Bislang wurden in kryogenen Anwendungen, die eine Zweiwegeventilabdichtung erfordern, hauptsächlich zwei Ventiltypen eingesetzt: Absperrventile und Festkugelventile bzw. obenliegende Festkugelventile. Mit der erfolgreichen Entwicklung des Zweiwege-Kryokugelventils steht Systementwicklern jedoch eine attraktivere Alternative zu herkömmlichen Kugelventilen zur Verfügung.SchwimmkugelhähneEs zeichnet sich durch einen höheren Durchfluss aus, unterliegt keiner Einschränkung der Durchfluss- und Dichtungsrichtung des Mediums und kann sicher unter kryogenen Bedingungen betrieben werden. Zudem ist es kleiner, leichter und einfacher aufgebaut.
Kryogene Anwendungsszenarien, die Ventile erfordern, umfassen den Ein-/Auslass von Lagertanks zum Befüllen und Entleeren, die Druckbeaufschlagung geschlossener leerer Rohrleitungen, die Vergasung und Verflüssigung, Mehrzweckleitungen für verschiedene Systeme in LNG-Terminalstationen, Schiffssystemen und Tankern, Verteilungssysteme, Pumpstationen und LNG-Tankstellen sowie Erdgasventilsätze (GVUs) im Zusammenhang mit Dual-Fuel-Motoren auf Schiffen.
In den oben genannten Anwendungsszenarien werden im Allgemeinen Zweiwege-Absperrventile zur Steuerung und Absperrung des Mediums eingesetzt. Im Vergleich zu alternativen Typen wie z. B.KugelhähneSie haben mehrere Probleme:
Der Durchflusskoeffizient (Cv) ist niedrig – dies wird sich auf die Auswahl aller relevanten Rohrdimensionen auswirken und zu einem potenziellen Engpass werden, der die Durchflusskapazität des Systems einschränkt.
Linearantriebe müssen für Schließ- und Steuerfunktionen konfiguriert werden. Im Vergleich zu den rechteckigen Drehantrieben, die zur Steuerung und Betätigung von Kugelhähnen und anderen rechteckigen Drehventilen verwendet werden, ist diese Art von Ausrüstung komplexer und teurer. Die Kosten und die strukturelle Komplexität einer kompletten Ventil- und Antriebsanlage sind erheblich.
• Wenn das Absperrventil zur Realisierung der von vielen LNG-Systemen geforderten Notabschaltfunktion verwendet wird, wird die Komplexität noch höher sein.
Bei kleinen LNG-Anlagen (SSLNG) treten die oben genannten Probleme deutlicher hervor, da diese Systeme kleiner und kostengünstiger sein und eine möglichst große Durchflusskapazität aufweisen müssen, um den Be- und Entladezyklus zu verkürzen.
Der Durchflusskoeffizient des Kugelhahns ist höher als der des gleich großen Absperrventils. Anders ausgedrückt: Sie sind kleiner, ohne dass die Durchflussrate beeinträchtigt wird. Dies bedeutet, dass Größe, Gewicht und Kosten des gesamten Rohrleitungssystems und sogar des gesamten Systems deutlich reduziert werden. Gleichzeitig kann dies die Rentabilität (ROI) der entsprechenden Systeme erheblich steigern.
Standardmäßige kryogene Schwimmerkugelventile sind natürlich Einwegventile und daher für die oben genannten Szenarien, die eine Zweiwegeventilabdichtung erfordern, nicht geeignet.
Einweg vs. Zweiweg
Wie in Abbildung 1 dargestellt, verfügt das Standard-Schwimmkugelventil für kryogene Bedingungen über eine Druckentlastungsbohrung auf der Zulaufseite der Ventilkugel. Diese verhindert einen Druckanstieg bei Phasenübergängen des Mediums. Im geschlossenen Zustand verdampft das im Ventilkörper eingeschlossene verflüssigte Erdgas und dehnt sich aus. Das Volumen kann sich nach vollständiger Ausdehnung auf das 600-fache des ursprünglichen Volumens vergrößern, was zum Bersten des Ventils führen kann. Um dies zu verhindern, ist bei den meisten Standard-Schwimmkugelventilen ein Druckentlastungsmechanismus mit Öffnung auf der Zulaufseite vorhanden. Daher sind herkömmliche Kugelventile nicht für Anwendungen geeignet, die eine bidirektionale Abdichtung erfordern.
