Ursachen für Leckagen an Absperrklappen und entsprechende Lösungen

Absperrklappen werden aufgrund ihrer kompakten Bauweise, ihres effizienten Durchflusses und ihrer kostengünstigen Steuerung in Branchen wie der Wasseraufbereitung, der Öl- und Gasindustrie, der Klimatechnik und der chemischen Verarbeitung weit verbreitet eingesetzt.

Eines der häufigsten Probleme mitAbsperrklappenLeckagen können intern (am Ventilsitz) oder extern (am Ventilschaft oder Ventilkörper) auftreten. Sie können geringfügig oder schwerwiegend sein und zu einer verminderten Systemeffizienz, ernsthaften Sicherheitsrisiken, Umweltproblemen oder kostspieligen Ausfallzeiten führen.
Daher ist es entscheidend, die Ursachen dieser Leckagen zu verstehen und wirksame Lösungen umzusetzen, um eine zuverlässige Ventilfunktion zu gewährleisten.

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Arten von Leckagen an Absperrklappen

Bevor wir uns mit den Ursachen und Lösungen befassen, wollen wir zunächst die häufigsten Leckagen bei Absperrklappen klassifizieren:
a. Interne Leckage: Flüssigkeit tritt durch das Ventil aus, wenn es sich in der geschlossenen Position befindet. Dies deutet darauf hin, dass der Ventilsitz bzw. die Ventilscheibe keine dichte Abdichtung bilden kann.
b. Äußere Leckage: Flüssigkeit tritt aus dem Ventilkörper aus, üblicherweise um die Ventilspindel, die Packung oder den Flanschanschluss herum, wodurch die Dichtung beeinträchtigt wird.

Beide Arten von Leckagen können auf Konstruktions-, Installations-, Betriebs- oder Wartungsfaktoren zurückzuführen sein.
Im Folgenden werden wir die Hauptursachen und die entsprechenden Lösungen für jede Art von Leckage untersuchen.

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1. Abgenutzte oder beschädigte Dichtungen

Eine häufige Ursache für interne Leckagen ist der Verschleiß von Ventildichtungskomponenten (wie elastischen Auskleidungen oder Metallsitzen).

1.1 Ursachen

- Materialverschlechterung: Längerer Kontakt mit korrosiven Flüssigkeiten, hohen Temperaturen oder ultravioletter Strahlung kann dazu führen, dass Dichtungen aushärten, Risse bekommen oder ihre Elastizität verlieren.

- Schleifmittel: Flüssigkeiten, die Sand, Kies oder andere Partikel enthalten, korrodieren Dichtungen mit der Zeit.

- Alterung: Auch unter weniger anspruchsvollen Bedingungen verschleißen Dichtungen mit der Zeit auf natürliche Weise, wodurch ihre Passgenauigkeit auf dem Ventilteller abnimmt. Dies ist ein unvermeidlicher natürlicher Alterungsprozess.

- Zu hohes Drehmoment: Das Drehmoment der gewählten elektrischen, pneumatischen und anderen Stellantriebe ist zu hoch. Beim Schließen übt die Ventilscheibe zu viel Druck auf den Ventilsitz aus, was zu Verformungen oder sogar Rissen des Ventilsitzes führen kann. Auch bei manueller Betätigung kann ein zu hohes Drehmoment bei großvolumigen Absperrklappen zu Verformungen oder Beschädigungen des Ventilsitzes führen.

1.2 Lösungen

- Materialauswahl: Wählen Sie Dichtungsmaterialien, die mit dem Medium und den Betriebsbedingungen kompatibel sind. Verwenden Sie beispielsweise PTFE für chemische Beständigkeit, EPDM für Anwendungen mit Wasser und Viton für ölbasierte Medien.
- Regelmäßige Wartung: Führen Sie ein vorbeugendes Wartungsprogramm durch, um Dichtungen zu überprüfen und gegebenenfalls auszutauschen, bevor sie ausfallen. Dies ist insbesondere in rauen Umgebungen wichtig.
- Schutzbeschichtung: Bei abrasiven Anwendungen sollten Sie Ventile mit beschichteten oder gehärteten Dichtungssitzen verwenden, um die Lebensdauer der Dichtungen zu verlängern.
- Optimieren Sie den Stellantrieb: Wählen Sie gemäß den vom Hersteller angegebenen Drehmomentdaten für die Absperrklappe einen Stellantrieb mit passendem Drehmoment oder einen Stellantrieb mit Drehmomentbegrenzung. Vermeiden Sie zudem bei manueller Betätigung übermäßige Kraft. Zfa empfiehlt, im Zweifelsfall einen Hand- oder Schneckengetriebestellantrieb mit Drehmomentbegrenzung zu verwenden.
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2. Unsachgemäße Installation

