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Die neue Kupplungs-Generation Die Zukunft der Trockenkupplung? So setzen Doppelkugelventile neue Maßstäbe im Umgang mit Chemikalien

Autor / Redakteur: David Morrow* / Dominik Stephan

Wer gefährliche Flüssigkeiten oder Chemikalien handhabt, stellt zu Recht höchste Ansprüche an die Ladesysteme und Kupplungen. Doch was muss bei der Auslegung solcher Systeme bedacht werden? Sind Federtellersystem-Kupplungen noch das Mittel der Wahl oder ist es Zeit, die Kupplungstechnologie neu zu bedenken?

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Die Trockenkupplungen der neuen Generation sind mit einem Doppelkugelventil versehen und leicht zu bedienen und anzuschließen.
Die Trockenkupplungen der neuen Generation sind mit einem Doppelkugelventil versehen und leicht zu bedienen und anzuschließen.
(Bild: © Lev/Fotolia.com, OPW [M] Frank)

Auf die Zahl von 26 987 Chemikalien-Vorfällen – vom Ölfilm in Gewässern bis zum Austritt von tausenden Litern Chemikalien 2015 in den USA – kommt die Datenbank „Spills and Accidents“ des National Response Center. Dabei waren in 42 % der Fälle Fahrzeuge involviert, 30 % fanden an einem bestimmten Ort statt und 11 % in der Nähe von Tanks oder Pipelines – zusammen entspricht das 83 %.

Betrachtet man die Ursachen, sind 24 % der Vorfälle auf Geräteausfälle zurückzuführen, während nur 7 % durch Bedienfehler und Unfälle beim Transport verursacht wurden. Das Wissen um die allgegenwärtige Leckagegefahr sorgt vermutlich für schlaflose Nächte bei den Verantwortlichen. Aufgrund der vielen Transferpunkte in der Chemikalienherstellung müssen Betreiber sicherstellen, dass die Geräte zum Flüssigkeitstransport sowie die eingesetzten Verladearme, Schläuche und Trennvorrichtungen höchste Qualitätsansprüche erfüllen.

Die Entwicklung derartiger Systeme ist ein komplexer Prozess, bei dem zahlreiche Varianten zu beachten sind und kein System dem anderen gleicht. Die verantwortlichen Firmen müssen eng mit ihren Kunden zusammenarbeiten, um ihre Lösungen auf die jeweiligen Bedürfnisse abzustimmen.

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Bei der Auswahl eines Verladesystems müssen einige betriebliche Überlegungen vorgenommen werden:

  • Erfolgt die Verladung von oben, unten oder der Seite?
  • Ist das System extremen Temperaturen oder Witterungen ausgesetzt? Welche Temperatur hat das Produkt?
  • Sind bestimmte Reinigungsmethoden nötig?
  • Welche Materialien sind mit den Produkten kompatibel?
  • Wie lang sind die Verladearme?
  • Werden Fahrzeuge aus verschiedenen Entfernungen beladen?
  • Welcher Durchfluss ist nötig?
  • Wird eine bestimmte Schweißtechnik benötigt (z.B. bei hygienischen Prozessen)?
  • Welcher Art ist die Tragstruktur? Hält diese schwere Verladearme aus?
  • Müssen in Bezug auf das Transportmedium spezielle Anforderungen erfüllt werden?
  • Ist das Verladesystem ergonomisch?

Selbst nach Berücksichtigung dieser Fragen sind weitere Schritte nötig. Viele der in der Chemie verwendeten Materialien sind flüchtig, gefährlich oder ätzend und müssen mit größtmöglichem Respekt behandelt werden. Dazu gehören Säuren und Lösungsmittel oder Substanzen wie Butadien, Xylol oder Toluol. Außerdem ist das Vermeiden von Leckagen von entscheidender Bedeutung, da diese zu gefährlichen Situationen, Produktionsausfällen und hohen Reinigungskosten führen können.

