Die störungsfreie Rückflussverhinderung stellt für Rückschlagventile in der chemischen Prozessindustrie eine grosse Herausforderung dar: Durch mechanische und chemische Beanspruchung der Ventilkomponenten unterliegen die Ventile einem erheblichen Verschleiss. Dass dieses Problem durch ein innovatives Ventilkonzept zu meistern ist, beweist die neue Generation Rückschlagventile von GF Piping Systems beim Einsatz im Aufbereitungsprozess in der chemischen Industrie.

GF Piping Systems, eine von drei Unternehmensgruppen des Konzerns Georg Fischer mit Haupsitz in Schaffhausen/Schweiz, ist ein führender Anbieter von Rohrleitungssystemen aus Kunststoff und Metall mit weltweiter Marktpräsenz. Die Kunden profitieren von  einem kompletten Systemangebot aus Rohren, Fittings und Armaturen. Dazu kommen die geeigneten Verbindungstechnologien, eine optimal angepasste Palette an Mess- und Regeltechnikkomponenten sowie umfassende Beratungs- und Serviceleistungen.

Das Unternehmen bedient eine Vielfalt von Anwendungen und Industrien, darunter  Gebäudetechnik, chemische Prozessindustrie, Food & Beverage, Mikroelektronik, Schiffsbau, Wasser- und Gasversorgung sowie Wasseraufbereitung. In der chemischen Prozessindustrie liegt der Fokus auf der Chemikalienproduktion, dem Chemikalienhandel und der Oberflächenbearbeitung. Ein weiteres wichtiges Schwerpunktgebiet von GF Piping Systems ist die Wasseraufbereitung.

Praxisnahe Feldtests während der Entwicklung

Bei der Entwicklung der neuen Rückschlagventile standen zwei Problemstellungen im Vordergrund: Wie lässt sich eine bestens etablierte Produktgattung noch sicherer gestalten? Wie reduzieren wir den Verschleiss der bewegten Teile und minimieren den Wartungsaufwand? Die Lösung besteht aus einem völlig neu entwickelten Design für das Innenleben des Ventils.

Jede Neuentwicklung muss in erster Linie die Anforderungen der Praxis erfüllen. Deshalb war die kontinuierliche Prüfung der Ventile unter möglichst praxisnahen Bedingungen einer der wichtigsten Meilensteine des Entwicklungsprojekts. Neben den Laborprüfungen setzte man die Ventile in Feldtests bei unterschiedlichen Kunden ein, um durch eine intensive Zusammenarbeit von Anwender und Hersteller noch während dem Entwicklungsprozess realitätsnahe Prüfungsergebnisse zu gewinnen.

GF Piping Systems stellte die neuen Rückschlagventile in verschiedenen Ausführungen bereits zwei Jahre vor der Serienreife einem Kunden aus der chemischen Prozessindustrie für Feldtests im Abwasserneutralisationsprozess zur Verfügung.

Schlüsselprozess Abwasseraufbereitung

Die Abwasseraufbereitung ist ein wichtiger Prozess zur Einhaltung der Wasserqualität. Damit das Abwasser in die Kanalisation eingeleitet werden kann, müssen strenge Vorschriften eingehalten werden. Die Gesetze verlangen in den heutigen Aufbereitungsanlagen modernste Technologien.

Abfall entsteht in jeder Industrie. Er wird entweder als Feststoff, als Metall, als Säure, Base, Lauge oder als organischer Stoff eingestuft. Im Fall von Abwasser basiert die Klassifizierung auf einem Aufbereitungsprozess, der mit Instrumenten überwacht werden sollte. Der Prozess beginnt, wenn das Wasser die Aufbereitungsanlage erreicht, und endet, wenn es sauber aufbereitet die Anlage verlässt. Die Anlage neutralisiert  chemisch belastete Abwässer mittels Säuren oder Laugen. Der gewünschte pH-Bereich lässt sich durch die Anlagesteuerung vorgeben und wird bei der Endkontrolle in der Kanalleitung überprüft und festgehalten.

