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Der Einsatz einer falschen Dichtung in Elektro-Dampferzeugern kann sehr gefährlich werden.

Bild: iStock, sandsun
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Individuelle Dichtungen Grafit für den Dampf

06.10.2017

Klein und unterschätzt: Dichtungen und deren Einfluss auf das Gesamtsystem wird häufig keine große Bedeutung geschenkt. Dabei entscheiden sie mit über Langlebigkeit und Qualität. Eine individuelle Dichtung vermeidet Folgekosten und Ärger beim Anwender, wie das Beispiel eines Elektro-Dampferzeugers zeigt.

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Elektro-Dampferzeuger werden in vielen Industriebereichen eingesetzt, so auch in der Lebensmittel- und Genussmittelindustrie. Elektrisch betriebene Heizelemente erhitzen und verdampfen hierbei enthärtetes Wasser, das über eine Speisewasserpumpe vom Tank oder direkt aus der Leitung in den Druckbehälter befördert wird. Bei Systemen von Dino Anlagen- und Maschinenbau regelt eine Wasserstandselektronik dabei mit Hilfe von Füllstandselektroden oder einem Schwimmerschalter den Wasserstand im Druckbehälter und das Schalten der Heizung; zugleich schützt es die Heizelemente vor Beschädigung bei eventuellen Funktionsstörungen.

Bisher: Einsatz Faserweichstoffdichtung mit Grafit

Der Dampfdruck wird am Manometer angezeigt, wobei ein Druckwächter bei Erreichen von 500 kPa (5 bar) die Heizung aus- und bei 450 kPa (4,5 bar) wieder einschaltet. Der Dampf wird am Dampfabsperrventil entnommen, ein Sicherheitsventil verhindert Überdruck. Anfallendes Kondensat in Dampfleitung und Verbraucher kann am Kondensateingang des Wärmetauschers wieder in den Wasserkreislauf zurückgeführt werden. Die komplette Einheit der Heizelemente ist über einen Flansch mit dem Druckbehälter verbunden. Die Innenflächen des Flanschs und seine Abdichtungen stehen bei 160 °C und 5 bar Druck in Kontakt mit dem überhitzten Wasserdampf.

Bisher hat Dino an der Flanschplatte eine Faserweichstoffdichtung mit Grafit als Füllstoff eingesetzt. Mit einer Dicke von 2 mm wies sie eine Dichtungsfläche von 28.888 mm² auf und erreichte bei 80 Prozent Schraubenausnutzung eine Flächenpressung von 15 MPa. Je nach Einsatzumgebung und bei Lastwechseln an den Dampferzeugern treten allerdings bei einigen Systemen an dieser Stelle Probleme auf.

Gefahrenpotenzial durch ausgehärtete Dichtungen

Die eingesetzten Dichtungen härten über die Zeit aus. Durch Temperaturwechsel kommt es zu Materialausdehnungen und somit zu Relativbewegungen zwischen Behälter und Heizelementträger. Die Dichtung kann diesen Verformungen irgendwann nicht mehr standhalten: Es treten an der Flanschplatte Undichtigkeiten auf, die bei 160 °C und 5 bar Dampfdruck gefährlich werden können. Folge: Zusätzliche Kosten für den Anwender.

Eine Lösung musste hierfür gefunden werden. Und die fand Dino bei Klinger. Der Vorschlag der Dichtungsfachleute aus Idstein: die Verwendung eines alternativen Flachdichtungswerkstoffs. Parallel sollte durch Berechnung mit dem Programm Klinger expert die Geometrie der Dichtung verändert werden – resultierend in einer Verringerung der Dichtfläche, um eine höhere Flächenpressung bei gleicher Schraubenkraft zu erzielen.

Kein Verhärten und Verspröden

Grafitdichtungen enthalten im Gegensatz zu Faserweichstoffdichtungen keine organischen Bindemittel. Folglich verändern sie ihre Eigenschaften im gesamten Temperatureinsatzbereich nicht, sie verhärten und verspröden nicht. Mit Klinger Grafit PSM steht ein Grafitlaminat mit einer 0,1 mm dicken Spießblech-Edelstahleinlage für den Temperaturbereich von -200 bis 450 °C zur Verfügung. Es wird bevorzugt bei Heißwasser und Wasserdampf eingesetzt und ist in verschiedenen Standarddicken verfügbar.

Die nominelle Dicke bleibt bei 2 mm, während die Dichtungsfläche um mehr als 45 Prozent auf 15.700 mm² reduziert wird. Damit erreicht die Flächenpressung bei 80 prozentiger Schraubenausnutzung 29 MPa – fast eine Verdopplung des ursprünglichen Werts.

Zur weiteren Sicherheit ist die Dichtung mit einer metallischen Innenrandeinfassung, einem Innenbördel, kombiniert. Dieser wird nach dem Ausstanzen des Dichtungsrings mit einem separaten Werkzeug eingebracht. Er besteht aus einem etwa 0,10 bis 0,15 mm dünnen Blech und ist im Normalfall aus Edelstahl. So wird der Dichtungswerkstoff vor aggressiven Medien sowie das Medium selbst vor Verunreinigungen durch herausgelöste Dichtungsbestandteile geschützt. Zudem verbessert der Innenbördel die Gasdichtheit bei porösen Dichtungswerkstoffen.

Schulung über Dichtungen

Neben der verlässlichen Dichtung im Flansch hat das Unternehmen im zweiten Schritt Mitarbeiter zu einer Dichtungsschulung nach Idstein geschickt, um zukünftig mehr Know-how für die kleine, aber doch systemwichtige Schnittstelle im Unternehmen zu haben.

Bildergalerie

  • Statt einer Faserweichstoffdichtung wurde eine Grafitdichtung an der Flanschplatte eingesetzt, die Temperaturen zwischen -200 und 450 °C standhält.

    Bild: Klinger

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