DE102018101472A1 - Schieberventil und Verwendung eines Schieberventils - Google Patents
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Abstract
Schieberventil für chemische und/oder petrochemische Anlagen, insbesondere in Rund-, Oval-, oder Flachschieber-Bauart, mit einer Sperreinrichtung (11), die durch eine Schieberstange (12) in eine Offen- und Schließstellung bewegbar ist, und einem Antrieb, der einen Elektromotor (13) zum Verstellen der Schieberstange (12) aufweist, wobei die Sperreinrichtung (11) zwei Sperrplatten (14, 15) aufweist, zwischen denen eine Keilanordnung (16) zum Anpressen der Sperrplatten (14, 15) an Gehäusedichtsitze (17) des Schieberventils angeordnet und mit der Schieberstange (12) verbunden ist, wobei der Antrieb einen Spindeltrieb (18) aufweist, der mit der Schieberstange (12) fluchtet und mit dieser zur Übertragung einer Stellkraft verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Schieberventil für chemische und/oder petrochemische Anlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Schieberventil ist beispielsweise aus D 10 2011 001 186 A1 bekannt.
- Zur Steuerung der Gas- und Feststoffströme in der chemischen und petrochemischen Industrie werden Schieberventile eingesetzt, die eine in einem Gehäuse verschieblich gelagerte Sperreinrichtung aufweisen, die durch eine Hubbewegung eine Ventilöffnung im Gehäuse freigibt bzw. verschließt. Derartige Ventile sollen bei hohen Betriebstemperaturen, großen Nennweiten sowie hohen Schalthäufigkeiten lange wartungsfreie Betriebszeiten ermöglichen.
- Bei dem bekannten Schieberventil handelt es sich um einen Cokerschieber, dessen Schieberstange über ein Joch mit einem Doppelspindeltrieb verbunden ist. Durch den Doppelspindeltrieb können große Antriebskräfte auf die Schieberstange übertragen werden. Allerdings sind spezielle Vorkehrungen zu treffen, um einen gleichmäßigen Vorschub der beiden Doppelspindeln zu erreichen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Schieberventil für chemische und/oder petrochemische Anlagen anzugeben, das eine einfache und möglichst wartungsarme Betätigung der Schieberstange ermöglicht. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, die Verwendung eines Schieberventils anzugeben.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Schieberventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Konkret wird die Aufgabe durch ein Schieberventil für chemische und/oder petrochemische Anlagen, insbesondere in Rund-, Oval-, oder Flachschieber-Bauart, gelöst, das eine Sperreinrichtung aufweist, die durch eine Schieberstange in eine Offen- und Schließstellung bewegbar ist. Das Schieberventil weist ferner einen Antrieb mit einem Elektromotor zum Verstellen der Schieberstange auf. Die Sperreinrichtung weist zwei Sperrplatten auf, zwischen denen eine Keilanordnung zum Anpressen der Sperrplatten an Gehäusedichtsitze des Schieberventils angeordnet ist. Die Keilanordnung ist mit der Schieberstange verbunden. Der Antrieb weist einen Spindeltrieb auf, der mit der Schieberstange fluchtet und mit dieser zu Übertragung einer Stellkraft verbunden ist.
- Die Erfindung hat den Vorteil, dass auf Hydraulikflüssigkeit verzichtet wird. Damit entfällt auch die bei hydraulischen Antrieben erforderliche Feldverrohrung, das Risiko von Leckagen, die Spülung der Leitungen und die relativ intensive Wartung der Anlage. Gleichzeitig ist das Schieberventil robust aufgebaut und für den Einsatz unter harten Bedingungen geeignet.