Kupplungen für die Zukunft

Dabei standen bislang die Kupplungen mit Federtellersystem oder Ventiltrockenkupplungen im Mittelpunkt. Diese Technologie brachte viele Vorteile, wie etwa einen geringen Flüssigkeitsverlust bei geöffneter Kupplung von 0,5 ml (entspricht etwa 1/10 Teelöffel). Des Weiteren verhindern Sicherheitsschlösser, dass die Kupplung versehentlich geöffnet wird.

Die meisten dieser Produkte sind leicht und handlich, wodurch Beanspruchungen der Schläuche und Verladearme oder des Bedieners reduziert werden. Dank niedriger Kosten sind die Produkte für Hersteller attraktiv, die Investitionen und Profit optimieren möchten.

Nachteile der Bajonett-Kupplungen

Allerdings machen einige Eigenschaften dieser Kupplungen die Technologie als Trockenkupplungen für Chemikalien weniger geeignet: Zunächst gibt es – auch wenn bei geöffneter Kupplung nur eine geringe Menge an Flüssigkeiten verloren geht – andere Kupplungstechnologien, bei denen der Flüssigkeitsverlust noch geringer ist.

Aus betrieblicher Sicht liegt der größte Nachteil im Design, durch das viele innere Komponenten in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit kommen. Jegliche Beschränkung des Durchflusses wirkt sich negativ auf den Produktionsprozess aus.

Wird z.B. eine Leitung mit einem Durchmesser von zwei Zoll festgelegt und eine Bajonett-Kupplung mit Federtellersystem von zwei Zoll Durchmesser installiert, ist der Durchflussstrom geringer als der einer Leitung mit freiem Durchfluss und einem Durchmesser von zwei Zoll, da die Flüssigkeit sich an den Kupplungsteilen „vorbeiarbeiten“ muss. Hierfür wäre eine Kupplung mit einem Durchmesser von 2,5 oder drei Zoll notwendig, die jedoch größer und damit teurer ist.

Des Weiteren können Komponenten wie Federn, Führungen und Ventile Bereiche bilden, in denen sich Flüssigkeit ansammelt, wodurch sich die Leitungen schlecht reinigen lassen und das Abpumpen erschwert wird.

Kupplungen mit Federtellersystem können aber auch in einem geschlossenen Flüssigkreislauf von Nachteil sein, da hier mehrere Ventile eingesetzt werden, und das Produkt irgendwann durch zwei Ventile in einem Schlauch zwischen den geschlossenen Ventilen eingeschlossen wird. Der Druck, der entsteht, wenn das zweite Ventil geöffnet wird, kann die Kupplung beschädigen.

Aufwändig und teuer

Weiterhin ist die Wartung aufgrund der hohen Anzahl an Bauteilen vergleichsweise aufwändig. Tatsächlich müssen viele Lieferanten die Kupplung zur Reparatur entfernen und an den Hersteller schicken. Kann die Kupplung vor Ort repariert werden, sind häufig Reparaturen an vielen Teilen notwendig, was dem Techniker die Arbeit erschwert. Wird deswegen eine Reparatur mangelhaft ausgeführt, können Schäden an der Kupplung und Betriebsstörungen die Folge sein.

Die neue Generation

Trotz des unbestrittenen Erfolges der Federtellersystem-Trockenverschlusskupplungen wurde in den letzten Jahren eine zukunftsweisende Technologie weiter ausgebaut, die die Nachteile der Federteller-Kupplungen überwinden kann. Das Ergebnis war eine Trockenkupplung mit geringer Leckage, die dank eines Doppelkugelventil nicht auf die Federteller-Methode zurückgreifen muss.

Dabei liegt eine konvexe Kugel in einer konkaven Kugel, sodass keine Hohlräume zwischen den jeweiligen Hälften entstehen. Dadurch wird garantiert, dass keine Restflüssigkeit eingeschlossen wird, was auch das Leckagerisiko verringert. Bei einer Verbindungsunterbrechung treten weniger als 0,5 ml Flüssigkeit aus der Gleitringdichtung der Kupplung aus, was einem Viertel der Menge einer Träne entspricht.

