Auswahl emissionsarmer Ventile: 7 bewährte Prüfschritte für Wasserstoff, Erdgas und CCUS
Auswahl emissionsarmer Ventile Ausgangspunkt sind die Anforderungen hinsichtlich Medium, Druck, Temperatur, Betriebszyklen und der vorgeschriebenen Emissionsprüfnorm. Für den Einsatz mit Wasserstoff, Erdgas und CCUS wählen Sie die komplette Ventilbaugruppe aus, indem Sie die Gehäuseverbindungen, die Spindel- oder Wellendichtung, die Dichtung, die Oberflächenbeschaffenheit, die Verschraubungen, die Antriebslasten und die Produktionsprüfprotokolle überprüfen.
Was ist ein emissionsarmes Industrieventil?
Ein emissionsarmes Industrieventil wird so konstruiert und geprüft, dass externe Leckagen durch die Spindel- oder Wellendichtung sowie die Gehäuseverbindungen begrenzt werden. Diffuse Emissionen unterscheiden sich von Sitzleckagen: Sitzleckagen treten durch ein geschlossenes Ventil auf, während diffuse Emissionen aus dem Druckbereich in die Atmosphäre entweichen.
In den Beschaffungsspezifikationen muss angegeben werden, welche Anforderung gilt. API 598 oder eine andere Norm für Druckprüfungen ersetzt keine Qualifizierungsnorm für flüchtige Emissionen. Ein Ventil kann eine herkömmliche Gehäuse- und Sitzprüfung bestehen, ohne dass eine Typenprüfung auf niedrige Emissionen durchgeführt wurde.
Auswahl emissionsarmer Ventile: Welche Normen für diffuse Emissionen gelten?
| Standard | Hauptzweck | Typische Anwendung |
|---|---|---|
| ISO 15848-1 | Klassifizierungs- und Typprüfverfahren für externe Leckage | Qualifizierung von Absperr- und Regelventilen |
| ISO 15848-2 | Abnahmeprüfung der Produktion | Vorgeschriebene Produktionsventile |
| API 624 | Typenprüfung von Ventilen mit steigendem Schaft, die mit einer flexiblen Graphitdichtung ausgestattet sind | Ausführungen von Absperrschiebern und Kugelhähnen |
| API 641 | Typenprüfung von Vierteldrehventilen | Kugel-, Absperrklappen und Absperrventile |
| API 622 | Typenprüfung der Dichtung von Prozessventilen | Qualifizierung der Dichtung anstelle einer vollständigen Ventilqualifizierung |
ISO 15848-1 befasst sich mit der Typprüfung von Ventilspindeldichtungen und Gehäuseverbindungen. ISO 15848-2 bezieht sich auf die Produktionsabnahmeprüfung. Die angegebene Ausführung, Leckageklasse, Temperaturklasse, Lebensdauerklasse und Prüfflüssigkeit sollten in das Datenblatt des Ventils eingetragen werden und nicht nur als allgemeiner Hinweis vermerkt bleiben.
Warum unterscheidet sich die Auswahl von Wasserstoffventilen?
Bei der Auswahl emissionsarmer Ventile für den Wasserstoffbetrieb müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden: externe Leckage, Kompatibilität mit nichtmetallischen Dichtungen, Materialverhalten, brandsichere Konstruktion, antistatische Leitfähigkeit und Hochdruckgasprüfung. Kleine Leckagewege, die bei anderen Gasen noch tolerierbar sind, können in einem Wasserstoffsystem inakzeptabel sein.
Die API hat die Norm API 6D um Bestimmungen für Wasserstoffgas ergänzt, darunter Anforderungen an die Konstruktionsvalidierung, Werkstoffanforderungen und zusätzliche Prüfungen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass jedes API-6D-Ventil automatisch für den Einsatz mit Wasserstoff geeignet ist. Der Käufer muss die Wasserstoffkonzentration, den Druck, die Temperatur, die Betriebszyklen, die Druckentlastungsrate, werkstoffspezifische Einschränkungen sowie die erforderliche Ausgabe oder den erforderlichen Anhang angeben.
Was ändert sich bei der Erdgas- und Methanversorgung?
Erdgasanlagen umfassen oft Hunderte oder Tausende von Ventilen, sodass kleine Einzelundichtigkeiten zu erheblichen anlagenweiten Verlusten führen können. Die Auswahl der Ventile sollte daher mit dem betriebseigenen Programm zur Lecksuche und -behebung (Leak Detection and Repair, kurz LDAR) abgestimmt werden.
