Die Auswahllogik des Ventilschafts unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen

Im Ventilaufbau mag die Ventilspindel einfach erscheinen, doch wer schon einmal mit Hochtemperatur- und Hochdrucksystemen gearbeitet hat, weiß, dass sie zu den anfälligsten Bauteilen zählt. Insbesondere in Kraftwerken, Raffinerien und der Metallurgie, wo die Medientemperaturen oft 400 oder 500 Grad Celsius und die Drücke mehrere zehn Kilogramm betragen, führt eine ungeeignete Ventilspindel zu Dichtungsversagen, im schlimmsten Fall sogar zu einem Bruch oder Festfressen des Ventils.

Wir sind auf einen praktischen Fall gestoßen: Eine Charge von Absperrventilen, die in einem Kraftwerk eingesetzt wurden, begann nach einem halben Jahr Betrieb häufig zu klemmen. Bei der Demontage vor Ort stellte sich heraus, dass die Oberfläche der Ventilspindel verfärbt und verformt war und die Dichtung nicht mehr dicht war. Später wurde bestätigt, dass die Ventile ursprünglich aus Edelstahl 304 gefertigt waren, die Betriebstemperatur der Rohrleitung jedoch bei nahezu 500 °C lag und das Material somit die zulässige Temperaturgrenze überschritten hatte.

Die Hauptursache für Ventilschaftversagen bei hohen Temperaturen und Drücken liegt nicht nur in der mangelnden Materialfestigkeit, sondern auch in der Veränderung der Passung durch Wärmeausdehnung, in Ermüdungsbrüchen aufgrund thermischer Spannungskonzentrationen und in Trockenreibung infolge von Schmierstoffversagen. Insbesondere bei häufigem Öffnen und Schließen, langen Hüben und hohen Belastungen verkürzt das Zusammenwirken dieser Faktoren die Lebensdauer des Ventilschafts erheblich.

Daher konzentrieren wir uns bei der Auswahl generell auf mehrere Aspekte: Erstens sollten Werkstoffe mit hoher Temperaturbeständigkeit und stabiler Festigkeit, wie z. B. 17-4PH, F6a, 1Cr13Mo und andere hochlegierte Stähle, verwendet werden. Bei sauren Medien sollten Duplex-Edelstahl oder Monel-Legierungen in Betracht gezogen werden. Zweitens empfiehlt es sich, die Gewindeverbindung mit einer Hartmetallschicht zu überziehen, um die Fressbeständigkeit zu verbessern. Drittens sollte der Kontaktbereich mit dem Füllmaterial präzisionsbearbeitet und nitriert oder beschichtet werden.

Darüber hinaus wird empfohlen, zur Reduzierung des Risikos von Verbindungsfehlern möglichst integrale Fertigungsverfahren anstelle von Schweißverbindungen einzusetzen. Bei Anwendungen mit langem Hub muss der durch thermische Verformung verursachte axiale Versatz berücksichtigt werden, da es sonst zu Problemen wie „nicht an Ort und Stelle“ oder „Festklemmen“ kommen kann.

Die von Yining Machinery hergestellten Ventilschäfte werden derzeit in der Petrochemie, der Energiewirtschaft, der Metallurgie, der Flüssiggasindustrie und anderen Branchen weit verbreitet eingesetzt. Wir haben speziell kundenspezifische Ventilschäfte entwickelt, die für verschiedene Anschlussstrukturen in Hochtemperatur- und Hochdruck-Ventilsystemen geeignet sind. Dazu gehören Schmiedebearbeitung, Gewindeauftragschweißen, Spiegelbehandlung und andere Verfahren, die den Anforderungen hoher Belastungen und hoher Öffnungs- und Schließfrequenzen gerecht werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Stielkonstruktion zwar einfach ist, eine falsche Auswahl jedoch bei hohen Temperaturen und hohem Druck die Schwachstelle des Systems darstellt. Es wird daher empfohlen, bereits in der Planungs- und Beschaffungsphase eine detaillierte Kosten-Nutzen-Analyse unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen, der Öffnungs- und Schließmechanismen sowie der Nutzungshäufigkeit durchzuführen, anstatt sich bei der Auswahl lediglich auf Zeichnung, Material oder Preis zu verlassen.