Übersicht über die Ventile, die bei der Herstellung von Öl aus Kohle verwendet werden

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yinkuilin6868 am 23.11.2015 um 08:36 geändert. Die Produktionsanlagen zur Herstellung von Öl aus Kohle bestehen hauptsächlich aus Reaktoren, Tanks sowie Rohrleitungen und anderen Systemkomponenten. Ventile sind dabei wichtige Steuerelemente. Allgemein werden Ventile wie Steuerventile, Kugelventile, Klappventile sowie Schmetterlingsventile mit hohen Temperaturen (480 °C), hohem Druck (30 MPa) sowie unter Bedingungen von Wasserstoff, Sauerstoff, Entzündlichkeit, Explosivität, Korrosion und Abnutzung konfrontiert. Bei den wichtigsten Komponenten wird in der Regel eine Kugelventilstruktur mit metallischem Verschluss verwendet, die sowohl hohen Temperaturen als auch hohem Druck standhält – dies entspricht auch der Entwicklungstendenz der Hochtechnologie-Produkte in der Ventilindustrie. Metallverschlossene, abriebfeste Ballventile aus Kohleöl weisen je nach Montageort und Betriebsbedingungen verschiedene Konstruktionsformen auf – konkret sind dies zweiteilige Modelle mit Metallverschluss, geteilte Modelle, exzentrische Halbkugelventile sowie Schienenballventile. 1. Metallverschlossene Zwei-teilige Kugelventile 　　Metallverschlossene Zwei-teilige Kugelventile sind eine Bauform mit fester Kugel und harter Abdichtung. Hitzebeständig, doppelseitig abdichtend, gute Struktursteifigkeit, zuverlässige Dichtigkeit – wird häufig in Rohrleitungen für Hochtemperatur- sowie brennbare und explosionsgefährliche Wasserstoffanlagen eingesetzt. 2. Metallische Dichtung bei geteilten Kugelventilen
Bei geteilten Kugelventilen mit metallischer Dichtung wird eine feste Kugeldichtung verwendet, wobei die Mittellinie des Ventilstabs als Trennlinie für den Ventilkörper dient. Der Kugelkörper sowie die oberen und unteren Teile des Ventilstabs bilden eine zusammenhängende Achsenstruktur mit hoher Koaxialität. Die Ventile weisen Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, doppelte Abdichtung, gute Struktursteifigkeit sowie zuverlässige Abdichtleistung auf. Aufgrund der Beschränkungen durch die Dichtungsstruktur an der Verbindungsstelle der beiden Ventilkörper wird dieses Ventil hauptsächlich in Rohrleitungen mittleren Druckniveaus sowie in Behältern mit geringem Drehmoment verwendet – beispielsweise zur Entleerung von Asche und Schlamm in Reaktoren. Es dient dabei als Schlammventil, Aschenventil oder Behälterventil. 3. Metallisch abgedichtete exzentrische Halbkugelventile – Bei diesen Ventilen besteht die Kugel aus einer gegossenen Halbkugel mit radialer Exzentrizität. Es können V-förmige Einschnitte vorhanden sein. Die Abdichtungsstelle ist eine ringförmige Fläche. Der Ventilstab und der obere Teil der Kugel sind miteinander durch spitze oder rechteckige Zahnprofile verbunden; dadurch wird eine gleichmäßige Belastung sowie eine gute Ausrichtung erreicht. Der untere Teil der Kugel wird in Bezug auf den Achskörper des Bodendeckels zentriert. Da diese Ventile hohen Temperaturen standhalten können, eine gute Einseitigdichtung aufweisen, flexibel bedient werden können und das Auseinanderfahren der Dichtelemente ein Abnutzen der Dichtflächen verhindert, wird ihre Lebensdauer verlängert. Wird häufig in Rohrleitungen für Asche, Fasern oder Schlammmassen verwendet, bei denen eine Regulierung und Abschaltung erforderlich ist. 4. Metallisch abgedichtete Schienensphärenventile – Bei diesen Ventilen hat die Kugel eine gehärtete, hohle Halbkugelstruktur. Die Abdichtungsstelle befindet sich in Form einer ringförmigen Oberfläche der Kugel. Die beiden Querstifte im oberen Bereich der Kugel passen in die Keilflächen am unteren Ende des Ventilstiels – mit einem Winkel von 7° bis 10°. Der untere Teil der Kugel wiederum passt durch eine Kugelkopfverbindung in das Loch am Boden des Ventilkörpers. Am Ventilstab befinden sich sowohl trapezförmige Schrauben, die den Auf- und Abstieg des Ventilstabs ermöglichen, als auch Schraubengänge, die durch die Wirkung der Befestigungspinsel des Halterungsrahmens dazu führen, dass der Ventilstab gleichzeitig um 90° gedreht wird. Während des Öffnungs- oder Schließvorgangs bewegt sich die Kugel, wodurch die Dichtflächen entweder voneinander getrennt oder an den Ventilsockel gedrückt werden. Dadurch wird der Öffnungs- und Schließvorgang des Ventils ermöglicht. Gleichzeitig wird ein Reibungsvorgang zwischen den Kugeldichtflächen vermieden, was wiederum eine Abnutzung der Dichtflächen reduziert. Da die Keilflächen am unteren Teil des Ventilstabs sowie die Querstifte der Kugel in den extremen Positionen beim Öffnen und Schließen unter hohen Belastungen stehen, werden solche Ventile meist in Rohrleitungen mit mittlerem bis niedrigem Druck sowie kleinem bis mittlerem Durchmesser verwendet, um das Öffnen und Schließen zu ermöglichen. 5. Aufklappbare Kugelventile
