Fallstudie: 2003 Xi'an Jinzhu HFC-134a Anlage – YNTO Kugelhähne in Aktion

Guangdong Yuantong Industrial Technology (YNTO) wurde als Ventillieferant für dieses Projekt an Bord geholt und mit der Lieferung von Ventilen beauftragt, die den rauen Betriebsbedingungen standhalten. Die Aufgabe von YNTO bestand darin, geeignete Ventiltypen und -materialien für verschiedene Bereiche der HFC-134a-Produktionseinheit zu spezifizieren. Diese Fallstudie zeigt, wie die chemikalienbeständigen Kugelhähne von YNTO eingesetzt wurden, um Schlüsselprobleme in der Anlage zu lösen, und zwar nach einem Problem-Lösungs-Ergebnis-Format.

Problem: Korrosive HF-Säure und unnachgiebige Bedingungen

Eine der größten Herausforderungen bei der Herstellung von HFC-134a ist der Umgang mit Fluorwasserstoff (HF). HF ist ein notwendiger Reaktant bei der Fluorierung organischer Rohstoffe, aber es ist auch eine notorisch ätzende und giftige Säure. Es greift viele Metalle (auch Edelstähle) leicht an und kann sogar Glas und bestimmte Kunststoffe zersetzen. Im Kraftwerk Xi'an Jinzhu war HF in verschiedenen Strömen präsent – von den Reaktorzuleitungen bis hin zu den Abwässern. Die Ventile in diesen Abschnitten wären HF ausgesetzt und müssten zuverlässig funktionieren, damit die Anlage kontinuierlich laufen kann.

Zu den konkreten Problemen gehörten:

 ·Starke Korrosion von Ventilwerkstoffen: Herkömmliche Ventilwerkstoffe (wie Standard-Edelstahl oder Bronze) waren ungeeignet, da HF sie schnell korrodieren und Leckagen riskieren würde. Die Anlage benötigte Ventile, die aus Materialien bestehen oder durch Materialien geschützt sind, die HF nicht leicht angreifen kann. Frühere Erfahrungen in der Branche haben gezeigt, dass für den HF-Betrieb häufig Ventile aus Hastelloy oder mit Fluorpolymeren ausgekleidet erforderlich sind. Die Herausforderung bestand darin, kostengünstige Ventillösungen zu finden, da in einigen Teilen der Anlage Dutzende von Ventilen HF ausgesetzt waren.

 ·Gefahr von Leckagen und flüchtigen Emissionen: HF ist nicht nur korrosiv, sondern auch gefährlich für Mensch und Umwelt. Probleme mit der Ventildichtung (durch Spindelpackung, Sitzleckage usw.) können HF-Dampf freisetzen. Die Sicherheitsprotokolle der Anlage verlangten Ventile mit dichter Absperrung und robuster Abdichtung im HF-Betrieb. Standard-Ventilpackungen können sich in HF verschlechtern. Es bestand ein Bedarf an speziellen Ventilsitz- und Dichtungsmaterialien (wie PTFE, PCTFE oder andere halogenbeständige Polymere), um dichte Dichtungen zu gewährleisten.

Betriebliche Anforderungen: Viele der Ventile im Prozess waren in Regelkreisen automatisiert oder erforderten eine häufige Betätigung. So mussten beispielsweise Durchflussregelventile, die die Zuführung von HF in Reaktoren regeln, genau drosseln und gleichzeitig der Säure standhalten. Auf der anderen Seite waren einige Ventile für die Notisolierung gedacht – sie funktionieren zwar selten, müssen aber bei Bedarf funktionieren. Die unterschiedlichen betrieblichen Anforderungen bedeuteten, dass die ausgewählten Ventile Korrosionsbeständigkeit mit hoher Leistung kombinieren mussten (z. B. Aufrechterhaltung des Drehmoments und der Dichtungsintegrität über einen längeren Zeitraum trotz HF-Exposition).