Das praktische Ziel besteht darin, chronische Leckagen zu verhindern, anstatt sich ausschließlich auf regelmäßige Reparaturen zu verlassen. Die Auswahl der Dichtungen, die richtige Vorbelastung der Stopfbuchse, gut zugängliche Überwachungspunkte und nachvollziehbare Prüfprotokolle erleichtern die Wartung der Armatur während ihrer gesamten Betriebsdauer.
Was sollte bei CCUS-Ventilen überprüft werden?
Bei CCUS-Projekten muss bei der Auswahl emissionsarmer Ventile Folgendes berücksichtigt werden: CO₂ in dichter Phase oder in gasförmigem Zustand, Verunreinigungen, Feuchtigkeit, Druckschwankungen sowie niedrige Temperaturen während einer schnellen Druckentlastung. Feuchtes CO₂ kann das Korrosionsrisiko erhöhen, während die Druckentlastung eine Herausforderung für Dichtungskomponenten aus Elastomeren und Polymeren darstellen kann.
In einer CCUS-Ventilspezifikation sollten die CO₂-Phase, der Wassergehalt, die zu erwartenden Verunreinigungen, der Druck-Temperatur-Bereich sowie die Spülbedingungen festgelegt werden. Die Auswahl des Werkstoffs und der Dichtungen kann nicht allein anhand des Begriffs “CO₂” getroffen werden.
Wie wirken sich Ventiltyp und Spindelbewegung auf die Emissionen aus?
| Ventiltyp | Stielbewegung | Fokus auf emissionsarmes Design | Allgemeine Pflicht |
|---|---|---|---|
| Absperrschieber | Linear, ansteigend oder nicht ansteigend, je nach Ausführung | Geometrie der Dichtungskammer, Oberflächenbeschaffenheit des Ventilschafts, Dichtungsbeladung und Zyklusqualifizierung | Absperrung bei vollem Durchfluss |
| Kugelventil | Linear und mit häufigen Zyklen | Packungsstabilität bei wiederholten Stangenbewegungen | Isolierung und Drosselung |
| Kugelhahn | Vierteldrehung | Spindeldichtungen, antistatischer Weg, Hohlraumdruck und Dichtung zwischen Gehäuse und Anschluss | Schnelle Isolierung und Notabschaltung |
| Absperrklappe | Vierteldrehung | Wellendichtungen, Lagerbelastungen und Ausrichtung der Stellantriebe | Isolierung oder Steuerung von Großleitungen |
| Balgdichtes Ventil | Linear mit einer Druckhülle aus geschweißten Faltenbälgen | Lebensdauer des Faltenbalgs, Integrität der Schweißnähte und Dichtungsmaterial | Giftige, gefährliche oder hochreine Medien |
7 Punkte, die Sie vor der Bestellung bei der Auswahl von emissionsarmen Ventilen beachten sollten
- Beschreiben Sie die Flüssigkeit vollständig. Geben Sie die Wasserstoff- oder CO₂-Konzentration, den Methangehalt, Wasser, H₂S, Partikel und sonstige Verunreinigungen an.
- Geben Sie den vollständigen Druck-Temperatur-Bereich an. Dies umfasst den Normalbetrieb, das Anfahren, das Abschalten, das Ablassen sowie Störfälle.
- Nennen Sie die Abgasnorm. Geben Sie je nach Anwendbarkeit ISO 15848-1, ISO 15848-2, API 624, API 641 oder eine andere Projektanforderung an.
- Geben Sie die erforderliche Qualifikation an. Halten Sie die Leckageklasse, die Lebensdauerzyklen, den Temperaturbereich, die Prüfflüssigkeit und die Anforderungen an die Produktionsabnahme fest.
- Überprüfen Sie alle Dichtungsmaterialien. Überprüfen Sie die Dichtungen, Spindeldichtungen, Gehäusedichtungen, Sitzringe und O-Ringe – nicht nur die Werkstoffe des Gehäuses und der Einbauteile.
- Legen Sie die Betätigungs- und Betriebsfrequenz fest. Manueller oder automatischer Betrieb, Sicherheitsstellung, Schließzeit, Taktfrequenz und maximaler Differenzdruck.
- Fordern Sie eine nachvollziehbare Dokumentation an. Vereinbaren Sie vor Produktionsbeginn die Zertifikate, Prüfberichte, Materialunterlagen, Prüfpunkte und genehmigten Zeichnungen.
Häufige Fehler bei der Spezifikation
Ein Ventil als “leckagefrei” zu bezeichnen, ohne die Grenze zu benennen
Leckagen im Sitzbereich und flüchtige Emissionen nach außen sind zwei getrennte Anforderungen. Im Datenblatt sollten beide angegeben werden, wenn beide von Bedeutung sind.
