Wie Klappen auch bei Eiseskälte dicht halten

Peter Steinmetz ist Manager Technik bei Ena GmbH Energietechnik und Anlagenbau in Wegberg

Bis -40°C muss die Dichtfunktion zuverlässig gewährleistet sein“, forderte der Betreiber eines petrochemischen Werkes aus dem Osten, in dem Schwefelsäure zurückgewonnen wird. An sich schon eine große Hürde. Zu den Minustemperaturen kommen Prozesstemperaturen bis zu 450 °C und ein hoher Arbeitsdruck von 100 mbar hinzu. Das Gas-Medium ist stark SO2-haltig und korrosiv. Eigentlich können sich an solchen Ausschreibungen nur Firmen mit langer Praxiserfahrung wie die Ena GmbH in Wegberg beteiligen, die eine eigene Konstruktion haben. Von der Fertigung ist höchste Qualität gefordert, Fehler dürfen keine passieren. Denn vor Ort warten genug weitere Schwierigkeiten auf die Techniker: Einbau organisieren, Funktion prüfen, Sprachbarrieren überwinden, Personal einweisen, Übergabe und Wartung garantieren.

Im konkreten Fall reduzierte sich die Vielzahl der Lösungsansätze durch Simulieren am Computer auf zwei Ausführungen. Die erste ist eine Doppel-Absperrklappe in herkömmlicher Bauart mit Sperrluft. Mit ihrer einfachen Klappenabdichtung und dem kleinen Antrieb ist sie relativ preiswert. Ihr großer Sperrluft-Bedarf führt jedoch zu hohen Energiekosten, weil die Sperrluft erhitzt werden muss (und hier 170 kW Leistung aufnimmt).

Die zweite Lösungsvariante ist eine Doppel-Exzenterklappe mit Sperrluft. Ihre Konstruktion ist sehr sicher und in Verbindung mit der Sperrluft hundertprozentig dicht. Weiterer Vorteil: Für die Sperrluft reicht ein kleiner Sperrlüfter und ein sparsamer Lufterhitzer, der nur 26 kW Leistung aufnimmt. Nachteilig ist der größere und teurere Antrieb, der zum Bewegen der Klappe notwendig wird.

Die Techniker von Ena entschieden sich für die Variante 2. Ihre hohe Dichtwirkung verdankt sie einem umlaufend konischen Dichtsitz. Möglich macht dies ein geometrischer Kniff: Die Drehachse wird von der Klappen-Ebene nach außen verlegt und exzentrisch so gelagert, dass das Klappenblatt trotz Konus in die Schließposition eindrehen kann.

Für Medientemperaturen von 450 °C gibt es leider kein in sich dichtes Dichtungsmaterial. Um die geforderte 100%ige Mediumdichtheit dennoch zu erreichen, haben die Konstrukteure in einem Gehäuse zwei gekoppelte Klappenblätter angeordnet, die im geschlossenen Zustand einen Zwischenraum bilden. In diesen Zwischenraum wird Sperrluft eingeblasen, deren Druck über dem Mediumdruck liegt. Somit kann nur Luft in die angrenzende Rohrleitung entweichen, während das Medium abgesperrt bleibt. Der Druck im Zwischenraum wird von einem Sensor überwacht, der beispielsweise Rückschlüsse auf einen potenziellen Dichtungsverschleiß zulässt.

Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, wurden Materialien verwendet, die zwischen -40 und 450 °C beständig sind. Die mediumberührten Teile sind aus dem Werkstoff X1NiCrMoCuN 25205 (1.4539) und damit SO2-beständig. Bei den Dichtungswerkstoffen griffen die Konstrukteure auf eine veredelte Glasfaserpackung zurück, die eine gute Mediumbeständigkeit bietet und sich bis 500 °C einsetzen lässt. Weiterer Pluspunkt ist die hohe Flexibilität dieser Dichtung.

Für die statische Auslegung nach Temperatur und Druck gibt es Formeln, für die Unbilden des Wetters allerdings nicht. Hier hilft nur Praxiserfahrung. Diese hat sich bewährt, wie Montage und Betrieb gezeigt haben. Als besondere Herausforderung stellte sich bei dem Projekt die Materialbearbeitung heraus, insbesondere die Schweiß- und Nacharbeiten an den Wellendurchführungen der Klappen, die ebenfalls zu 100 % dicht sein müssen (Sperrluft-Versorgung). Beeindruckend war die Unterstützung durch die Unternehmen im Osten, die präzise Technik „made in Germany” schätzen. Engagiert beteiligten sich die Mitarbeiter an Montagearbeiten, Schulungen und Einweisungen.