Tantalkugelhahn für den Einsatz mit stark korrosiven Säuren

Tantal-Kugelhahn: Wenn Hastelloy und Edelstahl nicht ausreichen

JST Valve – Produktentwicklung

Ein Tantal-Kugelhahn ist keine routinemäßige Aufrüstung gegenüber Edelstahl.
Es handelt sich um eine hochspezialisierte Lösung für Prozessanlagen, bei denen Korrosion zum größten Problem im Lebenszyklus geworden ist.

In diesem Leitfaden wird erläutert, in welchen Fällen der Einsatz von Tantal-Kugelhähnen technisch sinnvoll ist und in welchen nicht, wie sich Tantal im Vergleich zu Hastelloy, Titan und Zirkonium verhält und welche Angaben Käufer vor der Anforderung eines Angebots machen sollten.

Tantal-Kugelhahn
Einsatz unter stark säurehaltigen Bedingungen
Ventil aus einer Speziallegierung
Maßgefertigtes Ventil

Kurze Antwort

Ein Tantal-Kugelhahn sollte in Betracht gezogen werden, wenn die Korrosion im Prozess für herkömmlichen Edelstahl oder ausgewählte Nickellegierungen zu stark ist und wenn die zu erwartende Einsparung bei den Kosten für Austausch, Betriebsunterbrechungen und Wartung den Einsatz dieses hochwertigen Werkstoffs rechtfertigt.

Leitfaden für Tantal-Kugelhähne

Bei der Verarbeitung korrosiver Chemikalien gibt es einen Punkt, ab dem es wirtschaftlich keinen Sinn mehr macht, ein Edelstahlventil durch ein anderes zu ersetzen.

Ein Ventil kann eine Druckprüfung überstehen und monatelang einwandfrei funktionieren, dennoch allmählich an Wandstärke verlieren, Schäden am Ventilsitz entwickeln oder an seinen Innenflächen undicht werden.
Ein wiederholter Austausch löst zwar das unmittelbare Wartungsproblem, beseitigt jedoch nicht die Ursache der Korrosion.

Hier kommt ein Tantal-Kugelhahn wird relevant.

Tantal gehört zu einer ganz anderen Kategorie als herkömmliche Edelstähle.
Es wird für spezielle chemische Umgebungen eingesetzt, in denen die Korrosionsbeständigkeit der medienberührten Bauteile einen weitaus höheren wirtschaftlichen Wert hat als der Anschaffungspreis.

Was ist ein Tantal-Kugelhahn?

Ein Tantal-Kugelhahn ist ein Vierteldrehungs-Absperrventil, bei dem Tantal in kritischen, mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Bauteilen oder in einer speziell entwickelten, korrosionsbeständigen Konstruktion zum Einsatz kommt.

Das Funktionsprinzip entspricht dem eines herkömmlichen Kugelhahns: Die Spindel dreht die Kugel um etwa 90 Grad.
Wenn die Bohrung der Kugel mit der Rohrleitung fluchtet, strömt das Medium durch das Ventil.
Wenn sich die Kugel in die geschlossene Position dreht, dichtet der Sitz an der Kugeloberfläche ab und schottet den Prozess ab.

Was das Produkt auszeichnet, ist nicht der Vierteldrehmechanismus.
Der Unterschied liegt in der Werkstofftechnik, die erforderlich ist, um Medien zu handhaben, die gewöhnliche Ventillegierungen stark angreifen können.

Grundsätze der Produktauswahl:
Wählen Sie kein Tantal-Kugelventil nur deshalb aus, weil das Medium als “Säure” bezeichnet wird.”
Die Materialauswahl sollte sich nach der genauen chemischen Zusammensetzung, der Konzentration, der Temperatur, dem Druck, den Verunreinigungen und den Betriebsbedingungen richten.