Das Design verfügt über mehrere Sicherheitsverriegelungen, wodurch das Ventil nur durch bewusstes Eingreifen des Nutzers geöffnet und geschlossen werden kann. Dadurch wird verhindert, dass das Ventil versehentlich geöffnet wird und dass es zu unbeabsichtigten Leckagen und zum Austreten von Chemikalien kommt. Dies ist nicht nur beim Transport von Rohmaterialien zu großen Lagerbehältern wichtig, sondern auch bei den zahlreichen Abfüllvorgängen in der Chemieindustrie.

Das permanente Befüllen und Entleeren kleinerer Behälter kann die Kupplungen belasten. Durch das Doppelkugelventil und die einzigartige Betriebsmethode können schädliche Auswirkungen jedoch verhindert werden.

Unbeschränkter Durchfluss

Die Kugelventilkonstruktion der Kupplung ermöglicht einen unbeschränkten Durchfluss und sorgt damit für eine Minimierung des Druckabfalls, der bei einem Durchflussstrom von 568 Litern pro Minute bei 1 psi liegt.

Anders ausgedrückt kann in einem System zum Flüssigkeitstransport, in dem ein Schlauch mit einem Durchmesser von zwei Zoll benötigt wird, eine Zwei-Zoll-Doppelkugelventilkupplung eingesetzt werden, ohne dass der erforderliche Durchflussstrom begrenzt oder reduziert wird.

Einfach und sauber

Ein weiterer Vorteil der Doppelkugelventilkupplungen liegt in der einfachen Wartung: Da durch die Konstruktion weniger Bauteile verwendet wurden als bei anderen Technologien, kann einfach eine Reparatur vor Ort durchgeführt werden, ohne dass Bauteile an den Hersteller geschickt werden oder sich das Personal vor Ort mit komplizierten und verwirrenden Wartungsanweisungen auseinandersetzen muss.

Schließlich verfügt die Doppelkugeltechnologie über die Möglichkeit, eine verschlüsselte Schnittstelle zu nutzen, durch die Transportleitungen ausgeschlossen und isoliert werden können. Eine bestimmte Kupplung kann dementsprechend also nur mit einem bestimmten Schlauch oder Verladearm verwendet werden. Durch diese Eigenschaft wird die Kreuzkontaminierung von Flüssigkeiten vermieden, wenn verschiedene Substanzen ein Leitungssystem nutzen.

Auf der sicheren Seite

Ein sicherer Betrieb und Kosten­effizienz zählen zu den täglichen Herausforderungen in der chemischen Industrie. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die herzustellenden Produkte und die verwendeten Rohmaterialien sowohl gefährlich als auch wertvoll sind.

Während viele Produktionsbetriebe große Tanklager benötigen und täglich Tausende Gallonen an Rohmaterialien und Endprodukten transportieren müssen, ist die Auswahl der verwendeten Trockenkupplung sowie deren Fähigkeit, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Kosten zu optimieren, mehr als nur eine Überlegung wert. Kupplungen mit Federtellersystem sind zwar bezogen auf die Grundanforderungen des Flüssigkeitstransports effizient, doch kann dies durch den Einsatz einer Trockenverschlusskupplung mit Doppelkugelventil noch optimiert werden.

Leckagefrei und Sauber

Die branchenführende Technologie bietet Vorteile wie den zuverlässigen und leckagefreien Produkteinschluss, volle Durchflussleistung, Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen, einfache Reparatur und Wartung – all dies nimmt Herstellern und Händlern einige Sorgen ab und kann hoffentlich dazu beitragen, dass Organisationen wie das National Response Center in Zukunft nichts mehr zu berichten haben.

* * Der Autor ist Leiter im Produktmanagement bei OPW Engineered Systems.

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