Leckagen vermeiden

Auswahl eines Kugelhahns zum Reduzieren von Fluchtemissionen

  • Abb. 1: Schnittbild des Kugelhahnes mit einer “schwimmenden” Kugel in der geschlossenen Position. Der Druck in Durchflussrichtung drückt die Kugel gegen den Sitz auf der rechten Seite. Pfeile zeigen auf die Sitzabdichtung. Der Kugelhahn verfügt außerdem über eine “Chevron Packung” an der Spindel.
  • Abb. 2: Schnittbildbild von zwei geometrisch geformten Ringen, die zusammengefügt eine “Chevron Packung” bilden. Minimaler Druck von der Packungsmutter drückt die beiden Profile nach unten, wodurch Druck zwischen Spindel und Gehäuse erzeugt und somit eine Abdichtdung bewirkt wird.
  • Abb. 3: Aufbau eines gekammerten Kugelhahns, welches das bevorzugte Design in der analytischen Instrumentierung ist, da hierbei Toträume und Kontaminierungen zwischen den Proben eingeschränkt werden.

Fluchtemissionen wird weltweit immer mehr Beachtung geschenkt. Die Ursache von Fluchtemissionen sind Geräteleckagen, im Gegensatz zu Punktquellenemissionen, die aus Reaktorentlüftungen oder Boilerabgasschächten stammen. Die EU-Richtlinie über die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU-Richtlinie) enthält umfassende Vorschriften zur Einschränkung von Fluchtemissionen. Die Richtlinie ist für neue Bauvorhaben seit 1999 gültig und wird seit Oktober 2007 auf Wartung, Reparatur und Aktualisierungen vorhandener Produktionsstätten angewendet. Es wird geschätzt, dass diese Gesetzgebung 50.000 Einrichtungen in Europa betrifft. Laut European Process Engineer wirkt sich die neue Gesetzgebung in vielen Bereichen aus und führt das Konzept der besten verfügbaren Technik (Best Available Technique, BAT) ein, was die Produktionseinrichtungen dazu zwingt, nach der besten verfügbaren Lösung zum Verringern von Fluchtemissionen zu suchen (...) von Bereichen wie Konstruktion, Produktauswahl, Verschraubungen und Schulung der Monteure bis hin zu Wartung, Standortüberwachung usw. Daher müssen Unternehmen ihre Betriebsabläufe ändern: In der Industrie müssen jetzt Entscheidungen für das beste verfügbare Produkt und die beste Betriebsmethode getroffen werden, anstatt sich wie bislang in erster Linie auf die Kosten zu konzentrieren.

Trend zu höheren Standards

Was Emissionen im Allgemeinen und Fluchtemissionen im Besonderen angeht, so geht der Trend eindeutig hin zu höheren Standards und mehr Überprüfungen. Fluchtemissionen spielen eine wichtige Rolle bei der Festsetzung der nächsten Generation von Emissionsstandards, insbesondere mit Blick auf reaktive flüchtige organische Verbindungen (HRVOC).
Nicht alle Leckagen werden als Fluchtemissionen betrachtet. Leckagen können entweder intern oder extern auftreten. Im Fall eines Kugelhahns könnte sich eine interne Leckage auf eine Leckage am Sitz von der Stromaufwärts- zur Stromabwärtsseite beziehen. Solange am Ventil kein Entweichen in die Atmosphäre auftritt, führt eine interne Leckage zu keinen Fluchtemissionen. Im Gegensatz dazu bezieht sich eine externe Leckage auf eine Leckage vom Ventilinneren in die Umgebung, was z.B.

über eine Spindeldichtung oder Körperdichtung erfolgen könnte. Wenn diese Leckagen die Umwelt beeinträchtigen, handelt es sich um Fluchtemissionen.
Externe Leckagen aus Verschraubungen, Ventilen und anderen Fluidsystemkomponenten können im Laufe eines Jahres große finanzielle Verluste verursachen. Bei einem Werk mit 50.000 Verschraubungen wird der durchschnittliche jährliche Vermögensschaden aufgrund von Leckagen an Verschraubungen z.B. auf über 25.000 $ geschätzt. Solche Beispiele liefern Argumente für einen Ansatz, bei dem die Gesamtbetriebskosten bei Systemdesign, Produktauswahl und Wartung berücksichtigt werden.

