DE102015012301A1

DE102015012301A1 - Kanalsystem für eine Leitungskomponente einer prozesstechnischen Anlage, System zum Detektieren einer Prozessmediumsleckage und Leitungskomponente der prozesstechnischen Anlage

Info

Publication number: DE102015012301A1
Application number: DE102015012301.7A
Authority: DE
Inventors: Marcus Miertz
Original assignee: Pfeiffer Chemie Armaturenbau GmbH
Current assignee: Pfeiffer Chemie Armaturenbau GmbH
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-09-24
Also published as: EP3353519A1; WO2017050448A1; DE102015012301B4

Abstract

Kanalsystem, insbesondere zur Leckagedetektion und/oder zum Aufbau einer Sperrgasschicht, für eine Leitungskomponente, wie ein Leitungsrohr, ein Stellventil, einen Kugelhahn, eine Drosselklappe, ein Linear- oder Schwenkventil, eine Molcheinheit oder dergleichen, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere zum Verarbeiten korrosionsträchtiger Medien, wie flüssiges Chlorgas, ein kryogenes Medium, etc., wobei das Kanalsystem zwischen einer die Prozessströmung des Prozessmediums im Wesentlichen leitenden Innenseite der Leitungskomponente und einem die Innenseite auskleidenden Liner, insbesondere einer Kunststoffauskleidung, auszubilden ist und sich ausgehend oder zumindest über eine schadensanfällige Stelle des Liners derart zu wenigstens einem Detektionsauslass der Leitungskomponente und/oder einem von der Außenseite der Leitungskomponente zugänglichen wenigstens einen Detektionshohlraum innerhalb der Leitungskomponente erstreckt, dass eine stetige, fluidale Verbindung von der schadensanfälligen Stelle über das Kanalsystem hin zu dem wenigstens einen Detektionsauslass und/oder dem wenigstens einen Detektionshohlraum gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kanalsystem, insbesondere zum Detektieren einer Prozessmediumsleckage zwischen einer Leitungskomponente und einem die Innenseite der Leitungskomponente auskleidenden Liner, wie einer Kunststoffauskleidung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zum Detektieren der Prozessmediumsleckage, die sich zwischen dem Liner und der Ventilkomponente aufgrund einer Beschädigung des Liners ergeben kann. Zudem betrifft die Erfindung eine Leitungskomponente als solche, die das erfindungsgemäße Kanalsystem und/oder das erfindungsgemäße Detektionssystem umfasst.
Eine Schutzauskleidung, wie der Liner, ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster GM 77 07 794 bekannt. Der Liner bildet sich durch eine plattenartige Kunststofflage aus Polytetrafluorethylen (PTFE), mit dem Ziel, dass das Gehäuse der Leitungskomponente bildende Material, häufig Metall, nicht in den unmittelbaren Kontakt mit den meist korrosionsträchtigen Prozessmedien, wie flüssiges Chlorgas, kryogene Medien, etc., kommt. In dem Gebrauchsmuster ist die Leitungskomponente beispielsweise ein Kugelhahn, wobei auch andere Leitungskomponenten, wie Leitungen an sich, Ventile, Drosseln, Linear- oder Schwenkventile, Molcheinheiten oder dergleichen, mit einer Schutzauskleidung versehen werden können. In den letzten Jahren wurde die Schutzauskleidung auch im Hinblick auf das zu verwendende Material weiterentwickelt, wobei nun thermoplastische Kunststoffe, wie PFA, vollflächig die prozessfluidführende Leitungsinnenseite auskleiden sollen.
Es sind technische Entwicklungen bekannt, bei denen die Korrosionsbeständigkeit von Leitungskomponenten dadurch verbessert wird, indem hochwertige Materialien, wie Metalllegierungen, eingesetzt werden. Es ist allerdings noch nicht gelungen, ein wirtschaftlich tragbares Fertigungsverfahren solcher korrosionsbeständiger Leitungskomponenten bereitzustellen. Die Erfinder fanden heraus, dass bei Leitungskomponenten mit Schutzauskleidung sich Prozessmedium im Übergangsbereich zwischen der Außenseite der Schutzauskleidung und der prozessleitenden Innenseite der Leitungskomponente sammeln kann. Es zeigte sich, dass einige Prozessmedien, insbesondere in Gasform, die Fähigkeit haben, durch die Kunststoff-Schutzauskleidung hindurch zu permieren/diffundieren, so dass sich im Zwischenbereich der Schutzkleidung und der Ventilkomponente Prozessmedium ansammelt. Es stellte sich heraus, dass aufgrund des niedrigen Konzentrationsgefälles, der niedrigen Permeations/Diffusionsgeschwindigkeit an dem Zwischenbereich keine schweren kurzfristigen Korrosionsschäden auftreten können, allerdings zeigte sich, dass langfristig durchaus Leitungskomponenten durchaus stärker in Mitleidenschaft gezogen werden. Ein besonders starker Korrosionsschaden entsteht vor allem dann, wenn die Schutzauskleidung aufgrund des Betriebs der prozesstechnischen Anlage beschädigt sein sollte. Besonders schadensanfällige Stellen der Schutzauskleidung sind Querschnittsverjüngungen innerhalb der Leitungskomponente. Es zeigte sich, dass nicht selten aufgrund von Montagearbeiten Werkzeugmaterialen, wie Schrauben, Mutter, etc., innerhalb der Leitungskomponente vergessen werden, welche von der Prozessmediumsströmung mitgerissen werden und gegen die Schutzauskleidung prallen, wo sich Risse sowie kleine Öffnungen bilden, durch die hindurch ein unmittelbarer Zugriff des Prozessmediums auf die Innenseite der insbesondere metallischen Leitungskomponente verursacht ist. Aufgrund des dann ständigen Austausches von Prozessmedien an der Leitungskomponente über die Schadensstelle, bewirkt ein starkes Konzentrationsgefälle schwere Korrosionsschäden, die im schlimmsten Fall zum Durchbruch der ausgebildeten Leitungskomponente fuhren können. Spätestens dies führt dann zu einer sofortigen Wartung und Abschaltung der prozesstechnischen Anlage.