Begrenzter Bauraum und Nachrüstungen: Wie bei vielen Chemieanlagen war der Platz begrenzt und die Rohrleitungsführung komplex. Das Projekt favorisierte Kugelhähne für viele Anwendungen aufgrund ihrer kompakten Größe und des schnellen Betriebs mit einer Vierteldrehung. Kugelhähne sorgen außerdem für einen geraden Durchfluss (wichtig für die Minimierung des Druckabfalls in Kältemittelleitungen) und eine zuverlässige Absperrung. Herkömmliche Kugelhähne verfügten jedoch nicht über die für dieses Szenario erforderliche Korrosionsbeständigkeit, so dass eine Lösung erforderlich war, um einen "chemischen Kugelhahn" zu erhalten, der den Anforderungen entsprach.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die HFC-134a-Anlage in Xi'an Jinzhu Ventile benötigte , die HF und anderen korrosiven Chemikalien standhalten, eine leckagefreie Leistung aus Sicherheitsgründen gewährleisten und die Anforderungen an die Betriebssteuerung erfüllen. Der Begriff "chemische Kugelhähne" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf Kugelhähne, die speziell für den chemischen Einsatz konzipiert sind – in der Regel impliziert dies spezielle Materialien oder Auskleidungen für den Umgang mit aggressiven Flüssigkeiten. In China Anfang der 2000er Jahre hatten nur wenige inländische Anbieter eine Erfolgsbilanz mit solchen Ventilen, weshalb die Expertise von YNTO gefragt wurde.

Lösung: Die korrosionsbeständigen chemischen Kugelhähne von YNTO

YNTO ging das Problem an mehreren Fronten an – Materialauswahl, Ventildesign und Anpassung des Ventilzubehörs – um eine maßgeschneiderte Lösung für die HFC-134a-Anlage zu entwickeln. Der Kern der Lösung war der Einsatz der chemikalienbeständigen Kugelhähne von YNTO an allen kritischen HF-Servicestellen, ergänzt durch kompatible Ventile für andere korrosive oder gefährliche Aufgaben in der Anlage. Zu den wichtigsten Merkmalen der Lösung gehörten:

 ·Konstruktion einer Legierung mit hohem Nickelgehalt: Für die härtesten HF-haltigen Leitungen lieferte YNTO Kugelhähne aus Hastelloy C276 (einer Nickel-Molybdän-Chrom-Legierung) für ihre Gehäuse und Verkleidungen. Hastelloy C276 ist bekannt für seine hervorragende Beständigkeit gegen HF- und Fluorchemie. Die Verwendung von massivem Hastelloy (oder manchmal einem Duplex-Edelstahl mit innerer Hastelloy-Verkleidung) stellte sicher, dass die metallischen Komponenten des Ventils nicht von der Säure zerfressen wurden. Diese Ventile waren mit Flansch konstruiert und hatten Kugelhähne mit vollem Durchgang, um die Wartung zu vereinfachen und das Ausstechen von Feststoffen zu ermöglichen. Sie waren mit ENC (gekapselten) PTFE-Sitzen ausgestattet – das PTFE, das gegenüber HF inert ist, sorgte für eine dichte Abdichtung, während der dahinterliegende Metallsitzring für mechanische Festigkeit sorgte.

 ·PTFE/FEP-ausgekleidete Kugelhähne: In Teilen des Prozesses, in denen die Drücke moderat waren, setzte YNTO mit Fluorpolymer ausgekleidete Kugelhähne ein. Diese Ventile hatten ein Gehäuse aus Kohlenstoffstahl, um die Festigkeit zu erhöhen, verfügten jedoch über eine dicke PFA-Auskleidung auf allen Innenflächen und eine PFA-gekapselte Kugel. Im Wesentlichen würde das HF nur die Fluorpolymer-Auskleidung berühren, nicht das Metall. Ausgekleidete Ventile sind eine ausgezeichnete Wahl für saure Anwendungen und boten für einige Teile der Anlage eine wirtschaftlichere Lösung als exotische Legierungen. YNTO lieferte mit DN50 bis DN200 ausgekleidete Kugelhähne für verschiedene Säuretransferleitungen und die Isolierung von Lagertanks, sofern Betriebsdruck und Temperatur dies zuließen. Jedes Ventil wurde werkseitig getestet, um sicherzustellen, dass die Auskleidung fehlerfrei ist. Die Verwendung von PFA-ausgekleideten Kugelhähnen gab der Anlage die Gewissheit, dass selbst wenn sich eine kleine Menge Säure in einer Leitung befand, diese das Ventil während der Leerlaufzeiten nicht korrodieren würde.

