DE3702063C1 - Absperr- und Regelarmatur fuer korrosive Medien,insbesondere fuer feuchte chlorhaltige Gase und Chlorionen enthaltende Fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Absperr- und Regelarmatur für korrosive Medien, insbesondere für feuchte chlor­ haltige Gase und Chlorionen enthaltende Flüssigkeiten, mit druck­ festem Gehäuse und zwischen Sitzringen gehaltenem Absperrelement, wobei das Gehäuse eine Durchgangsöffnung für das Medium aufweist und die Sitzringe im Gehäuse abgestützt sind sowie unter Vorspan­ nung an dem Absperrelement anliegen. - Absperr- und Regelarmatur bezeichnet im Rahmen der Erfindung alle gängigen Bauarten von Armaturen. Insbesondere fallen darunter Kugelhähne, Flach- und Keilschieber sowie Kükenhähne. Die Armaturen können als Durchgangs­ armaturen mit Ein- und Austrittsöffnungen oder auch als Mehrwege­ armaturen ausgebildet sein.

Eine gattungsgemäße Armatur ist aus der US 44 58 878 bekannt. Die Sitzringe sind hier an Rohranschlußelementen abgestützt, die mit Überwurfmuttern am Gehäusemantel befestigt sind. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen wird der Werkstoff für das Gehäuse dem För­ dermedium so angepaßt, daß das Gehäuse einerseits korrosionsbestän­ dig ist und andererseits eine ausreichende Verschleißfestigkeit gegen Abrasion sowie Erosion infolge erhöhter Strömungsgeschwindigkeit und Wirbelbildung aufweist. Eine Vielzahl von Stahllegierungen sowie eine Mehrzahl von Sonderwerkstoffen stehen für die Auswahl des Gehäuse­ werkstoffes zur Verfügung. Bisweilen, insbesondere für Verarbeitungs­ anlagen in der chemischen Industrie, sind die Eigenschaften der ver­ fügbaren Werkstoffe nicht ausreichend. Entweder ist die Korrosions­ beständigkeit der Werkstoffe nicht zufriedenstellend oder die Werk­ stoffe sind aufgrund unzureichender mechanischer Eigenschaften, ins­ besondere geringer Verschleißfestigkeit oder geringer Biege- und Tor­ sionsfestigkeit, als Werkstoff für Gehäusearmaturen ungeeignet. Ein großes Problem ist die Auswahl eines geeigneten Werkstoffes für Ar­ maturen, die in Anlagen eingesetzt werden sollen, in denen feuchte chlorhaltige Gase oder Chlorionen enthaltende Flüssigkeiten verarbei­ tet werden. Fernerhin gilt dies für Anlagen, in denen kochende Lösungen von Alkali-, Erdalkali- und Schwermetallsalzen und in denen organische Säuren verarbeitet werden. Zwar ist es bekannt, daß Titan eine gute Korrosionsbeständigkeit für die genannten Medien aufweist, doch ist Titan sehr weich und als Gehäusewerkstoff auf­ grund unzureichender Verschleißfestigkeit unbefriedigend. Dies gilt auch dann, wenn der Werkstoff an der Oberfläche durch eine TiN- Schicht gehärtet ist. Die mit den bekannten Beschichtungsverfahren erreichbaren Schichtdicken sind viel zu gering und werden im Betrieb relativ schnell abgetragen. Sie sind nicht erneuerbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperr- und Regel­ armatur anzugeben, die in korrosiven Medien, insbesondere feuchten chlorhaltigen Gasen und Chlorionen enthaltenden Flüssigkeiten, ein­ setzbar ist und zugleich einen guten Verschleißwiderstand gegen Erosion und Abrasion aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der Merk­ male gelöst, daß das aus Gehäusemantel und Rohranschlußelementen bestehende Gehäuse aus Titan oder einer Titanlegierung hergestellt ist, daß am Umfang der Durchgangsöffnung des Gehäuses sinterkera­ mische Verschleißhülsen angeordnet sind, daß die Verschleißhülsen mit radialen Spiel sowie mit axialem Spiel in das Gehäuse eingesetzt sind, wobei sich zwischen dem äußeren Umfang der Verschleißhülsen und den Rohranschlußelementen des Gehäuses ein Spaltraum bildet, der durch einen Druckausgleich mit dem Durchgangsquerschnitt der Verschleißhülse verbunden ist. - Die Erfindung schließt an die Er­ kenntnis an, daß es bei extremer Korrosionsbeanspruchung nicht ge­ lingt, einen Werkstoff anzugeben, aus dem ein druckfestes, korro­ sionsbeständiges und zugleich verschleißfestes Bauelement gefertigt werden kann. Die Lösung der eingangs genannten Aufgabe gelingt daher nicht durch reine Werkstoffauswahl oder Werkstoffoptimierung. Überraschenderweise kann die Aufgabe jedoch durch Kombination von konstruktiven Maß­ nahmen und einer auf das Problem ausgerichteten Werkstoffauswahl gelöst werden. In konstruktiver Hinsicht lehrt die Erfindung, daß ein druckfestes und korrosionsbeständiges Gehäuse durch Verschleiß­ hülsen geschützt wird, welche druckentlastet sowie biege- und tor­ sionsmomentfrei im Gehäuse eingesetzt sind. Bezüglich der Werkstoff­ auswahl lehrt die Erfindung, daß das Gehäuse aus Titan oder einer Titanlegierung, also aus einem weichen und nicht verschleißfesten aber korrosionsbeständigen Material, besteht und daß fernerhin die Verschleißhülse aus einem sinterkeramischen Werkstoff bestehen, der sich durch eine hohe Verschleißfestigkeit auszeichnet, jedoch empfind­ lich ist gegen Druck-, Biege- und Torsionsmomente. Erfindungsgemäß ist die Armatur so ausgebildet, daß die sinterkeramischen Verschleiß­ hülsen das Gehäuse vor Abrasion und Erosion schützen, ohne daß sie Druckkräfte aufnehmen müssen. Das Gehäuse aus Titan oder einer Titanlegierung stellt den Korrosionsschutz dar und nimmt die Torsions- und Biegebeanspruchung durch die angrenzende Rohrleitung auf.