Bei der Aufbereitung werden die Abwässer aus grossen Tanks in die Anlage gepumpt. Für den Schutz der Pumpen sorgen Rückschlagventile. Hier glänzt die neue Generation Rückschlagventile durch ihre Materialvielfalt und der damit gewonnenen chemischen Beständigkeit: Die gusseisernen Rückschlagventile, die der Kunde bisher einsetzte, waren sehr starkem Verschleiss ausgesetzt. Die Ventile versagten regelmässig im Abstand von einigen Monaten und der Prozess musste für die Wartungsarbeiten jeweils ausserplanmässig unterbrochen werden.

Kundenbedürfnis fliesst in Neuentwicklung ein

Der Anwender des Prozesses ist auf Georg Fischer zugetreten. Er wünschte eine Lösung, um den Verschleiss der Rückschlagventile zu reduzieren. Dadurch sollte die Lebensdauer der Anlage erhöht und der Wartungsaufwand verringert werden. Dies war der perfekte Ansatzpunkt, die Erfahrungen des Anwenders in den Entwicklungs-prozess einfliessen zu lassen.

Rückschlagventile im speziellen unterliegen verschiedenen Verschleissfaktoren: mechanische Beanspruchung durch hohe Durchflussgeschwindigkeiten, Druck-schläge in der Rohrleitung sowie chemischer Angriff auf die Ventilkomponenten wie beispielsweise Elastomerdichtungen. Die Auswirkungen sind verheerend für die Prozesssteuerung – angefangen von einer kleinen Leckage, verursacht durch ein Quellen der Elastomerdichtung, bis hin zum Verklemmen der Ventilkomponenten und dem daraus resultierenden Komplettaufall des Ventils.

Schliesskörper mit neuem Design

Genau diese Erfahrungen sind in die Ventilentwicklung eingeflossen. Der Schliesskörper wurde hydrodynamisch optimiert. Damit minimierten wir den Druckverlust  und der  Durchfluss des Ventils im Vergleich zur bisherigen Generation erhöhten wir um 25 Prozent. Mehr noch: Ein Verklemmen des Schliesskörpers ist praktisch ausgeschlossen, da der Kegel zweifach gelagert ist. Dadurch ist die Prozesssicherheit in der Aufbereitungsanlage sichergestellt.

Ein weiterer positiver Effekt der neuen Kontur des Kegels: Das Ventil lässt sich ab sofort optional mit einer Rückstellfeder ausrüste und kann so für völlig neuartige Anwendungen eingesetzt werden. Mit der Rückstellfeder bestückt, kann das Rückschlagventil praktisch in jeder Position lageunabhängig eingebaut werden. Um eine möglichst lange Lebensdauer der Ventile mit Feder zu gewährleisten, ist die Feder zudem in drei verschiedenen Werkstoffen erhältlich: Edelstahl (V2A), Nimonic90® und mit Halar (ECTFE) ummantelter Edelstahl.

Ein zweiter wichtiger Faktor für die Ausfallsicherheit eines Rückschlagventils sind die Elastomerdichtungen. Hierbei setzt GF Piping Systems auf eine Weiterentwicklung der bewährten Profildichtung aus der Vorgängergeneration. Die erstklassige chemische Beständigkeit der Elastomere (EPDM und FPM) bewährt sich auch in den neuen Ventilen.  Zusätzlich optimierten wir das Profil der Dichtung. Zusammen mit dem patentierten Kegeldesign ist eine hundertprozentige Dichtheit gewährleistet: Das Profil der Fläche des Kegels, die auf den Dichtring trifft, ist kugelförmig. Dadurch ist  bei leichter Auslenkung des Kegels sichergestellt, dass das Ventil keinerlei Leckage zulässt und somit die Pumpe vor dem Rücklauf des Prozessmediums schützt.

Neues Ventil bewährt sich im Feldtest

Viele dieser Ventileigenschaften konnten durch Feldtests verifiziert und verbessert werden. Das Ergebnis, die neu entwickelte Rückschlagventilgeneration von GF Piping Systems, schützt heute die Pumpen im Wasseraufbereitungsprozess des Kunden unter schwierigsten Bedingungen sicher und zuverlässig.

Insgesamt wurde das Ventil in dieser Anwendung über 25’000 Stunden getestet. Mehr als 11’000  erfolgreich absolvierte Teststunden nach der letzten Konstruktionsanpassung bestätigen die Sicherheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit des neuen Ventils. Parallel zu den Entwicklungsarbeiten wurde Patentschutz für das neue Design angemeldet und im Frühjahr 2011 schliesslich erteilt.