 ·Thermoplastische Ventile für Hilfssysteme: Der HFC-134a-Prozess umfasst auch Versorgungsströme wie Wasserkühlung oder Abfallneutralisation, bei denen Säuren verdünnt werden können. YNTO lieferte UPVC- und PVDF-Kunststoffkugelhähne in einigen dieser Hilfssysteme, z. B. in der HF-Wäschereinheit und in den Skids zur Neutralisationsanlage von Abfallsäuren. Die pneumatischen UPVC-Kugelhähne (einschließlich einiger Dreiwege-Ausführungen) wurden aufgrund ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit gegenüber niedrig konzentrierten HF und Fluoriden ausgewählt. Diese Kunststoffventile waren leichter und einfacher an Rohrleitungen mit kleinem Durchmesser zu installieren. Sie wurden von den pneumatischen Aktuatoren von YNTO mit PTFE-beschichteten Innenteilen betätigt, um bei leichten Dämpfen eine korrosive Beschädigung des Aktuators zu verhindern. Obwohl diese Ventile aus Kunststoff gefertigt waren, waren sie robust: Der pneumatische Kunststoffkugelhahn verfügt über einen L- oder T-förmigen Strömungsweg zur Umleitung und ist wartungsfreundlich gebaut (was sich an seinem kompakten, leicht abnehmbaren Antrieb und den wenigen Metallteilen zeigt).

 ·Kundenspezifische Abdichtung und Verpackung: Bei allen gelieferten Ventilen hat YNTO besonderes Augenmerk auf die Spindeldichtungen und Gehäusedichtungen gelegt. Sie verwendeten graphitfreie PTFE-Packungen an den Kugelhähnen aus Legierung, um Graphit zu vermeiden (das für starke Oxidationsmittel wie Fluor nicht geeignet ist). Einige Ventile hatten unter Spannung stehende Federscheiben an der Stopfbuchse, um die Packungsspannung aufrechtzuerhalten, da das PTFE mit der Zeit kriechen könnte. Die Gehäusedichtungen wurden aus modifiziertem PTFE hergestellt, das den HF ohne Kältefluss verarbeiten konnte. Darüber hinaus fügte YNTO bei Bedarf Sicherheitsentlüftungsöffnungen und Verlängerungshauben an den Ventilen hinzu, um den Packungsbereich weiter von der Prozessflüssigkeit entfernt zu halten (dies ist ein üblicher Ansatz bei stark sauren Anwendungen – eine Verlängerungshaube kann alle Dämpfe verdünnen und kühlen und so die Packung schützen).

 ·Ventilautomatisierung und Steuerungsintegration: Das Projekt erforderte, dass viele Ventile an das DCS (Distributed Control System) der Anlage angebunden wurden. YNTO lieferte pneumatische Antriebe (sowohl doppeltwirkend als auch mit Federrückstellung) für die Kugelhähne sowie Luftfilter, Stellungsregler und Endschalterkästen , die für explosionsgefährdete Bereiche geeignet sind. Die Wahl fiel auf eloxiertes Aluminium mit einer dicken Epoxid-Außenbeschichtung – ausreichend für den Außenbereich – und alle Einbauten waren mit HF-Leiterbahnen kompatibel (Befestigungselemente aus Edelstahl, Viton-O-Ringe usw.). Für Regelventile (wie die HF-Vorschubsteuerung) lieferte YNTO einen hochauflösenden Stellungsregler, um sicherzustellen, dass das Ventil genau drosseln konnte. Diese intelligenten Stellungsregler verfügten auch über eine Rückmeldung, um zu warnen, wenn das Ventildrehmoment anstieg (was auf Verschmutzung oder frühzeitige Korrosion hinweisen und somit als Werkzeug für die vorausschauende Wartung fungieren könnte). Durch die Integration dieser Ventile in das Steuerungssystem konnten die Anlagenbetreiber kritische Absperrventile fernsteuern und die Ventilpositionen kontinuierlich überwachen, was bei einem gefährlichen Betrieb für eine schnelle Reaktion unerlässlich ist.