Warum Ingenieure Tantal für den Einsatz unter extremen chemischen Bedingungen in Betracht ziehen

Tantal bildet auf seiner Oberfläche eine äußerst stabile schützende Oxidschicht.
Diese Passivschicht ist der Grund dafür, dass Tantal in vielen aggressiven chemischen Umgebungen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Für Ventilanwender besteht der wesentliche Vorteil nicht einfach darin, dass das Metall “nicht rostet”.”
Das technische Ziel besteht darin, die Alterung der Druckhülle, des Dichtungsbereichs und anderer medienberührter Bauteile so weit zu verlangsamen, dass eine akzeptable Lebensdauer erreicht wird.

1. Hohe Beständigkeit gegenüber vielen aggressiven Säuren

Tantal zeigt in vielen sauren chemischen Umgebungen, in denen herkömmliche Edelstähle schnell angegriffen werden, eine hervorragende Beständigkeit.

2. Nützlich für hochwertige Produktionslinien

Der Einsatz von Tantal ist in der Regel dann am sinnvollsten, wenn ein Ventilausfall unverhältnismäßig hohe wirtschaftliche Folgen nach sich zieht, wie beispielsweise einen ungeplanten Anlagenstillstand, das Austreten gefährlicher Chemikalien oder wiederholte Austauschmaßnahmen.

3. Geeignet für die kundenspezifische Konstruktion von medienberührten Bauteilen

Das gesamte Ventil muss nicht immer als einfacher Rohling aus einer einzigen Legierung betrachtet werden.
Je nach genehmigter technischer Auslegung können Hersteller den Einsatz kostspieliger korrosionsbeständiger Werkstoffe optimieren und dabei die Druckfestigkeit sowie die Dichtungssicherheit gewährleisten.

4. Möglicherweise niedrigere Lebenszykluskosten

Der Kaufpreis für Tantal-Anlagen ist hoch.
Die Wirtschaftlichkeitsanalyse hängt daher eher von den Lebenszykluskosten als von den Anschaffungskosten ab.

Ein nützlicher Vergleich umfasst:

  • Anschaffungskosten für das Ventil
  • Erwartete Lebensdauer
  • Austauschhäufigkeit
  • Wartungsaufwand
  • Stilllegungskosten
  • Produktionsausfall
  • Sicherheits- und Eindämmungsanforderungen

Konstruktionsvarianten für JST-Tantal-Kugelhähne

JST Valve liefert Tantal-Kugelhähne in verschiedenen Ausführungen für unterschiedliche Rohrleitungsdurchmesser, Druckklassen und Betriebsanforderungen.

Zu den verfügbaren Ausführungsvarianten gehören schwimmende und drehbar gelagerte Konstruktionen, Ausführungen mit vollem oder reduziertem Durchgang, weiche oder metallische Sitze sowie verschiedene Antriebskonfigurationen.

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DesignartikelJST-VentiloptionTechnischer Zweck
KugellagerSchwimmend oder auf einem DrehzapfenErmöglicht die Auswahl nach Größe, Druck und Betriebsdrehmoment.
HafenVollbohrung oder reduzierte BohrungStellt ein Gleichgewicht zwischen Druckverlust, Durchflussanforderung, Abmessungen und Kosten her.
KörperSeitlicher Einstieg, geteilte Karosserie, 2-teilig oder 3-teiligUnterstützt die Anforderungen in den Bereichen Fertigung, Montage und Wartung.
VorbauAusblassicherer SchaftVerbessert den Halt des Schafts unter Druck.
Elektrische DurchgängigkeitAntistatikvorrichtungErhältlich, wenn die Leistungsbeschreibung eine antistatische Ausführung vorschreibt.
BrandschutzFeuersicher oder nicht feuersicherAusgewählt gemäß den Sicherheitsanforderungen des Projekts.
SitzWeicher Sitz oder MetallsitzErmöglicht die Optimierung hinsichtlich Absperrung, Temperatur und Prozessbedingungen.
VerbindungenFlanschausführung, Wafer-Ausführung, Gewindeausführung, BW oder SWUnterstützt verschiedene Rohrleitungs- und Installationskonfigurationen.
BetriebHebel, Getriebe, elektrisch, pneumatisch oder blanke WelleUnterstützt die manuelle und automatisierte Prozesssteuerung.

Wo werden Tantal-Kugelhähne eingesetzt?

