Brauereiindustrie: Gleitschieberventile von Schubert & Salzer im Sudhaus der Privatbrauerei Eichbaum

Innere und äußere Leckage an Dampfregelventilen sollten aus sicherheitstechnischer und wirtschaftlicher Sicht minimiert sein. Deshalb hat die Eichbaum-Brauerei in Mannheim bei jüngsten Revisionen im Sudhaus bzw. Filterkeller traditionelle Sitzventile durch Gleitschieberventile von Schubert & Salzer Control Systems ersetzt. Diese eignen sich nicht nur wesentlich besser für Dampfsysteme, sondern sie sind auch deutlich handlicher und arbeiten regelungstechnisch präziser. Zum Regeln und Absperren der Dampfleitungen haben sich Gleitschieberventile mit ihrer speziellen Konstruktion als ideale Dampfarmaturen bewährt.

Das Absperren und Drosseln von Dampf führt bei traditionellen Ventilen mit metallischem Sitz zu Verschleiß an der Drosselkante. Undichtigkeiten mit teuren und auch gefährlichen Dampfverlusten sind die unvermeidliche Folge. Dies war auch einer der Gründe, warum Eichbaum, eine der größten und leistungsfähigsten Brauereien Baden-Württembergs, bei Modernisierungen zukunftsweisend auf Gleitschieberventile setzt. Das Dampfversorgungsnetz wurde schrittweise auf den neuesten Stand gebracht und auf höchstmögliche Effizienz getrimmt. Dabei werden sukzessive die bisher eingesetzten defekten Sitz-Kegelventile durch Gleitschieberventile ersetzt, denn diese dichten erfolgreich durch Überlappung an der Dichtkante und bieten somit erhebliche Vorteile nicht nur in Dampfsystemen. Die enorme Dichtheit auch unter den extremen Anforderungen der Dampfsysteme geht bei den Gleitschieberventilen mit einer systembedingten hohen Standzeit Hand in Hand. Da das zentrale Drosselorgan – die aufeinander gleitenden Schlitzscheiben – hier kaum einem Verschleiß ausgesetzt sind, ist die hohe Dichtheit über sehr lange Betriebszeiten gewährleistet.

Weniger Verschleiß auch durch kurzen Hub

Beim Gleitschieberprinzip mit der Flächenabdichtung der Scheiben im Drosselorgan unterstützt der Druck des Mediums gegen die bewegliche Dichtscheibe die Dichtfunktion des Ventils. Dieses Funktionsprinzip verursacht zudem eine selbstläppende Wirkung der beweglichen Dichtscheibe. Diese Flächenabdichtung ist damit wesentlich unanfälliger als eine sonst in Sitz-Kegel-Ventilen übliche Ringabdichtung. Dadurch werden Leckraten von < 0,0001 % des Kvs-Wertes erreicht.

Zur hohen Dauerdichtheit kommt noch ein weiterer systembedingter Vorteil der Gleitschieberventile, der sich auf eine wirtschaftliche Standzeit auswirkt. Der Regelhub des Gleitschieberventils beträgt maximal nur 8 mm. Dieser kurze Hub sorgt nicht nur für kurze Betätigungswege und Schaltzeiten, durch den kurzen Hub werden auch die Packung und der eventuell vorhandene Antrieb auf sehr schonende Weise eingesetzt. Beide unterliegen beim Gleitschieberventil wesentlich geringern Belastungen, so dass auch diese erheblich längere Standzeiten aufweisen. Viele der eingesetzten Gleitschieberventile zeigen selbst nach Jahren weder an der Membran des Antriebs noch im Packungsbereich Verschleißspuren.

Regelcharakteristik optimal für Dampf

Gleitschieberventile haben eine Regelcharakteristik, die sich ausgezeichnet für Dampfströme eignet. Beim Öffnen stellt das Gleitschieberventil in der ersten Hälfte des Hubs einen unterproportionalen Durchfluss ein. Im Gegensatz dazu öffnet ein klassisches Sitzkegelventil in der ersten Hubphase überproportional. Die spezielle Regelcharakteristik der Gleitschieberventile verhindert so die gefürchteten und schädlichen Wasserschläge.