Aus DE 101 14 558 A1 ist ein Kugelhahn mit einem mit Kunststoff ausgekleideten Kugelhahneinsatz bekannt. In einem Gehäuseteil des Kugelhahns ist eine Bohrung für einen Kontrollanschluss zum Zwecke der Dichtigkeit an einer Schaltwellenverlängerung zur Atmosphäre hin vorgesehen. DE 20 2008 011 406 U1 offenbart ein Kugelventil, dessen Gehäuse mit einer Auskleidung aus Kunststoff belegt ist. Zur Befestigung der Auskleidung sind Eingriffsnuten vorgesehen, die umlaufend in der Wandung des Kugelventilgehäuses ausgebildet sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere die Ausfallrückständigkeit von einer Leitungskomponente, wie ein Stellventil, ein Kugelhahn, ein Linear- oder Schwenkventil, eine Molcheinheit, etc. in Hinblick auf die durch das Prozessmedium verursachten Korrosionsschäden zu reduzieren, insbesondere Korrosionsschäden bereits vor deren Entstehung zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Danach ist ein Kanalsystem, insbesondere zur Leckagedetektion und/oder zum Aufbau einer Sperrgasschicht, für eine Leitungskomponente, wie ein Leitungsrohr, ein Stellventil, beispielsweise eine Schmetterlingsklappe, einen Kugelhahn, eine Drosselklappe, ein Linear- oder Schwenkventil, eine Molcheinheit oder dergleichen, einer prozesstechnischen Anlage, wie einer petrochemischen Anlage oder einer Lebensmittelanlage, wie einer Brauerei, vorgesehen. Der besondere Einsatz der Erfindung betrifft prozesstechnische Anlagen, bei denen korrosionsträchtige Medien, wie flüssiges Chlorgas, kryogene Medien, etc. verarbeitet werden. Das erfindungsgemäße Kanalsystem soll zwischen einer die Prozessströmung des Prozessmediums im Wesentlichen leitenden Innenseite der Leitungskomponente und einem die Innenseite auskleidenden Liner, wie einer Schutzauskleidung, insbesondere aus Kunststoff, wie PTFE, ausgebildet sein. Die Innenseite der Leitungskomponente ist meistens durch das Gehäuse der Leitungskomponente gebildet, die häufig aus Kostengründen aus Metall, wie Gussmetall, gebildet ist. Der Liner dient dazu, die Gehäuseinnenseite vor den aggressiven Prozessmedien zu schützen. Insofern sind die Innenflächen der Leitungskomponente mit der Auskleidung zu versehen, die aufgrund der Strömungsverhältnisse innerhalb der Leitungskomponente mit dem Prozessmedium verletzt werden können.
Das erfindungsgemäße Kanalsystem ist so in dem Zwischenbereich zwischen dem Liner und der Leitungskomponente auszubilden, dass es sich ausgehend oder zumindest über eine vorbestimmte, schadensanfällige Stelle des Liners derart zu wenigstens einem Detektierauslass der Leitungskomponente, insbesondere durch die Gehäusestruktur der Leitungskomponente hindurch, und/oder hin zu einem abgeschlossenen oder abschließbaren Detektierhohlraum der Leitungskomponente erstreckt, so dass eine stetige, ununterbrochene fluidale Verbindung von der vorbestimmten schadenanfälligen Stelle über das Kanalsystem hin zu dem wenigstens einen Detektierauslass und/oder zu dem wenigstens einen Detektierhohlraum gebildet ist. Erreicht das Prozessmedium den Zwischenbereich zwischen dem Liner und der Innenseite der Leitungskomponente, so gelangt das Leckageprozessmedium in das Kanalsystem, entlang dem es hin zu dem zugeordneten Auslass und/oder zu dem zugeordneten Detektierhohlraum abströmen kann. Versuche zeigten, dass eine Differenzdrucksituation stets längs des Kanalsystems besteht, so dass an sich keine zusätzlichen Unterdruckverhältnisse im Bereich des Detektierauslasses oder des Detektierhohlraums notwendig sind, um ein Abziehen des Leckageprozessmediums zu veranlassen. Mit der Erfindung konnten bereits geringfügige Beschädigungen an dem Liner in einem frühen Stadium detektiert werden, weil das Kanalsystem dazu dient, an nur einer einzigen Stelle eine Detektiereinrichtung vorzusehen, die aufgrund der Erstreckung des Kanalsystems längs der gesamten Kontaktfläche zwischen dem Liner und der Innenseite der Komponente den Zwischenbereich detektieren kann. Je nach Erstreckung des Kanalsystems kann die Schadenstelle auf einen eingeschränkten Bereich der Leitungskomponente reduziert werden. Je nach Ausbildung von verschiedenen Detektierauslässen oder Detektierhohlräumen mit entsprechenden Detektiereinrichtungen kann der Schadensort immer stärker eingeschränkt werden.
Häufig ist es ausreichend, für jede einzelne Leitungskomponente lediglich einen Detektierauslass oder einen Detektierhohlraum bereitzustellen, da auf diese Weise eine Wartung derjenigen Leitungskomponente möglich ist. Da bereits geringe Konzentrationsänderungen detektiert werden können, die aufgrund des Kanalsystems zur Detektionseinrichtung gelangen, muss bei einer entsprechenden Konzentrationserhöhung nicht sofort mit einem Versagen der Leitungskomponente gerechnet werden, sondern unter Umständen sind kleine Wartungsmaßnahmen ausreichend, um kleine Leckageöffnungen in dem Liner auszubessern.
