Ventile für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität

In industriellen Prozessen mit hochviskosen Medien, wie z.B. dicken Flüssigkeiten oder Pasten, sind Ventile mit verschiedenen Herausforderungen konfrontiert, die ihre Zuverlässigkeit und Wirksamkeit beeinträchtigen. Daher ist es wichtig, ein Ventil sorgfältig nach seiner Leistung auszuwählen, um eine effiziente und präzise Durchflussregelung zu erreichen. Dieser Artikel befasst sich mit den Problemen, die beim Einsatz von Ventilen mit viskosen Medien auftreten, und mit der Auswahl von Ventilen für diese Medien.

Inhaltsübersicht

• Viskose Medien für Ventile
• Die Auswahl des richtigen Ventils für viskose Flüssigkeiten
• Ventile für hochviskose Flüssigkeiten

Viskose Medien für Ventile

Ventile, die mit viskosen Medien umgehen, stehen aufgrund der dicken und klebrigen Beschaffenheit der Flüssigkeit vor mehreren Herausforderungen.

• Die erhöhte Reibung und der Widerstand viskoser Medien erschweren das reibungslose Öffnen und Schließen des Ventils. Dies kann zu langsameren Reaktionszeiten und geringerer Genauigkeit bei der Flusskontrolle führen.
• Viskose Medien können zu Verstopfungen führen, die wiederum Fehlfunktionen und Wartungsprobleme verursachen.
• Die hohen Druckverluste (verursacht durch den Widerstand, den die dicke Flüssigkeit beim Fließen durch die engen Durchgänge und Beschränkungen innerhalb des Ventils erfährt) über das Ventil können Energieverluste und eine geringere Systemeffizienz verursachen.

Die richtige Ventilkonstruktion, Materialauswahl und regelmäßige Wartung sind entscheidend, um diese Probleme zu verringern und eine zuverlässige Leistung bei Anwendungen mit viskosen Flüssigkeiten zu gewährleisten.

Die Auswahl des richtigen Ventils für viskose Flüssigkeiten

Die Cv-, Kv- und Viskositätskorrekturfaktoren (Fv) helfen bei der Auswahl der richtigen Ventilgröße und des richtigen Ventiltyps für hochviskose Medien.

• Der Durchflusskoeffizient eines Ventils (Cv oder Kv) misst die Effizienz, mit der es den Durchfluss von Flüssigkeiten ermöglicht.
• Die Flüssigkeitsviskosität ist entscheidend für den Druckabfall bei halbturbulenter oder laminarer Flüssigkeitsströmung. Die Flüssigkeitsviskosität beeinflusst den Druckabfall in laminaren und turbulenten Strömungsregimen unterschiedlich.
  • Bei laminarer Strömung führt eine höhere Viskosität zu einem höheren Druckabfall, während bei turbulenter Strömung der Einfluss der Viskosität weniger stark ist.
  • In einer turbulenten Strömung verringert die unregelmäßige Durchmischung die Auswirkungen der Viskosität, so dass der Druckabfall weniger von der Viskosität als vielmehr von anderen Faktoren wie der Reynoldszahl abhängt.
  • Viskositätskorrekturfaktoren (eine Methode zur Anpassung des Cv-Wertes an die Dicke der Flüssigkeit) werden zur genauen Dimensionierung des Ventils verwendet.

Die Vergrößerung der Öffnung ist eine Möglichkeit, den Durchflusskoeffizienten für viskose Flüssigkeiten zu verbessern. Dies kann jedoch auch Nachteile mit sich bringen, wie z. B. höhere Kosten, erhöhte Partikelrückhaltung (durch die größere Öffnung werden möglicherweise Partikel in der Flüssigkeit zurückgehalten) und Geschwindigkeitsverluste. Ideal ist es, den richtigen Ventiltyp und die richtige Ventilgröße zu wählen, um einen ausreichenden Durchfluss zu gewährleisten und andere Effekte wie Druckverluste zu minimieren.

Ventile für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität

Bei der Auswahl eines Ventils für hochviskose Medien sind mehrere Parameter zu beachten.