Tantalventile kommen in Anwendungen zum Einsatz, in denen die Korrosionsbelastung und der Prozesswert ihren Einsatz rechtfertigen.

Chemische Verarbeitung

Leitungen für hochkonzentrierte Säuren, Reaktoren, Chemikalientransportsysteme und hochwertige Prozessanlagen.

Petrochemische Anlagen

Ausgewählte korrosive Chemikalienströme, bei denen herkömmliche Ventilwerkstoffe keine akzeptable Lebensdauer aufweisen.

Kohleverarbeitungsanlagen

Spezialisierte Prozessbereiche, in denen aggressive Chemikalien unter anspruchsvollen Anlagenbedingungen verarbeitet werden.

Pharmazeutische Verarbeitung

Ausgewählte korrosive Prozessleitungen, bei denen eine hohe chemische Beständigkeit und Prozessintegrität von entscheidender Bedeutung sind.

Zellstoff und Papier

Ausgewählte Anwendungen mit aggressiven Chemikalien, die eine spezielle Materialverträglichkeit erfordern.

Spezialitätenchemie

Hochwertige Produktionslinien, bei denen wiederholte Korrosionsschäden zu erheblichen Ausfallzeiten führen können.

Kugelhähne aus Tantal, Hastelloy, Titan und Zirkonium

Einer der häufigsten Fehler beim Einkauf ist die Annahme, dass es eine allgemeingültige Rangliste für Sonderlegierungen gibt.

Das gibt es nicht.

Tantal, Hastelloy, Titan und Zirkonium reagieren jeweils unterschiedlich auf verschiedene chemische Umgebungen.
Die richtige Werkstoffauswahl hängt daher von der tatsächlichen Prozesschemie ab und nicht davon, einfach die teuerste Legierung zu wählen.

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MaterialHauptgrund für die AuswahlTypische PositionierungHauptbeschränkung
SS316 / 316LAllgemeine Korrosionsbeständigkeit unter wirtschaftlichen BedingungenMäßige chemische BeanspruchungKann für aggressive Säuren und starke lokale Korrosionsbedingungen ungeeignet sein.
HastelloyBreites Spektrum an hoher Beständigkeit gegen chemische KorrosionChemische und petrochemische Industrie sowie anspruchsvolle ProzessanwendungenDie richtige Legierungssorte und die genaue chemische Zusammensetzung müssen noch überprüft werden.
TitanHervorragende Leistung in chloridhaltigen und oxidierenden MedienMeerwasser, chloridhaltige Medien und ausgewählte chemische MedienKeine universelle Lösung zur Reduzierung saurer Umgebungen.
ZirkoniumHervorragende Leistung in ausgewählten aggressiven sauren MedienSpezialchemikalien und Verarbeitung mit starken SäurenBestimmte Schadstoffe wie Fluoride erfordern eine sorgfältige Bewertung.
TantalAußergewöhnliche Beständigkeit in vielen aggressiven SäureumgebungenKritische Prozessleitungen mit hoher KorrosionsbelastungAufgrund der sehr hohen Materialkosten und erheblicher chemischer Einschränkungen muss die Auswahl begründet werden.
Wichtig:
Dieser Vergleich dient als Orientierungshilfe und stellt keine Korrosionsübersicht dar.
Die endgültige Werkstoffauswahl muss auf der genauen Zusammensetzung des Prozesses, der Konzentration, den Verunreinigungen, dem Druck und der Temperatur basieren.

Wann ein Tantal-Kugelhahn die falsche Wahl ist

Tantal verfügt über außergewöhnliche chemische Eigenschaften, ist jedoch nicht unzerstörbar und sollte nicht als universell säurebeständiges Metall angepriesen werden.

Es gibt verschiedene Fälle, in denen ein anderes Material oder eine andere Ventilkonstruktion besser geeignet sein könnte.

Fluorwasserstoffsäure oder erhebliche Fluoridbelastung

In fluoridhaltigen Umgebungen ist besondere Vorsicht geboten, da der schützende Tantaloxidfilm angegriffen werden kann.