Es sei klar, dass das Kanalsystem insbesondere an den Stellen anzuordnen ist, an denen erfahrungsgemäß die Wahrscheinlichkeit am größten ist, dass der Liner beschädigt wird. Insbesondere an solchen schadenanfälligen Stellen kann die Konzentration von der Kanalwegdichte erhöht werden, so dass als allgemeine Regel vorgeschlagen wird, an jedem Punkt einer Kanalstrecke einen Mindestabstand zu einer benachbarten Kanalstrecke nicht 1 cm, 2 cm, 3 cm oder 5 cm oder 10 cm werden zu lassen, je nach Dimensionierung der entsprechenden Leitungskomponente.
Das Kanalsystem hat eine stetige fluidale Verbindung zu der Detektierstelle, nämlich dem Detektierauslass oder dem Detektierhohlraum bereitszustellen, so dass der Kanalweg möglichst ununterbrochen auszubilden ist. Vorteilhafterweise ist der Kanalweg längs einer Erstreckung mit einem konstanten Querschnitt zu bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Kanalsystem wenigstens einen Kanalstamm, der in den wenigstens einen Auslass und/oder in den wenigstens einen Detektierhohlraum mündet. Der Kanalstamm kann einen größeren Kanalquerschnitt aufweisen, als die möglicherweise an dem Kanalstamm anschließenden Kanalabzweigungen mit Kanalästen, die sich peripher zur flächigen Detektierung des Zwischenbereichs zwischen Liner und Leitungskomponente auffächern können. Auf diese Weise ist eine großflächige Detektion des Zwischenbereichs realisierbar. Vorzugsweise hat der wenigstens eine Kanalstamm wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Verzweigungen von der wenigstens einen Verzweigung, insbesondere von den mehreren Verzweigungen, wobei sich zwei oder mehrere Kanaläste weg verlaufen können, so dass eine von dem Detektierauslass und/oder dem Detektierhohlraum distale periphere Aststruktur gebildet wird, die eine großflächige Detektion zulässt. Der Kanalstamm kann eine in Umfangsrichtung oder in Axialrichtung der Leitungskomponente geradlinige Erstreckung aufweisen, wobei klar ist, dass der Kanalstamm auch gekrümmt sein kann, wenn die notwendige Leitung des Kanalsystems hin zu einer besonderen schadenanfälligen Stelle es erforderlich macht.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind mehrere Detektierauslässe und/oder Detektierhohlräume in der Leitungskomponente vorgesehen. Jedem Detektierauslass und/oder jedem Detektierhohlraum ist ein Stammkanal des Kanalsystems zugeordnet, um eine Kurzschlussfunktion beim Abziehen des Leckageprozessmediums zu vermeiden. Es kann von Vorteil sein, dass bei einer Vielastverzweigung von einem Kanalstamm eine Kanalbrücke zu einem anderen Kanalstamm von Vorteil ist, um einen kürzeren Abzugsweg hin zu einem separaten Detektierauslass und/oder Detektierhohlraum zu ermöglichen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung münden bei mehreren Kanalstämmen, von denen sich vorzugsweise mehrere Kanaläste abzweigen, in ein und denselben Detektierauslass und/oder Detektierhohlraum. Alternativ oder zusätzlich kann der Kanalstamm und gegebenenfalls Kanaläste in einer jeweiligen Kanalsackgasse enden, wobei jedes sackgassenartige Kanalende mit einer Drucksenke am Detektierauslass und/oder Detektierhohlraum gekoppelt ist, um sicherzustellen, dass auch an dem Sackgassenkanalende eintretendes Prozessmedium abgeleitet werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat das erfindungsgemäße Kanalsystem mehrere mit dem wenigstens einen Detektierauslass und/oder Detektierhohlraum in fluidaler Verbindung stehenden, sackgassenartigen, peripheren Kanalenden, von denen alle einem Detektierauslass und/oder Detektierhohlraum fluidal zugeordnet sind. Dabei kann ein Kanalende oder mehrere Kanalenden zwei oder mehreren Detektionsauslässen und/oder Detektierhohlräumen fluidal zugeordnet sein.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Kanalsystem insbesondere ausschließlich an der Innenseite der Leitungskomponente, vorzugsweise an der Gehäuseinnenseite der Leitungskomponente, und/oder insbesondere ausschließlich an der der Innenseite zugewandten Außenseite des Liners in Rillenform ausgebildet. Die Rillenform erleichtert das Eintreten des Prozessmediums in das Kanalsystem, sobald es den Zwischenbereich zwischen dem Liner und der Leitungskomponente erreicht hat. Dabei bildet sie jeweils gegenüberliegende Begrenzungsflächen des Liners bzw. der Leitungskomponente, um ein kanalartiges Verschließen des Kanalsystems zu ermöglichen, wobei sich fertigungsbedingt stets Lücken auftun, entlang denen das Leckageprozessmedium fließt und die rillenartige Kanalstruktur erreichen kann. Vorzugsweise ist das rillenförmige Kanalsystem leitungskomponentenseitig oder linerseitig offen, insbesondere längs der gesamten Erstreckung des Kanalsystems.
Auf diese Weise kann das Leckageprozessmedium, das sich in dem Zwischenbereich sammelt, in das Kanalsystem eindringen und hin zur Drucksenke abgeleitet werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Kanalsystem dazu ausgelegt, insbesondere derart dimensioniert, dass eine Druckdifferenz längs der gesamten Kanalwegstrecke, von den peripheren Kanalenden bis hin zu der Detektierstelle, also der Drucksenke, die durch den wenigstens einen Detektierauslass und/oder durch den wenigstens einen Detektierhohlraum gebildet ist, erreicht wird.
Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung kann das Kanalsystem zumindest abschnittsweise im Querschnitt vollständig umlaufend geschlossen innerhalb der Bauelemente, des Liners und/oder der die Innenseite der Leitungskomponente bildenden Wandung, ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise notwendig sein, um Abkürzungen zu besonderen anderen Kanalabschnitten zu bilden, um den Weg hin zu einer Detektionsstelle zu verkürzen. Vorzugsweise ist allerdings das Kanalsystem, wie oben beschrieben ist, größtenteils rillen- oder nutförmig, d. h. mit einer hin zum gegenüberliegenden Bauelement offenen Seite.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat das Kanalsystem insbesondere im Bereich des wenigstens einen Detektierauslasses und/oder des wenigstens einen Detektierhohlraums eine Einrichtung zum Detektieren von Prozessmedium, insbesondere eine Prozessmediumskonzentrationssensiereinrichtung. Dabei kann eine besondere Prozessmediumsensorik eingesetzt werden, welche die Konzentration des Prozessmediums absolut, die Änderung der Prozessmediumskonzentration im Laufe der Zeit bestimmen kann. Vorzugsweise hat die Detektionseinrichtung einen Sensor und/oder zumindest einen Signalausgang, über den ein Detektionssignal, wie ein eine Konzentrationsgrenze überschneidendes Notsignal, insbesondere an eine Steuerungselektronik der prozesstechnischen Anlage, insbesondere einem Stellungsregler oder einem anderen Empfänger, abgebbar ist. Die Steuerelektronik kann auch Teil des Kanalsystems, insbesondere Prozessmediumsensorik, sein.
Die Detektiereinrichtung kann insbesondere mit einem Mikroprozessor ausgestattet sein, der insbesondere ständig, taktweise oder bei manuellem Abruf eine Prozessmediumskonzentrationsüberwachung durchführt. Der Mikroprozessor kann mit einem Speicher verbunden sein, der einerseits die erfassten Daten abspeichert, andererseits extern empfangene Solldaten aufnehmen kann. Insbesondere soll der Datenspeicher Konzentrationsschwellen speichern, bei deren Überschreitung, welcher Vergleich durch den Mikroprozessor durchgeführt wird, ein Notsignal ausgegeben werden soll.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Detektionseinrichtung durch einen Behälter gebildet, der vorzugsweise durchsichtig ist oder zumindest ein durchsichtiges Sichtfenster aufweist. Der Behälter ist fluiddicht an dem wenigstens einen Detektierauslass angebracht und vorzugsweise mit einem Signalfluid, wie Ammoniak, gefüllt. Das Signalfluid kann dazu ausgelegt sein, seine Farbe und/oder seinen Kontrast zu verändern, wenn es in Kontakt mit dem Prozessmedium gelangt oder die Prozessmediumskonzentration innerhalb des Behälters eine insbesondere vorgegebene Konzentrationsschwelle überschreitet.
Das erfindungsgemäße Kanalsystem kann insbesondere dazu ausgelegt sein, an eine Sperrgasquelle angeschlossen zu werden, wobei vorzugsweise als Anschlusspunkt der wenigstens eine Detektierauslass herangezogen werden kann. Die Sperrgasquelle kann beispielsweise durch einen elektrisch arbeitenden Sperrgaserzeuger realisiert sein, der ein Freigabeventil umfasst, das insbesondere durch eine leitungsindividuelle Elektronikkomponente ansteuerbar ist. Der Sperrgaserzeuger kann dazu ausgelegt sein, in das Kanalsystem ein Sperrgas, wie ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, einzuleiten, um zwischen der Innenseite der Leitungskomponente und der Außenseite des Liners eine Sperrgasschicht zu bilden. Die Sperrgasschicht kann sich vollflächig und ununterbrochen auch zwischen den Kanalsystemen ausbilden und ist nur dort insbesondere punkt- und linienweise unterbrochen, wo der Liner an der Leitungskomponente anliegt. Das eingeleitete Sperrgas dient vor allem dazu, eine Leckage- oder Schadenstelle in dem Liner abzudichten. Die Sperrgasbarriere verhindert, dass Prozessmedium über die Leckage- oder Schadenstelle hinaus wandert. Sollte das Sperrgas bei einem unbeschädigten Liner immer einen konstanten Druck oder Strömungsverhalten aufweisen, kann über eine Druckveränderung bzw. über verändertes Strömungsverhalten eine Leckage ebenfalls detektiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Dimensionierung des Kanalsystems, insbesondere der einzelnen Kanalstränge, im Wesentlichen längs des gesamten Kanalsystems konstant. Vorzugsweise ist eine Kanalbreite von wenigstens 1 mm, vorzugsweise wenigstens 2 mm, vorgesehen. Eine Mindesttiefe für die Kanalstränge kann wenigstens 0,4 mm, 0,5 mm oder 1 mm und höchstens 5 mm sein.
Vorzugsweise ist ein Kanalsystem, insbesondere sind Kanalwege des Kanalsystems dort insbesondere dichter angeordnet, wo der Liner insbesondere konstruktionsbedingt geschwächt ausgeführt ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Detektierauslass derart angeordnet, dass er von der Innenseite zur Außenseite der Leitungskomponente, insbesondere in den verschließbaren Detektionshohlraum gelangt, der beispielsweise zum Aufnehmen einer Ventilpackung dient.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine schadenträchtige Stelle des Liners durch eine Durchströmungsquerschnittsverjüngung der Leitungskomponente, wie einem Vorsprung, einem Absatz, eine Stufe, gebildet. Das Kanalsystem kann derart verzweigt und aufgefächert sein, dass eine hohe Dichte sichergestellt wird, die derart bestimmt ist, dass an jeder Kanalstelle ein benachbarter Kanalweg in einem Mindestabstand von weniger als 1 cm, 2 cm, 3 cm, 5 cm und 10 cm liegt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Leitungskomponente, wie ein Leitungsrohr, ein Stellventil, einen Kugelhahn, eine Drosselklappe, ein Linear- oder Schwenkventil, eine Molcheinheit oder dergleichen, einer prozesstechnischen Anlage, wie einer petrochemischen Prozessanlage, einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, wie einer Brauerei oder dergleichen. Die prozesstechnische Anlage kann insbesondere flüssiges Chlorgas oder kryogenes Medium verarbeiten. Die Leitungskomponente hat eine einem Prozessmedium zugewandte Innenseite und einem die Innenseite auskleidenden Liner, wie eine Schutzauskleidung, und ein erfindungsgemäßes Kanalsystem, das insbesondere an der Innenseite der Leitungskomponente und/oder an der Außenseite des Liners ausgebildet ist.