Es ist an sich bekannt, Bauteile aus Titan oder einer Titanlegierung mit einer dünnen keramischen Schicht zu beschichten. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen ist der metallische Werkstoff jedoch lediglich ein Stützkörper, der bei fehlerfreier Beschichtung mit dem Förderme­ dium nicht in Berührung kommt. Der Betriebsdruck lastet auf der keramischen Oberfläche, und auf das Bauelement wirkende Biege- und Torsionsmomente werden auf die keramische Beschichtung übertragen. In der Praxis ist eine solche Beschichtung nicht sehr haltbar. Im Unterschied zu den bekannten Maßnahmen ist das Verschleißelement der erfindungsgemäßen Armatur druckentlastet und kommt das Förder­ medium mit dem aus Titan oder einer Titanlegierung bestehenden Anschlußelementen des Gehäuses in Berührung. Erfindungsgemäß wird die Korrosionsbestän­ digkeit von Titan oder der Titanlegierung ausgenutzt. Erfindungsge­ mäß wird fernerhin die Verschleißfestigkeit der Sinterkeramik aus­ genutzt, wobei eine Druckbeanspruchung von dem Verschleißelement ferngehalten wird. Die erfindungsgemäße Lösung nutzt die Vorteile der Werkstoffe und verhindert aufgrund der konstruktiven Ausgestal­ tung, daß die Nachteile der Werkstoffe wirksam werden.