- Der Spindeltrieb hat den Vorteil hoher Vorschubgeschwindigkeiten sowie einer präzisen Stellbewegung, um den Hub der Sperrplatten zu erreichen. Die Keilanordnung bewirkt in der Schließstellung eine Spreizung der Sperrplatten, sodass diese an die Gehäusedichtsitze des Schieberventils angepresst werden. Dadurch wird eine zuverlässige Dichtigkeit im Betrieb des Schieberventils erzeugt. Zum Öffnen des Schieberventils wird die Keilanordnung gelöst und die Spreizung aufgehoben, sodass die Anpresskraft sinkt. Dadurch wird der Verschleiß der Sperrplatten beim Öffnen des Schieberventils verringert.
- Die Kopplung des Spindeltriebs über die Schieberstange mit der Keilanordnung hat den Vorteil, dass die durch die Keilanordnung erzeugte Anpresskraft der Sperrplatten, die auf die Gehäusedichtsitze wirkt, präzise eingestellt werden kann. Dabei ist das Zusammenwirken des elektrischen Antriebs mit dem Spindeltrieb zu elektromechanischen Übertragung des Antriebsmoments auf die Schieberstange vorteilhaft.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- So kann der Spindeltrieb eine Spindel und eine Spindelmutter aufweisen. Bei dieser Ausführung wird die Spindel translatorisch, nicht aber rotatorisch bewegt. Die Umwandlung der Drehbewegung des Elektromotors in die translatorische Bewegung der Spindel erfolgt durch die Spindelmutter. Die Spindelmutter ist in translatorischer Richtung stationär.
- Vorzugsweise verbindet ein Kupplungsstück die Spindel und die Schieberstange. Das Kupplungsstück kann beispielsweise als Kreuzkopf ausgebildet sein. Andere Kupplungsstück sind möglich. Durch das Kupplungsstück ist eine einfache Verbindung zwischen der Spindel und der Schieberstange möglich. Das Kupplungsstück kann zu Wartungszwecken lösbar sein.
- Vorzugsweise weist der Spindeltrieb ein Kugelumlaufelement auf. Das Kugelumlaufelement kann als Kugelumlaufmutter ausgebildet sein. Dadurch wird ein großer Vorschub bei hoher Präzision der Stellbewegung erreicht.
- Alternativ kann der Spindeltrieb eine Planetenwalzenspindel aufweisen. Dadurch wird ebenfalls ein präziser Vorschub erreicht. Der Antrieb arbeitet im Wesentlichen spielfrei.
- Zwischen dem Spindeltrieb und dem Elektromotor kann ein Getriebe, insbesondere ein Schneckengetriebe angeordnet sein. Dadurch wird eine Übersetzung des Antriebsmoments bzw. der Antriebsdrehzahl erreicht. Das Schneckengetriebe hat den Vorteil, dass dieses selbsthemmend und belastbar ist.
- Zur Optimierung des Bauraums können der Spindeltrieb und der Elektromotor L-förmig angeordnet sein. Andere Positionen des Elektromotors sind möglich.
- Wenn der Elektromotor als Bremsmotor mit einer mechanischen Bremse ausgebildet ist, wird die Sicherheit gegen ungewolltes Verstellen der Sperreinrichtung erhöht.
- Alternativ oder zusätzlich zur Ausbildung als Bremsmotor kann der Elektromotor eine Kupplung zur Drehmomentbegrenzung aufweisen. Auch hier wird die Sicherheit gegen ungewolltes Verstellen der Sperreinrichtung erhöht. Wenn der Elektromotor mit einem Frequenzumrichter verbunden ist, kann die Drehzahl des Elektromotors variabel eingestellt werden.
- Im Rahmen der Erfindung wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Schieberventils nach Anspruch 1 als Absperrschieber in einer Anlage zur Propandehydrierung (PDH-Anlage) beansprucht.