Schließlich betrifft die Erfindung ein System zum Detektieren eines Leckageprozessmediums zwischen einer Innenseite einer insbesondere oben genannten erfindungsgemäßen Leitungskomponente und einem die Innenseite der Leitungskomponente auskleidenden Liner, wie einer Schutzauskleidung. Das Detektiersystem umfasst ein erfindungsgemäßes Kanalsystem sowie eine Prozessmediumsdetektiereinrichtung, wie an dem wenigstens einen Detektierauslass und/oder an dem wenigstens einen Detektierhohlraum angeordnet ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Leitungskomponente in Form eines Schmetterlingventils geschlossener Ventilklappe;
2 eine Querschnittsansicht der Leitungskomponente entlang der Schnittlinie II-II nach 1;
3 eine Detailquerschnittsansicht der Leitungskomponente entlang der Schnittlinie X-X in einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Kanalsystems;
4 eine Detailansicht entsprechend 3 in einer zweiten Ausführung;
5 eine Detailquerschnittsansicht gemäß 3 und 4 in einer dritten Ausführung und
6 eine vergrößerte Querschnittsansicht gemäß 2 mit einem Detektionssystem gemäß der Erfindung.
In 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Leitungskomponente im Detail dargestellt und als Ventil mit Drosselklappe ausgebildet. Es sei klar, dass diese Ventilkomponente nur ein Beispiel darstellt, und andere Leitungskomponenten, wie Stellventil, Leitungsrohre, etc., den Gegenstand der Erfindung aufnehmen können.
Das Ventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 3, das einen verstärkten Lagerabschnitt 5 zum Lagern der Drosselklappenwelle 7 aufweist, über den die Klappe 11 betätigbar ist. Zur Bildung der Lagerung ist eine Führungsbuchse 13 vorgesehen, an die in axialer Richtung ein Hohlraum 15 anschließt, in dem eine Ventilpackung in Form von Dichtungsmanschetten 17 angeordnet ist. Tellerfedern 21 beaufschlagen die Ventilpackung in axialer Richtung.
Der Sitz für die Ventilpackung ist teilweise von einer Schutzauskleidung 23 aus PTFE gebildet, wobei sich die Schutzauskleidung 23 auch um innenseitige Abschnitte des Ventilgehäuses 5 erstreckt. Die Schutzauskleidung 23 dient dazu, die Innenseite, welche mit dem nicht dargestellten Prozessmedium beaufschlagt werden würde, und/oder freiliegende Flächen vor dem Prozessmedium zu schützen. Insofern umgibt die Schutzauskleidung 23 formangepasst (bei 25) die Innenseite des Gehäuses der Leitungskomponente.
Es zeigte sich, dass das Prozessmedium insbesondere an der Schutzauskleidung 23 abschnittsweise den Aggregatszustand ändert und gasförmig werden kann, wodurch eine Diffusion und Permeation durch die Auskleidung 23 hindurch hin zur Innenseite des häufig aus Metall gebildeten Gehäuses 3 der Leitungskomponenten einhergeht.
Bei dem Erfindungsgegenstand geht es darum, dass sich im Zwischenbereich 31 zwischen der Innenseite 33 des Gehäuses 3 der Leitungskomponente und der Schutzauskleidung 23 sammelnde Prozessmedium zu detektieren und dadurch frühzeitig eine zu hohe Konzentration von Prozessmedium in dem Übergangsbereich zu erfassen. Auf diese Weise kann ein Korrosionsstadium bereits frühzeitig entdeckt werden und entsprechende Wartungsarbeiten geringen Aufwands können vorgenommen werden.
Um die Konstellation von Prozessmedium in dem Zwischenbereich 31 zu detektieren, ist ein erfindungsgemäßes Kanalsystem 41 vorgesehen, das nutartig oder rillenförmig an der Innenseite des Gehäuseabschnitts 3 in die Leitungskomponente eingearbeitet ist. Das Kanalsystem ist in 3 mit zwei Kanalverläufen 43 dargestellt, die sich schraubenförmig zur Axialrichtung A umlaufen, so dass ein Kanalzug in der Ausbildung gemäß 3 gebildet ist. Es sei klar, dass die beiden Kanalzüge 43 auch separat sind und in einen gemeinsamen oder getrennten Hohlraum (beispielsweise 15) münden können, wo eine Detektiereinrichtung angeordnet sein kann. Diese wird später anhand 6 erläutert.
Das in 3 dargestellte Kanalsystem mit einem einzigen Kanallauf, der sich schraubenförmig entlang der Innenseite der Leitungskomponente erstreckt, hat eine Tiefe T von 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise 3 mm, und eine Axialbreite b von 0,5 mm bis 2 mm, vorzugsweise 1 mm.
Das Kanalsystem 41 erstreckt sich, wie oben angegeben, zu dem Hohlraum 15, in dem beispielsweise eine elektrische Detektionseinrichtung angeordnet ist, die die Konzentration in dem über dem Kanalsystem 41 ankommenden Fluid misst und gegebenenfalls weitergibt.
Anstatt und/oder zusätzlich zu dem Hohlraum 15 kann ein Auslass in dem Gehäuse 3 angeordnet sein, so dass eine Detektionseinrichtung auch außerhalb der Leitungskomponente angeordnet sein kann.
Der Hohlraum 15 hat den Vorteil, dass eine eigene Abdichtung im Hinblick auf das Vermeiden von dem Austreten eines Prozessmediums außerhalb des Gehäuses 3 der Leitungskomponente verhindert wird.
