Die Armatur ist das zahlreichste Einzelbauteil in jedem Prozessrohrleitungssystem und eines der am häufigsten falsch spezifizierten. Eine für ihren Betrieb falsch ausgewählte Armatur wird entweder ihre bestimmungsgemäße Funktion nicht erfüllen oder vorzeitig ausfallen — und im Druckbetrieb kündigt ein Armaturenversagen sich selten günstig an. Die richtige Armaturenauswahl erfordert die Abstimmung von Bauform und Werkstoffen auf drei Faktoren: die beabsichtigte Funktion (Absperrung, Regelung oder Rückflussverhinderung), die Prozessbedingungen und die Betriebsanforderungen.
Die drei Funktionen — Absperrung, Regelung, Rückflussverhinderung
- Absperrung — vollständig offen oder vollständig geschlossen, bietet positive Abdichtung im geschlossenen Zustand und minimalen Druckverlust im geöffneten Zustand. Schieber, Kugelhähne und Klappen in Absperrausführungen.
- Regelung — Modulation der Durchflussrate durch Betrieb in Zwischenstellungen. Durchgangsventile, Nadelventile und speziell für Drosselbetrieb ausgelegte Kugelhähne und Klappen. Eine nur für die Absperrung ausgelegte Armatur, die zur Regelung verwendet wird, versagt rasch.
- Rückflussverhinderung — erlaubt Durchfluss nur in einer Richtung, schließt automatisch bei Rückströmung. Pendelrückschlagklappen, Hubventile, Doppelplattenrückschlagklappen und axiale Rückschlagventile.
Schieber
Der Schieber verwendet einen flachen oder keilförmigen Absperrkörper, der senkrecht steigt und fällt. Im vollständig geöffneten Zustand ist die Nennweite vollständig freigegeben — minimaler Druckverlust. Schieber sind für Drosselbetrieb nicht geeignet. API 600 ist die maßgebliche Norm für Vollbohrungsschieber in Öl-, Gas- und petrochemischen Anlagen. API 602 deckt Kompaktschieber bis DN 100 ab. EN 13709 gilt für Stahlschieber im europäischen und Erdölindustriebereich.
Durchgangsventile
Das Durchgangsventil verwendet einen senkrecht zum Sitz bewegten Teller. Diese Geometrie macht Durchgangsventile von Natur aus besser für Regelzwecke geeignet als Schieber. Sie erzeugen einen höheren Druckverlust bei vollem Hub als gleichwertige Schieber oder Kugelhähne und sind für Dampf- und häufig betätigte Stellungen die Standardwahl.
Kugelhähne
Der Kugelhahn verwendet einen kugelförmigen Absperrkörper mit Durchgangsbohrung. Vierteldrehungsbetrieb ermöglicht schnelles Öffnen und Schließen. API 608 deckt Kugelhähne für Prozessrohrleitungen ab; API 6D gilt für großkalibrige Pipeline-Kugelhähne. Weichgedichtete Kugelhähne (PTFE, PEEK, Elastomersitze) bieten ausgezeichnete Abdichtung (ANSI Klasse VI), haben aber Temperaturgrenzen; metallisch gedichtete Bauformen sind für höhere Temperaturen und kryogene Bedingungen geeignet.
Klappen
Die Klappe verwendet eine um eine Mittelachse rotierende Scheibe — Vierteldrehungsbetrieb wie der Kugelhahn, aber in einem wesentlich kompakteren, leichteren Gehäuse, das insbesondere bei großen Nennweiten von Vorteil ist. API 609 deckt Prozessklappen in Zweiflanschen-, Zwischenflanschen- und Lug-Bauform ab. Dreifach exzentrische Klappen mit Metalldichtung werden in Hochdruck-Dampf- und Kohlenwasserstoffbetrieb eingesetzt.
Membranventile
Das Membranventil verwendet eine flexible Membran, die gegen einen Steg oder die Bohrung gedrückt wird. Es gibt keinen Stopfbuchsenleckpfad zur Atmosphäre. Membranventile sind die Standardabsperr- und Regelarmatur für hygienischen Betrieb (pharmazeutisch, Lebensmittel, Bioprozesstechnik), wo spaltfreie, reinigbare Innenflächen erforderlich sind. EHEDG-zertifizierte und ASME-BPE-konforme Membranventile sind in Tri-Clamp-Anschlüssen verfügbar.
Rückschlagarmaturen
- Pendelrückschlagklappe — für waagerechte oder senkrecht aufwärts gerichtete Leitungen. Schlaghaftes Schließverhalten bei schnell schwankenden Durchflüssen.
- Hubventil — für Hochdruck, Hochgeschwindigkeit. Muss in waagerechten Leitungen mit senkrecht stehendem Spindel eingebaut werden.
- Doppelplattenschieber — federbelastet, schnelles Schließen, kompakte Zwischenflanschen-Bauform. Standard in Großrohr-Systemen und Pumpendruckleitungen.
- Axiale Rückschlagventile — Inlinescheibe mit Federrücklauf, minimaler Druckverlust, schnelles Schließen. Für Verdichterdruckleitungen und Hochdruckpumpenauslässe.
Werkstoffe
| Betrieb | Gehäusewerkstoff | Garniturwerkstoff | Sitzwerkstoff |
|---|---|---|---|
| Allgemeiner Kohlenstoffstahlbetrieb, Umgebung bis 400°C | ASTM A216 WCB Gusskohlenstoffstahl | 13Cr Edelstahl | 13Cr oder 316SS |
| Tieftemperaturbetrieb (−46°C bis −196°C) | ASTM A352 LCC oder LCB | 316SS | 316SS oder PTFE |
| Edelstahl / korrosiver Betrieb | ASTM A351 CF8M (316SS-Äquivalent) | 316SS | 316SS oder PTFE |
| Sauergasbetrieb (H₂S) | ASTM A216 WCB + NACE MR0175 | 17-4PH oder Hartauftragsschweißung | Metall auf Metall |
| Hochtemperaturdampf (>427°C) | ASTM A217 WC6 oder WC9 | Stellit-Hartauftragsschweißung | Stellit |
Zusammenfassung
Schieber bleiben die Standard-Absperrarmatur für den allgemeinen Kohlenstoffstahl-Rohrleitungsbetrieb. Kugelhähne haben Schieber in Edelstahl-, kryogenen und kleinkalibrigenAnwendungen weitgehend abgelöst. Durchgangsventile sind für Drosseln und häufigen Betrieb richtig. Klappen lösen das Gewichts- und Raumproblem bei großen Nennweiten. Membranventile beherrschen den hygienischen Bereich. Jede Armaturenspezifikation sollte Gehäusewerkstoff, Garniturwerkstoff, Druckklasse, Anschlusstyp und Leckageklasse angeben — und der bewertete Druck bei Betriebstemperatur sollte stets gegen ASME B16.34 geprüft werden.