Und genau hier kann das Zweiwege-Kryo-Kugelventil seine Stärken ausspielen. Der Unterschied zwischen diesem Ventil und dem herkömmlichen Einweg-Kryoventil besteht darin:
• Die Ventilkugel besitzt keine Öffnung zum Druckabbau
• Es kann Flüssigkeiten in beide Richtungen abdichten
• Die Ventilkugel besitzt keine Öffnung zum Druckabbau
• Es kann Flüssigkeiten in beide Richtungen abdichten
Beim Zweiwege-Kugelhahn mit kryogenem Schwimmer ersetzt der federbelastete Zweiwege-Ventilsitz den vorgelagerten Druckentlastungsmechanismus. Dieser Ventilsitz kann den durch das im Ventilkörper eingeschlossene verflüssigte Erdgas erzeugten Überdruck abbauen und so ein Bersten des Ventils verhindern (siehe Abbildung 2).
Darüber hinaus trägt der federbelastete Ventilsitz dazu bei, das Ventil mit einem niedrigeren Drehmoment zu betreiben und einen ruhigeren Betrieb unter kryogenen Bedingungen zu gewährleisten.
Das Zweiwege-Kugelventil mit kryogenem Schwimmer ist mit einem nachgelagerten Graphit-Dichtungsring ausgestattet und verfügt somit über eine Brandschutzfunktion. Sofern es nicht zu einem katastrophalen Unfall kommt, bei dem die Polymerteile des Ventils in Brand geraten, kommt die Sekundärdichtung nicht mit dem Medium in Berührung. Im Falle eines Unfalls erfüllt die Nachdichtung ihre Brandschutzfunktion.
Vorteile von Zweiwegeventilen
Im Vergleich zu Kugelventilen, festen und oben montierten Kugelventilen bietet das kryogene Zweiwege-Schwimmerkugelventil alle Vorteile eines Kugelventils mit hohem Durchflusskoeffizienten und ist hinsichtlich Fluid- und Dichtungsrichtung uneingeschränkt einsetzbar. Es ist für den sicheren Einsatz unter kryogenen Bedingungen geeignet, zeichnet sich durch geringe Größe und einfache Bauweise aus. Auch der zugehörige Stellantrieb ist relativ einfach (Rechtwinkeldrehung) und miniaturisiert. Diese Vorteile führen zu einem kleineren, leichteren und kostengünstigeren Gesamtsystem.
Im Vergleich zu Kugelventilen, festen und oben montierten Kugelventilen bietet das kryogene Zweiwege-Schwimmerkugelventil alle Vorteile eines Kugelventils mit hohem Durchflusskoeffizienten und ist hinsichtlich Fluid- und Dichtungsrichtung uneingeschränkt einsetzbar. Es ist für den sicheren Einsatz unter kryogenen Bedingungen geeignet, zeichnet sich durch geringe Größe und einfache Bauweise aus. Auch der zugehörige Stellantrieb ist relativ einfach (Rechtwinkeldrehung) und miniaturisiert. Diese Vorteile führen zu einem kleineren, leichteren und kostengünstigeren Gesamtsystem.
Tabelle 1 vergleicht das kryogene Zweiwege-Schwimmkugelventil mit anderen Ventilen ähnlicher Funktion hinsichtlich Wartung, Größe, Gewicht, Drehmomentniveau, Steuerungsschwierigkeit und Gesamtkosten und fasst seine Vor- und Nachteile umfassend zusammen.
Wenn eine kleine LNG-Anlage von der gängigen Praxis abweicht und ein kryogenes Zweiwege-Kugelventil einsetzt, kann sie dessen einzigartige Vorteile voll ausschöpfen: vollen Durchmesser, hohe Durchflussrate und hohe Rohrleitungsabgabe. Dadurch können vergleichsweise kleinere Rohrdurchmesser bei gleichbleibender Durchflussrate verwendet werden, was das Gesamtvolumen, das Gewicht und die Komplexität des Systems reduziert und somit die Kosten des Rohrleitungssystems senkt.
Im vorherigen Artikel wurden die Vorteile der Verwendung als Absperrventil erläutert. Bei Verwendung als Regelventil werden die Vorteile noch deutlicher. Durch den Einsatz eines Winkelkugelhahns wird die Komplexität der Ventilautomatisierung erheblich reduziert, sodass er sich zu einer optionalen Komponente für Kryosysteme entwickelt hat.
Das grundlegendste Element des oben genannten Automatisierungskits ist das einfache und praktische Zweiwege-Kryo-Schwimmerkugelventil sowie der rechteckige Drehantrieb mit einfacher Struktur und hoher Kosteneffizienz.
Kurz gesagt, das Zweiwege-Kryo-Schwimmerkugelventil hat eine unerwartet positive Bedeutung für das Kryogen-Pipelinesystem. In kleinen LNG-Anlagen kann es seine Vorteile voll ausspielen.
In den vergangenen Jahren wurde dieses neue Produkt in praktischen Anwendungen erprobt, wobei sich zeigte, dass es einen positiven Einfluss auf die Projektkosten und den langfristigen zuverlässigen Betrieb des Systems hat.
Veröffentlichungsdatum: 17. Juni 2021