Auswahl von Regelventilen
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Bei der Anmeldung von Ventilen für den Betrieb eines Werks lasse ich in der Regel die Prozessabteilung die relevanten Parameter zu den Ventilen bereitstellen: Nummer, Bezeichnung, Rohrdurchmesser, Temperatur in °C, Dichte des Mediums in kg/m³, Referenzstrom in kg/h, Betriebsbereich in kg/h, Druck vor dem Ventil in MPa, Druck nach dem Ventil in MPa, Material des Rohrs sowie Anmerkungen zum Fehlerort. 1FV2001-0001: Zufuhr von Prozessgasen in einen Mehrrohrreaktor; Rohrdurchmesser DN50; Temperatur: 190–220 °C; Medium: Mischung aus PIC, Ammoniak und Luft; Dichte: 1,3119 kg/m³; Referenzstrom: 10–300 kg/h; Druck vor dem Ventil: 0,10 MPa; Druck nach dem Ventil: 0,0453 MPa; Zustand des Ventils: Geschlossen. Aber wie wählt man das richtige Ventil aus? Hersteller? Wie soll man damit umgehen?1. Regelungsfunktion
1) Es wird erwartet, dass das Regelventil gleichmäßig arbeitet. 2) Bei geringer Öffnungsweite ist die Regelleistung gut. 3) Wählen Sie die gewünschten Durchflusseigenschaften aus. 4) Erfüllung des Regelbereichs. 5) Geringer Widerstand, hoher Durchflussverhältnis (Verhältnis von Durchflussleistung des Ventils zu seiner Nenngröße). 6) Schnelle Regelungsgeschwindigkeit. 2. Leckmenge und Unterbrechungsdruckunterschied! Diese beiden Faktoren sind untrennbar miteinander verbunden. Das Leckagevolumen muss den Anforderungen des Prozesses entsprechen, und es müssen Schutzmaßnahmen zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit der Dichtflächen vorhanden sein ; Der Druckunterschied bei geschlossenem Regelventil muss berücksichtigt werden, damit das ausgewählte Regelventil über ausreichende Auslegungskräfte verfügt, um ihn zu überwinden; andernfalls führt dies dazu, dass der gewählte Antrieb zu groß oder zu klein ist. 3. Verstopfungsverhütung! Auch wenn die durch den Regler fließende Flüssigkeit sauber ist, kann es dennoch zu Verstopfungen kommen. Dies liegt daran, dass Schmutzpartikel wie Oxidschicht aus den Leitungen in den Regler gelangen und dort Verstopfungen verursachen. Deshalb muss auf die Verstopfungsverhütungsfunktion des Reglers geachtet werden. Regelventile mit Winkelhub weisen in der Regel eine viel bessere Verstopfungssicherheit gegenüber Regelventilen mit Linearhub auf. Daher wird in Situationen, in denen eine Verstopfung leicht auftreten kann, empfohlen, Regelventile mit Winkelhub zu verwenden. 4. Korrosionsbeständigkeit! Dazu gehören Widerstandsfähigkeit gegen Abtragung, Kavitation und Korrosion. Dabei geht es vor allem um die Auswahl des Materials für Regelventile sowie deren Lebensdauer – außerdem spielen auch wirtschaftliche Aspekte eine Rolle. Es sollte ein Regelventil gewählt werden, das eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist und zugleich einen angemessenen Preis hat. 5. Druck- und Temperaturbeständigkeit! Dazu gehören die Auswahl des Nenndrucks sowie der Betriebstemperatur der Regulierventile. Es geht hauptsächlich um die richtige Auswahl des Hauptmaterials sowie der Innenteile des Regelventils. Zum Beispiel beträgt der maximale Betriebsdruck bei Kohlenstoffstahl 42 MPa und die maximale Betriebstemperatur 425 Grad Celsius ; Der maximale Betriebsdruck für Austenitstähle beträgt 32 MPa, der Betriebstemperaturbereich liegt bei -196 bis 600 Grad Celsius ; Hitzebeständige Stähle (Molybdänstähle sowie Chrom-Molybdänenstähle mit einem Molybdängehalt von mindestens 0,4 %) haben einen maximalen Betriebsdruck von 42 MPa und eine maximale Betriebstemperatur von 570 Grad Celsius. 6. Bestimmung der Art des Regelventils auf der Grundlage der Gesamtwirtschaftlichen Effekte 1) Hohe Zuverlässigkeit. 2) Lange Lebensdauer. 3) Einfache Wartung, ausreichend Ersatzteile vorhanden. 4) Das Preis-Leistungs-Verhältnis des Produkts ist angemessen. 7. Reihenfolge bei der Auswahl der Regelventile
Aufgrund der Leistungseigenschaften der Regelventile sowie der oben genannten Prinzipien erfolgt die Auswahl der Regelventile in folgender Reihenfolge: V-förmige Kugelventile – Schmetterlingsventile – Zylindrische Regelventile – Einloch-Regelventile – Exzentrisch drehende Ventile – Winkelventile – Dreiecksventile – Membranventile