Gehalt an Schadstoffen

Vor der Auswahl eines Ventiltyps ist es wichtig, zunächst den Grad der Verunreinigung der Flüssigkeit zu ermitteln. Ein Drosselventil ist für verunreinigte viskose Flüssigkeiten geeignet. Die Hierarchie für die Eignung von Ventilen je nach Schadstoffgehalt des Mediums lautet wie folgt:

• Hoch: Ein Drosselventil eignet sich hervorragend für verunreinigte viskose Flüssigkeiten. Drosselventile sind für den Umgang mit stark verunreinigten Flüssigkeiten ausgelegt und können die durch solche Flüssigkeiten verursachte Erosion wirksam bekämpfen. Sie regeln die Durchflussmenge von Flüssigkeiten in Rohrleitungen, insbesondere in der Öl- und Gasindustrie, und sind robust genug, um hohen Drücken und Temperaturen standzuhalten.
• Medium: Membranventile sind für Flüssigkeiten mit mittlerem Verschmutzungsgrad geeignet. Diese Ventile werden zum Drosseln und zur Steuerung des Flüssigkeitsstroms verwendet. Sie bieten eine bessere Absperrung als Schieber und werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen der Durchfluss reguliert und Leckagen minimiert werden müssen.
• Niedrig:
  • Kugelhähne: Kugelhähne werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Durchflusskoeffizienten und minimalen Druckverluste bevorzugt für die Steuerung viskoser Flüssigkeiten in der Industrie sowie in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt. Sie haben glatte Strömungswege und zuverlässige Dichtungseigenschaften während ihrer gesamten Lebensdauer, wobei Druckabfälle zwischen der Kugel und dem Sitz auftreten.
  • Membranventile: Membranventile haben gute Durchflusskoeffizienten, sind aber schlechter als Kugelventile. Diese Ventile begrenzen Verunreinigungen und Partikelansammlungen um das Ventilgehäuse herum, weshalb sie häufig in Anwendungen mit hochreinen Flüssigkeiten eingesetzt werden. Sie bieten eine schnelle Absperrung, präzise Betätigung und Sauberkeit.
  • Drosselklappe Absperrklappen eignen sich für Flüssigkeiten mit geringen Verunreinigungen und werden üblicherweise bei großen Rohrdurchmessern eingesetzt. Sie regeln den Flüssigkeitsstrom in einem Rohrleitungsabschnitt und sind einfach aufgebaut, was sie kostengünstig macht.

Druckrückgewinnungsfaktor und Flashing

Flüssigkeiten mit hoher Viskosität haben einen höheren Durchflusswiderstand und erfahren daher einen erheblichen Druckabfall, wenn sie durch ein Ventil fließen. Wenn eine Flüssigkeit durch ein Ventil fließt, sinkt ihr Druck an der Vena contracta (dem Punkt der maximalen Verengung) und erholt sich dann stromabwärts (Abbildung 2). Der Druckrückgewinnungsfaktor misst das Potenzial für die Druckrückgewinnung nach dem Durchgang der Flüssigkeit durch ein Ventil (Abbildung 3).

Ein hoher Druckrückgewinnungsfaktor bedeutet, dass sich der Druck deutlich erholt, was zu Kavitation und Flashen führen kann, wenn der Druck unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt.

• Die Konstruktion und Bauart des Ventils kann den Druckrückgewinnungsfaktor beeinflussen. So haben Durchgangs- und Eckventile im Allgemeinen höhere Rückgewinnungsfaktoren als Schieber oder Kugelhähne. Dies liegt daran, dass diese Ventile einen größeren Druckabfall und turbulentere Strömungswege als Durchgangs- und Eckventile aufweisen.
• Durchgangsventile können Druckverluste besser verteilen als Absperrklappen. Durchgangsventile haben mehrere Drosselstellen, die den Druckabfall in einem System gleichmäßig verteilen. Andererseits treten bei Absperrklappen Druckabfälle an begrenzten Einschnürungspunkten zwischen Klappengehäuse und Klappenscheibe auf, was zu einer geringeren Druckrückgewinnung führt und sie für die Förderung von viskosen Flüssigkeiten mit niedrigeren Dampfdruckgrenzen ungeeignet macht.

Präzision

Präzision beim Ventildurchfluss bedeutet, dass die Durchflussmenge, der Druck oder die Richtung des Mediums sehr genau eingestellt werden, und zwar in sehr kleinen Schritten, um bestimmte Anforderungen oder Normen zu erfüllen. Hochpräzise Strömungsprozesse erfordern automatisierte Ventile, die effektiv auf die Strömungsbedingungen reagieren. Magnetventile eignen sich gut für Flüssigkeitsdurchflussprozesse, die ein Höchstmaß an Präzision erfordern. Koaxial-Magnetventile (Abbildung 1) sind für den Umgang mit zähflüssigen und verunreinigten Medien ausgelegt, selbst bei hohen Drücken oder Temperaturen. Die Ein- und Auslassöffnungen liegen einander gegenüber, so dass ein nahezu linearer Strömungsweg entsteht. Lesen Sie unseren Artikel über die Viskosität von Flüssigkeiten für weitere Einzelheiten.