Wenn Korrosion nicht der eigentliche Versagensmechanismus ist

Wenn das Ventil aufgrund von abrasiven Feststoffen, Kavitation, Verdampfung oder mechanischen Stößen ausfällt, reicht es möglicherweise nicht aus, das mit der Flüssigkeit in Berührung kommende Metall durch Tantal zu ersetzen, um das Problem zu beheben.

Allgemeiner Service bei geringem Schweregrad

Es gibt kaum wirtschaftliche Gründe, Tantal zu spezifizieren, wenn SS316, Duplex-Edelstahl, Hastelloy oder ein anderer kostengünstigerer Werkstoff bereits eine ausreichende Lebensdauer gewährleistet.

Wenn Prozessdaten unvollständig sind

Tantal sollte nicht allein deshalb ausgewählt werden, weil der Käufer in der Angebotsanfrage “starke Säure” angibt.
Vor der Genehmigung muss die gesamte Prozesschemie vorliegen.

Schwimmendes oder zapfenlagergestütztes Tantal-Kugelventil?

JST Valve bietet sowohl schwimmende als auch auf einem Drehzapfen montierte Tantal-Kugelhähne an.
Die richtige Bauart hängt hauptsächlich von der Ventilgröße, dem Druck, dem Betätigungsdrehmoment und der Projektauslegung ab.

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FunktionSchwimmkugelventilDrehgelenk-Kugelhahn
KugellagerDie Kugel wird hauptsächlich von den Sitzen gestützt.Die Kugel wird mechanisch durch Lagerzapfen gestützt.
Typische AnwendungKleine bis mittlere Größen, je nach Druckklasse.Größere Baugrößen und Anwendungen mit höherem Drehmoment.
BetriebsdrehmomentKann mit zunehmender Größe und steigendem Differenzdruck erheblich ansteigen.Die Stützvorrichtung trägt dazu bei, das Betriebsdrehmoment bei größeren Ventilen zu kontrollieren.
AuswahlkriterienGröße, Druck, Sitzkonstruktion und Service.Größe, Druck, Drehmoment, Antrieb und Projektanforderungen.

JST-Tantal-Kugelhahn – Nennweite und Druckbereich

JST Valve führt derzeit Tantal-Kugelhähne in den Klassen 150 bis 1500 im Sortiment, wobei in verschiedenen Größenbereichen Ausführungen mit schwimmendem und drehbarem Kugelhahn erhältlich sind.

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StrukturKlasseTypischer Größenbereich
SchwebenKlasse 1501/2″ – 10″ / DN15 – DN250
SchwebenKlasse 3001/2″ – 8″ / DN15 – DN200
SchwebenBaureihe 6001/2″ – 6″ / DN15 – DN150
SchwebenKlasse 9001/2″ – 3″ / DN15 – DN80
SchwebenKlasse 15001/2″ – 2″ / DN15 – DN50
DrehzapfenKlasse 1506″ – 40″ / DN150 – DN1000
DrehzapfenKlasse 300 / 6004″ – 40″ / DN100 – DN1000
DrehzapfenKlasse 900 / 15004″ – 24″ / DN100 – DN600

Tantal-Kugelhahn mit Weichsitz oder Metallsitz?

Das Gehäusematerial ist nur ein Aspekt der Ventilspezifikation.

Die Wahl des Ventilsitzes kann darüber entscheiden, ob das Ventil die erforderliche Dichtungsleistung erreicht und ob es den tatsächlichen Betriebstemperaturen und Prozessbedingungen standhält.

Design mit weichen Sitzflächen

Weiche Sitze werden in der Regel bevorzugt, wenn ein sehr dichtes Absperrverhalten und ein relativ geringes Betätigungsdrehmoment wichtig sind und wenn das gewählte Sitzpolymer mit dem chemischen Medium und der Temperatur verträglich ist.

Konstruktion mit Metallsitz

Metallsitze kommen in Betracht bei höheren Temperaturen, verunreinigten Prozessströmen, im Brandschutzbereich oder unter Bedingungen, unter denen weiche Sitzmaterialien keine ausreichende Stabilität gewährleisten können.