II. Auswahl des Antriebsmechanismus
Am häufigsten werden bei den Antriebsmechanismen pneumatische Antriebe eingesetzt. An zweiter Stelle kommen elektrische Antriebe. Hydraulische Antriebe werden seltener verwendet. Intelligente Antriebsmechanismen befinden sich noch in der Entwicklungsphase. Daher liegt der Fokus bei der Auswahl des Antriebsmechanismus auf dem Vergleich zwischen pneumatischen und elektrischen Antriebsmechanismen. Es werden hauptsächlich Aspekte wie Zuverlässigkeit, Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Empfindlichkeit berücksichtigt. Drei, Auswahl der Ventile 1. Berücksichtigung der Prozessbedingungen Bevor man Ventile auswählt, muss der Steuerungsprozess sorgfältig analysiert werden. Es müssen ausreichende Daten gesammelt werden, um die Anforderungen des Systems an die Regulierventile zu verstehen – einschließlich der Betriebsleistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit. Bei der Auswahl eines Regelventils sollte ein geeignetes Modell gewählt werden – oder alternativ ein solches, das zwar ebenfalls geeignet ist, aber günstiger in der Anschaffung ist. Wenn die Anforderungen an die Einsatzbedingungen nicht hoch sind und mehrere Typen verwendet werden können, sollte man sich dabei an den Kosten orientieren ; Wenn die Anforderungen an die Nutzung hoch sind, gibt es nicht viele verfügbare Typen ; In extremen Fällen. Zum Beispiel ist das Medium ein korrosiver Schlamm, und es wird unter hohem Druck betrieben ; Wenn die Arbeitsflüssigkeit große, abnutzende Partikel enthält und es außerdem zu Verdampfungseffekten kommt, ist es schwierig, die richtige Regulierungsventil zu finden. Im Folgenden wird erörtert, welche Aspekte bei der Auswahl von Ventilen unter verschiedenen Prozessbedingungen berücksichtigt werden sollten ; Wie soll man vorgehen, wenn man auf komplexe, zusammenhängende Situationen stößt? (1) Verdampfung und Kavitation! Ihre Entstehungsbedingungen sowie die konkreten Umstände wurden bereits zuvor erläutert. Vaporisierung und Kavitation führen nicht nur zu Auswirkungen auf die Berechnung des Durchflusskoeffizienten, sondern verursachen auch Vibrationen, Geräusche sowie Schäden am Material. Vaporisierung und Kavitation treten nur in flüssigen Medien auf. Die erste Phase der Kavitation ist das Sieden. Der Auslassdruck der Ventile wird auf einem Wert gehalten, der unter dem Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit liegt. Dadurch entsteht jedoch eine Korrosion an den Innenteilen der Ventile. Da in der Nähe der Kontaktstelle zwischen dem Ventilkern und dem Ventilsitz die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums am höchsten ist, tritt hier auch die Zerstörung auf. Auf der Außenseite des Ventilkörpers nach dem Verdampfungsschaden sind Abnutzungsspuren zu sehen. In der zweiten Phase der Kavitation steigt der Druck hinter der Ventilklappe über den Sättigungsdampfdruck hinaus. Durch das plötzliche Platzen der Blasen konzentriert sich die gesamte Energie am Ort des Platzens – dadurch entsteht eine enorme Stoßkraft, die bis zu mehreren Tausend Newton betragen kann. Dadurch werden die Ventilkomponenten wie das Ventilstück, der Ventilsitz und der Ventilkörper stark beschädigt. Diese Art von Schaden wird als Kavitation bezeichnet. Diese Wirkung ist wie Sand, der auf die Oberfläche des Ventilkörpers gesprüht wird – dadurch wird die feste Oberfläche zerrissen und es entsteht eine raue, poröse Außenoberfläche. Die zerstörerische Wirkung der Kavitation ist äußerst ernst. Unter den schwierigen Bedingungen hoher Druckunterschiede und Kavitation können selbst die sehr harten Verschleißflächen der Ventilklappen und -sitze nur für kurze Zeit verwendet werden. In solchen Fällen müssen geeignete Methoden und Maßnahmen zur Auswahl der Regulierventile angewandt werden. (2) Abnutzung: Der Ventilkern, der Ventilsitz sowie die Stoffe, die in direktem Kontakt miteinander stehen, werden durch das ständige Drosseln und Unterbrechen des Durchflusses abgenutzt. Wenn die Geschwindigkeit des Stoffflusses hoch ist und der Stoff außerdem Feststoffpartikel enthält, ist die Abnutzung besonders stark. Die Abnutzung durch den Aufprall von Festkörperpartikeln