Ursachen für Fehler an pneumatischen Regelventilen

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von Ach am 23.11.2016 um 13:53 bearbeitet. Pneumatische Regelventile werden in der Sodaindustrie äußerst häufig eingesetzt. In Kombination mit anderen Messgeräten ermöglichen sie die automatische Regulierung sowie die Fernsteuerung von Prozessparametern wie Durchfluss, Füllstand, Druck und Temperatur – sowie von anderen Medien wie Flüssigkeiten, Gasen und Dampf. Mit der zunehmenden Automatisierung von Unternehmen werden verteilte Steuerungssysteme (DCS) sowie andere intelligente Instrumente im Bereich der Automatisierung immer häufiger eingesetzt. Durch eine optimierte Steuerung mittels Computer lässt sich die Produktion maximieren. Durch die Optimierung konzentrieren sich die Hauptstörungen des Steuerungssystems auf die Endausführungsgeräte des Regelsystems, also auf die Regelventile. Bei der Steuerung des Flussverlaufs des Fluids erhalten die Regelventile Steuerungssignale und regulieren den Fluss entsprechend den vorgegebenen Regeln. Ob seine Reaktionen schnell sind oder nicht, hat direkten Einfluss auf die Qualität des gesamten Steuerungssystems. Laut Statistiken zur Anwendung von Steuerungssystemen in der Soda-Industrie gehen rund 80 % der Störungen im Regelungssystem auf Regelventile zurück. Daher ist es eine sehr wichtige Frage, die wir erörtern müssen: Wie können wir sicherstellen, dass die pneumatischen Membranregelventile in unserer Fabrik zuverlässig und präzise funktionieren? 1 Istzustandsanalyse: Im Prozess der Sodaherstellung führt die starke Korrosivität der Ammoniumsalzlösung sowie die Eigenschaft von Ammoniumhydrogencarbonat, bei Temperaturen unter 25 °C zu kristallisieren, dazu, dass Regelventile im Betrieb aufgrund von Ablagerungen, Kristallbildung und Verkalkung an der Innenseite des Ventilkörpers verkleben, nicht mehr funktionieren oder nur noch langsam reagieren. Dieses Phänomen ist recht verbreitet – es macht 50 % aller Störungen an Regelventilen aus – und hat erhebliche Auswirkungen auf den Produktionsprozess ； Aufgrund des Alterns und Verhärtens des Packungsmaterials an Regelventilen treten Störungen wie träge Ventilbewegungen oder Leckagen am Ventilstiel in einem Ausmaß von 15 % auf ； In 12 % der Fälle kann das Ventil aufgrund eines defekten Membranrisses mit Luftundichtigkeit oder eines gebrochenen Hartkerns nicht reguliert werden ； Phänomene, bei denen es aufgrund von Korrosion an Positionern, Druckregelventilen, Aktuatoren usw. zu Ventilausfällen kommt, machen 10 % aus ； Die Wahrscheinlichkeit, dass andere Gründe zu einem Ausfall des Regelventils führen, beträgt 13 %. 2 Fehlerursachenanalyse Aufgrund der Analyse von Fehlern an pneumatischen Membranreglern, die über viele Jahre hinweg in der Sodaherstellung eingesetzt wurden, lassen sich die häufigsten Fehler sowie deren Ursachen wie folgt zusammenfassen: 2.1 Unstabile Funktion des Ventils 1) Aufgrund von Fehlern am Druckregler kommt es zu ständigen Schwankungen des Luftdrucks. 2) Der Verstärkerballventil im Positionierer wird durch Partikel oder Schmutz abgenutzt, wodurch das Ballventil nicht mehr richtig schließt. Dadurch steigt der Gasverbrauch erheblich an, was zu Ausgangsschwankungen führt. 3) Bei dem Positioner sind die Düsenklappen des Verstärkers nicht parallel; die Klappen bedecken die Düse nicht. 4) Undichtigkeit in der Ausgangsleitung. 5) Die Steuerungseinheit ist zu steif, wodurch aufgrund von Schwankungen des Fluiddrucks ein unzureichender Antriebskraft entsteht. 6) Die Abnutzungsbelastung des Ventilstabs ist hoch. 7) Schwingungen in der Leitung oder Vibrationen in der Umgebung. 2.2 Langsame Bewegung der Ventile 1) Langsame Bewegung des Ventilstabs bei den Hin- und Herbewegungen: ① Im Ventilkörper befinden sich Schlamm oder zähflüssige Stoffe, die dazu führen, dass das Ventil verstopft oder verkrustet ； ② Das PTFE-Füllmaterial ist verhärtet, oder das Schmiermittel der Graphit-Asbest-Dichtung ist ausgetrocknet. 2) Langsame Reaktion bei einseitiger Bewegung des Ventilstangs: ① Undichtigkeit und Beschädigung der Membran ； ② Leckage des „O“-Ring in dem Antriebselement. 2.3 Der Ventil reagiert nicht. 1) Aufgrund eines Defekts am Regler erhält das Regelventil kein elektrisches Signal. 2) Aufgrund eines Lecks im Hauptgasrohr hat der Ventilpositionierer keinen Gaszufuhr oder die Gasdruck ist unzureichend. 