Tipp zur Spezifikation:
Senden Sie bitte keine Angebotsanfrage, in der lediglich “Tantalkugelventil DN50 Klasse 300” angegeben ist.”
Der Hersteller benötigt weiterhin Angaben zu Medienzusammensetzung, Konzentration, Temperatur und Leckageanforderungen, um den Sitz und die gesamte medienberührte Konstruktion auszuwählen.

Entwicklungs- und Prüfstandards

Das Sortiment an Tantal-Kugelhähnen von JST Valve kann gemäß den anerkannten Anforderungen an Industriearmaturen ausgelegt werden.

  • ASME B16.34 – Konstruktionsanforderungen für entsprechende Ventile mit Flansch-, Gewinde- und Schweißanschluss
  • API 6D – Anforderungen an die Auslegung von Rohrleitungsventilen, sofern zutreffend
  • API 598 – Ventilprüfung und Druckprüfung
  • Projektspezifische Anforderungen an die Prüfung und Dokumentation können separat geprüft werden

Was Sie bei der Anforderung eines Angebots für ein Tantal-Kugelventil angeben sollten

Ventile aus Speziallegierungen sollten nicht allein anhand der Nennweite genau kalkuliert werden.

Wenn Sie zu Beginn Ihrer Anfrage die folgenden Informationen angeben, lassen sich unnötige Materialkosten vermeiden und eine falsche Ventilauswahl verhindern.

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Informationen zur AngebotsanfrageBeispielWarum JST dies benötigt
ProzessmediumSchwefelsäure, Salzsäure, Säuremischung, ProzesschemikalieStellt fest, ob Tantal chemisch geeignet ist.
KonzentrationGewicht: % oder vollständige chemische AnalyseDie Korrosionsbeständigkeit kann sich je nach Konzentration erheblich ändern.
VerunreinigungenFluorid, Chlorid, Feststoffe, Oxidationsmittel oder andere ProzesschemikalienGeringfügige Bestandteile können die Materialverträglichkeit beeinflussen.
TemperaturNormal-, Auslegungs- und ÜberlasttemperaturBeeinflusst die Materialverträglichkeit und die Sitzauswahl.
DruckNormaler Druck, Auslegungsdruck und DifferenzdruckSteuert die Druckklasse, den Aufbau und das Drehmoment des Stellantriebs.
VentilgrößeDN50 / 2″Hilft bei der Festlegung der schwimmenden oder Drehzapfenkonfiguration.
VerbindungHF, BW, SW, mit Gewinde oder projektspezifischErforderlich für die Maß- und Rohrleitungsauslegung.
BetriebHebel, Getriebe, pneumatisch oder elektrischErforderlich für die Auswahl von Drehmoment und Stellantrieb.
Anforderung an die LeckageProjektspezifikation oder geltende PrüfnormLegt die Anforderungen an die Sitzplätze und die Prüfungen fest.
Anzahl1 Stück, 5 Stück, 20 StückErforderlich für die Fertigungsplanung und die Erstellung von kommerziellen Angeboten.

JST Valve – Lösungen für Tantal-Kugelhähne

JST Valve stellt Ventile aus Speziallegierungen für hochkorrosive und anspruchsvolle industrielle Anwendungen her.

Das Sortiment an Tantal-Kugelhähnen des Unternehmens umfasst schwimmende und auf Drehzapfen gelagerte Ausführungen, Ausführungen mit vollem und reduziertem Durchgang, Weich- und Metallsitze, manuelle und automatische Betätigung sowie zahlreiche Anschlussmöglichkeiten.

Die JST-Produktseite können Sie hier aufrufen:

JST-Tantal-Kugelhähne

Käufer, die andere Spezialwerkstoffe vergleichen möchten, können sich ebenfalls das vollständige

JST-Sortiment an Kugelhähnen aus Speziallegierungen

darunter Hastelloy, Titan, Zirkonium, Monel, Nickellegierungen und Duplex-Ausführungen.

Materialübersicht

Technische Bewertung auf der Grundlage von Medium, Konzentration, Temperatur und Schadstoffen.

Benutzerdefinierte Struktur

Schwimmende Ausführung, Zapfenausführung, Vollbohrungsausführung, Reduzierbohrungsausführung und projektspezifische Konstruktionsvarianten.

