Druckregler gehören, unabhängig von ihrem Funktionsprinzip als Vordruckregler oder Druckminderer, zu den wichtigsten und meistverbauten Komponenten in industriellen Fluidsystemen. Gemeinsam haben beide Reglerarten, dass sie einerseits für die zuverlässige Druckanpassung in Fluidsystemen verantwortlich sind, andererseits höchste funktionale Sicherheitsstandards erfüllen müssen.
Das Versagen eines Druckreglers kann fatale Folgen haben für die Integrität des Prozessstroms (und damit für die Produktivität) und wirkt sich im Ernstfall katastrophal auf die Sicherheit von Mitarbeitern aus. Je nach verarbeitetem Medium hat ein Ausfall oder eine Fehlfunktion zudem schwerwiegende Folgen für die Umwelt.
Das bedeutet für die Druckregler, dass sie hinsichtlich konstruktiver Ausführung und verarbeiteten Werkstoffen allen Prozessanforderungen gerecht werden. Zudem haben sie sehr oft äußerst widrigen klimatischen und Umweltbedingungen zu widerstehen, seien es extreme Temperaturen oder Offshore-Einsätze.
Um die Robustheit und Ausdauer sicherzustellen, werden die Druckregler vom Hersteller aufwendigen Testverfahren unterzogen. Dabei werden die Komponenten einem Vielfachen an Belastungen ausgesetzt, für die sie letztlich zertifiziert werden. Nur so lässt sich der auf einen lange Produkt-Lebenszyklus ausgelegte zuverlässige Betrieb erreichen.
Mit individuellen Prüfverfahren die Qualität sichern
Für die Prüfung von Druckreglern gibt es keine branchenweiten, einheitlichen Testverfahren. Zwar testet jeder Hersteller seine Erzeugnisse für den industriellen Einsatz. Die Vorgehensweisen sind jedoch sowohl von der Testanlage als auch vom Aufwand her unterschiedlich, so dass Testergebnisse unterschiedlicher Hersteller nicht ohne weiteres vergleichbar sind. Deshalb ist es sinnvoll, dass sich Anwender vor ihrer Produktentscheidung bei infrage kommenden Anbietern über ihre Testmethoden informieren und sich von Experten beraten zu lassen, welches Produkt anhand der Testergebnisse für den vorgesehenen Einsatz am besten geeignet ist.
Swagelok stellt im Folgenden seine Prüfverfahren vor, mit denen die hohe Qualität der Vordruckregler und Druckminderer erzielt wird.
Die gewünschten Leistungsmerkmale vorbestimmen und durch Tests bestätigen
Bei Druckreglern von Swagelok hat sich als Ausgangsbasis der Prüfung auf zuverlässige Funktion, Belastbarkeit und Langlebigkeit die prädiktive Modellierung bewährt, bei der anhand von mathematischen Modellen die Leistungsmerkmale vorbestimmt werden und im Anschluss festgestellt wird, ob diese erreicht bzw. eingehalten werden.
Diese Vorgehensweise hilft den Ingenieuren, die Komponenten gezielt so zu entwickeln, dass sie bei den praktischen Tests die erwarteten Leistungsmerkmale mit den jeweils erforderlichen Sicherheitsreserven erfüllen. Bei Swagelok werden die vorab errechneten Produkteigenschaften der Druckregler mithilfe von fünf Prüfmethoden verifiziert, die nachfolgend erläutert werden:
- Thermische Belastbarkeit
- Komponentenlebensdauer
- Auftreten und Auswirkung des Versorgungsdruckeffekts
- Bersttests
- Fluiddynamisches Verhalten
1. Die thermische Prüfung – Eignungstest für alle Klimazonen
Industrielle Fluidsysteme sind weltweit und in allen Klimazonen im Einsatz, zudem transportieren sie Medien unterschiedlichster Temperaturen mitunter bis nahe dem absoluten Nullpunkt (−273,15 Grad Celsius) und mehreren hundert Plusgraden. Je nach dem vorgesehenen Temperaturbereich müssen die verbauten Materialen darauf abgestimmt sein. Das heißt, dass das Zusammenwirken unterschiedlicher Werkstoffe intensiv getestet werden muss, wie z.B. Elastomere für die Dichtungen in Kombination mit Metalllegierungen für den Reglerkörper, das Sensor-, Kontroll- und Steuerungselement .
Die thermische Prüfung stellt die Funktion und Dichtleistung weit über die Spezifikationswerte hinaus sicher, indem die Funktionstüchtigkeit der Druckregler unter Einwirkung einer weit gefassten Temperaturskala festgestellt wird.
2. Der Lebensdauertest – Belastung unter Extrembedingungen
Die Lebensdauer von Komponenten ist für Anlagenbetreiber von größter Bedeutung. Hinsichtlich Wirtschaftlichkeit wird als Beitrag zur optimalen Produktivität die einwandfreie, möglichst störungsfreie und wartungsarme Funktion erwartet - dies bei gleichzeitig höchster Sicherheit gegenüber Mitarbeitern und Umwelt.