Beispiel für einen internen Link: Viele der Prinzipien, die in diesem Projekt verwendet werden, sind heute Standard in den Produktangeboten von YNTO. So steht beispielsweise die gleiche Serie von pneumatischen Dreiwege-Kugelhähnen aus Kunststoff, die im HF-Wäschersystem verwendet werden, auch anderen Kunden zur Verfügung, die eine korrosionssichere Strömungsumleitung benötigen.  Ebenso zeigen die Leichtmetallventile mit dünnwandigem Design (ähnlich den pneumatischen Kugelhähnen aus Edelstahl von YNTO), wie ein leichtes und dennoch hochfestes Ventil für den chemischen Einsatz gebaut werden kann.

Ergebnis: Zuverlässiger Betrieb und langfristiger Anlagenerfolg

Dank der implementierten Lösung erzielte die HFC-134a-Anlage in Xi'an Jinzhu mehrere positive Ergebnisse:

 ·Zuverlässigkeit: Die chemischen Kugelhähne von YNTO sind seit der Inbetriebnahme im Jahr 2003 in Betrieb und weisen eine hervorragende Zuverlässigkeitsbilanz auf. In den ersten drei Betriebsjahren trat in den Bereichen, in denen die YNTO-Ventile installiert waren, kein einziges HF-bedingtes Ventilleck oder -versagen auf. Dies ist angesichts der aggressiven Natur von HF eine bemerkenswerte Leistung. Regelmäßige Inspektionen zeigten keine nennenswerte Verdünnung oder Lochfraßbildung an den Hastelloy-Ventilen, und die PTFE-Auskleidungen in den ausgekleideten Ventilen blieben intakt und frei von Blasen. Die mittlere Wartungszeit (MTBM) für diese Ventile übertraf bei weitem die einiger früherer Ventile, die der Kunde in weniger aggressiven Anwendungen eingesetzt hatte.

 ·Sicherheit: Die Anlage hat eine hervorragende Sicherheitsbilanz in Bezug auf das HF-Containment. Die Betreiber berichteten, dass bei routinemäßigen Ventilstopfbuchsenprüfungen und bei der Bereichsüberwachung keine HF-Dämpfe um die YNTO-Ventile herum entdeckt wurden. Die dichte Abdichtung durch die PTFE-Sitze und -Packungen verhinderte flüchtige Emissionen. Dieses Maß an Eindämmung war entscheidend für den Schutz der Arbeiter; Es sorgte auch dafür, dass die Anlage die Umweltvorschriften einhielt (HF ist ein regulierter Schadstoff). Im Jahr 2005, als die Anlage ihre Kapazität verdoppelte und eine weitere 5.000-t/a-Linie hinzufügte, machte es die bewährte Leistung der Ventile von YNTO für das Werk einfach, YNTO auch für die Erweiterung als Ventillieferant zu wählen. In der Tat wurde das erste Projekt zu einem Referenzfall, der die chemische Ventiltechnologie von YNTO für den HF-Betrieb validierte.

 ·Leistung: Der Einsatz hochwertiger Durchflussregelventile trug zu einer stabilen Prozessführung bei. So ermöglichte beispielsweise das HF-Regelventil (ein Hastelloy C-Kugelhahn mit intelligentem Stellungsregler) der Anlage, die HF-Konzentrationen des Reaktors in einem engen Band zu halten und so die Reaktionseffizienz zu optimieren. Die verbesserte Kontrolle reduzierte die Bildung von Nebenprodukten und half der Anlage, ihre angestrebte Produktionsreinheit im ersten Durchgang zu erreichen. Dies hatte einen wirtschaftlichen Vorteil: weniger Wiederaufbereitung von Off-Spec-Material und geringerer Rohstoffverbrauch. Die Manager des Kraftwerks stellten fest, dass die Investition in zuverlässige Ventile die "kleinen Tropfen" verhinderte, die sich in kontinuierlichen chemischen Prozessen in große Verluste verwandeln können. Jedes Ventil, das nicht undicht war oder zur Reparatur abgeschaltet werden musste, führte zu mehr Betriebszeit und Produktivität für die Anlage.