Angabe einer zugelassenen Dichtung, jedoch keiner qualifizierten Ventilbaugruppe
Die Prüfung der Dichtungsdaten ist zwar hilfreich, doch hängt die Gesamtleistung des Ventils auch von der Dichtungskammer, der Oberflächenbeschaffenheit der Spindel, der Konstruktion der Stopfbuchse sowie der Verschraubung und dem Montageverfahren ab.
Verwendung einer Standard-Stoffliste für Wasserstoff oder CCUS
Die Materialverträglichkeit muss unter Berücksichtigung der Zusammensetzung, des Drucks, der Temperatur und der Dekompressionsbedingungen geprüft werden. Eine allgemeine Angabe des Werkstoffs deckt nicht alle Dichtungen und druckführenden Bauteile ab.
Auswahl des Stellantriebs nach der Fertigung des Ventils
Die Reibung an Spindel und Dichtung beeinflusst das erforderliche Drehmoment bzw. den erforderlichen Schub. Bei der Dimensionierung des Stellantriebs sollten die endgültige Ventilausführung und der ungünstigste Betriebsdifferenzdruck zugrunde gelegt werden.
Was sollte ein Hersteller überprüfen?
Ein aussagekräftiges Angebot sollte den Ventiltyp, die Baugröße, die Druckklasse, die Werkstoffe, die Anordnung von Stopfbuchse und Dichtung, die geltende Emissionsnorm, die Antriebsdaten sowie den Prüfumfang enthalten. Etwaige Abweichungen von der Anfrage sollten deutlich aufgeführt werden.
WDL Valve liefert Kugelhähne, Absperrschieber, Sitzventile, Absperrklappen sowie Rückschlagventile aus Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Duplexstahl, Super-Duplexstahl und ausgewählten Sonderlegierungen. Die Eignung für emissionsarme Anwendungen, den Einsatz mit Wasserstoff oder für CCUS muss anhand der genauen Projektspezifikation bestätigt werden und darf nicht allein vom Ventiltyp abgeleitet werden.
Häufig gestellte Fragen
Zertifiziert die Norm API 598 ein Ventil hinsichtlich geringer diffuser Emissionen?
Nein. Die Norm API 598 regelt die Prüfung von Ventilen und die Druckprüfung. Für die Qualifizierung hinsichtlich flüchtiger Emissionen ist eine entsprechende Norm wie ISO 15848-1, API 624 oder API 641 erforderlich, je nach Vorgabe des Käufers.
Welche Norm gilt für Kugelhähne und Absperrklappen?
Die Norm API 641 gilt für Vierteldrehventile. Die Norm ISO 15848-1 kann auch für Absperr- und Regelventile gelten, sofern deren Klassifizierung und Prüfvorschriften festgelegt sind.
Welche Norm gilt für Absteigerstangen-Absperrschieber und Kugelhähne?
Die Norm API 624 regelt die Typprüfung von Ventilen mit steigender Spindel, die mit einer flexiblen Graphitdichtung ausgestattet sind. Je nach Projekt kann auch die Norm ISO 15848-1 vorgeschrieben werden.
Ist jedes emissionsarme Ventil für Wasserstoff geeignet?
Nein. Eine geringe externe Leckage ist nur ein Aspekt der Wasserstofftauglichkeit. Auch Werkstoffe, Dichtungen, brandsichere Konstruktion, antistatische Anforderungen, Druckfestigkeit und wasserstoffspezifische Validierung müssen geprüft werden.
Welche Informationen sollten für die Auswahl eines emissionsarmen Ventils übermittelt werden?
Geben Sie die Zusammensetzung der Flüssigkeit, den Druck, die Temperatur, die Größe, die Druckklasse, die Betriebszyklen, die Ventilfunktion, die Emissionsnorm, die erforderlichen Prüfungen, die Antriebsdaten und die Anforderungen an die Dokumentation an. Anhand dieser Angaben kann der Hersteller die Ventilbaugruppe anhand der tatsächlichen Anforderungen an die Auswahl emissionsarmer Ventile prüfen.
Besprechen Sie Ihre Spezifikationen für emissionsarme Ventile
Senden Sie WDL Valve das Prozessmedium, den Druck-Temperatur-Bereich, den Ventiltyp, die Emissionsnorm und die Anforderungen an die Betätigung, damit wir Ihr Projekt prüfen können. Für umfassendere Aufgaben mit hohem Risiko sehen Sie sich bitte unsere Hersteller von Ventilen für den Einsatz unter extremen Bedingungen Fähigkeiten.