3) Die Membran des Positioners ist undicht, wodurch der Positioner keine Druckluft ausgibt. 4) Die Membran der Regulierventile ist beschädigt. 5) Aufgrund einer Verstopfung der konstanten Drosselung im Verstärker des Positioners sowie von Wasser im Druckluftstrom, das sich am Kugelhahn des Verstärkers ansammelt, hat der Positioner eine Luftversorgung, aber kein Ausgangssignal. 6) Aufgrund der folgenden Probleme bewegt sich das Regelventil trotz vorhandenem Signal und Druckluftversorgung nicht: ① Der Ventilkolben ist im Gehäuse bzw. am Ventilsitz festgefahren ； ② Ventilkern ist abgefallen (Stift ist gebrochen) ； ③ Der Ventilstab ist gebogen oder gebrochen ； ④ Fehler am Aktor: ⑤ Undichtigkeit des Dichtungsringes des Rückstellaktors ； ⑥ Im Ventil befindet sich ein Fremdkörper, der den Durchfluss blockiert. 2.4 Das Ventil erreicht nicht die vollständig geschlossene Position. 1) Der Druckunterschied des Mediums ist sehr groß; die Steifigkeit des Aktuators ist zu gering. 2) Im Ventilkörper befinden sich Fremdkörper. 3) Die Buchse ist verbrannt. 2.5 Bei vollständig geschlossenem Ventil ist das Leck groß 1) Der Ventilkern ist korrodiert oder abgenutzt. 2) Die Schrauben am äußeren Ring des Ventils sind korrodiert. 2.6 Undichtigkeiten im Packungsbereich sowie im Dichtbereich des Ventilkörpers 1) Der Packungsdeckel ist nicht fest und eben angedrückt. 2) Trocknen Sie das Schmieröl an der Gummimanschette aus Graphitasbest. 3) Bei Verwendung von Polytetrafluorethylen als Füllstoff altert und verändert sich das Polytetrafluorethylen. 4) Der Dichtring ist korrodiert. 3. Einführung eines Mechanismus zur vorbeugenden Wartung der Ventile: Im täglichen Produktionsprozess beschränkt sich die Wartung der pneumatischen Steuerventile meist auf die Behebung von Störungen. Regelmäßige Justierungen und Wartungen finden nur selten statt. In den Vorschriften für das Messwesen der Unternehmen gibt es außerdem keine strengen Anforderungen in dieser Hinsicht. Tatsächlich entstehen Störungen an den Ventilen durch die Ansammlung verschiedener instabiler Faktoren. Wenn diese Faktoren bis zu einem bestimmten Grad anwachsen, entstehen Störungen. Deshalb kann man durch die Beseitigung dieser instabilen Faktoren bereits vor dem Auftreten von Störungen deren Entstehung verhindern. Dadurch kann nicht nur die Lebensdauer der Ventile verlängert werden, sondern auch die schwerwiegenden Auswirkungen von Störungen auf die Produktion vermieden werden. Dafür ist es notwendig, ein Mechanismus für die vorherige Wartung der Ventile einzuführen – also einen Mechanismus für regelmäßige Wartungsarbeiten. Am Beispiel des Regelventils für den Dreigasfluss im Prozess der Carbonatisierung von Natriumcarbonat: Vor Einführung eines vorbeugenden Wartungssystems führten die Eigenschaften des Prozessmediums – seine Neigung zur Kristallisation, zur Bildung von Ablagerungen und Krusten – dazu, dass der Widerstand an den beweglichen Teilen des Ventilkörpers zunahm. Dadurch reagierte der Aktuator träge und unbeweglich, bis schließlich der Ventilkern am Einlagering bzw. am Ventilsitz festklebte und sich nicht mehr bewegen ließ. Nach Auftreten des Problems musste einerseits das Reaktorgefäß abgeschaltet werden, um das Ventil zu demontieren und zu warten; dies hatte zwangsläufig Auswirkungen auf die Produktion. Andererseits mussten Ersatzteile bereitgestellt werden; da solche Teile vor Ort oft nicht verfügbar waren, kamen Notmaßnahmen zum Einsatz, wodurch das Problem nie vollständig behoben werden konnte. Nach Einführung eines Vorinstandhaltungsmechanismus steht genügend Zeit zur Verfügung, um Ersatzteile und Zubehör vorzubereiten. Zudem kann eine umfassende Wartung der Ventile je nach deren Nutzungszustand durchgeführt werden, wodurch deren Leistungsfähigkeit und Lebensdauer verbessert werden. 4 Schlussfolgerung Durch die Einführung eines Vorinstandhaltungsmechanismus lässt sich nicht nur die Lebensdauer der Regelventile verlängern, deren Ausfälle reduzieren sowie die Fehlerquote der Instrumente senken; er trägt zudem aktiv dazu bei, die Produktion des Unternehmens zu stabilisieren, die Kosten zu senken und die Effizienz zu steigern. Gleichzeitig kann er die Prozessabläufe optimieren und einen langfristig stabilen Betrieb der Produktionsanlagen gewährleisten.