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Faktoren, die den sicheren Betrieb von Regelventilen beeinflussen, sowie Gegenmaßnahmen In chemischen Prozesssteuerungssystemen mit hohem Automatisierungsgrad dienen Regelventile als Endausführungseinheiten des automatischen Regelungssystems. Sie empfangen Steuersignale, um den Ablauf der chemischen Prozesse zu regulieren. Seine Bewegungsempfindlichkeit steht in direktem Zusammenhang mit der Qualität des Regelsystems. Laut den tatsächlichen Erhebungen vor Ort entstehen etwa 70 % der Störungen durch Regelventile. Daher werden im täglichen Wartungsbetrieb die Faktoren, die den sicheren Betrieb der Regelventile beeinflussen, sowie Gegenmaßnahmen dazu zusammengefasst und analysiert. 1. Verstopfung – Ein häufiges Problem bei Regelventilen ist die Verstopfung. Dies tritt oft in neu in Betrieb genommenen Systemen sowie zu Beginn nach einer Überholung auf. Ursachen sind Schweißreste, Rost usw. in den Rohrleitungen, die an den Drosselstellen und Leitstellen zu Verstopfungen führen und somit einen reibungslosen Durchfluss des Mediums verhindern. Zudem kann es während der Wartung des Regelventils dazu kommen, dass das Füllmaterial zu straff angezogen wird, wodurch die Reibung zunimmt. Dadurch kommt es dazu, dass kleine Signale nicht wirken, während große Signale überreagieren. Fehlerbehebung: Es ist möglich, die Nebenleitung oder den Regelventil schnell einzuschalten bzw. auszuschalten, sodass Schmutz durch das Medium von der Nebenleitung oder dem Regelventil weggespült wird. Eine weitere Methode besteht darin, den Ventilstab mit Zangen festzuziehen und ihn unter Anwendung einer äußeren Signaldruckkraft in beide Richtungen zu drehen, damit der Ventilkern an der Blockade vorbeikommt. Falls das nicht möglich ist, erhöht man den Druck der Gasquelle und die Antriebsleistung, um mehrmals auf und ab zu bewegen – so lässt sich das Problem lösen. Falls immer noch keine Reaktion erfolgt, muss es demontiert werden. 2. Leckagen 2.1 Innenleck im Ventil, unangemessene Länge des Ventilstabs. Bei Ventilen, die durch Luftbetätigung arbeiten, ist der Ventilstab zu lang – die Entfernung vom Ventilstab nach oben (oder unten) ist nicht ausreichend. Dadurch entsteht ein Spalt zwischen dem Ventilkern und dem Ventilsitz; es kommt zu keinem vollständigen Kontakt, wodurch das Ventil nicht richtig geschlossen werden kann und es zu Leckagen kommt. Ebenso ist der Stab der Ventilklappe zu kurz, wodurch zwischen dem Ventilkern und dem Ventilsitz ein Spalt entsteht. Dadurch kommt es nicht zu einer vollständigen Berührung, was wiederum dazu führt, dass das Ventil nicht richtig schließt und es zu Leckagen kommt. Lösung: Der Stab der Regulierventile sollte verkürzt (oder verlängert) werden, damit die Länge der Regulierventile angemessen ist und es keine Lecks mehr gibt. 2.2 Leckagen durch das Füllmaterial: Nachdem das Füllmaterial in den Füllkasten eingebracht wurde, wird auf es durch die Abdichtung eine axiale Druckkraft ausgeübt. Aufgrund der Plastizität des Füllstoffs entstehen radiale Kräfte, wodurch dieser eng mit dem Ventilstab in Berührung kommt. Doch diese Berührung ist nicht besonders gleichmäßig. An einigen Stellen ist der Kontakt locker, an anderen Stellen fest, und an einigen Stellen gibt es überhaupt keinen Kontakt. Während des Betriebs der Regulierventile kommt es zu einer relativen Bewegung zwischen dem Ventilstab und dem Dichtmaterial – diese Bewegung wird als axiale Bewegung bezeichnet. Im Betrieb kommt es aufgrund von hohen Temperaturen, hohem Druck sowie flüssigen Medien mit hoher Durchlässigkeit dazu, dass auch der Dichtungsring des Regelventils häufig undichte Stellen aufweist. Der Hauptgrund für Lecks im Füllmaterial ist ein Interface-Leck. Bei textilen Füllmaterialien kommt außerdem zu Durchsickern (das Druckmedium dringt durch die winzigen Spalten zwischen den Fasern des Füllmaterials nach außen). Das Leck an der Schnittstelle zwischen Stangenschaft und Dichtung entsteht aufgrund des allmählichen Abnahmens des Kontaktdrucks der Dichtung sowie durch das Altern der Dichtung selbst. In solchen Fällen dringt das Druckmedium durch die Kontaktlücke zwischen Dichtung und Stangenschaft nach außen. Lösung: Um das Einsetzen des Füllstoffs zu erleichtern, werden an der Oberseite des Füllkastens Kanten abgeschrägt. An der Unterseite des Füllkastens wird außerdem ein widerstandsfähiger Metallschutzring mit geringem Abstand platziert – die Kontaktfläche mit dem Füllstoff darf keine Schrägfläche sein – um zu verhindern, dass der Füllstoff durch den Druck des Mediums herausgedrückt wird. Die Metalloberflächen der Teile des Füllkastens, die mit dem Füllmaterial in Berührung kommen, müssen präzise bearbeitet werden, um die Oberflächenglätte zu erhöhen und den Verschleiß des Füllmaterials zu verringern. Als Füllmaterial wird weicher Graphit verwendet, da er eine gute Gasdichtigkeit aufweist, einen geringen Reibungswert hat, im Laufe der Zeit nur wenig verändert wird, wenig abgenutzt oder zerstört wird, leicht zu warten ist. Nach dem erneuten Anziehen der Verschlussbolzen ändert sich der Reibungswert nicht. Zudem weist er eine gute Druck- und Hitzebeständigkeit auf, ist gegen die Korrosion durch innere Medien geschützt, und es kommt zu keiner Pitting- oder Korrosionsbildung am Metall, das mit dem Ventilstab sowie den Teilen des Füllkastens in Berührung kommt. Auf diese Weise wird die Dichtigkeit des Stutzenfüllkastens effektiv geschützt, wodurch die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Dichtung gewährleistet werden. 2.3 Deformation des Ventilkörpers und der Ventilsitze – Ursachen für Lecks Bei Ventilkörpern und Ventilsitzen sind die Hauptursachen für Lecks Fehler bei der Guss- oder Schmiedeprozess während der Herstellung der Regulierventile; diese Fehler können zu einer verstärkten Korrosion führen. Außerdem kann das Durchdringen von korrosiven Stoffen sowie die Abriebwirkung des Fluids zu Leckagen in den Regelventilen führen. Die Korrosion tritt hauptsächlich in Form von Erosion oder Kavitation auf. Wenn korrosive Medien durch die Regulierventile fließen, kommt es zu einer Zerstörung des Materials der Ventilklappen und -sitze. Dadurch nehmen die Ventilklappen und -sitze eine ovale oder andere Form an. Im Laufe der Zeit führt dies dazu, dass die Ventilklappen und -sitze nicht mehr richtig zusammenpassen – es entstehen Lücken, wodurch Lecks auftreten können. Lösung: Es ist entscheidend, auf die Auswahl des Materials sowie auf die Qualität der Ventilkerne und -sitze zu achten. Wählen Sie korrosionsbeständige Materialien aus und ausschließen Sie entschieden Produkte mit Mängeln wie Flecken oder Sandaugen. Wenn die Verformung des Ventilkörpers und der Ventilsitze nicht allzu stark ist, können die Spuren durch Schleifen mit feinem Schleifpapier beseitigt werden. Dadurch wird die Glätte der Dichtflächen verbessert, was wiederum die Dichtigkeit erhöht. Bei schweren Schäden sollte der Ventil erneut durch ein neues ersetzt werden. 3. Schwingungen: Wenn die Federsteifigkeit des Regelventils unzureichend ist, wird das Ausgangssignal des Regelventils instabil und weist starke Schwankungen auf – dies kann zu Schwingungen des Regelventils führen. Es wird auch gesagt, dass die Schaltfrequenz des Ventils der Systemfrequenz entspricht oder dass starke Vibrationen in den Rohren und der Basis dazu führen, dass das Regulierventil mitvibriert. Bei einer falschen Auswahl arbeitet die Regulierventil in einem kleinen Öffnungsgrad, wodurch es zu starken Schwankungen der Strömungswiderstände, der Strömungsgeschwindigkeit und des Drucks kommt. Wenn