Was ist ein Absperrventil und wie lassen sich Fluidsysteme damit isolieren?
Was Sie bei der Isolierung industrieller Fluidsysteme mit Absperrventilen beachten müssen
Welche Funktion erfüllen Absperrventile?
In Fluidsystemen lässt sich mit einem Absperrventil ein bestimmter Anlagenteil isolieren, sodass nachgeschaltete Komponenten vor unerwünschten Druck- und Durchflussraten geschützt sind. Diese Funktion ist entscheidend, da bereits eine einzelne druckbeaufschlagte oder strömungsführende Leitung ein erhebliches Risiko für Anlagentechniker darstellt, z. B. beim Austausch eines Manometers oder eines Messgeräts. Laut Gefahrenbeauftragten ist es aus diesem Grund dringend notwendig, jede einzelne Leitung im Fluidsystem vor der Aufnahme von Wartungsarbeiten sicher abzusperren.
In der Praxis hat sich dafür ein klarer Industrie- und Sicherheitsstandard etabliert: Für die Entlüftung eines druckbeaufschlagten Leitungsabschnitts werden in der Regel zwei Absperrventile in Reihe vorgesehen und installiert. Die Installation von in Reihe geschalteten Doppelabsperrventilen stellt eine der sichersten Methoden dar, um den Durchfluss und die Druckbeaufschlagung im System vollständig abzusperren.
Bei der Auslegung verfolgen Ingenieure dabei üblicherweise zwei bewährte Ansätze. Eine Möglichkeit besteht darin, zwischen den beiden Absperrventilen ein drittes Ventil vorzusehen, das dazu dient, eventuelle Druckentweichungen aus dem ersten Absperrventil kontrolliert abzulassen. Alternativ kann der Durchfluss durch Vorsehung eines dritten Ventils in eine Bypass-Leitung umgeleitet werden, die den zur Wartung abzuriegelnden Anlagenabschnitt überbrückt, ohne dass der Betrieb unterbrochen werden muss. Beide der nachfolgend dargestellten Konfigurationen stellen sichere Auslegungsoptionen im Hinblick auf Wartungs- und Isolationsanforderungen dar.
Wie lassen sich die wichtigsten Stellen zur Isolierung von Fluidsystemen in einer Anlage ermitteln?
Um Fluidsystemleitungen in einer zur Wartung vorgesehenen (industriellen) Anlage sicher zu isolieren, sollten Techniker gezielt die Stellen bestimmen, die für eine Isolation entsprechend zu konfigurieren sind:
- Geräte und Komponenten mit regelmäßigem Wartungsbedarf wie Filter, Ventile oder Messwertgeber
- Systeme, Einspritzvorrichtungen oder Leitungen, die neu konfiguriert, repariert oder ausgetauscht werden müssen
- Abschnitte der Hauptprozessleitung, an denen Wartungs- oder Instandhaltungsarbeiten durchgeführt werden müssen
- Instrumentierungsleitungen, die von der Prozessleitung abzweigen, für z. B. Probenahmesysteme und Entnahmestellen sowie Ergebnisanzeigen von Druck-, Temperatur- oder Durchflussmessungen
- Kalibrierungsfluide in Probenahmesystemen sowie alle Probenströme, die ein- oder abgeschaltet werden können
Optionen zur Konfiguration der Isolierung
Zur Isolation einer Fluidleitung wird in der Regel also eine Konfiguration mit Doppelabsperr- und Entlüftungsventilen oder einer Bypass-Leitung vorgesehen. Mit beiden Optionen können Sicherheitsrisiken vermieden werden, die beispielsweise in Folge einer Leckage am Ventilsitz entstehen, bei der sich nach und nach wieder Druck in einer unter Wartung befindlichen Leitung aufbaut. Eine Konfiguration mit nur einem einzelnen Absperrventil ohne weitere Absicherung entspricht daher nicht dem heutigen Branchenstandard.
1. Wann ist der Einsatz eines Doppelabsperr- und Entlüftungsventils erforderlich?
2. Was ist eine Bypass-Leitung?
Die Konfiguration mit einer Bypass-Leitung ist etwas komplexer, da nicht nur die zu wartende Leitung isoliert, sondern der Durchfluss gleichzeitig umgeleitet wird, um den Prozessbetrieb während der Wartung aufrechtzuerhalten. So kann für das erste Absperrventil in einer Konfiguration mit Bypass-Leitung z. B. ein Drei-Wege-Ventil gewählt werden, das den Durchfluss um den zu wartenden Abschnitt herumleitet. Auf diese Weise kann etwa ein Systemfilter gewechselt werden, ohne dass ein Produktionsstillstand erforderlich ist. Eine Bypass-Konfiguration bietet außerdem den Vorteil, dass sich hydraulische Stöße oder so genannte Wasserschläge vermeiden lassen, die in Folge einer abrupten Absperrung des Systemdurchflusses auftreten.