- Allgemein erfolgt die Herstellung von Olefinen und Wasserstoff durch Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen mit einer oxidativen Katalysatorregenerierung. Leichte Olefine (Ethylen, Propen, Butene) sind wichtige industrielle Grundstoffe, die für die Herstellung von Polymeren, Farben, Lacken und anderen Chemikalien umfangreich eingesetzt werden. Diese Olefine werden durch Dampfcracken von leichtem Rohöl (Naphta) oder durch Fluid Catalytic Cracking (FCC) von Schweröl gewonnen. Eine Alternative zum Dampfcracken und zum FCC-Verfahren ist die Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen, z. B. von Propan und Butan. Hier sind nicht-oxidative und oxidative Verfahren unter Verwendung von Katalysatoren.
- Ein weiteres Beispiel zur Propandehydrierung zur Herstellung von Propylen ist der CATOFIN®-Prozess.
- Beim Catofin® Dehydrogenationsprozess handelt es sich um eine katalytische Technologie, die aufgrund ihrer thermodynamischen Betriebseigenschaften eine außerordentlich hohe Umwandlung von Paraffinen in Olefine gewährleistet. So werden während des Prozesses Isobutylen, n-Buten oder Propylen aus Isobutan, n-Butan oder entsprechend Propan hergestellt.
- In diesem Zusammenhang stellen die Schieberventile von Z&J die zyklische Isolierung zahlreicher Prozessmedien des katalytischen Prozesses sowie der erforderlichen Regenerierungsphase sicher. Durch den zuverlässigen Keil-in-Keil-Mechanismus in Verbindung mit den zwei voneinander unabhängigen Schieberplatten wird hierbei die maximal erforderliche Dichtigkeit und Beständigkeit der Armatur für den Einsatz in diesem anspruchsvollen katalytischen Prozess realisiert.
- Im Rahmen der Erfindung wird ferner die Verwendung des Schieberventils nach Anspruch 1 als Cokerschieber in einer Delayed Coking Anlage offenbart und beansprucht. Ferner wird die Verwendung des Schieberventils nach Anspruch 1 als Doppelplattenleitrohrschieber in der Main Transfer- und Decoking-Line einer Äthylenanlage oder in einer Fluidized Catalytic Cracking Unit (FCCU), insbesondere in der Overhead Vapor- und Fractionator Bottom Line einer Fluidized Catalytic Cracking Unit, oder in einer Kohlevergasungsanlage oder in einer Visbreaker-Anlage oder in einer Epichlorhydrin-Anlage beansprucht. Außerdem wird die Verwendung des Schieberventils nach Anspruch 1 als Absperrschieber in einer Isosiv/TIP-Anlagen nach dem UOP-Verfahren oder Cyclic Power Former Unit oder Äthylenanlage oder Fluidized Catalytic Cracking Unit (FCCU) oder Kohlevergasungsanlage oder Kupolofenanlage oder in einem Zinkschmelzofen oder Abhitzekessel beansprucht.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügte einzige klimatische Figur mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
- Die einzige Figur zeigt einen Antrieb mit einem Elektromotor in perspektivische Ansicht, der mit einem Absperrschieber (Teilschnitt) gekoppelt ist.