Leckagen entstehen häufig durch Fehler bei der Ventilinstallation, die sowohl die inneren als auch die äußeren Dichtungen beeinträchtigen.

2.1 Ursachen

- Fehlausrichtung: Wenn das Ventil nicht richtig mit dem Rohr ausgerichtet ist, kann die Scheibe nicht richtig schließen, was zu internen Leckagen führt.
- Unzureichendes Drehmoment: Eine unzureichende Anziehung der Flanschschrauben kann zu externen Leckagen an der Ventil-Rohr-Schnittstelle führen.
- Zu starkes Anziehen: Ein zu hohes Drehmoment kann zu einer Verformung des Ventilkörpers oder des Ventilsitzes führen, wodurch die Scheibe nicht vollständig schließt und es zu internen Leckagen kommen kann.

2.2 Lösung

- Ausrichtungsprüfung: Verwenden Sie während der Installation ein Ausrichtwerkzeug, um sicherzustellen, dass das Ventil mittig im Rohr sitzt. Prüfen Sie außerdem, ob sich die Scheibe frei bewegen kann, ohne die Rohrwand zu berühren.
- Drehmomentvorgabe: Halten Sie sich an den vom Hersteller empfohlenen Drehmomentwert für Flanschschrauben und verwenden Sie einen kalibrierten Drehmomentschlüssel, um eine gleichmäßige Kompression der Dichtung zu erreichen.
- Dichtungsauswahl: Verwenden Sie hochwertige, hochelastische Dichtungen, die mit den Ventil- und Rohrmaterialien kompatibel sind. Achten Sie außerdem auf die richtige Dichtungsgröße, um übermäßige Kompression oder Spalten zu vermeiden.
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3. Scheibeninterferenzen

Interne Leckagen können auftreten, wenn die Scheibe aufgrund einer physikalischen Behinderung durch das umgebende Rohr oder den Flansch nicht vollständig schließen kann.

3.1 Ursache

- Fehlende Rohrdurchmesser: Ist der Rohrinnendurchmesser zu klein, kann die Scheibe beim Schließen gegen die Rohrwand stoßen.
- Flanschkonstruktion: Flansche mit erhöhter Dichtfläche oder ungeeignet dimensionierte Passflächen können die Bewegung der Scheibe behindern.
- Ablagerungen: Feststoffe oder Kesselstein, die sich im Inneren des Ventils ansammeln, können verhindern, dass die Scheibe richtig schließt.

3.2 Lösung

- Kompatibilitätsprüfung: Vor der Installation muss sichergestellt werden, dass der Durchmesser der Ventilscheibe mit dem Innendurchmesser des Rohrs kompatibel ist.
- Flanschjustierung: Beachten Sie Normen wie ANSI oder DIN, um flache Flansche oder Dichtungen zu verwenden und so den Scheibenabstand sicherzustellen.
- Reinigungsarbeiten: Spülen Sie das System vor der Ventilbetätigung, um Ablagerungen zu entfernen, und installieren Sie, falls möglich, vorgelagerte Filter, um zukünftige Ansammlungen zu verhindern.

4. Fehlerhafte Stielpackung

Äußere Leckagen treten üblicherweise im Bereich der Ventilspindel auf. Dies ist auf Probleme mit der Packung oder den Dichtungen zurückzuführen, die verhindern, dass Flüssigkeit entlang der Achse austritt.

