Gestiegene Sicherheitsanforderungen und extreme Betriebsbedingungen lassen Standardabsperrungen oft an ihre Grenzen stoßen. Hier gewinnen Sonderlösungen, die in enger Abstimmung mit dem Kunden konstruiert werden, immer mehr an Bedeutung. Das gilt insbesondere für Anwendungen mit aggressiven Medien, extremen Temperaturen, Drücken oder hohen Schalthäufigkeiten. Auch Lösungen für integrierte Bauweisen oder maßgeschneiderte Ersatzkonstruktionen sind zunehmend gefragt. Auf solche kundenindividuelle Entwicklungen von Spezialkugelhähnen und Bohrlochköpfen hat sich Hartmann Valves schon seit Jahrzehnten spezialisiert.
Grundstein der Komposition
Bei der Konstruktion konzentrieren sich die Ingenieure von Hartmann nicht nur auf eine möglichst hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit der Armaturen, sondern sie stellen auch deren Wirtschaftlichkeit in den Fokus. Wenn es gelingt, Ausfallzeiten zu reduzieren und Wartungsintervalle zu verlängern, lassen sich damit Zeit und vor allem Kosten sparen. Die rein metallische Abdichtung zwischen Kugel und Sitzring sorgt dabei für eine hohe Dichtheit und Beständigkeit der Spezialkugelhähne, womit eine Leckrate von A möglich wird. Außerdem sind die Kugelhähne bei Verschmutzungen besonders widerstandsfähig und wartungsarm.
Wichtig für die passgenaue Lösung sind zudem die entsprechende Materialauswahl sowie Oberflächenbehandlungen und Sonderbeschichtungen, beispielsweise gegen Korrosion. Für zusätzliche Sicherheit sorgen sicherheitsgerichtete Funktionen wie Double Isolation and Bleed (DIB), zwei zusätzliche unabhängige Barrieren oder Double Block and Bleed (DBB), was das Testen in der Rohrleitung ermöglicht.
Neben klassischen Kugelhahndesigns sind zunehmend auch Spezialkugelhähne in integrierter Bauweise gefragt. Sie bieten eine sichere, platzsparende und wirtschaftliche Alternative als Ersatz für die Verschaltung mehrerer Einzelarmaturen. Indem mehrere Bauteile oder Funktionen in einem Gehäuse zusammengeführt werden, lassen sich Maße und Gewicht reduzieren. Darüber hinaus sorgt das Einsparen von Flanschverbindungen für zusätzliche Sicherheit, da Leckagemöglichkeiten minimiert werden. Die Kombinationsmöglichkeiten sind dabei sehr vielfältig: Sie reichen von sogenannten Twin Ball Valves, über maßgeschneiderte 3- oder 4-Wege-Kugelhähne beziehungsweise die Kombinationen von Mehrwegekugelhähnen, bis hin zum Solidblock-Design – einer Integralbauweise, die sich bereits bei Bohrlochkopf-Komponenten bewährt hat.
Wenn aus Sicherheitsgründen mehr als eine Absperrung gefordert ist, bietet das Twin Ball Valve (TBV) eine kompakte Alternative zum Einsatz mehrerer Armaturen. Es besteht aus zwei Kugelhähnen in einem Gehäuse, die auf Wunsch mit bis zu vier Barrieren ausgestattet werden. Dadurch lässt sich die Sicherheit um den Faktor 4 erhöhen.
Mit Blockflanschen kann hierbei auch die Baulänge einer einzelnen Standardarmatur erreicht werden. Interessant wird diese Bauweise daher insbesondere bei erhöhtem Sicherheitsbedarf in bestehenden Anlagen, die auf Lösungen mit geringem Platzbedarf angewiesen sind. So sind sie in hoher Stückzahl beispielsweise in Gasspeicheranlagen der DEA im Einsatz. Eine besonders kompakte Sonderlösung des TBV entstand, als die Erneuerung einer alten Sperrstrecke aus einem eingeschweißten und einem geflanschten Kugelhahn anstand. Daher entwickelte Hartmann Valves eine TBV-Variante mit der gleichen Baulänge der zuvor eingesetzten Standardarmatur. Auf diese Weise konnte die Sperrstrecke problemlos ohne Schweißarbeiten erneuert werden.
