Kugelhahnen, Absperrklappen und Schieber in chemischen Verarbeitungsanlagen können aufgrund von kristallisierten Medien, festen Ablagerungen, gealterten Dichtungen oder langen Stillstandszeiten schwer zu bedienen sein. Wenn ein elektrisches Stellglied weiterhin Drehmoment aufbringt, nachdem das Ventil gestoppt hat, können Spindel, Sitz, Getriebe und Motor des Ventils übermäßiger mechanischer Belastung ausgesetzt sein.
Die Auswahl eines Stellglieds für chemische Anlagen erfordert daher mehr als nur die Anpassung an die Nenngröße des Ventils. Ingenieure sollten das Ventil-Drehmoment, die Prozessbedingungen, die Betriebsfrequenz und den Bedarf an Überdrehmomentschutz bewerten.
Chemische Medien können viskos, korrosiv, partikelhaltig oder zur Kristallisation neigend sein. Temperaturänderungen können auch unterschiedliche Ausdehnungsgrade im Ventilkörper, der Spindel und den Dichtungsmaterialien verursachen.
Häufige Ursachen für das Klemmen von Ventilen sind:
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Fremdkörper, die im Ventilsitz eingeschlossen sind;
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Feste Ablagerungen oder kristallisierte Prozessmedien;
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Geschwollene, gealterte oder beschädigte Dichtungen;
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Höheres Anlaufdrehmoment nach langen Stillstandszeiten;
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Änderungen des Differenzdrucks über das Ventil.
Diese Bedingungen können das tatsächliche Betriebsdrehmoment über den ursprünglichen Auslegungswert hinaus erhöhen. Die Auswahl eines Stellglieds nur nach dem Ventildurchmesser kann daher zu unzureichendem Drehmoment oder einem unnötig überdimensionierten Antriebssystem führen.
Ein elektrisches Stellglied mit Überdrehmomentschutz kann reagieren, wenn das Ausgangsdrehmoment einen voreingestellten kritischen Wert erreicht. Wenn das Ventil aufgrund von Ablagerungen oder einem mechanischen Fehler festsitzt, unterbricht der Schutzmechanismus den Motorstromkreis, anstatt das Stellglied weiterhin das Ventil zu belasten.
Diese Funktion hilft, die anhaltende Belastung von Spindel, Sitz und Getriebe des Stellglieds zu begrenzen. Sie entfernt die Blockade nicht und ersetzt keine vorbeugende Wartung, kann aber verhindern, dass das Stellglied wiederholt gegen ein blockiertes Ventil fährt.
Die Schutzschwelle sollte nicht unter dem für den normalen Ventrieb erforderlichen Drehmoment eingestellt werden. Eine zu niedrige Einstellung kann zu unerwünschten Auslösungen führen, während eine zu hohe Einstellung möglicherweise keinen ausreichenden mechanischen Schutz bietet.
Das maximale Betriebs- oder Anlaufdrehmoment des Ventilherstellers sollte zusammen mit dem Prozessmedium, dem Differenzdruck, der Temperatur und dem Betriebszyklus überprüft werden. Die DCL-Dokumentation empfiehlt eine Stellglied-Auslegungsreserve von etwa dem 1,1- bis 1,3-fachen des Ventilprüfdrehmoments. Dies ist ein Auswahlhinweis und kein Ersatz für eine anwendungsspezifische Drehmomentberechnung.
Nicht jeder Bereich in einer Chemieanlage ist als explosionsgefährdet eingestuft. Wo brennbare Gase oder Dämpfe vorhanden sein können, müssen Ingenieure die erforderliche Klasse, Division, Gruppe und den Temperaturcode bestätigen.
DCL explosionsgeschützte elektrische Stellglieder verfügen über Zulassungen wie Klasse I, Division 1, Gruppen C und D, T5/T6 sowie Klasse I, Zone 1, AEx db IIC T5/T6 Gb. Die Serie hat eine Schutzart IP68 und einen angegebenen Umgebungstemperaturbereich von -25 °C bis +55 °C.
Für externe Versorgungssysteme in bestätigten nicht explosionsgefährdeten Bereichen kann ein wetterfestes elektrisches Stellglied geeignet sein. Die DCL-Wetterfest-Reihe ist standardmäßig mit IP67 bewertet, mit IP68 als Option erhältlich. Eine IP-Schutzart ersetzt keine Zulassung für explosionsgefährdete Bereiche.
Absperrventile erfordern in der Regel eine Ein/Aus-Steuerung. Ventile zur Regelung von Durchfluss, Druck oder Temperatur können ein modulierendes Stellglied mit analoger Positionsregelung erfordern.
DCL-Modulationskonfigurationen akzeptieren 4–20 mA, 1–5 VDC oder 2–10 VDC Eingangssignale und liefern 4–20 mA Positionsrückmeldung. Modbus-Kommunikation, Überdrehmomentschutz und Anti-Kondensationsheizungen sind bei ausgewählten Konfigurationen erhältlich und sollten bei der Modellauswahl spezifiziert werden.
Die DCL-Explosionsschutz-Reihe bietet ein Standard-Ausgangsdrehmoment von 50 bis 3000 Nm für Vierteldrehventile in explosionsgefährdeten Bereichen. Die wetterfeste Reihe deckt ein Standard-Ausgangsdrehmoment von 16 bis 3000 Nm für externe Rohrleitungen und Hilfsprozesssysteme in nicht explosionsgefährdeten Bereichen ab.
Ein praktischer Auswahlprozess sollte die Bereichsklassifizierung, das maximale Ventil-Drehmoment, die Auslegungsreserve, die Betriebszeit, die Stromversorgung, das Steuersignal und optionale Schutzfunktionen bestätigen. Der Überdrehmomentschutz ist am effektivsten, wenn er mit der richtigen Stellglied-Auslegung, geeigneter Ventilwartung und einer definierten Reaktion auf Drehmoment-Auslösungen kombiniert wird.