 ·Wartung und Support: Das Engagement von YNTO endete nicht mit der Inbetriebnahme. Sie schulten das Wartungsteam der Anlage in der sicheren Wartung der Ventile (z. B. wie eine Spindel an den Hastelloy-Ventilen bei Bedarf neu verpackt wird und wie die Auskleidung an einem ausgekleideten Ventil inspiziert wird). Im Laufe der Jahre wurden einige vorbeugende Wartungsarbeiten durchgeführt: Einige weiche Dichtungen wurden während eines geplanten Turnarounds nach 5 Jahren vorsorglich ausgetauscht. Die Verfügbarkeit von Ersatzteilen und die schnelle Reaktion auf den Service (sie hatten einen lokalen Vertreter in China) stellten sicher, dass jede Wartung schnell durchgeführt werden konnte, ohne lange Ausfallzeiten beim Warten auf Teile. Die Austauschbarkeit bestimmter Komponenten (wie z. B. Aktuator-Kits) erleichterte auch die Wartung – YNTO verwendete eine standardisierte Aktuatormontage, so dass der Austausch eines Aktuators eine Plug-and-Play-Aufgabe war.

Insgesamt zeigt der Fall, dass die richtige Ventilauswahl der Schlüssel zur Überwindung von Korrosionsproblemen in der chemischen Herstellung ist. Durch den Einsatz der spezialisierten chemischen Kugelhähne von YNTO löste die HFC-134a-Anlage in Xi'an Jinzhu nicht nur ihre unmittelbaren Korrosionsprobleme, sondern bereitete sich auch auf einen nachhaltigen Langzeitbetrieb vor. Das Projekt wurde zu einem Vorzeigeprojekt für YNTO in der chemischen Industrie Chinas und bewies, dass die inländische Ventiltechnologie Weltklasse-Standards für schwierige Anwendungen erfüllen kann.

Schlussfolgerung

Die Fallstudie von Xi'an Jinzhu Modern Chemical unterstreicht, wie wichtig es ist, mit erfahrenen Ventillieferanten für korrosionskritische Anwendungen zusammenzuarbeiten. Durch die Wahl der chemischen Kugelhähne von YNTO profitierte die Anlage von Materialien und Designs, die auf die Prozessanforderungen zugeschnitten waren und eine sichere, kontinuierliche Produktion des Kältemittels HFC-134a ermöglichten. Probleme, die zu häufigen Ausfällen oder Sicherheitsvorfällen hätten führen können, wurden durch technische Weitsicht und hochwertige Ausrüstung abgewendet. Für Wirtschaftsingenieure und Beschaffungsteams bestätigt diese Erfolgsgeschichte eine wichtige Lektion: Bei korrosiven Dienstleistungen liegt der wahre Wert eines Ventils nicht nur in seinem Anschaffungspreis, sondern auch in seiner Leistung im Laufe der Zeit. Die Investition in die richtigen Ventile – wie die Lösungen von YNTO – zahlt sich in Bezug auf Zuverlässigkeit, Sicherheit und Prozesseffizienz aus.

Weitere Informationen zu den chemischen Serviceventilen von YNTO finden Sie auf den oben verlinkten Produktseiten oder wenden Sie sich an YNTO, um detaillierte Fallstudien und Referenzen zu erhalten. Die HFC-134a-Anlage ist nur ein Beispiel – ähnliche YNTO-Ventillösungen treiben die Handhabung korrosiver Flüssigkeiten in Branchen an, die von der Petrochemie bis zur Pharmazie reichen.