Um diese Eigenschaften langfristig zu erhalten, werden Druckregler-Prototypen u.a. auf Prüfständen härtesten Belastungen von bis zu 120 Lastzyklen pro Sekunde ausgesetzt und zwar so lange, bis Verschleißerscheinungen an den einzelnen Bauteilen exakte Rückschlüsse auf ihre Lebensdauer zulassen. Die Erkenntnisse dieser Verschleißmuster werden bei der Auslegung und anschließenden Serienfertigung der Druckregler berücksichtigt.
3. Test zum Versorgungsdruckeffekt – Messen eines Paradoxons
Der Versorgungsdruckeffekt ist ein Phänomen, das speziell bei Druckreglern auftritt. Wenn beispielsweise eine Gasflasche sukzessive entleert wird, sinkt am Druckminderer der Eingangsdruck. Im Gegenzug steigt paradoxerweise der Ausgangsdruck.
Der Regler-Hersteller muss den Wert kennen, um den der Ausgangsdruck im Verhältnis zum abnehmenden Eingangsdruck steigt. Da dieser für Anwender im Prozessgeschehen des Fluidsystems oft von Bedeutung ist, nennt Swagelok diesen Wert in den technischen Unterlagen. Darüber hinaus legt Swagelok bei der Auslegung seiner Druckregler größten Wert darauf, dass der Steigerungswert des Ausgangsdrucks so klein wie möglich gehalten wird.
4. Der Bersttest – Zerstörung als Erkenntnisziel
Beim Berstversuch wird ein Bauteil so lange einem steigenden Druck ausgesetzt, bis es durch die Druckeinwirkung zerstört wird. Vor allem bei Druckreglern ist der Berstversuch ein essenzieller Teil der Testreihen, um feststellen zu können wo die maximalen Grenzen eines Bauteils liegen und diese daher niemals erreicht werden dürfen.
Swagelok Druckregler werden grundsätzlich Bersttests ausgesetzt, deren Werte als Abwärts-Orientierung gelten: Die Komponenten sind darauf ausgelegt, dass die Druckregler zwar weit unterhalb des Berstdrucks und dennoch um ein Vielfaches oberhalb der eigentlichen Druckstufe noch zuverlässig arbeiten. Auf diese Weise wird ein enorm hohes Sicherheitspotenzial erzielt.
5. Fluiddynamische Prüfungen – Optimierung des Fluidstromverhaltens
Sozusagen vom Innenleben eines Druckreglers hängt es ab, wie gleichmäßig sich der Ausgangsdruck entwickelt und hält. Deshalb muss das Innere des Reglers so gestaltet sein, dass eine optimale Durchflussgeschwindigkeit einen stabilen Druckaufbau ermöglicht. Da der Ausgangsdruck direkt an der Membran gemessen wird, beeinflussen geringste Ungenauigkeiten im Innern die hochsensiblen fluiddynamischen Vorgänge. Dadurch können Ausgangsdruckverluste entstehen, die zu einer Leistungsminderung des Druckreglers führen.
Um hier beste Ergebnisse hinsichtlich der Gleichmäßigkeit des Ausgangsdrucks zu erzielen, wendet Swagelok zum einen Methoden der numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics – CFD) an. Hierbei werden mithilfe numerischer Analysen und Datenstrukturen Durchfluss und Druck des Fluidstroms untersucht und Probleme gelöst wie z.B. interne Druckzonen, die das Durchflussverhalten negativ beeinflussen.
In Verbindung mit praktischen Durchflussprüfungen lässt sich auf diese Weise die Auslegung des Druckreglers hinsichtlich des Ausgangsdrucks präzise bestimmen und realisieren, womit das entscheidende Funktionsmerkmal, der möglichst gleichmäßige Ausgangsdruck, sichergestellt wird.
Mit Experten-Rat die richtige Entscheidung treffen
Industrielle Fluidsysteme sind in der Regel kostspielige Anlagen, angefangen bei der Projektierung über Realisierung und den Betrieb bis hin zu laufender Wartung und Instandhaltung. Deshalb legen Betreiber solcher Fluidsysteme mit Recht größten Wert auf eine optimale Wirtschaftlichkeit.
Swagelok deckt mit seinem breiten Sortiment nahezu alle Anforderungen ab, was die unterschiedlichen Anforderungen und ihre Spezifikationen betrifft. Sie werden höchsten Qualitätsansprüchen und somit den Erwartungen der Fluidsystem-Betreiber gerecht.
Bei Bedarf stehen Ihnen die Swagelok Experten mit ausführlichen Beratungsgesprächen zur Verfügung und beraten Sie bei der Auswahl der für Ihre Anwendungen am besten geeigneten Druckregler.
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