Auf die Linie achten

Regelqualität von Regelventilen

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15.07.2009 Auf der Achema präsentierten einige Aussteller Regelarmaturen mit verbesserter Regelqualität. Mit neuer Geometrie, neuem Aufbau oder neuem Antrieb werden definiertere Kennlinien erreicht und die Regelgüte verbessert. Doch neben der Kennlinie zählen für Anwender vor allem Zuverlässigkeit und Sicherheit zu den wichtigsten Auswahlkriterien.

Ohne exakt arbeitende Stellgeräte ist eine genaue Anlagensteuerung nicht möglich. Anlageneffizienz und Produktqualität hängen direkt davon ab. Auf dieses „Pferd“ setzten einige Hersteller von Regelarmaturen auf der Achema. Es ging um Regelgenauigkeit und Kontrollierbarkeit sowie um kosteneffiziente Lösungen. Und gerade in puncto Kosten, gilt es, alle Größen, Prozess- und Armatureneigenschaften richtig zu gewichten, um die optimale Lösung zu finden.

Klappe mit Kurven

Bereits im Vorfeld der Achema stellte Emerson Fischer eine neue Stellklappe vor, die mit erweitertem Regelbereich und einer nahezu gleichprozentigen Kennlinie eine gute Alternative zu teuren Regelventilen bietet. Die neue Form der Klappe beeinflusst das Strömungsverhalten so, dass sich der Regelbereich zwischen 15 und 70% statt bei konventionellen Stellklappen zwischen 25 und 50% bewegt.

Kugel statt Membran

Um die günstige Alternative zum Membranventil ging es auch bei ASV Stübbe. Der Hersteller präsentierte einen neuen Dosierkugelhahn, der teure Membranventile ersetzen kann. Christoph Stecker, Leiter Forschung und Entwicklung bei ASVStübbe, erklärt: „Der Kugelhahn Profi Prop weist ein lineares Regelverhalten bei exakter Reproduzierbarkeit der Durchflussmenge auf. Mit seiner linearen Kennlinie ist er einfach in automatisierte Regelprozesse integrierbar.“ Konventionelle Kugelhähne weisen meist ein nur schlecht definierbares Regelverhalten auf. Grundlage für das lineare Regelverhalten des Profi Prop ist die Geometrie der Kugelöffnung. Der Regelbereich reicht von 0° bis 90°. Optional kann der Hahn mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet werden. Er ist für denEinsatz in Chemieanlagen, in der Wasseraufbereitung und in der galvanischen Industrie geeignet. DasGehäuse besteht aus PVC-U, PP oder PVDF, die Kugeldichtung aus PTFE. Je nach Werkstoff ist der Hahn für Temperaturen von 0 bis 120°C – unter bestimmten Bedingungen auch bis -20°C – und für Drücke bis PN16 geeignet. Zudem „wird der Kugelhahn über ein DIN8063-Gewinde angeschlossen, was denEinbau und die Instandhaltung erleichtert“, ergänzt Stecker.

Vertauschte Rollen

Auch Badger Meter stellte eine neue Ventillösung mit exaktem Regelverhalten vor. Das aseptische Membranventil weist durch einen völlig neuen Aufbau von Kegelsitz und Membran eine gleichprozentähnliche Kennlinie auf. Die Membran ist aus einem FDA-konformen Kunststoff gefertigt. Die bessere Regelbarkeit zahlt sich aus, denn branchenübergreifend gilt: „Es geht nicht nur um Kosten, sondern vor allem um Qualität“, merkt Rainer Windeisen, Produkt Manager Regelventile vonBadger Meter an. Lassen sich Prozesse besser kontrollieren, steigert das die Effizienz und schließlich auch den Ertrag.

