduziertem Durchgang anfälliger für Ablagerungen und Korrosion sein kann.
• Doppeltes Dichtungssystem: Ein korrosionsgeschützter Kugelhahn kann mit einem doppelten Dichtungssystem ausgestattet sein, das einen zusätzlichen Schutz gegen korrosive Medien bietet. Dieses System umfasst in der Regel zwei Dichtungssätze, um zu verhindern, dass das korrosive Medium in das Ventil eindringt und die internen Komponenten beschädigt.
• Schutz für den Vorbau: Die Spindel eines Kugelhahns ist eine kritische Komponente, die anfällig für Korrosion ist. Korrosionsschutzkugelhähne können einen Spindelschutz enthalten, der die Spindel vor korrosiven Medien schützt. Dies kann durch die Verwendung korrosionsbeständiger Beschichtungen oder Materialien erreicht werden.

Beschichtungen

Beschichtungen bilden eine Barriere zwischen dem Metall und dem korrosiven Medium, verhindern den direkten Kontakt und verringern die Korrosionsgefahr. Beispiele für Beschichtungen sind Teflon, Epoxid und verschiedene Polymerbeschichtungen. Die Spindel und die Kugel können mit einem korrosionsbeständigen Material wie PTFE beschichtet werden, um sie vor Korrosion zu schützen und die Lebensdauer des Ventils zu verlängern.

Andere Faktoren

Eine ordnungsgemäße Installation und Wartung der Ventile kann helfen, Korrosion zu verhindern. Zum ordnungsgemäßen Einbau gehören die Verwendung geeigneter Dichtungen und Dichtungsmaterialien sowie die korrekte Ausrichtung und Befestigung des Ventils. Zur regelmäßigen Wartung gehören die Reinigung und die Überprüfung des Ventils auf Anzeichen von Korrosion. Erfahren Sie mehr über Korrosionsschutz in unserem Artikel über Korrosionsschutzmaßnahmen für Ventile.

FAQs

Welche Materialien werden für Kugelhähne in korrosiven Umgebungen empfohlen?

Zu den gängigen Materialien für Kugelhähne in korrosiven Umgebungen gehören Edelstahl, Messing und Kunststoff. Das gewählte Material sollte eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, die auf die spezifischen korrosiven Medien abgestimmt ist.

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

Eine ordnungsgemäße Installation, regelmäßige Wartung sowie Beschichtungen und Verkleidungen können dazu beitragen, die Auswirkungen von Korrosion auf einen Kugelhahn zu verringern. Die Wahl des richtigen Kugelhahntyps kann auch dazu beitragen, die Korrosion zu verringern.