Aufklappbare Kugelventile gehören ebenfalls zu den Ventilen mit Metallverschlüssen. Sie werden häufig in den Verfahren der Kohlenstoffisomerisierung und Kracking in der Petrochemieindustrie eingesetzt. Aufgrund ihrer komplexen Struktur, der vielen Bauteile sowie der relativ großen Abmessungen ist ihre Anwendung jedoch eingeschränkt – außerdem wirkt sich das hohe Gewicht dieser Ventile negativ auf ihre Einsatzmöglichkeiten aus. Die üblichen Durchmesser der metallisch versiegelten, abriebfesten Ballventile für die Kohleverwertung liegen bei 50 bis 400 mm; maximal können sie 600 mm betragen. Der Druckbereich liegt zwischen 2,0 und 26,0 MPa; maximal kann er 42 MPa erreichen. Je nach den verschiedenen Betriebsbedingungen der Ventile werden als Materialien für den Ventilkörper entweder Kohlenstahl (WCB), hitzebeständiger Stahl (WC9), austenitischer Edelstahl (CF8M) oder ein doppelseitig beschichteter Edelstahl (F51) verwendet. Das Material der Kugel besteht aus austenitischem Edelstahl (316), die Oberfläche ist mit einem hochharten Legierungsmaterial beschichtet. Der Ventilstängel und die Kugel können eine miteinander verbundene Stabstruktur aufweisen. Die Ventilstangen bestehen in der Regel aus wärmebehandeltem, precipitativ gehärtetem Edelstahl (17-4PH). Nach der Alterung beträgt ihre Härte 35–40 HRC. Die Hauptverschließungsfläche an der Vorderseite des Ventilsitzes ist mit einem hochharten Keramikmaterial beschichtet. Der hintere Teil des Ventilsitzes verfügt über eine elastische Verschließung, die sowohl hitzebeständig als auch gegen Schlacke schützend wirkt. Zudem hat dieser Bereich eine Funktion zur Reinigung durch Abschaben. Der Öffnungs- und Schließdrehmoment solcher Ventile ist um ein Vielfaches höher als das der Ballventile mit weicher Dichtung derselben Größe. Die Wahl des Drehmoments, das vom Antriebssystem bereitgestellt wird, hängt vom Herstellungsstand sowie von der Verarbeitungsqualität ab – insbesondere von der Oberflächenrauheit und der Konzentrikität. Das sphärische Dichtelement der Ventile ist der entscheidende Bestandteil von verschleißfesten Metallventilen. Die technischen Herausforderungen in diesem Bereich müssen durch eine optimale Konstruktion, geeignete Materialien, effektive Spritzverfahren sowie eine präzise Bearbeitung der Sphäre gelöst werden. Auf kugelförmigen Oberflächen wird in der Regel durch Schallstrahlspritzverfahren Nickelbasis-Chromit (Ni-WC) auf einem 304- oder 316-Gitter aufgetragen, um die Haftfestigkeit der Dichtflächen zu erhöhen (75 MPa) sowie einen niedrigen Porositätsgrad zu gewährleisten (3 % bis 5 %). Die Oberflächenhärte beträgt > 832 HV (> 65 HRC). Für das Sprühen des Pulvers können importierte Produkte von Stäubli aus Deutschland, Plexus aus den USA oder Fukimi aus Japan verwendet werden. Die Hauptverschlußfläche der Ventil sitze besteht aus einem Material auf Basis von 304/316, wobei durch thermisches Sprühen eine Nickellegierung (Ni55, Ni60) aufgetragen wird. Die Oberflächenhärte beträgt dabei 55–60 HRC. Die Rundheit der Kugel muss bei 0,01–0,02 mm liegen. Die Oberflächenrauheit der Kugel darf unter 0,4 μm liegen. Die Abdichtflächen der Kugel müssen zunächst grob geschliffen werden. Anschließend wird eine präzise Bearbeitung mit einer schalenförmigen Diamantschleifmaschine oder mit einem Schleifstein, der mit Diamantscheiben ausgestattet ist, durchgeführt. Schließlich werden die Abdichtflächen des Ventils und die Kugeloberfläche miteinander abgestimmt, um eine perfekte Passform zu gewährleisten und somit einen leckfreien Metallverschluss zu erreichen. 　　Aufgrund der hohen Materialkosten, des hohen technischen Anspruchs, der schwierigen Fertigung sowie der großen Qualitätsrisiken bei Metallverschlussschweißballventilen sind die Anforderungen an das verwendete Hauptmaterial und das Verschlussmaterial sowie an die Kugelrundheit, die Oberflächenqualität der Kugel, die Passgenauigkeit der Verschlussflächen und die Konzentrikität der Kugelachse sehr hoch. Deshalb sind die Preise für solche Ventile ebenfalls sehr hoch – sie liegen 6 bis 10 Mal über den Preisen ähnlicher Importventile. Für die gleichen Metall-Vollschließballventile sind importierte Ventile 3 bis 5 Mal teurer als inländische. Die Dichtflächen der importierten, abriebfesten Ventile werden mittels verschiedener fortschrittlicher Spritzverfahren bearbeitet. Bei einigen Modellen wird sogar die Technik der Beschichtung mit Tungstencarbid angewandt – wie bei den abriebfesten Ventilen der Unternehmen Moges oder Everlast in den USA. Dadurch erhalten die Ventile eine bessere Dichtigkeit sowie eine längere Lebensdauer.