Herausforderung: Sauerstoff und Wasserstoff
Vor allem bei Prozessen mit sehr speziellen Medien kommen häufig individuell angefertigte Absperrarmaturen ins Spiel. Das betrifft etwa Feststoffeinsätze mit abrasiven oder korrosiven Medien oder Anwendungen mit den besonders anspruchsvollen Gasen reiner Wasserstoff und reiner Sauerstoff. So wurde vor kurzem eine Wasserstoffarmatur für die Life-Science-Industrie entwickelt, die zudem die hohen Reinheitsanforderungen der FDA erfüllt. Bei der Herstellung eines speziellen Lösungsmediums konnten die weichdichtenden Absperrungen beim Kontakt mit Feststoffen keine Wasserstoffdichtheit mehr gewährleisten. Der neu entwickelte Hartmann-Kugelhahn hingegen verfügt über ein rein metallisches Dichtsystem, das eine Leckrate der Klasse A erfüllt.
Eine weitere, anspruchsvolle Anwendung ergab sich in der Power-to-Gas-Anlage WindGas Falkenhagen der Uniper Energy Storage. Mittels Elektrolyse wird hier aus Strom und Wasser bis zu 360 Nm3/h Wasserstoff hergestellt, der in das Erdgasnetz eingespeist wird. Neben der Wasserstofftauglichkeit war eine zusätzliche Anforderung an die Absperrarmaturen, dass sie hohe Dichtheit über einen langen Betriebszeitraum gewährleisten und zugleich möglichst wartungsarm sein sollten. Insgesamt 24 speziell entwickelte Hartmann-Kugelhähne (DN 25 und DN 50 bis PN100) sind in der Anlage erfolgreich im Einsatz.
Für die großvolumige Speicherung von erneuerbaren Energien werden am Markt verschiedene Konzepte verfolgt, bei denen unterschiedliche Medien wie Druckluft (CAES), Wasserstoff oder synthetisches Erdgas im Untergrund gespeichert werden. Auch hier werden leistungsstarke Spezialarmaturen und Bohrlochköpfe für einen sicheren und kontrollierten Umgang mit den riesigen Energiemengen sorgen.
Prozessoptimierung mit Sauerstoff-Armatur
Für eine anspruchsvolle Kombination aus reinem Sauerstoff, Dampf und Temperaturen bis 400 °C hat Hartmann für und mit Yara Deutschland spezielle Hochleistungskugelhähne entwickelt. Im Rahmen einer umfassenden Prozessoptimierung wurde im Werk Brunsbüttel eine innovative Umrüstung auf eine energieeffizientere Produktion realisiert. Die Ammoniakanlage ist weltweit die einzige ihrer Art, deren Vergasungsstränge bivalent mit Erdgas oder Öl betrieben werden können. So fahren die vier Stränge nun nicht mehr mit einem Sauerstoff-Dampfgemisch, sondern energieeffizient und dampfeinsparend mit reinem Sauerstoff. Das reduziert auch den CO2-Ausstoß der Ammoniakanlage erheblich.
Die neu entwickelten Absperrkugelhähne DN 125 PN 160 sind aus Inconel-625-Vollmaterial gefertigt und verfügen über spezielle Sicherheitsfunktionen und Konstruktionsmerkmale. Die EIGA-konformen, Ex-Zone-2-zugelassenen Armaturen sind mit zwei Barrieren (Sitzringen) ausgestattet. Alle Barrieren der Hauptarmatur und des am Gehäuse angeordneten Twin Ball Valves lassen sich unabhängig voneinander im eingebauten Zustand überprüfen. Aufgrund des eingeschränkten Platzangebots ist die Hauptarmatur extrem kompakt konstruiert und einseitig mit einem integrierten Flansch ausgeführt. Wegen der hohen Sicherheitsanforderungen bei Yara wurde die gesamte Armatur bei der BAM einer Prüfung auf Ausbrennsicherheit unterzogen und für die Anwendung zugelassen.
Mehr zu Hartmanns Kugelhähnen erzählt Peter Wegjan, Ansprechpartner für die Bereiche Chemie, Petrochemie und Anlagenbau bei Hartmann Valves, im Titelinterview der P&A Quarterly 1.2019.
