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Sensor nimmt Kavitation den Schrecken

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02.09.2016 Für Betreiber von Chemieanlagen ist die Kavitation an Armaturen ein echtes Ärgernis - führt sie doch zu ungeplanten Stillständen und hohen Wartungskosten. Ein neuer Kavitationssensor ermöglicht es, den Abtrag nicht nur zu detektieren, sondern auch quantitativ zu messen.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Kavitation ist ein Phänomen, mit dem viele Betreiber zu kämpfen haben. Die größte Herausforderung ist es dabei, die Schädigungswirkung festzustellen und dieser gegenzuwirken, bevor es zu starkem Materialabtrag bis hin zum Ausfall kommt.
  • Mit der nun vorgestellten Lösung ist es erstmals möglich, Sensoren direkt im Kavitationsgebiet zu platzieren und hierdurch eine unmittelbare Rückmeldung über die auf das Material wirkenden Kräfte zu erhalten.
  • Als Ergebnis steht eine verbesserte Prozesskenntnis, die als Basis für Anlagen-Optimierungen dienen kann.

Unberechenbare Gegner bereiten mitunter die größten Schwierigkeiten. So ist es denn auch mit der Kavitation – eine der lästigsten und gravierendsten Störungen im Anlagenbetrieb. Besonders bei neuen Anlagen, Modifikationen oder sich ändernden Prozessparametern häufen sich Kavitationsprobleme. Denn die Bandbreite der zu beachtenden Wirkungszusammenhänge, die lokale Verdampfung begünstigen, ist enorm. Neben den wesentlichen Betriebsparametern und Medieneigenschaften spielen auch sich im Zeitablauf verändernde Kennlinien der verwendeten Komponenten eine Rolle (beispielsweise Oberflächenrauheit). So ist es nicht verwunderlich, dass es in Folge von Fehlauslegung oder Fehlbedienung immer wieder zu Kavitationsproblemen kommt. Betroffen sind oftmals Absperr- und Regelarmaturen aufgrund hoher Differenzdrücke beziehungsweise Strömungsgeschwindigkeiten. Besonders anfällige Situationen sind Ventile beim Anfahren, Absperrklappen, die als Regelarmatur zum Einsatz kommen, Absperrschieber, die nicht vollständig geschlossen sind, Einlaufdüsen für Saugleitungen, die in ihrem Einströmfeld Luft ziehende Wirbel induzieren oder Ringkolbenventile bei zu niedrigem Rückdruck.

Auswirkungen von Kavitation

Noch unberechenbarer als ihr Auftreten sind Form und Wirkung der Kavitation. Dabei führen bereits kleine Änderungen am Arbeitspunkt zu deutlichen Veränderungen. Entscheidend für die erosive Schädigungswirkung an strömungsführenden Bauteilen sind besonders die sich ausbildenden Blasengrößen, die Wandnähe der Kollapse und der verwendete Werkstoff. Wandnah implodierende Kavitationsbläschen entladen sich als Microjets, die sich stecknadelartig ins Material einhämmern. Das Ergebnis ist die bekannte Kavitationserosion die mit fortschreitendem, kraterförmigem Abbau der Wanddicke fatale Störungen und Ausfälle herbeiführt. Insbesondere bei metallischen Werkstoffen entwickelt sich ein gegenseitig verstärkendes Zusammenspiel aus Erosion und Korrosion.

Planer und Betreiber in der Defensive

Diese Unberechenbarkeit verleiht dem Problem seinen Schrecken und zwingt Anlagenbetreiber in die Defensive. Die Planungs- und Handlungsunsicherheiten übertragen sich auf die Kosten beim Bau und Betrieb einer Anlage. Man denke hier etwa an die Problematik des Ermittelns und Einhaltens zulässiger Druckverluste oder Haltedruckhöhen, die oftmals mit Schätzungen und hohen Infrastrukturkosten verbunden sind. Um Zulaufhöhen oder Rückdrücke zur Verfügung zu stellen, entsteht enormer Aufwand in Planung, Umsetzung und späterem Betrieb (beispielsweise Gerüste, Gruben, zusätzliche Druckstufen usw.). Zunehmende Komplexität der Infrastruktur, überdimensionierte Komponenten, Redundanzen und Sicherheitsabstände gehen zu Lasten der Prozess- und Ressourceneffizienz. Dabei hilft es Betreibern kaum, dass das schiere Auftreten von Kavitation eigentlich sehr gut zu detektieren ist – über vorliegende Schädigungswirkungen jedoch völlige Unklarheit herrscht. Auch ist es nicht hilfreich, dass sich Kennlinien fabrikneuer Komponenten innerhalb kürzester Zeit verändern. Im Kontext eines auf Anlagenverfügbarkeit und Rentabilität gerichteten Asset-Managements legt dieses Maß an Unsicherheit, wie oben beschrieben, enorme Effizienzpotenziale brach.

Heftausgabe: September 2016
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Über den Autor

Deniz Ertogrul, Geschäftsführer und Mitgründer von PD2M
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