Automatisierung

Zahnrad-, pneumatische und elektrische Antriebe können entsprechend den Betriebsanforderungen geprüft werden.

Testen

Druckprüfungen, Inspektionen und Projektdokumentationen können entsprechend den Auftragsanforderungen festgelegt werden.

Projekt „Starke Korrosion“?

Fragen Sie JST Valve, ob Tantal wirklich notwendig ist

Teilen Sie uns bitte Ihr Prozessmedium, die Konzentration, die Temperatur, den Druck, die Verunreinigungen, die Ventilgröße und die Stückzahl mit.

Unser Ingenieurteam kann prüfen, ob Tantal geeignet ist oder ob Hastelloy, Zirkonium, Titan oder eine andere Speziallegierung eine praktikablere Lösung darstellt.


Materialauswahl und Angebot anfordern

Lohnt sich die Anschaffung eines Tantal-Kugelhahns?

Manchmal ja. Manchmal ganz und gar nicht.

Genau dieser Unterschied ist der Grund, warum Tantalventile als technische Spezialprodukte und nicht als Premium-Versionen gewöhnlicher Edelstahlventile betrachtet werden sollten.

Wenn ein kostengünstigeres Material die erforderliche Lebensdauer zuverlässig gewährleistet, gibt es kaum einen Grund, Tantal vorzuschreiben.

Wenn jedoch starke Korrosion immer wieder herkömmliche Ventile zerstört und jeder Austausch zu Betriebsstillständen, Arbeitsaufwand und Produktionsausfällen führt, kann sich die Wirtschaftlichkeit schnell ändern.

Die richtige Entscheidung hängt daher nicht allein vom Materialpreis ab.
Sie basiert auf der Prozesschemie, der erwarteten Lebensdauer und den Gesamtkosten über den gesamten Lebenszyklus.

FAQ: Tantal-Kugelhähne

Was ist ein Tantal-Kugelhahn?

Ein Tantal-Kugelhahn ist ein Vierteldrehungs-Absperrventil, bei dem Tantal in kritischen, mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden, korrosionsbeständigen Bauteilen oder eine speziell entwickelte Tantal-Konstruktion für den Einsatz unter extremen chemischen Bedingungen zum Einsatz kommt.

Warum wird Tantal für chemische Ventile verwendet?

Tantal bildet eine äußerst stabile Schutzschicht aus Oxid und bietet in vielen aggressiven chemischen Umgebungen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit.

Ist Tantal besser als Hastelloy?

Nicht in jedem Fall. Welcher Werkstoff besser geeignet ist, hängt von der genauen Prozesschemie, der Konzentration, der Temperatur und den Verunreinigungen ab. Hastelloy kann in vielen Anwendungsfällen kostengünstiger und vollkommen ausreichend sein.

Kann Tantal für Flusssäure verwendet werden?

In fluoridhaltigen Umgebungen ist besondere Vorsicht geboten, und Tantal sollte nicht automatisch als geeignet angesehen werden. Vor der Materialfreigabe muss die gesamte Prozesschemie überprüft werden.

Stellt JST Valve Tantal-Kugelhähne mit Drehzapfen her?

Ja. JST Valve führt sowohl schwimmende als auch auf einem Drehzapfen gelagerte Tantal-Kugelhähne für verschiedene Druckklassen und Nennweitenbereiche im Sortiment.

Welche Angaben sind für ein Angebot für ein Tantal-Kugelventil erforderlich?

Geben Sie das Medium, die chemische Konzentration, die Verunreinigungen, den Auslegungsdruck, den Betriebsdruck, die Temperatur, die Ventilgröße, die Anschlussart, die Betätigungsart, die Anforderungen an die Leckage sowie die Menge an.

Technischer Hinweis: Die oben aufgeführten Materialangaben dienen ausschließlich der vorläufigen technischen Bewertung. Die endgültige Materialauswahl sollte anhand vollständiger Daten zu Prozesschemie, Konzentration, Temperatur, Druck und Verunreinigungen sowie unter Berücksichtigung der geltenden Projektnormen bestätigt werden.

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