In Position bringen

Dazu beitragen können sicher exakt auch arbeitende Antriebslösungen. So wie es der Servomotor des Kugelsektorventils von Schubert&Salzer Control Systems leistet. Um das Ventil zu öffnen oder zu schließen, wird das Kugelsegment um 90° gedreht. Der Servomotor kann die Drehung in bis zu 8000 Schritten ausführen. Je nach Applikation kann der Motor über analoge oder digitale Signale gesteuert und auf 1000 bis 8000 Schritte programmiert werden. Ein Planentengetriebe überträgt die Bewegung des Motors ohne Spiel auf den Kugelsektor. Dabei ändert sich der Querschnitt der Öffnung beim Schließvorgang von rund auf elliptisch. Das soll ein Verstopfen, ein Entwässern vonAufschwämmungen verhindern und den Verschleiß des Ventils vermindern. Mit dieser Geometrie erreicht das Kugelsektorventil eine gleichprozentige Kennlinie. „Die Genauigkeit des Kugelsektorventils mit dem Servoantrieb ist so hoch, dass es auch in Prüfständen zum Einsatz kommt“, betont Heiko Renn, Vertriebsleiter von Schubert&Salzer. Die Ventileinheit ist in der Schutzart IP 65 ausgeführt und für Umgebungstemperaturen von -10 bis 60°C geeignet. Die Medientemperatur sollte zwischen -10 und 170°C liegen.

Zuverlässigkeit zählt

Doch ein Prozess kann noch so effizient sein: Wenn die Geräte nicht zuverlässig sind, können ungeplante Stillstände und hohe Wartungskosten die erwartete Effizienzsteigerung in Luft auflösen. Das meint auch Matthias Huk. Der Diplom-Physiker arbeitet im Site Engineering der BASF SE in Ludwigshafen und ist Obmann des Namur AK 3.4 Aktoren: „Die Zuverlässigkeit von Stellgeräten ist für uns von großer Bedeutung. Wir erwarten lange Standzeiten und möglichst wartungsarme Geräte. Nicht selten ist der Austausch von Stellgeräten mit hohen Kosten verbunden.“ Diagnosefunktionen können dazu beitragen, die Instandhaltungskosten zu senken. Jedoch stellen viele Anwender, so auch Huk fest, dass es nicht an Diagnosesignalen, sondern an belastbaren Zustandsinformationen fehlt. „Zwar gibt es viele Meldungsmöglichkeiten, aber es mangelt an der Erfahrung zur Interpretation der Signale.“ Eine direkte Messung des aktuellen Stellgerätezustands sei in der Regel noch nicht möglich.

„Zuverlässigkeit“ steht auch für die Teilnehmer der Umfrage der CHEMIETECHNIKzum Thema Armaturen an oberster Stelle. Aus den in den Ausgaben 2 und 3/2009 der CHEMIETECHNIK veröffentlichen Ergebnisse zeigte sich auch, dass Sicherheitszertifikate für Armaturen mittlerweile von größter Bedeutung sind. Außerdem halten viele die automatisierungstechnische Einbindung der Geräte für sehr wichtig.

Von Töpfen und Deckeln

Marius Mlynski von Hora Holter Regelarmaturen stellte in der CHEMIETECHNIK 9/2008 fest: „Die Vielzahl der technischen Möglichkeiten bei der Auswahl und Auslegung von Regelarmaturen verleitet häufig dazu, die technisch bestmögliche Lösung einzusetzen. Dabei besteht oft die Gefahr des „Overengineering.“ Es werde sowohl von der Seite des wenig erfahrenen Anwenders als auch des für die Auslegung des Ventils zuständigen Ingenieurs mit zum Teil zu vielen und zu hohen „Sicherheits-Faktoren“ gearbeitet. Das Ergebnis seien Regelarmaturen, welche die technisch „sicherste“ Lösung darstellen, jedoch mit Sicht auf Regelqualität und die zu erwartende Standzeit der Anlage die Gesamtkosten in die Höhe treiben. Auch Thomas Schulz, Marketingleiter von Gemü stellt dies fest: „Nicht selten erleben wir, dass mit Kanonen auf Spatzen geschossen wird. Die Regelgüte ist nur ein Faktor neben einigen anderen wie die Art der Regelung, der geforderten Dynamik, den Eigenschaften des Mediums und den Prozessbedingungen wie Temperatur, Druck und Strömungsverhältnisse.“

Für jede Applikation ist die passende Lösung zu finden. Dabei muss zwar auch die Regelgüte einbezogen werden, doch viele weitere Faktoren sind mindestens ebenso wichtig. Insofern gilt auch für Ingenieure von verfahrenstechnischen Anlagen, den richtigen Deckel für ihren Applikations-Topf zu finden.

Heftausgabe: Juli 2009
Dr. Etwina Gandert,

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