Der durch das radiale Spiel zwischen Verschleißhülse und Gehäuse gebildete Spaltraum wird erfindungsgemäß so gewählt, daß ein Druck­ ausgleich am Umfang der Verschleißhülsen möglich ist und daß sich Verformungen des Gehäuses aufgrund der von der angrenzenden Rohr­ leitung übertragenen Biege- und Torsionsmomente nicht auf die Ver­ schleißhülse übertragen. Das radiale Spiel zwischen Verschleißhülse und Gehäuse ist daher auch abhängig von der Baulänge der Armatur sowie von der Gehäusewandstärke. Als vorteilhaft hat es sich erwie­ sen, wenn das radiale Spiel zwischen Verschleißhülse und Gehäuse mindesten 0,1 mm beträgt. Das axiale Spiel der Verschleißhülse im Gehäuse ist so eingestellt, daß zwischen dem Spaltraum und dem Durch­ gangsquerschnitt der Verschleißhülse ein Druckausgleich möglich ist. Ein Druckausgleichsspalt in der Größenordnung üblicher Rauhigkeiten von Werkstücken ist bereits ausreichend. Als bevorzugte Ausführung lehrt die Erfindung, daß die Verschleißhülsen mit einem axialen Spiel von mindestens 0,1 mm in das Gehäuse eingesetzt sind. Die Ver­ schleißhülse schützen das weiche aus Titan oder einer Titanlegie­ rung bestehende Gehäuse vor Abrasion und Erosion aufgrund erhöhter Strömungsgeschwindigkeit sowie aufgrund stromabwärts auftretender Wirbelbildung hinter teilweise geöffnetem Absperrelement. Die Zone erhöhter Erosionsbeanspruchung läßt sich mit Hilfe der Strömungs­ mechanik berechnen. Es versteht sich, daß die Länge der Verschleiß­ hülsen entsprechend angepaßt ist. Als ausreichend hat es sich er­ wiesen, wenn das Längen/Durchmesser-Verhältnis der Verschleißhülsen etwa eins oder größer eins beträgt. Eine große Verschleißbean­ spruchung tritt auch am Absperrelement sowie an den Sitzringen auf. Die Erfindung empfiehlt daher, das Absperrelement und die Sitzringe in sinterkeramischem Werkstoff auszubilden.

Die Vorteile der Erfindung bestehen vor allem darin, daß die Armatur sich sowohl durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit als auch durch eine große Verschleißfestigkeit auszeichnet. Da sich Biege- und Tor­ sionsmomente der angrenzenden Rohrleitung auf das aus Titan oder einer Titanlegierung bestehende Gehäuse übertragen und die Ver­ schleißhülsen druckentlastet sowie kräftefrei in dem Gehäuse ange­ ordnet sind, ist eine problemlose Handhabung der erfindungsgemäßen Armatur gegeben. Im Vergleich zu metallischen Gehäusen, die lokal eine mit dem metallischen Werkstoff fest verbundene Keramikbeschich­ tung aufweisen, ist bei der erfindungsgemäßen Regel- und Absperr­ armatur die Gefahr einer Beschädigung der Verschleißschicht wesent­ lich geringer. Verglichen mit einem Gehäuse aus Titan, das eine ge­ härtete Oberfläche aus Titannitrid aufweist, ist die Standzeit wesent­ lich besser, da die erfindungsgemäße Verschleißhülse eine um den Faktor 10 bis 50 größere Dicke aufweist. Hinzu kommt, daß die Ver­ schleißhülsen auswechselbar sind. Im Ergebnis resultiert eine sehr wirtschaftliche Armatur.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Kugelhahn.

Der in der Figur dargestellte Kugelhahn ist als Absperr- und Regel­ armatur für korrosive Medien geeignet. Korrosive Medien meint ins­ besondere feuchte chlorhaltige Gase und Chlorionen enthaltende Flüs­ sigkeiten. Zum grundsätzlichen Aufbau der Armatur gehören ein druck­ festes Gehäuse 1 mit Durchgangsöffnung, Sitzring 2, sowie ein zwi­ schen Sitzringen 2 gehaltenes Absperrelement 3. Die Sitzringe 2 sind im Gehäuse 1 abgestützt und liegen unter Vorspannung an dem Ab­ sperrelement 3 an. An das Absperrelement 3 ist eine Betätigungs­ welle 4 angeschlossen, die durch eine Wellendichtung 5 des Gehäu­ ses 1 geführt ist.