Wie in 3 ersichtlich ist, ist das Kanalsystem 41 insbesondere an einer geschwächten Position, insbesondere konkav-gekrümmten Abschnitt der Schutzauskleidung 23 angeordnet, welche konstruktionsbedingt ist. Es ist insbesondere bei der Auswahl der Positionierung der Kanäle 43 des Kanalsystems 41 von Vorteil, diese dort anzuordnen, in der eine hohe Schadenanfälligkeit der Schutzauskleidung 23 besteht. Die Schadenanfälligkeit kann insbesondere dort ausgelegt sein, wo die Schutzauskleidung besonders dünnwandig ausgebildet ist, und diese Dünnwandigkeit konstruktionsbedingt ist. Auch radial vorstehende Vorsprünge innerhalb des prozessmediumführenden Leitungskanals der Leitungskomponente können ein Ort sein, an dem ein Leitungssystem, insbesondere in einer nicht dargestellten Verzweigung, notwendig ist, um so großflächige Bereiche des Übergangsbereichs zwischen der Schutzauskleidung und der Innenseite des Gehäuses der Leitungskomponente detektierend abdecken zu können.
Es zeigte sich, dass ein Prozessmedium, das durch die Schutzauskleidung 23 hindurchtritt, und benachbart dem relaisartigen Kanalabschnitt in den Zwischenbereich austritt, längs des Zwischenbereichs hin zu dem Kanalabschnitt gezogen wird, da eine sich natürlich ergebende Druckdifferenz ausgenutzt wird. Es ist auch diese Druckdifferenz, welche das Prozessmedium, das bereits den Kanal 43 erreicht hat, hin zu der Detektionsstelle, also dem Hohlraum 15 oder dem nicht näher dargestellten Auslass transportiert wird.
Es ist dabei darauf zu achten, dass unter Umständen in dem Hohlraum 15 ein Umgehungsdruck besteht.
Eine weitere alternative Ausführung des Kanalsystems 51 wird im Hinblick auf 4 beschrieben, welche ebenfalls die Schnittansicht X-X darstellt, allerdings ein unterschiedliches Kanalsystem 51 mit enger aneinander laufenden, ebenfalls schraubenförmig zur Axialrichtung A erstreckende Kanäle 53 umfasst. Es sei klar, dass die Kanäle 53 auch eigenständige Kanäle sein können, die parallel zueinander verlaufen und in einen Kanalstamm (nicht dargestellt) münden, der sich hin zu dem Detektierhohlraum 15 oder dem Auslass erstreckt. Wie in 4 ersichtlich ist, sind die nutartigen Kanäle mit derselben Breite b, wie bei der Ausführung gemäß 3 ausgebildet, allerdings variiert die Tiefe T. Die Tiefe T kann zwischen 1 mm und 5 mm variieren oder auch konstant ausgebildet sein. Wie ersichtlich ist, gibt es vier separate Detektionsfelder 55, die sich durch eng aneinander verlaufende Kanalbereiche charakterisieren. Es zeigte sich, dass diese Kanalabschnitte besonders schadenanfällig sind, so dass hier die Konzentration der Kanaldichte erhöht ist. Auf diese Weise kann schneller detektiert werden, sollte sich gerade an den schadenanfälligen Schutzauskleidungsstellen Prozessmedium austreten, dass anschließend entlang der benachbarten Kanäle schnell zu dem Detektierhohlraum oder dem Detektierauslass gelangen kann.
Eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Kanalsystems ist in 5 dargestellt, das besonders dafür geeignet ist, großflächige Detektierbereiche zu erfassen.
Das Kanalsystem 61 gemäß 5 hat eine deutlich größere Breite von wenigstens 2 mm, vorzugsweise 5 mm bis 15 mm, insbesondere etwa 10 mm. Wie in 5 ersichtlich ist, ist der nutförmige Kanal mit einer Tiefe T von etwa 0,5 mm bis 2 mm, vorzugsweise 1 mm, gebildet, wobei der Kanalboden eben glatt ist. Das Kanalsystem 61, das in 5 mit zwei Kanälen 63 dargestellt ist, kann schraubenförmig bezüglich der Axialrichtung A verlaufen, wobei alternativ auch zwei unabhängige, parallel verlaufende Kanalabschnitte vorgesehen sein können, die in einen weiteren, noch breiteren Kanalstamm münden können.
Um ein Eindrücken der Auskleidung im Bereich der breiten Kanäle zu vermeiden, kann eine Stützplatte in die Innenseite der Gehäusestruktur eingearbeitet sein, die beispielsweise eine Lochplatte darstellt, so dass ein Zulauf des Prozessmediums in die Kanäle 63 ermöglicht ist. Die Schutzplatte dient dazu, die Schutzauskleidung abzustützen, damit sie nicht in den Kanalgang gelangt und damit ein „Verstopfen” des Kanalgangs bewirkt und andererseits hohe Zug- und Druckspannungen aufgrund der Verformung des Eindrückens vermieden werden.
Um die Stützplatte zu erfassen, kann eine stufenmäßige Aussparung vorgenommen werden, die derart dimensioniert ist, dass die Stützplatte gut eingepasst ist. Die Kanäle 63 sind als weitere Vertiefung vorgesehen, so dass eine Art stufenförmiger Vertiefungsabschnitt durch die Aufnahme der Stützplatte und der Kanalstruktur gebildet ist.
In 6 ist ein erfindungsgemäßes Detektiersystem dargestellt, bei dem in dem Gehäuse 3 insbesondere im Lagerabschnitt ein weibliches Anschlussstück 71 eingebracht ist, an dem ein nicht dargestellter Stecker anschraubbar ist. Der Stecker kann mit einer Detektiereinrichtung, die beispielsweise dazu ausgelegt ist, die Konzentration von Prozessmedium zu erfassen, verbunden sein. Auch andere Detektiereinrichtungen können an dem Anschluss 71 angebracht sein. Der Anschluss 71 gelangt über einen Kanal 73, der winklig verläuft, in den Detektierraum 15, in dem die oben genannten Kanalsystem 41, 51 münden.