Geschulte Produktauswahl

Vom Managementstandpunkt machen Emissionskontrollregulierungen zur Pflicht, dass Unternehmen Dichtungsanforderungen und Leckrate von flüchtigen Emmissionen definieren. Letzteres, verändert das Kaufverhalten von Unternehmen. Systemdesigner die verantwortlich sind für die Spezifikation von Komponenten, besonders von Ventilen, müssen alle Anforderungen einer spezifischen Anwendung in Betracht ziehen: Druck- und Temperaturbereiche, Sauberkeit des Mediums, Häufigkeit der Betätigungszyklen, Häufigkeit der gewünschten Wartung, zulässige Leckrate, Flussanforderungen und Potenzial für Verunreinigungen. Deshalb ist eine geschulte Produktauswahl kritisch für die Kontrolle der Fluchtemissionen.
Zum Beispiel können Leckagen nicht nur an Dichtungspunkten auftreten, sondern auch durch Körperwerkstoffe wie Gussstücke erfolgen. Bei der Spezifikation von Ventilen, sollten zuständige Systemdesigner die Integrität und Untersuchung des Körperwerkstoffs nicht vernachlässigen, gleichgültig, ob es sich dabei um gegossene oder maschinell bearbeitete Teile handelt. Welche Spezifikationen legt der Ventilhersteller für den Metallzulieferer fest? Welche Qualitätskontrollen sind vorhanden? Ein zertifizierter Materialtestbericht stellt viele Antworten auf die wichtigsten Fragen zur Qualität des Körperwerkstoffs bereit. Systemdesigner die Spezifikationen von Ventilen verantworten, sollten eine Zusammenarbeit mit Zulieferer und Management unbedingt berücksichtigen, um die Applikation in ihrem ganzen Umfang zu verstehen, die erforderliche Testdokumentation zu liefern und eine begründete Entscheidung zu treffen. Anschließend, wenn die Ventile installiert sind, müssen Unternehmen mit einem angemessenen Wartungsprogramm vor Ort an deren Anlagen gerüstet sein. Während die Vorschriften zu Fluchtemissionen strenger werden, kommt auch der Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit eine immer größere Bedeutung zu. Ein Ventil, das einfach gewartet und repariert werden kann, wird auch mit höherer Wahrscheinlichkeit tatsächlich gewartet und repariert.
In den Vereinigten Staaten, halten sich Unternehmen an das LDAR-Programm (leak detection and repair), um einerseits Emissionen zu kontrollieren und zu reparieren und andererseits die Einhaltung der Gesetzgebung zu gewährleisten. Das Ergebnis ist ein Programm, das laufende Wartung sicherstellt, was wiederum die Effizienz der Anlagen garantiert. Während Rechtsvorschriften überall auf der Welt strenger werden, ist es angebracht, dass Anlagen laufend Programme wie LDAR implementieren, um stets Lösungen zu entwickeln, die Emissionen entgegen wirken.

Wartung

Auf betrieblicher Ebene ist ein gutes Verständnis für die Wartungsbedürfnisse einer bestimmten Komponente, insbesondere eines Ventils, von entscheidender Bedeutung bei der Bewältigung von Fluchtemissionen. Sobald eine Komponente ihre Nutzungsdauer erreicht hat, ist es nicht notwendig es zu entsorgen; da viele Ventile auch angepasst werden können, um die Nutzung zu verlängern. Dies unterstreicht die Bedeutung der Schulung für die Produktauswahl und die Verwaltung der laufenden Wartung. Die technischen Ventilspezifikationen müssen klarstellen, ob die beste Wahl einstellbare oder nicht-verstellbare Ventile darstellen und wie man diese richtig wartet.

Kostenfaktor

Beim Auswählen eines Kugelhahns muss ein Systemdesigner Faktoren wie Materialverträglichkeit, Drücke, Temperaturen, gewünschte Häufigkeit von Inspektionen und Einstellungen sowie die Häufigkeit der Betätigung berücksichtigen. Wenn Kosten zum entscheidenden Faktor bei der Auswahl eines Ventils werden, muss sich der Systemdesigner darüber klar werden, mit welchen Kompromissen dies verbunden ist. Die tatsächlichen Kosten eines Ventils beschränken sich nicht auf den Kaufpreis, sondern errechnen sich aus den Gesamtbetriebskosten. Angesichts von steigenden Preisen von Rohmaterialien und Rohstoffen und immer höheren und häufiger verhängten Strafen für Verstöße gegen Umweltvorschriften müssen die direkten und indirekten Kosten berücksichtigt werden, die für häufige Wartung sowie Defekte und Ersatzteile anfallen.

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