SONDERDRUCK

Leckageerkennung
Sonderdruck aus SAMSON MAGAZINE
11/2013

SAMSON AG
Monika Schneider
Technische Redaktion

SMART IN FLOW CONTROL.

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Leckageerkennung
Sonderdruck aus SAMSON MAGAZINE 11/2013

Präzise Leckageerkennung bei Ventilen
Wenn es im Ventil leckt, dann tritt die Leckage nach außen nicht in Erscheinung – und doch kann dieser Leckdurchfluss im Ventilinneren ein Problem darstellen. Ist der Dichtkörper undicht, dann strömt über das tolerierbare Maß hinaus Medium durch dasVentil, wenn es eigentlich vollständig geschlossen sein sollte. Das Medium sucht sich seinen Weg zwischen Sitz und Kegel. Alsdirekte Folge sinkt die Regelgenauigkeit. Langfristig verkürzt sich die Ventillebensdauer. SAMSON hat mit der Sensoranbindung
an die diagnosefähige Stellungsregler-Bauart 3730 eine Möglichkeit geschaffen, die Leckage im Inneren des Ventils zuverlässig zu
erkennen und zu melden.
Innere Leckage
Bei einem Ventil bestimmt die Stellung des Kegels den Durchflussquerschnitt zwischen Sitz und Kegel und damit die Durchflussmenge durch das Ventil. Bei geschlossenem Ventil liegt derKegel auf dem Sitz auf und lässt im Idealfall keinen Raum fürdas strömende Medium. Der tatsächliche Leckdurchfluss ist abhängig von der konstruktiven Gestaltung des Ventils, insbesondere von der Kegelform und der Sitzdichtung. Auch die Stellkraft des Antriebs und der Differenzdruck zwischen Ventileinund Ventilausgang nehmen Einfluss auf die Leckrate. Im Laufeeines Ventillebens führen fortschreitende Materialverluste amVentilkegel, verursacht durch abrasive Medien, Kavitation oderFlashing dazu, dass der Mediumsfluss bei geschlossenem Ventil
zwischen Sitz und Kegel zunimmt. Das Ventil entspricht dannnicht mehr den Anforderungen, die für seine Auslegung maßgeblich waren. In der Praxis wird eine geringe innere Leckage
bei den meisten Regelanwendungen toleriert. Bei Absperreinrichtungen können hingegen schon kleinste Mengen ungewollt
strömenden Mediums großen Schaden anrichten – so etwa bei
giftigen, hochreaktiven oder leichtentzündlichen Medien, die
unkontrolliert in den Prozess gelangen. Hier ist es wichtig, dass
Verschleißerscheinungen am Kegel frühzeitig erkannt werden.
Durch Strömung entsteht Schall
Schon geringste Mediumsdurchflüsse erzeugen Schall in messbarer Größe. Diese Eigenschaft nutzt SAMSON bei der Früherkennung von Undichtigkeiten im Ventil. Durch den Einsatz eines
Leckagesensors an einem pneumatischen Stellventil kann mit Hilfe

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der im Stellungsregler integrierten Ventildiagnose EXPERTplus zuverlässig die innere Leckage erkannt und gemeldet werden. DieKombination aus diagnosefähigem Stellungsregler undLeckagesensor bietet somit eine präzise Überwachungsmöglichkeit auf innere Leckage. Die Kontrolle des Leckdurchflusses ist
besonders in sicherheitsgerichteten Anwendungen unerlässlich,bei denen Armaturen im Anforderungsfall zuverlässig und dicht
absperren müssen. Hier ist es zwingend notwendig, dass derAnlagenbetreiber bei einem nicht mehr tolerierbaren Mediumsdurchfluss durch das geschlossene Ventil gewarnt wird.
Bisher wurden für die Überwachung der inneren Leckage vor
allem Durchflussmessgeräte eingesetzt. Zur Absicherung kleinster Leckagen ergänzt der Leckagesensor das Durchflussmessgerät sinnvoll, braucht er doch weder eine zusätzliche Energieversorgung noch eine eigene Verbindung zum Leitsystem. „DasGesamtkonzept Stellungsregler und Leckagesensor erlaubt einekundenfreundliche Integration in vorhandene Systeme. Allein
durch die Verbindung des Leckagesensors mit dem Stellungsregler wird der Leckagesensor mit Energie versorgt und an das übergeordnete Leitsystem angebunden. Die Wahl des Stellungsreglers bestimmt, ob der gemessene Schallpegel per HART®-Protokoll oder FOUNDATION™ Fieldbus an das Leitsystemkommuniziert wird. Unterschiedliche Varianten des Leckagesensors für unterschiedliche Kommunikationswege sind damit nicht
erforderlich“, erläutert Marcel Richter, Produktmanager für Stellungsregler, integrierte Ventildiagnose EXPERTplus und Leckagesensor, das Prinzip des Stellungsreglers.