Der Anschluss 71 kann auch dazu genutzt werden, eine Sperrgasquelle anzuschließen, über die Sperrgas in das Kanalsystem eingebracht werden kann. Die Sperrgasquelle kann beispielsweise durch einen Sperrgaserzeuger gebildet sein, der Sperrgas, wie ein Inertgas, wie Stickstoff, erzeugt, das ein besonderes geringes Reaktionsvermögen mit dem Prozessmedium aufweist. Das Sperrgas, das über das Kanalsystem 41, 51 und 61 in den Zwischenbereich 31 gelangt, drängt das unter Umständen permeierte/diffundierte Prozessmedium, das Gas, von dem zu schützenden Gehäuseabschnitt weg. Selbst kleine Schadensöffnungen an der Schutzauskleidung 23 werden durch das Vorsehen von einer Inertgasschicht quasi abgedichtet.
Dabei kann im Bereich des Anschlusses oder in Verbindung mit der Sperrgasquelle ein Sperrgasverbraucher vorgesehen sein, der den Verbrauch von Sperrgas bemisst. Sollte beispielsweise ein Sperrgas in die Leitungskomponente über eine Schadenöffnung eindringen, kann dies über die Detektiereinrichtung erfasst werden, so dass auch auf diese Weise eine schnelle Wartung der entsprechenden Leitungskomponente mit dem Kanalsystem einhergehen kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

1: Ventil
3: Ventilgehäuse
5: Lagerabschnitt
7: Welle
11: Klappe
15: Hohlraum
17: Dichtungsmanschetten
21: Tellerfeder
23: Schutzauskleidung
31: Zwischenbereich
33: Innenseite
41, 51, 61: Kanalsystem
43, 53, 63, 73: Kanalverlauf
55: Detektionsfeld
71: Anschlussstück
A: Axialrichtung
b: Axialbreite
T: Tiefe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 7707794 U [0002]
DE 10114558 A1 [0004]
DE 202008011406 U1 [0004]

Claims

Kanalsystem (41, 51, 61), insbesondere zur Leckagedetektion und/oder zum Aufbau einer Sperrgasschicht, für eine Leitungskomponente, wie ein Leitungsrohr, ein Stellventil, einen Kugelhahn, eine Drosselklappe, ein Linear- oder Schwenkventil, eine Molcheinheit oder dergleichen, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere zum Verarbeiten korrosionsträchtiger Medien, wie flüssiges Chlorgas, ein kryogenes Medium, etc., wobei das Kanalsystem (41, 51, 61) zwischen einer die Prozessströmung des Prozessmediums im Wesentlichen leitenden Innenseite (33) der Leitungskomponente und einem die Innenseite auskleidenden Liner, insbesondere einer Kunststoffauskleidung (23), auszubilden ist und sich ausgehend oder zumindest über eine schadensanfällige Stelle des Liners derart zu wenigstens einem Detektionsauslass der Leitungskomponente und/oder einem von der Außenseite der Leitungskomponente zugänglichen wenigstens einen Detektionshohlraum (15) innerhalb der Leitungskomponente erstreckt, dass eine stetige, fluidale Verbindung von der schadensanfälligen Stelle über das Kanalsystem hin zu dem wenigstens einen Detektionsauslass und/oder dem wenigstens einen Detektionshohlraum (15) gebildet ist.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach Anspruch 1, bei dem es wenigstens einen Kanalstamm aufweist, der in den wenigstens einen Auslass oder in den wenigstens einen Detektionshohlraum (15) mündet, wobei insbesondere der wenigstens eine Kanalstamm wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Verzweigungen aufweist, von der sich zwei oder mehrere Kanaläste wegerstrecken, um weitere distale schadensträchtige Linerstellen zu erreichen, und/oder sich der wenigstens eine Kanalstamm schraubenförmig in einer Umfangsrichtung insbesondere mehrfach umlaufend erstreckt, oder der Kanalstamm eine in Umfangsrichtung oder in Axialrichtung (A) der Leitungskomponente geradlinige Erstreckung aufweist.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Detektionsauslässe und/oder Detektionshohlräume (15) in der Leitungskomponente vorgesehen sind und jedem Detektionsauslass und/oder Detektionshohlraum ein Stammkanal des Kanalsystems zugeordnet ist, von dem sich insbesondere wenigstens zwei Kanaläste wegerstrecken, wobei insbesondere einige oder alle Kanaläste des Kanalsystems mit sämtlichen Auslässen in ununterbrochener fluidaler Verbindung stehen.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem mehrere Kanalstämme, von denen sich vorzugsweise mehrere Kanaläste abzweigen, in ein- und denselben Detektionsauslass und/oder Detektionshohlraum (15) münden, und/oder bei dem der wenigstens eine Kanalstamm und gegebenenfalls die daran angebundenen Kanaläste insbesondere zumindest teilweise in einer Kanalsackgasse endet, wobei insbesondere die Kanalsackgasse mit nur einem Detektionsauslass der Leitungskomponente oder nur einem Detektionshohlraum (15) in fluidaler ununterbrochener Verbindung steht.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem es mit dem wenigstens einen Detektionsauslass oder dem wenigstens einen Detektionshohlraum (15) in fluidaler Verbindung stehende, sackgassenartige, periphere Kanalenden aufweist, von denen alle einem Detektionsauslass oder einem Detektionshohlraum (15) fluidal zugeordnet sind oder ein Kanalende oder mehrere Kanalenden zwei oder mehreren Detektionsauslässen oder Detektionshohlräumen (15) fluidal zugeordnet sind.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem es insbesondere ausschließlich an der Innenseite der Leitungskomponente und/oder insbesondere ausschließlich an der der Innenseite zugewandten Außenseite des Liners eine Rillenform aufweist, wobei insbesondere das rillenförmige Kanalsystem (41, 51, 61) von der Außenseite des Liners oder von der Innenseite der Leitungskomponente bedeckt ist, wobei insbesondere das rillenförmige Kanalsystem (41, 51, 61) entweder leitungskomponentenseitig oder linerseitig offen ist, so dass sich an der Außenseite des Liners befindendes Prozessmedium in das rillenartige Kanalsystem (41, 51, 61) eindringen und abgeleitet werden kann.