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 1 aus einem einteiligen Gehäusemantel sowie Rohranschluß­ elementen 7, die unter Zwischenschaltung von korrosionsbeständigen Dichtungen 8 am Gehäusemantel 6 befestigt sind. Das Gehäuse 1 mit Gehäusemantel 6 und Rohranschlußelementen 7 besteht aus Titan oder einer Titanlegierung. Am Umfang der Durchgangsöffnung des Gehäuses sind sinterkeramische Verschleißhülsen 9 angeordnet. Sie sind mit radialen Spiel a, vorzugsweise 0,1 mm, sowie mit axialem Spiel b in das Gehäuse 1 eingesetzt. Zwischen dem äußeren Umfang 10 der Verschleißhülsen und dem Gehäuse 1 bildet sich dabei ein Spalt­ raum 11, der durch einen Druckausgleichsspalt 12 mit dem Durch­ gangsquerschnitt d der Verschleißhülsen 9 in Verbindung steht. Der Druckausgleichsspalt 12 ist so bemessen, daß sich am äußeren Um­ fang 10 der Verschleißhülsen 9 der im Durchgangsquerschnitt d der Verschleißhülsen 9 herrschende Betriebsdruck einstellt. Ein Druck­ ausgleichsspalt 12 im Bereich der üblichen Rauhigkeit der Oberfläche der Verschleißhülsen ist ausreichend. Vorzugsweise beträgt das den Druckausgleichsspalt 12 definierende axiale Spiel b 0,1 mm.

Die Verschleißhülsen 9 sind an einem Bund 13 der Rohranschlußele­ mente 7 gegen axiales Verrutschen gesichert.

Die Erfindung ist nicht auf Kugelhähne beschränkt. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die erfindungsgemäße Armatur als Flach- oder Keilschieber oder als Kükenhahn auszubilden. In der chemischen Industrie ist die erfindungsgemäße Armatur speziell in Anlagen zur Herstellung von Chlor, fernerhin in Anlagen zur Herstellung von Acetaldehyd, Salpetersäure, Kunstdünger, Soda und Kunststoffen ein­ setzbar. Aufgrund der guten Korrosionsbeständigkeit gegen Chlorite, Hypochlorite und Kohlendioxid ist die erfindungsgemäße Absperr- und Regelarmatur fernerhin für Anlagen der Textil-, Zellstoff-, Kunst­ faser- und Papierindustrie sehr geeignet.

Claims (7)

1. Absperr- und Regelarmatur für korrosive Medien, insbesondere für feuchte chlorhaltige Gase und Chlorionen enthaltende Flüssigkeiten, - mit

• druckfestem Gehäuse und zwischen Sitzringen gehaltenem Absperrelement,

wobei das Gehäuse eine Durchgangsöffnung für das Medium aufweist und die Sitzringe im Gehäuse abgestützt sind sowie unter Vorspan­ nung an dem Absperrelement anliegen, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale

• 1. daß das aus Gehäusemantel (6) und Rohranschlußelementen (7) bestehende Gehäuse (1) aus Titan oder Titanlegierung hergestellt ist,
• 2. daß am Umfang der Durchgangsöffnung des Gehäuses (1) sinterkeramische Verschleißhülsen (9) angeordnet sind,
• 3. daß die Verschleißhülsen (9) mit radialem Spiel (a) sowie mit axialem Spiel (b) in das Gehäuse eingesetzt sind,

wobei sich zwischen dem äußeren Umfang (10) der Verschleißhülsen (9) und dem Rohranschlußelementen (7) des Gehäuses (1) ein Spaltraum (11) bildet, der durch einen Druckausgleichsspalt (12) mit dem Durchgangsquerschnitt (d) der Ver­ schleißhülse (9) verbunden ist.

2. Absperr- und Regelarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das radiale Spiel (a) zwischen Verschleißhülse (9) und Ge­ häuse (1) mindestens 0,1 mm beträgt.

3. Absperr- und Regelarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verschleißhülsen (9) mit einem axialen Spiel (b) von mindestens 0,1 mm in das Gehäuse (1) eingesetzt sind.

4. Absperr- und Regelarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißhülsen (9) ein Längen/ Durchmesser-Verhältnis von eins oder größer eins aufweisen.

5. Absperr- und Regelarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrelement (3) und die Sitz­ ringe (2) aus einem sinterkeramischen Werkstoff bestehen.