Ventilblockaden und übermäßige Betriebsdrehmomente sind wichtige Überlegungen in der chemischen Prozessautomatisierung. Kugelhähne, Absperrklappen und andere Vierteldrehventile können aufgrund von Verunreinigungen, mechanischen Bedingungen, Druckschwankungen oder Änderungen im Inneren des Ventils nach langer Betriebszeit Änderungen des Betriebswiderstands erfahren.
Wenn ein elektrischer Stellantrieb ohne Berücksichtigung des tatsächlichen Ventildrehmoments ausgewählt wird, können anormale mechanische Belastungen sowohl das Ventil als auch den Antriebsmechanismus beeinträchtigen. Aus diesem Grund sollten die Auslegung des Drehmoments von elektrischen Stellantrieben und der Überdrehschutz gemeinsam bewertet werden, wenn Stellantriebe für chemische Prozesssysteme ausgewählt werden.
Warum die Ventilgröße allein nicht ausreicht für die Auswahl des Stellantriebs
Der Nennventil-Durchmesser ist als erste Referenz nützlich, bestimmt aber nicht direkt das erforderliche Stellantriebsdrehmoment.
Laut der DCL-Produktdokumentation können Ventile desselben Typs und derselben Nennweite aufgrund von Fertigungstechnologie, Ventilmaterial, Prozessmedium, Standortbedingungen und Druckschwankungen unterschiedliche Betriebsdrehmomente aufweisen. Die Dokumentation empfiehlt daher, den Stellantrieb anhand der vom Ventilhersteller gelieferten tatsächlichen Drehmomentdaten auszuwählen und einen ungefähren Drehmoment-Zuschlagsfaktor von 1,1–1,3.
Für Kugelhähne und Absperrklappen in der chemischen Industrie bietet diese drehmomentbasierte Auslegungsmethode eine nützlichere technische Grundlage als die Auswahl eines Stellantriebs nur nach DN-Größe.
Welche Drehmomentparameter sollten überprüft werden?
Ein praktischer Auswahlprozess sollte Folgendes berücksichtigen:
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normales Ventildrehmoment;
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Anlauf- oder Startdrehmoment;
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Prozessdruck und -medium;
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Nenn- und Maximaldrehmoment des Stellantriebs;
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die Notwendigkeit eines Überdrehschutzes.
Die explosionsgeschützte elektrische Stellantriebsreihe von DCL umfasst Modelle von DCL-Ex05 bis DCL-Ex300 mit einem Standard-Ausgangsdrehmoment von ca. 50 Nm bis 3000 Nm. Der DCL-Ex300 liefert ein Standard-Ausgangsdrehmoment von 3000 Nm und ein spezifiziertes Maximaldrehmoment von 3900 Nm.
Diese Bandbreite ermöglicht die Auswahl des Stellantriebs basierend auf den tatsächlichen Ventildrehmomentanforderungen und nicht auf einer einzelnen Standardgröße.
Wie geht der Überdrehschutz mit Ventilblockaden um?
Chemische Rohrleitungen können Medien mit Verunreinigungen oder Fremdkörpern enthalten. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann dies den Ventilwiderstand erhöhen oder dazu führen, dass ein Ventil blockiert.
Die DCL-Dokumentation beschreibt eine optionale Überdrehschutzfunktion. Wenn der Ventilwiderstand dazu führt, dass das Ausgangsdrehmoment des Stellantriebs einen voreingestellten kritischen Wert erreicht, kann der Drehmomentschalter den Antriebskreis unterbrechen, um das Risiko einer anhaltenden abnormalen Belastung des Ventils und des Stellantriebs zu verringern.
Diese Funktion kann daher für Anwendungen in Betracht gezogen werden, bei denen Ventilblockaden oder unerwartete Drehmomenterhöhungen Teil der Risikobewertung des Betriebs sind.
Der Überdrehschutz sollte jedoch nicht die korrekte Auslegung des Stellantriebs ersetzen. Ein unterdimensionierter Stellantrieb kann wiederholt seine Schutzschwelle erreichen, während ein Stellantrieb mit unnötig hohem Drehmoment das Ventil unter abnormalen Bedingungen übermäßig mechanisch belasten kann.
Anforderungen für explosionsgefährdete Bereiche müssen gleichzeitig überprüft werden
Das Drehmoment ist nur ein Teil der Stellantriebsauswahl in einer Chemieanlage. Die Klassifizierung von explosionsgefährdeten Bereichen kann ebenso wichtig sein.
Die Dokumentation der explosionsgeschützten elektrischen Stellantriebe von DCL listet ATEX/IECEx-Schutzarten auf, einschließlich Ex db h IIC T4 Gb. Unter dem CSA-System umfassen die Klassifizierungen Klasse I, Division 1, Gruppen C und D T5/T6 und Klasse I, Zone 1, AEx db IIC T5/T6 Gb. Die explosionsgeschützte Serie ist mit einem IP68-Gehäuse und einem Umgebungstemperaturbereich von -25 °C bis +55 °C.
Ingenieure sollten daher die Klassifizierung von explosionsgefährdeten Bereichen, den Zertifizierungsumfang, das Drehmoment, den Gehäuseschutz und die Umgebungsbedingungen gemeinsam überprüfen.
Regelnde Anwendungen erfordern ebenfalls Regelungsleistung
Chemische Prozesse, die Durchfluss, Druck, Temperatur oder Flüssigkeitsstand regeln, erfordern möglicherweise eine proportionale Ventilpositionierung anstelle einer einfachen Ein-/Aus-Steuerung.
Die explosionsgeschützten Regelungs-Stellantriebe vom Typ DCL Typ E/GEY akzeptieren 4–20 mA DC, 1–5 V DC oder 2–10 V DC Eingangssignale und liefern eine 4–20 mA DC Positionsrückmeldung. Der dokumentierte Grundfehler beträgt nicht mehr als ±1%, während der Wiederholfehler nicht mehr als 1%.
Diese Werte liefern messbare Kriterien bei der Bewertung eines Stellantriebs für eine Prozessregelkreis.
Wählen Sie den Stellantrieb anhand der vollständigen Betriebsbedingungen aus
Die Auswahl elektrischer Stellantriebe für chemische Ventile sollte über die einfache Frage hinausgehen: „Wie viel Drehmoment wird benötigt?“
Eine vollständigere Sequenz ist: tatsächliches Ventildrehmoment → Drehmomentzuschlag → Blockierungsrisiko → Überdrehschutz → Klassifizierung explosionsgefährdeter Bereiche → Strom- und Steuersignale → Umgebungsbedingungen.
Die explosionsgeschützte Baureihe von DCL kombiniert 50–3000 Nm Standard-Ausgangsdrehmoment, IP68-Schutz, optionalen Überdrehschutz und 4–20 mA Regelungsoptionen. Diese Spezifikationen ermöglichen die Auswahl basierend auf messbaren Betriebsanforderungen und nicht auf allgemeinen Aussagen zur Leistung oder Zuverlässigkeit.