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kanalsystem (41, 51, 61) derart ausgelegt ist, dass das Prozessmedium anhand einer fluidalen Prozessmedium-Druckdifferenz längs des Kanalsystems (41, 51, 61) bis zu dem wenigstens einen Detektionsauslass oder dem wenigstens einen Detektionshohlraum (15) strömen kann.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kanalsystem (41, 51, 61) abschnittsweise im Querschnitt umlaufend geschlossen innerhalb des Liners und/oder einer die Innenseite (33) der Leitungskomponente bildenden Wandung ausgebildet ist.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im Bereich des wenigstens einen Detektionsauslasses oder des wenigstens einen Detektionshohlraums (15) eine Einrichtung zum Detektieren von Prozessmedium, insbesondere einer Prozessmediumskonzentration, angeordnet ist, wie eine Prozessmediumsensorik, wobei insbesondere die Detektionseinrichtung mit einem Sender oder einem Signalausgang versehen ist, über den ein Detektionssignal, wie ein eine Konzentrationsgrenze überschreitendes Notsignal, insbesondere an einer Steuerungselektronik der prozesstechnischen Anlage, insbesondere einem Stellungsregler oder einem anderen Empfänger, abgebbar ist, wobei insbesondere die Detektionseinrichtung mit einem Mikroprozessor versehen ist, der ständig, taktweise oder bei manuellem Abruf eine Prozessmediumskonzentrationsüberwachung durchführt.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach Anspruch 9, bei dem die Detektionseinrichtung durch einen durchsichtigen Behälter gebildet ist, der fluiddicht an dem Detektionsauslass angebracht ist und vorzugsweise mit einem Signalfluid, wie Ammoniak, gefüllt ist, wobei das Signalfluid dazu ausgelegt ist, seine Farbe und/oder seinen Kontrast zu verändern, wenn es in Kontakt mit dem Prozessmedium gelangt, insbesondere die Prozessmediumskonzentration innerhalb des Behälters eine insbesondere vorgegebene Schwelle überschreitet.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der wenigstens eine Detektionsauslass dazu ausgelegt ist, an eine Sperrgasquelle angeschlossen zu werden, wobei insbesondere ein insbesondere elektrisch arbeitender Sperrgaserzeuger, vorzugsweise umfassend ein Freigabeventil, das insbesondere durch eine leitungsindividuelle Elektronikkomponente ansteuerbar ist, dazu ausgelegt ist, in das Kanalsystem (41, 51, 61) ein Sperrgas, wie ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, einzuleiten, um zwischen der Innenseite (33) der Leitungskomponente und der Außenseite des Liners eine Sperrgasschicht zu bilden und/oder um an einer Leckagestelle, welche über das Leitungskanalsystem mit dem Auslass fluidisch verbunden ist, eine Sperrgasbarriere zu bilden.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Dimensionierung des Kanalsystems (41, 51, 61), insbesondere der Kanalstränge, im Wesentlichen längs des gesamten Kanalsystems (41, 51, 61) konstant ist, wobei insbesondere eine Kanalbreite (b) wenigstens 1 mm sein soll, eine Mindesttiefe für die Kanalstränge von wenigstens 0,4 mm oder 1 mm und höchstens 5 mm gebildet ist.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Detektionsauslass derart angeordnet ist, dass er von der Innenseite (33) zur Außenseite der Leitungskomponente in den insbesondere verschließbaren Detektionshohlraum (15) gelangt, der beispielsweise zum Aufnehmen einer Ventilpackung vorgesehen ist.
Kanalsystem (41, 51, 61) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine schadensträchtige Stelle des Liners durch eine Durchströmquerschnittsverjüngung der Leitungskomponente, wie einen Vorsprung, einen Absatz, eine Stufe, gebildet ist, und/oder bei dem das Kanalsystem (41, 51, 61) derart verzweigt zwischen dem Liner und der Leitungskomponente angeordnet ist, dass an jeder Kanalstelle ein benachbarter Kanalweg in einem Abstand von weniger als 1 cm, 2 cm, 3 cm, 5 cm oder 10 cm angeordnet ist.
Leitungskomponente, wie ein Leitungsrohr, ein Stellventil, ein Kugelhahn, eine Drosselklappe, ein Linear- oder Schwenkventil, eine Molcheinheit oder dergleichen, einer prozesstechnischen Anlage, wie einer petrochemischen Prozessanlage, einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, wie einer Brauerei oder dergleichen, mit einer einem Prozessmedium zugewandte Innenseite (33) und einem die Innenseite (33) auskleidenden Liner, wie einer Schutzauskleidung (23), und einem nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildeten Kanalsystem (41, 51, 61), das an der Innenseite der Leitungskomponente und/oder an der Außenseite des Liners ausgebildet ist.
System zum Detektieren eines Leckageprozessmediums zwischen einer Innenseite (33) einer insbesondere nach Anspruch 15 ausgebildeten Leitungskomponente einer prozesstechnischen Anlage und einer die Innenseite (33) der Leitungskomponente auskleidenden Liner, wie einer Schutzauskleidung, umfassend ein nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildetes Kanalsystem (41, 51, 61) und eine Prozessmediumsdetektiereinrichtung, die an dem wenigstens einen Detektionsauslass und/oder an dem wenigstens einen Detektionshohlraum (15) angeordnet ist.