Auch bei hohen Differenzdrücken resistent gegen Kavitation

Kavitation tritt bekanntermaßen immer dann auf, wenn bedingt durch eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit im engsten Ventilquerschnitt der statische Druck unter den Siededruck der strömenden Flüssigkeit fällt. Es entstehen Dampfblasen, die mit der Strömung wieder in den Bereich höheren Drucks transportiert werden und dort implosionsartig in sich zusammenfallen. Bei dieser Implosion entstehen so genannte Mikrojets – kleine Flüssigkeitsstrahlen, die, falls sie auf eine Wandung treffen, dort für erhebliche Schäden durch Materialabtrag sorgen können. Gerade bei Ventilen, die einen hohen Druckabbau erzeugen sollen, kann es im Drosselorgan vermehrt zu einer lokalen Schallgeschwindigkeitsbildung und somit zur Verdampfung der transportierten Flüssigkeit kommen. Im Gleitschieberventil haben diese Kavitationsblasen keine Chance auf den Ventilkörper oder das Drosselorgan aufzutreffen. Sie werden im Förderstrom mitgerissen. Die Implosion der Gasblasen findet in Zonen höheren Drucks also zwangsläufig im geförderten Medium statt. Kavitation bleibt so ohne schädliche Wirkung auf das Ventil. Auch die Rohrleitung ist in diesen Fällen keiner Schädigung ausgesetzt, da die laminare Randströmung dafür sorgt, dass die Gasblasen im Fluid gehalten werden. Mit Gleitschieberventilen lässt sich ein Druckabbau von bis zu 60 bar in einer Stufe realisieren. Gerade unter so anspruchsvollen Prozessbedingungen sind die Gleitschieberventile die einzig wirtschaftliche Lösung. Da sie durch die Kavitation keinen Schaden nehmen, ergeben sich Standzeiten, die um ein Vielfaches über den Standzeiten der bisher dort eingesetzten Armaturen liegen.

Austausch völlig problemlos

Ein Gleitschieberventil baut extrem kurz und passt einfach zwischen zwei Flansche. Dabei wiegt es in Nennweite DN 150 inklusive Stellantrieb gerade mal 14,2 kg, so dass es von einer einzigen Person ein- und ausgebaut und damit auch gewartet werden kann. Die geringe Baugröße und der damit wesentlich geringere Platzbedarf für das Gleitschieberventil waren weitere Entscheidungskriterien für Eichbaum, auf diese Ventile im Sudhaus bzw. Filterkeller zu setzen. Denn diese Handlichkeit der Gleitschieberventile ist nicht nur für die Installation, sondern auch für Wartungsarbeiten ein entscheidender und kostenreduzierender Vorteil.

Im Wartungsfall muss bei allen gängigen Armaturen das komplette Ventilgehäuse zerlegt werden, um an die Verschleißteile Sitz und Kegel heranzukommen. Nicht so beim Gleitschieberventil. Das Drosselorgan, bestehend aus den zwei aufeinander gleitenden und gegeneinander dichtenden Schlitzscheiben, kann einfach vor Ort in der Anlage demontiert und gewartet werden. Bei der Normalausführung des Gleitschieberventils muss nach dem Ausbauen des Ventils lediglich eine einzige Schraube gelöst werden und schon kann diese Funktionseinheit herausgedrückt und ausgetauscht werden. Der Wartungsaufwand ist auf diese Weise minimiert. Gegenüber dem klassischen Sitz-Kegel-Ventil benötigt das Gleitschieberventil wegen der senkrecht zur Strömung geführten Drosselorgane zudem gerade mal ein Zehntel der Kraft zum Positionieren und Schließen. Der vergleichsweise geringe Kraftbedarf macht sich nicht nur in einem deutlich geringeren Energiebedarf, sondern vor allem in kleineren Ventilen und kleineren Ventilantrieben – also im Volumen und Gewicht drastisch bemerkbar. Im zentralen Dampfversorgungsnetz der Eichbaum Brauerei sind jetzt Gleitschieberventile vom Typ 8021 in DN 80 bis DN 200 im Einsatz. Diese werden beispielsweise in DN 200 zur Druckregulierung bei bis zu 16 bar Differenzdruck am „Kocher“, als „Schnellschlussventile“ zur Absicherung bei Energieausfall oder klassisch zur Dampfmengenregulierung eingesetzt.

Zukunftssicher durch variable Kvs-Werte

Das Gleitschieberventil bietet eine einfache Möglichkeit, die Ventil-Kennlinienform, also die Kvs-Wert als Funktion der Ventilöffnung fast beliebig zu beeinflussen. Damit kann das Gleitschieberventil problemlos an stark veränderte Abnahmemengen angepasst werden. Über eine entsprechende Gestaltung der Schlitzkontur in den Gleitscheiben ist dies auf einfache und fast jede nur denkbare Art möglich. So werden z.B. gleichprozentige (exponentielle) Kennlinien realisiert. Die Grundkennlinienform bei geradem Verlauf der Schlitze in den Dichtscheiben (Langlöcher) ähnelt der Ventilkennlinie von Drehkegelventilen, die oft als „modifiziert linear“ bezeichnet werden. Kvs-Wert-Reduzierungen innerhalb einer Nennweite erfolgen ebenso einfach über eine Verkleinerung der freien Schlitzflächen. Durch einen Wechsel der Funktionseinheit ist eine Änderung des Kvs-Wertes jederzeit im extrem großen Bereich von Kvs = 0,018 bis 910 möglich. Diese Möglichkeit eröffnet auch der Eichbaum Brauerei flexibel und ohne großen Investitionsaufwand auf künftige Änderungen der benötigen Dampfmengen zu reagieren. Gleitschieberventile werden in den Baugrößen DN 15 bis DN 250 für Drücke bis PN 100 und Mediumtemperaturen von - 200 °C bis + 530 °C hergestellt. Vielfältige Werkstoffoptionen und unterschiedliche Stellungsregler erlauben den Einsatz in unterschiedlichsten Branchen der Lebensmittelindustrie und darüber hinaus.