Ventilleckagen mit Kontakt-Ultraschall detektieren

Ventile sind die "Kernstellglieder" von Rohrleitungssystemen. Sie übernehmen vier zentrale Funktionen - Öffnen/Schließen, Regeln, Absperren und Umlenken - und ermöglichen so eine präzise Steuerung des Medienstroms. Wenn die Dichtheit nachlässt, führen leichtere Fälle zu Prozessstörungen und Energieverlusten, während schwere Fälle Brände oder Explosionen, Giftgasexposition oder Umweltschäden verursachen können.

Wir haben eine Ventilleckage‑Applikation um die drei Punkte herum entwickelt, die Kunden vor Ort am meisten interessieren - weniger übersehene Leckagen und Fehlalarme, bessere Lokalisierung und verlässlichere Abschätzung der Leckrate -, indem wir diese Anforderungen in einen ausführbaren, nachvollziehbaren Standard‑Workflow überführt und die Anwendung für einen durchgängigen End‑to‑End‑Einsatz geschlossen haben.

Häufige Ursachen für interne Ventilleckagen

Was führt zu Ventilleckagen? Wir fassen dies in die folgenden vier Hauptursachen zusammen:

• Normaler Verschleiß: Häufiges Öffnen und Schließen nutzt die Dichtflächen nach und nach ab; langanhaltendes Spülen und Erosion durch das strömende Medium können den Dichtsitz zusätzlich verschlechtern.
• Einfluss des Prozessmediums: Schwefelverbindungen und ähnliche Bestandteile im Medium können elektrochemische Korrosion verursachen; verbleibende Verunreinigungen aus der Montage - wie Sand, Schmutz und Partikel - können den Verschleiß beschleunigen und die Dichtflächen verkratzen, was zu mangelhafter Dichtheit führt.
• Fehlerhafte Bedienung und Instandhaltung: Der Einsatz eines Auf/Zu‑Ventils zum Drosseln, fehlende regelmäßige Reinigung und vorbeugende Wartung, unzureichender Service oder unsachgemäßer/unsicherer Betrieb können Dichtflächen beschädigen oder ein vollständiges Schließen verhindern.
• Probleme bei Montage und Management: Freilagerung im Freien mit Regenexposition, das Eindringen von Schlamm und Sand sowie Sandstrahlen/Feldbedingungen, die Schmutz oder Fremdkörper in den Ventilraum eintragen, können Dichtflächen verunreinigen und verkratzen und letztlich zu internen Leckagen führen.

Wenn ein Ventil geschlossen ist, die Dichtflächen jedoch nicht vollständig anliegen, treibt die Druckdifferenz das Medium durch kleine Spalte von der Hochdruck‑ zur Niederdruckseite und erzeugt Hochgeschwindigkeits‑Mikrostrahlen und turbulente Strömung. Diese Leckage führt typischerweise zu mehreren beobachtbaren Anzeichen, darunter Schall/Ultraschall, Vibrationen, anormales Druckverhalten sowie Temperaturabweichungen oder Vereisung.

Warum Kontakt-Ultraschall funktioniert

Wenn eine Ventildichtung versagt, erzeugt das Hochdruckmedium, das durch winzige Spalte an den Dichtflächen strömt, eine turbulente Strömung und damit hochfrequente Ultraschallsignale im Bereich von 20-100 kHz. Die Signalstärke steht im Allgemeinen in positiver Korrelation zur Leckrate - je größer die Leckage, desto höher die Amplitude.

Im Feld können Sie Ultraschallsignale an Messpunkten vor dem Ventil, am Ventilkörper und dahinter erfassen und anschließend Algorithmen anwenden, um Signaleigenschaften zu extrahieren und zu analysieren, um interne Leckagen zu erkennen und zu lokalisieren.

Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren werden temperaturbasierte Ansätze leicht durch Wärmeleitung beeinflusst und sind schwer zu quantifizieren; Druckhalteprüfungen sind zeitaufwändig und schlecht geeignet, den Leckageort genau zu bestimmen; und das Abhören mit dem Ohr ist ineffizient, anfällig für übersehene Leckagen und Fehlalarme und stark von der individuellen Erfahrung abhängig. Genau deshalb haben wir diese Applikation entwickelt - um eine erfahrungsgetriebene Aufgabe in einen standardisierten, prozessgesteuerten Workflow zu überführen, gestützt durch Akustik und Datenanalyse.