- Das Schieberventil
10 ist als Absperrschieber für eine PDH-Anlage, insbesondere eine CATOFIN®-Anlage, die nach dem Houdry-Verfahren arbeitet, ausgebildet. Das Schieberventil weist eine Sperreinrichtung11 auf, die in der dargestellten Schließstellung des Schieberventils10 zwischen zwei Rohranschlüssen21 ,22 angeordnet ist und diese bzw. die an die Rohranschlüsse21 ,22 im montierten Zustand angeschlossenen Leitungen absperrt. Zum Betätigen der Sperreinrichtung11 ist diese mit einer Schieberstange12 verbunden, die in axialer Richtung zusammen mit der Sperreinrichtung11 bewegbar ist. In der hier nicht dargestellten Offenstellung, ist die Sperreinrichtung11 aus dem Rohrdurchgang heraus bewegt und gibt diesen frei. - Die Sperreinrichtung
11 umfasst2 Sperrplatten14 ,15 , die konzentrisch angeordnet sind. Zwischen den beiden Sperrplatten14 ,15 befindet sich eine Keilanordnung16 . Die Keilanordnung16 weist zwei Keilstücke auf, die durch eine zwischen den Teilstücken angeordnete Kugel zentriert sind. Die Keilstücke liegen beim Schließen an entsprechend schräg ausgebildeten Gegenflächen an der Innenseite der Sperrplatten14 ,15 an und gleiten auf diesen. Dadurch wird eine Schließkraft der Schieberstange12 in axialer Richtung in eine Dichtkraft senkrecht zu den beiden Sperrplatten14 ,15 umgewandelt. Die beiden Sperrplatten14 ,15 werden durch die Keilanordnung16 in der Schließstellung auseinandergespreizt und dabei gegen die Gehäusedichtsitze17 gepresst. Zum Öffnen wird die Keilanordnung16 von den Gegenflächen zurückgezogen, so dass die Spreizwirkung verringert wird. Damit können die Sperrplatten14 ,15 mit geringem Anpressdruck an den Gehäusedichtsitzen17 vorbeibewegt werden, wodurch der Verschleiß verringert wird. - Wie in der einzigen Figur zu sehen, ist die Schieberstange
12 mit der Keilanordnung16 verbunden. Die Schieberstange12 kann so die für die Hubbewegung der Sperreinrichtung11 erforderliche Verstellkraft und die Anpresskraft der beiden Sperrplatten14 ,15 an die Gehäusedichtsitze17 übertragen. - Die Schieberstange
12 ist mit einem Elektromotor13 des Antriebs zum Verstellen der Schieberstange12 verbunden. Der Antrieb weist einen Spindeltrieb18 auf, der, wie in der einzigen Figur zu erkennen, mit der Schieberstange12 fluchtet. Mit anderen Worten ist der Schieberstange12 ein einzelner Spindeltrieb18 zugeordnet, der sich zu Übertragung der Linearkraft in translatorischer Richtung in einer Linie mit der Schieberstange12 befindet. - Der Spindeltrieb
18 ist einerseits mit der Schieberstange12 und andererseits mit dem Elektromotor13 jeweils mechanisch verbunden, sodass das vom Elektromotor13 erzeugte Antriebsmoment über den Spindeltrieb18 auf die Schieberstange12 übertragen wird. Um die Sperreinrichtung11 in die Offenstellung bzw. in die Schließstellung zu bewegen, wird die Drehrichtung des Elektromotors13 geändert. - Der Spindeltrieb
18 weist eine Spindelmutter (nicht dargestellt) und eine Spindel19 auf, die mit der Schieberstange12 verbunden ist. Die Verbindung kann beispielsweise durch ein Kupplungsstück20 erfolgen, wie in der einzigen Figur dargestellt. Die Spindelmutter ist in translatorischer Richtung des Spindeltriebs18 stationär angeordnet und überträgt durch eine Drehbewegung das Antriebsdrehmoment des Elektromotors auf die Spindel19 . Dabei wird die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung der Spindel19 umgewandelt. Die Spindelmutter kann beispielsweise als Kugelumlaufmutter ausgebildet sein. Alternativ kann der Spindeltrieb18 als Planetenwalzenspindel ausgebildet sein. Zwischen dem Elektromotor13 und dem Spindeltrieb18 ist bei der dargestellten Ausführung ein Getriebe angeordnet. Das Getriebe kann beispielsweise ein Schneckengetriebe sein. Andere Getriebearten sind möglich. Der Elektromotor13 und der Spindeltrieb18 sind In L-förmig angeordnet. Die L-Form kann beispielsweise durch das Schneckengetriebe erreicht werden. - Der Elektromotor ist als Bremsmotor ausgebildet und weist eine mechanische Bremse auf. Ferner verfügt in der Elektromotor
13 über eine manuelle Notfallbetätigung. Der Spindeltrieb18 ist mit einem Stellungsanzeiger und einem entsprechendem Sensor zur Ermittlung des Positionssignals des Spindeltriebs18 ausgestattet. - Der elektromechanisch angetriebene Absperrschieber hat den Vorteil, dass im Vergleich zur herkömmlichen Schiebern keine Hydraulikflüssigkeit erforderlich ist. Damit entfällt auch das Leckagerisiko sowie die Feldverrohrung. Die in bestimmten klimatischen Gegenden erforderliche Beheizung der Feldverrohrung ist nicht erforderlich. Die Spülung der Hydraulikleitung entfällt. Der Absperrschieber zeichnet sich durch sein robustes Design aus und ist wartungsarm.