hängt von der kinetischen Energie der Partikel ab. Die Größe dieser kinetischen Energie wiederum hängt von der Fließgeschwindigkeit des Mediums sowie von der Größe der Partikel ab. Nach den Theorien der Physik ist das Ausmaß der Abnutzung proportional zur Masse der Partikel sowie zum Quadrat der Fließgeschwindigkeit des Mediums – das zeigt, wie groß der Einfluss der Geschwindigkeit ist. Wenn das Medium eine Suspension mit hohen Konzentrationen an abnutzenden Partikeln ist, wird jede Schließung der Verbindungsflächen zwischen Ventilkern und Ventilsitz stark durch Reibung belastet. Durch das wiederholte Pressen der Partikel wird das Dichtpaar abgenutzt. Nach längerer Zeit tritt ein unzureichender Verschluss auf. Bei der Auswahl von Ventilen muss man auf den Verschleiß achten und geeignete Maßnahmen sowie Lösungen ergreifen. 3. Korrosion: Bei Steuerventilen, die in korrosiven Medien arbeiten, ist eine möglichst einfache Konstruktion wünschenswert – schließlich erleichtert das das Aufbringen von Beschichtungen, insbesondere solcher teuren, speziellen Beschichtungen. Die Auswahl des Ventiltyps sollte geeignet für das verwendete korrosive Medium sein. Es können Ein- oder Zweiwege-Drosselventile aus austenitischem Edelstahl oder Duplex-Edelstahl sowie aus speziellen Legierungen (Hastelloy, Inconel, Monel usw.) verwendet werden. Ebenso möglich sind Membranventile, Rohrhalterventile, geschützte Schmetterlingsventile oder Kugelventile. Schmetterlingsventile können aus gegossenen Legierungen hergestellt werden oder elektropoliert werden. Kugelhähne und Winkelhähne können aus Stangen oder Walzprodukten hergestellt werden, die Dichtungen können aus verstärktem Polytetrafluorethylen bestehen. Winkelventile können mit Tantal oder anderen korrosionsbeständigen Materialien ausgelegt sein. Wenn die Beschichtung zu dünn ist, bietet sie keinen Korrosionsschutz. Wenn das Medium eine sehr starke organische oder anorganische Säure ist, kann ein Voll-Titan-Regelventil verwendet werden. (4) Hoher Druckunterschied – Zunächst muss man auf das Material der Ventilstäbe sowie der Oberflächen der Ventilsitze achten. Diese Materialien müssen der Wirkung hoher Geschwindigkeiten sowie hohem Druck des Mediums standhalten können. Die Struktur muss gut ausgerichtet sein, um die Stabilität der Fließebene zu gewährleisten. Neben den Auswirkungen dynamischer Kräfte müssen auch die Faktoren beseitigt werden, die zur Instabilität des Aktors führen. Die am häufigsten verwendeten Ventile sind Drosselventile. Winkelventile oder 2-formige Drosselventile – mit ausgewogenen Ventilteilen wird die Anforderung an den Antrieb verringert. Ohne ausgewogene Ventilkomponenten kann man ein Durchflussventil verwenden, da es am stabilsten ist. Wenn das zu entleerende Medium korrosiv ist, ist es am besten, einen strömungsgeschlossenen Typ zu verwenden. Denn bei der Verwendung des Durchflussbetriebs wird die Medium das Hauptteil beschädigen. Unter dem Einfluss eines hohen Druckunterschieds kann es leicht zu Verdampfung und Kavitation des Flüssigkeits kommen. Deshalb müssen spezielle Ventile verwendet werden, die dieser Kavitation entgegenwirken. 6. Bei der Auswahl von Regelventilen für hohe Temperaturen muss man vor allem darauf achten, dass Gehäuse- und Innenteilmaterialien eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen – beispielsweise WC6, WC9 oder austenitisches Edelstahl, bidirektionales Edelstahl sowie Inconel. Die verwendeten Materialien dürfen durch hohe Temperaturen weder verkleben, sich verformen noch zähfließend werden. Die Lücke darf nicht zu klein sein. 7\Niedrige Temperaturen + Wenn die Temperatur unter einem bestimmten Wert liegt, müssen Materialien für den Gehäusebau sowie für die Innenteile verwendet werden, die gegen niedrige Temperaturen beständig sind. Im Temperaturbereich von -29 bis -196 °C müssen das Gehäusematerial sowie die Materialien der Innenteile über ausreichende Schlagzähigkeit verfügen. Es müssen spezielle Maßnahmen ergriffen werden, um die Wärmekapazität der Ventile zu bewahren und sie so vor den Auswirkungen der Kühllast zu schützen. Gleichzeitig muss die Temperatur im Bereich des Dichtkastens über 0 Grad gehalten werden.