Workflow und zentrale Funktionen

Stärker standardisierter Workflow: Vor-Ort-Bedienung wird zu geführtem Testen

In der CRY8124‑Ventilleckage‑Applikation verfügt die Software über einen standardisierten und visualisierten Workflow. Bediener folgen den Bildschirmanweisungen, platzieren den Kontakt-Ultraschallsensor der Reihe nach auf jedem Messpunkt und tippen einfach auf "Test". Die Ergebnisse werden in der Benutzeroberfläche angezeigt, und der Algorithmus entscheidet nach dem Test automatisch, ob eine interne Leckage vorliegt.

Gleichzeitig bietet die Software standardisierte Eingabefelder für Schlüsseldaten wie Ventil‑ID, Ventiltyp, Ventilgröße, Mediumtyp sowie die Druckdifferenz zwischen Zu‑ und Ablauf. Das bedeutet, dass sich Testergebnisse innerhalb derselben Anlage, zwischen verschiedenen Schichten und unterschiedlichen Bedienern leichter vergleichen lassen - Nachtests und Trendanalysen werden damit deutlich konsistenter.

Intelligenter: automatische Diagnose + Abschätzung der Leckrate

Unsere Ventilleckage‑Erkennung konzentriert sich auf zwei wesentliche Verbesserungen:

• Durch die Analyse des dB‑Pegels an jedem Messpunkt und der Eigenschaften des Ultraschallsignals bestimmt das System das Ergebnis der internen Leckage automatisch daten‑ und algorithmusbasiert und reduziert so die Abhängigkeit von manueller Interpretation.
• Integrierte KI‑Algorithmen schätzen die Leckrate anhand der Ultraschalleigenschaften an den Messpunkten ab und liefern damit eine quantitative Referenz zur Unterstützung von Wartungsentscheidungen an Ventilen.

Dies ist die Kernlogik hinter unserem Fokus auf eine "höhere Erkennungsrate": Wenn Entscheidungen weniger auf subjektiver Erfahrung beruhen, lassen sich übersehene Leckagen und Fehlalarme deutlich besser kontrollieren - insbesondere auf komplexen Anlagen mit vielen Ventilen und mehreren parallelen Strängen.

Anwendungsszenarien

In verschiedenen Branchen besteht ein gemeinsamer Bedarf an der Erkennung von Ventilleckagen:

Praxisfallstudie

Fall: Kohle‑zu‑Chemie‑Anlage in der Inneren Mongolei (Brenn‑/Kohlegassystem)

Im Folgenden ist ein realer Feldtestfall einer Ventilleckage in einer kohlechemischen Anlage dargestellt. Jegliche interne Leckage in Brenngas‑ oder Kohlegassystemen kann die Absperrung beeinträchtigen. Ist eine Leckage vorhanden, kann die Niederdruckseite weiterhin mit Gas beaufschlagt sein, und der Arbeitsbereich bleibt dem Risiko ausgesetzt, dass CO und schwefelhaltige Säuregase eindringen - was zu Vergiftungen, Bränden oder sogar Explosionsgefahr führen kann. Mit Kontakt-Ultraschall haben wir vor Ort die verdächtigen Ventile geprüft, die Leckagestellen schnell identifiziert und die Leckrate abgeschätzt. So konnte der Kunde die Aussage "Absperrung bestätigt" von einer erfahrungsbasierten Einschätzung in eine datenbasierte Verifikation überführen, Korrekturmaßnahmen priorisieren, Arbeitsrisiken durch fehleingeschätzte Absperrungen verringern und eine sichere Wartung sowie einen stabilen Betrieb sicherstellen.

• Ventiltyp: Bypassventil im Brenngasverdichterraum (Klappenventil).
• Testergebnis: 19,8 l/min.
• Medium / Druck: Brenngas (H₂, CO, CH₄), 3 MPa.

• Ventiltyp: Kükenventil im Brenngasverdichterraum
• Testergebnis: 1,7 l/min.
• Medium / Druck: Kokereigas (hauptsächlich CO), 2,5 MPa.

Vor-Ort-Testmethode: Reproduzierbare 5-Punkt-Messungen

Betriebsbedingungen bestätigen

Stellen Sie sicher, dass eine Druckdifferenz besteht, und isolieren Sie störende Stränge so weit wie möglich.

Wesentliche Schritte

• Schließen Sie das zu prüfende Ventil.
• Öffnen Sie die Zu‑ und Ablaufventile des Prüfabschnitts.
• Bestätigen Sie eine Druckdifferenz zwischen den Zu‑ und Ablauf‑Manometern und verifizieren Sie, dass ΔP > 0,1 MPa.