- Bezugszeichenliste
-
- 10
- Schieberventil
- 11
- Sperreinrichtung
- 12
- Schieberstange
- 13
- Elektromotor
- 14
- erste Sperrplatten
- 15
- zweite Sperrplatte
- 16
- Keilanordnung
- 17
- Gehäusedichtsitze
- 18
- Spindeltrieb
- 19
- Spindel
- 20
- Kupplungsstück
Claims (13)
- Schieberventil für chemische und/oder petrochemische Anlagen, insbesondere in Rund-, Oval-, oder Flachschieber-Bauart, mit einer Sperreinrichtung (11), die durch eine Schieberstange (12) in eine Offen- und Schließstellung bewegbar ist, und einem Antrieb, der einen Elektromotor (13) zum Verstellen der Schieberstange (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (11) zwei Sperrplatten (14, 15) aufweist, zwischen denen eine Keilanordnung (16) zum Anpressen der Sperrplatten (14, 15) an Gehäusedichtsitze (17) des Schieberventils angeordnet und mit der Schieberstange (12) verbunden ist, wobei der Antrieb einen Spindeltrieb (18) aufweist, der mit der Schieberstange (12) fluchtet und mit dieser zur Übertragung einer Stellkraft verbunden ist.
- Schieberventil nach
Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (18) eine Spindel (19) und eine Spindelmutter aufweist, wobei ein Kupplungsstück (20) die Spindel (19) und die Schieberstange (12) verbindet. - Schieberventil nach
Anspruch 1 oder2 dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (18) ein Kugelumlaufelement aufweist. - Schieberventil nach
Anspruch 1 oder2 dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (18) eine Planetenwalzenspindel aufweist. - Schieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spindeltrieb (18) und dem Elektromotor (13) ein Getriebe, insbesondere ein Schneckengetriebe angeordnet ist.
- Schieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (18) und der Elektromotor (13) L-förmig angeordnet ist.
- Schieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) als Bremsmotor mit einer mechanischen Bremse ausgebildet ist.
- Schieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) eine Kupplung zur Drehmomentbegrenzung aufweist.
- Schieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (13) mit einem Frequenzumrichter verbunden ist.
- Verwendung des Schieberventils nach
Anspruch 1 als Absperrschieber in einer Anlage zur Propandehydrierung (PDH-Anlage). - Verwendung des Schieberventils nach
Anspruch 1 als Cokerschieber in einer Delayed Coking Anlage. - Verwendung des Schieberventils nach
Anspruch 1 als Doppelplattenleitrohrschieber in der Main Transfer- und Decoking-Line einer Äthylenanlage oder in einer Fluidized Catalytic Cracking Unit (FCCU), insbesondere in der Overhead Vapor- und Fractionator Bottom Line einer Fluidized Catalytic Cracking Unit, oder in einer Kohlevergasungsanlage oder in einer Visbreaker-Anlage oder in einer Epichlorhydrin-Anlage. - Verwendung des Schieberventils nach
Anspruch 1 als Absperrschieber in einer Isosiv/TIP-Anlagen nach dem UOP-Verfahren oder Cyclic Power Former Unit oder Äthylenanlage oder Fluidized Catalytic Cracking Unit (FCCU) oder Kohlevergasungsanlage oder Kupolofenanlage oder in einem Zinkschmelzofen oder Abhitzekessel.
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