Die Auswahl der richtigen Ventile zur Isolation und Druckentlastung von Fluidsystemen
Worauf kommt es bei der Auswahl von Absperrventilen an?
Zur Absperrung in Instrumentierungsleitungen kommen häufig Kugelhähne und Nadelventile zum Einsatz. Die Auswahl des richtigen Ventils für die jeweilige Anwendung erfordert eine sorgfältige Prüfung der Systemspezifikationen.
Kugelhähne:
Kugelhähne eignen sich besonders für eine schnelle Absperrung und hohe Durchflussraten. Die Griffe sind außerdem hilfreich, um die Durchflussrichtung zu erkennen und um festzustellen, ob die Leitung abgesperrt ist. Allerdings kann es bei der Anwendung von Kugelhähnen in Systemen mit flüssigem Medientransport in Folge der abrupten Absperrung zu hydraulischen Stößen oder so genannten Wasserschlägen kommen. Derartige Druckstöße können zu Schäden an Druckmessgeräten, Durchflussmessern und anderen vorgelagerten Komponenten führen. Es gibt jedoch unterschiedliche Möglichkeiten, um zu verhindern, dass es zu einem hydraulischen Schock kommt. Die Vorsehung einer Bypass-Leitung ist eine davon. Die Bypass-Leitung wird vor dem Schließen des ersten Kugelhahns geöffnet, so dass der Durchfluss umgeleitet wird und es nicht zu einem abrupten Durchflussstop und in der Folge zu Druckspitzen kommt. Eine zweite Möglichkeit ist der Einsatz von Nadelventilen anstelle von Kugelhähnen.
Nadelventile:
Obwohl Nadelventile vorrangig für eine Regelung des Durchflusses ausgelegt sind, eignen sich viele auch für eine wirksame Absperrung. Nadelventile bieten überdies den Vorteil, dass sie für eine graduelle Absperrung sorgen und es im Fluidsystem nicht zu einem hydraulischen Schock kommen kann. Übernimmt ein Nadelventil die Funktion eines Absperrventils, sollte es zu diesem Zweck entsprechend mit einer rotierenden oder weichen Spindelspitze ausgelegt sein. Um zu verhindern, dass es beim Einsatz von Nadelventilen zu einer Leckage kommt, sollte die Auslegung des Ventils entsprechend berücksichtigt werden. So kann bei der Absperrung beispielsweise eine V-förmige Spindelspitze aus Metall in den Metallsitz einschneiden und so Riefen verursachen.
Integriertes Doppelabsperr- und Entlüftungsventil
Für höchste Systemzuverlässigkeit bietet Swagelok Systemkonfigurationen mit Doppelabsperr- und Entlüftungsventil. Weniger potenzielle Leckagestellen, geringere Platzanforderungen, reduziertes Gewicht und eine weniger aufwändige Installation tragen deutlich zur Vereinfachung des Systembetriebs bei.In Systemen, die für eine Absperrung konfiguriert sind, ist besonders darauf zu achten, dass die richtigen Komponenten verbaut sind. Kugelhähne – In Systemen, die für eine Absperrung konfiguriert sind, ist besonders darauf zu achten, dass die richtigen Komponenten verbaut sind. Kugelhähne und einige Nadelventiltypen sind für eine sichere Absperrung ausgelegt, Regler hingegen nicht – auch wenn es möglich ist, Regler so einzustellen, dass sie den größten Teil des Durchflusses stoppen. Wenn eine Absperrung in der Nähe eines Reglers benötigt wird, ist es am sichersten, einen Kugelhahn stromaufwärts zu installieren.
Zusätzlich empfiehlt es sich zu Isolationszwecken, einen Druckanzeiger stromabwärts vom zweiten Absperrventil vorzusehen. Dadurch kann der Druck im Wartungsfall visuell überprüft werden.
Eine ordnungsgemäße Isolation ihrer Fluidsystemleitungen mit Absperrventilen kann nicht nur zu mehr Sicherheit bei Wartungsarbeiten beitragen, sondern auch die Gesamtbetriebszeit des Systems und die Rentabilität der Anlage erhöhen.
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