Überzeugende Ventil-Performance
Im Prüfstand des SAMSON-Stammwerks in Frankfurt wurde
eigens für die Demonstration des Leckagesensors eine detailgetreue Applikation aufgebaut, die die Praxistauglichkeit derEinheit Stellventil mit Stellungsregler, integrierter Diagnoseund Leckagesensor anschaulich unter Beweis stellt. Davonkonnte sich auch Rolf Ohrndorf, Leiter des Verkaufsbüros Köln
überzeugen: „Für uns als Schnittstelle zum Kunden ist das eine
gute Möglichkeit, die Funktionsweise des Leckagesensors kennenzulernen. Beeindruckt hat mich vor allem die geringe Ansprechschwelle, die zur Anzeige des Leckdurchflusses in derVentildiagnose führt. Eine solche Präsentation unserer Produkte
ist nicht nur für uns wertvoll, sondern auch für unsere Kunden.“ Natürlich steht im Prüfstand die Funktion des Leckagesensors im Vordergrund. Darüber hinaus ist aber auch ein
weiterer Vorteil zu erkennen: Der Leckagesensor ist kostengünstig und unkompliziert einsetzbar. Sein Anbau an dasVentil ist denkbar einfach. Er wird lediglich am Ventil verschraubt und mit dem Stellungsregler verbunden. Dann ist er
bereit für die ersten Messungen. Schließt das Ventil ab jetzt
vollständig, dann misst der Leckagesensor den Schallpegel,
der sich durch die Strömung des Mediums im Ventil ergibt. Die
zur Leckageerkennung notwendige Auswertung der Messergebnisse erfolgt im Stellungsregler, genauer durch die imStellungsregler integrierte Ventildiagnose EXPERTplus. In ihrwird der übertragene Schallpegel gespeichert und analysiert.
Auf Grundlage einer Referenz-Pegelmessung bei geschlossenem Ventil und individuell einstellbarer Alarmgrenzen warnt

z. B. Schalldruckpegel,
Sammelstatus NE 107,Ventilstellung, ...

Prozessleitstation

Durchfluss

F

Leckagesensor
Typ 3241-7 mit Typ 3730-6

der Stellungsregler bei jedem Dichtschließvorgang, bei demeine Alarmgrenze überschritten wird. Auch die Dringlichkeit
der Warnung kann vom Anlagenbetreiber individuell bestimmt werden: Das codierte Ampelsystem ist ausgeführt nachder wichtigen NAMUR-Empfehlung NE 107 und setzt den
Status der Ventildiagnose, ganz wie gewünscht, auf eine Stufe
zwischen „Keine Meldung“ (grün), „Außerhalb der Spezifikation“ (gelb) und „Ausfall“ (rot). „Mit dem Leckagesensor bietet
SAMSON unseren Kunden eine wirtschaftliche Lösung, um
innere Leckagen bei Armaturen zu erkennen. Ich glaube, dassunsere Kunden das Potential erkennen werden. Dies gilt vor
allem für sicherheitsgerichtete Anlagen, in denen nachgeschaltete Durchflussmessgeräte an ihre messtechnischenGrenzen stoßen können“, so Rolf Ohrndorf nach seinem
Besuch in Frankfurt.
Diagnoseunterstützung
Im Prüfstand wird der Leckagesensor aktuell mit dem neuesten Stellungsregler der Stellungsregler-Bauart 3730 eingesetzt. Der Typ 3730-6 kommuniziert über das HART®-Protokoll mit dem übergeordnetem Leitsystem. Mit zwei der vierzyklischen HART®-Variablen können permanent die zur Leckageüberwachung wichtigen Schallpegel und der Status
von EXPERTplus übertragen werden. So bleibt die Dichtheit
des Ventils stets im Blick. Ein zusätzliches Maß an Sicherheit
bietet der Leckagesensor bei sicherheitsgerichteten Absperrarmaturen, die nur sehr selten genutzt, aber im Bedarfsfall entweder sicher schließen (Fail-Close-Anwendung)oder sicher öffnen (Fail-Open-Anwendung) müssen. Bei
Fail-Open-Anwendungen ist die Armatur im laufenden Betrieb geschlossen, der Leckagesensor überwacht somit dieinnere Leckage stetig. Bei Fail-Close-Anwendungen ist dieArmatur im Normalfall geöffnet. Hier wird der Leckagesensor vorrangig für die vorgeschriebenen, regelmäßig durchzuführenden Funktionstests genutzt. In den geforderten Wiederholungsprüfungen wird das Ventil von seiner Betriebsstellung (offen) bis zu seiner Sicherheitsstellung (geschlossen)
vollständig verfahren, und es werden so wichtige Kenngrößen wie die Losbrechzeit und die Schließzeit ermittelt. Eineingesetzter Leckagesensor gibt zusätzlich Auskunft, ob dasVentil auch nach längerem Stillstand in Offenstellung nochsicher absperrt. Marcel Richter ist überzeugt: „SAMSON
bietet dem Markt mit Stellungsregler und Leckagesensor ein
qualitativ hochwertiges Produkt auf dem neuesten Stand derTechnik.“3SONDERDRUCK

Leckageerkennung

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