diese Schwankungen die Steifigkeit des Ventils überschreiten, verschlechtert sich die Stabilität – im schlimmsten Fall treten Schwingungen auf. Lösungsansatz: Da die Ursachen für die Oszillationen vielfältig sind, muss jede konkrete Situation einzeln analysiert werden. Bei leichten Vibrationen kann die Steifigkeit erhöht werden, um sie zu beseitigen. Wenn Federn mit hoher Steifigkeit verwendet werden, sollte stattdessen eine Kolbenantriebssysteme eingesetzt werden. Starke Vibrationen in Rohren und Fundamenten werden durch zusätzliche Stützen beseitigt, um Störungen durch Vibrationen zu vermeiden ； Wenn die Schaltfrequenz der Ventile der Systemfrequenz entspricht, müssen Ventile mit unterschiedlicher Konstruktion ausgetauscht werden ； Die durch das Arbeiten bei geringer Öffnungsgrad entstehenden Schwingungen sind auf eine falsche Auswahl der Durchflussfähigkeit zurückzuführen – der Wert von C wurde zu hoch gewählt. Es ist daher notwendig, erneut eine Wahl zu treffen, bei der ein niedrigererer Wert für C verwendet wird, oder man nutzt Stufensteuerung oder Mutter- und Tochterventile, um die Probleme beim Arbeiten des Regelventils bei geringer Öffnungsgrad zu überwinden. 4. Fehler beim Ventilpositionierer 4.1 Herkömmliche Positionierer Herkömmliche Positionierer arbeiten nach dem Prinzip des mechanischen Kraftausgleichs – also mit der sogenannten Düsenklappentechnik. Es treten hauptsächlich folgende Fehler auf: 1) Da diese Positionierer nach dem Prinzip des mechanischen Kraftausgleichs arbeiten, weisen sie viele bewegliche Teile auf. Dadurch sind sie anfällig für Einflüsse wie Temperatur und Vibrationen, was wiederum zu Schwankungen im Betrieb des Regulierungsventils führt ； 2) Durch die Verwendung der Düsenabschirmungstechnik können die Düsenspalten aufgrund ihrer geringen Größe leicht durch Staub oder schmutzige Luftquellen verstopft werden, wodurch der Positionierer nicht ordnungsgemäß funktionieren kann ； 3) Aufgrund des Prinzips der Kräftegleichgewicht wird der Elastizitätskoeffizient der Feder unter schwierigen Bedingungen verändert, was zu einer Nichtlinearität der Regelventile führt und somit die Steuerqualität verschlechtert. 4.2 Intelligente Positionierer: Der Vergleich zwischen dem gewünschten Wert und dem tatsächlichen Wert erfolgt mittels elektrischer Signale – es handelt sich somit nicht mehr um ein Gleichgewicht der Kräfte. Dadurch können die Nachteile des Gleichgewichts der Kräfte bei herkömmlichen Positionierern überwunden werden ； Doch bei Notstopp-Situationen, wie z. B. bei Notabschaltventilen oder Notentlüftungsventilen, müssen diese Ventile in einer bestimmten Position verbleiben und nur im Falle eines Notfalls zuverlässig arbeiten. Ein längerer Aufenthalt an einer bestimmten Stelle kann dazu führen, dass der elektrische Wandler außer Kontrolle gerät, was wiederum das Risiko birgt, dass leise Signale nicht mehr wahrgenommen werden. Außerdem kann der Widerstandswert des Positionsensors bei der Arbeit vor Ort leicht variieren, was dazu führt, dass kleine Signale keine Wirkung zeigen und große Signale das Gerät vollständig einschalten. Daher müssen intelligente Positionierer zur Gewährleistung ihrer Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit häufig getestet werden. 5. Fazit: Durch die Analyse der Ursachen für Störungen bei den Regelventilen sowie durch die Anwendung geeigneter Maßnahmen zur Behebung dieser Störungen kann die Nutzungseffizienz der Regelventile verbessert werden. Dadurch sinkt die Fehlerrate der Messgeräte. Dies trägt dazu bei, die Produktivität und Wirtschaftlichkeit des Produktionsprozesses zu steigern sowie den Energieverbrauch zu verringern. Zudem wird dadurch die Qualität des Regelungssystems verbessert, wodurch ein längerer Betrieb der Produktionsanlagen gewährleistet werden kann.