Wie in der Abbildung unten gezeigt

• Bei der Prüfung von Ventil A auf Ventilleckage: Öffnen Sie Ventile B und C und schließen Sie Ventile A und D.
• Bei der Prüfung von Ventil B auf Ventilleckage: Öffnen Sie Ventile A und C und schließen Sie Ventile B und D.

Messpunkte platzieren (MP1-MP5)

Abdeckung von Zulauf → Ventilkern → Ablauf.

• MP3: Am Ventilkern positioniert.
• MP2: 1-2 Rohrdurchmesser (D) vor dem Ventil positioniert (Messpunkt an der dem Ventil abgewandten Rohrwand anbringen).
• MP1: Vor dem Ventil positioniert, 2-3D von MP2 entfernt. Wenn der Platz begrenzt ist, kann der Abstand zwischen MP1 und MP2 auf 0,5D verkürzt werden.
• MP4: 1D hinter dem Ventil positioniert (Messpunkt an der dem Ventil abgewandten Rohrwand anbringen).
• MP5: Hinter dem Ventil positioniert, 1-2D von MP4 entfernt (empfohlen an der Rohrwand direkt hinter dem Ventilflansch). Wenn der Platz begrenzt ist, kann der Abstand zwischen MP5 und MP4 auf 0,5D verkürzt werden.

D = Rohrdurchmesser

Hinweis
Bei kleinen, flanschlosen Gewindeventilen sollte der Abstand zwischen den Messpunkten mindestens drei Rohrdurchmesser (3D) betragen.

FAQ

Wir haben einige typische, szenariobasierte Fragen zu internen Ventilleckagen zusammengestellt, um Ihnen zu helfen, die Applikation schneller zu verstehen und effizienter die passende Lösung auszuwählen.

F1. Wie wähle ich einen Kontakt-Ultraschallsensor für Rohrleitungen mit unterschiedlichen Temperaturen aus?

A1. Wir empfehlen die folgende Sensorauswahl in Abhängigkeit von der Rohrwandtemperatur:

• Für Niedrigtemperatur‑Rohrleitungen (unter -20 °C) oder Hochtemperatur‑Rohrleitungen (über 50 °C) verwenden Sie einen Kontakt-Ultraschallsensor in Nadelbauform.
• Für Temperaturen zwischen -20 °C und 50 °C verwenden Sie einen keramischen Kontakt-Ultraschallsensor zur Signalerfassung.

F2. Welche Ventile können auf Ventilleckagen geprüft werden?

A2. Dieses Verfahren eignet sich für die Erkennung von Ventilleckagen bei einer Vielzahl von Ventiltypen, darunter:

• Absperrschieber
• Kükenventile
• Globusventile
• Kugelhähne
• Rückschlagventile
• Klappenventile
• Nadelventile
• Sicherheits‑/Druckentlastungsventile
• Quetschventile

Wenn Ihr Ventiltyp oben nicht aufgeführt ist, kontaktieren Sie uns bitte jederzeit.

F3. Können wir trotzdem testen, wenn Ventil und Rohrleitung isoliert sind?

A3. Wenn die Isolierung Ventil und Rohrleitung vollständig abdeckt, ist ein Test möglicherweise nicht möglich. Sie müssen die Isolierung im Messbereich entfernen oder eine Öffnung mit einem Durchmesser von etwa 7 cm vorsehen, damit der Kontakt-Ultraschallsensor die Rohrwand direkt berühren und das Signal erfassen kann.

F4. Worauf sollten wir hinsichtlich der Rohrleitungsoberfläche bei der Datenerfassung achten?

A4. Der Kontakt-Ultraschallsensor muss guten Kontakt zu einer festen Oberfläche haben, um Ultraschallsignale, die sich durch die Rohrleitung ausbreiten, zuverlässig erfassen zu können. Große Partikel oder Fremdkörper zwischen Sensor und Rohrleitungsoberfläche können zu ungenauen Ergebnissen führen. Ist die Rohrwand rostig, wischen Sie vor dem Test lose Partikel und groben Staub von der Oberfläche ab.

Kontakt

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie CRYSOUND‑Akustik zur Erkennung von Ventilleckagen eingesetzt werden kann, oder wenn Sie eine besser geeignete Prüflösung auf Basis Ihrer betrieblichen Rahmenbedingungen und Abnahmekriterien wünschen, kontaktieren Sie uns bitte über das nachstehende Formular. Unsere Ingenieure werden sich mit Ihnen in Verbindung setzen.