4.1 Ursache

- Verschleiß: Mit der Zeit verschleißen Packungsmaterialien wie PTFE oder Graphit aufgrund von Bewegungen des Kolbens oder Druck.
- Temperaturschwankungen: Nach dem Prinzip der Wärmeausdehnung und -kontraktion können wiederholte Temperaturschwankungen dazu führen, dass die Packung schrumpft, sich lockert und sogar reißt.
- Falsche Einstellung: Ist die Stopfbuchse zu locker, kann Flüssigkeit austreten; ist sie zu fest, kann sie den Ventilschaft beschädigen oder die Bewegung einschränken.

4.2 Lösung

- Verpackungspflege: Verpackungsmaterialien regelmäßig prüfen und abgenutzte Materialien ersetzen.
- Temperaturaspekte: Wählen Sie für den Systemtemperaturbereich geeignete Packungsmaterialien, z. B. flexible Graphitmaterialien für Hochtemperaturanwendungen.
- Einstellung der Stopfbuchse: Ziehen Sie die Stopfbuchse mit dem vom Hersteller angegebenen Drehmoment fest, prüfen Sie nach der Einstellung auf Undichtigkeiten und vermeiden Sie eine Überkompression.

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5. Übermäßiger Druck oder übermäßige Temperatur

Wenn die Betriebsbedingungen die Auslegungsgrenze des Ventils überschreiten, kann es zu Leckagen kommen, die die inneren und äußeren Dichtungen beeinträchtigen.

5.1 Ursachen

- Übermäßiger Druck: Ein Druck, der die Nennleistung des Ventils übersteigt, kann den Ventilsitz oder die Ventilscheibe verformen, sodass eine Abdichtung unmöglich wird.
- Wärmeausdehnung: Hohe Temperaturen können eine ungleichmäßige Ausdehnung der Bauteile verursachen, was zu Alterung, Erweichung oder sogar Verkohlung der Dichtung führen kann. Dies kann die Passgenauigkeit der Dichtfläche beeinträchtigen, die Dichtung lockern oder zu externen Leckagen an der Verbindungsstelle führen.
- Kältesprödigkeit: Bei Temperaturen unter -10 Grad kann die Dichtung spröde werden und reißen, was zu Undichtigkeiten führen kann.

5.2 Lösungen

- Geeignete Druck- und Temperaturkennwerte: Wählen Sie Ventile mit Druck- und Temperaturkennwerten, die die maximalen Systembedingungen überschreiten, und berücksichtigen Sie Sicherheitsmargen.
- Druckentlastung: Installieren Sie ein vorgelagertes Druckentlastungsventil oder einen Druckregler, um Überdruck zu verhindern.
- Isolierung/Heizung: In kalten Klimazonen sollten Isolierschläuche oder Heizbänder verwendet werden, um ein Einfrieren zu verhindern.

5.3 Tabelle zum Vergleich der Materialtemperaturen

Nachfolgend sind die Medien und Temperaturbereiche aufgeführt, die Dichtungen aus verschiedenen Materialien entsprechen.

 

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6. Kavitation und Korrosion

6.1 Was ist Kavitation?

Kavitation entsteht durch den plötzlichen Druckabfall des flüssigen Mediums auf den Dampfdruck der Flüssigkeit im Drosselbereich des Ventils (z. B. zwischen Drosselklappe und Ventilsitz). Dies führt zu einer lokalen Vergasung der Flüssigkeit und zur Bildung von Blasen. Wenn diese Blasen mit dem Fluid in den Hochdruckbereich gelangen, kollabieren sie rasch und erzeugen Stoßwellen und Mikrostrahlen. Diese verursachen wiederum Erosion und Beschädigung der Ventildichtfläche, des Ventilsitzes und des Ventilkörpers.
Obwohl Kavitation und Korrosion in erster Linie ein Leistungsproblem darstellen, können sie indirekt zu Leckagen führen, indem sie die Dichtfläche beschädigen.

6.2 Was ist Korrosion?

Korrosion entsteht durch chemische oder elektrochemische Reaktionen an der Materialoberfläche der Absperrklappe aufgrund des langfristigen Kontakts mit korrosiven Medien (wie Säuren, Laugen, Salzlösungen oder Hochtemperaturdampf), was zu Schäden an der Dichtfläche des Ventils, der Ventilspindel, dem Ventilsitz oder dem Ventilkörper führt.

6.3 Ursachen

- Hoher Druckabfall: Schnelle Druckänderungen führen zum Platzen von Luftblasen, die den Ventilteller oder den Ventilsitz korrodieren lassen.
- Korrosive Strömung: Das Medium enthält Säuren, Laugen, Salze usw., die direkt mit der Metalloberfläche reagieren und dadurch die Dichtfläche und das Ventilgehäuse allmählich auflösen oder korrodieren und dünner werden.
- Abrasive Medien: Hochgeschwindigkeitsflüssigkeiten, die Partikel enthalten, führen mit der Zeit zu Abnutzung der Dichtungskante.

6.4 Lösungen

- Durchflussregelung: Die Ventilgröße muss korrekt bestimmt werden, um den Druckverlust zu minimieren. Mithilfe von Durchflusskoeffizientenberechnungen (Cv) müssen die Systemanforderungen erfüllt werden.
- Materialverbesserung: Wählen Sie korrosionsbeständige Werkstoffe wie Edelstahl oder harte Oberflächenbeschichtungen für Ventilscheiben und Ventilsitze.
- Systemdesign: Reduzierung der Durchflussrate durch Vergrößerung des Rohrdurchmessers oder durch Hinzufügen eines Druckminderers stromaufwärts.

6.5 CV-Werttabelle

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7. Herstellungsfehler

Manchmal entstehen Leckagen durch Konstruktionsfehler des Ventils, die bei der ersten Benutzung oder bei Tests festgestellt werden können.

7.1 Ursachen

- Gussfehler: Porosität oder Risse im Ventilkörper können zu externen Leckagen führen.
- Probleme mit der Dichtfläche: Eine ungleichmäßige Bearbeitung der Scheibe oder des Sitzes kann eine ordnungsgemäße Abdichtung verhindern und zu internen Leckagen führen.
- Montagefehler: Eine unsachgemäße Installation der Dichtungen oder eine Fehlausrichtung der Bauteile während der Fertigung kann zu Undichtigkeiten führen.

7.2 Lösungen

- Qualitätssicherung: Kaufen Sie bei renommierten Herstellern mit Zertifizierungen wie ISO 9001 und fordern Sie einen Druckprüfbericht (z. B. gemäß API 598) an, um die Dichtheit zu überprüfen.
- Prüfung vor der Installation: Führen Sie vor der Installation hydrostatische oder pneumatische Dichtheitsprüfungen durch, um Defekte zu erkennen, und senden Sie fehlerhafte Einheiten an den Lieferanten zurück.
- Garantieansprüche: Achten Sie darauf, dass das Ventil über eine Garantie verfügt, die Herstellungsfehler abdeckt, damit es bei frühzeitiger Entdeckung von Leckagen ersetzt werden kann.

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8. Schlussfolgerung

AbsperrklappeUm Leckagen zu vermeiden, ist eine Kombination aus der Auswahl des richtigen Ventils, sorgfältiger Installation, regelmäßiger Wartung und Systemoptimierung erforderlich. Durch die Wahl geeigneter Materialien, die Einhaltung der Installationsrichtlinien und die Überwachung der Betriebsbedingungen lässt sich das Leckagerisiko deutlich reduzieren.
Leckage am AbsperrventilLeckageprobleme können durch verschiedene Faktoren verursacht werden, und für unterschiedliche Leckagearten sind unterschiedliche Lösungen erforderlich. Ob interne oder externe Leckage – die Ursachen liegen meist in verschlissenen Dichtungen, Montagefehlern, Störungen der Ventilscheibe, Problemen mit der Ventilspindelpackung, zu hohem Druck/zur zu hohen Temperatur, Herstellungsfehlern oder Korrosion. Das Leckagerisiko von Absperrklappen lässt sich durch eine sorgfältige Auswahl, korrekte Installation, regelmäßige Wartung und optimierten Betrieb wirksam reduzieren. Bei kritischen Anwendungen kann die Beratung durch Ventilhersteller oder Systemingenieure die Leckagefreiheit zusätzlich gewährleisten und die Systemsicherheit sowie die Betriebseffizienz verbessern.