Membranventiler i proces- og doseringsteknik: Opbygning og valg

En membranventil af plast hører i proces– og doseringsteknikken til de mest pålidelige afspærrings- og reguleringsarmaturer til aggressive, meget rene eller faststofholdige medier. Grunden ligger i dens funktionsprincip: En fleksibel membran adskiller aktuatoren fuldstændigt fra det gennemstrømmede rum, så mediet udelukkende kommer i kontakt med kemisk bestandige materialer som PVC-U, PP, PVDF eller PTFE. I denne guide forklarer vi opbygningen af membranventiler, sammenligner de gængse konstruktionstyper og materialer, viser de vigtigste udvælgelses- og dimensioneringskriterier og angiver de typiske fejl, der i praksis fører til for tidligt membransvigt.

Opbygning og funktionsprincip af en membranventil

En membranventil består i kernen af tre bygningsdele: ventilhuset (underdel), membranen og overdelen med aktuator. Ventilhuset fører mediet og har – afhængigt af konstruktionstype – en tærskel (dæmning) eller et glat gennemløb. Membranen ligger mellem under- og overdel og presses nedad via en ventiltallerken (kompressor). Ved lukning lægger den sig tætnende på tærsklen eller husets bund og afbryder dermed gennemstrømningen.

Den afgørende konstruktionsmæssige fordel: Membranen er det eneste bevægelige tætningssted, der kommer i kontakt med mediet. Spindel, ventiltallerken og aktuator ligger mediefrit over membranen. Derved undgås medieberørte spindeltætninger og pakninger, mediet kontamineres ikke af smøremidler, og armaturen egner sig også til applikationer med høje renhedskrav. Ventilen betjenes manuelt via et håndhjul eller automatisk via en pneumatisk eller elektrisk aktuator.

Membranen som central komponent

Membranen varetager tætnings-, adskillelses- og bevægelsesfunktionen samtidigt og er dermed den mest belastede komponent. Den er en planlagt sliddel og skal tilpasses medie, temperatur og koblingsantal. To grundtyper er almindelige:

• Elastomer-membraner (f.eks. EPDM, FPM/FKM, NBR): fleksible, prisbillige, med god tilbagestillingskraft og lang levetid ved moderate medier.
• PTFE-membraner med bagsidet elastomer-støttelag: kemisk næsten universelt bestandige og egnede til aggressive syrer, baser og opløsningsmidler; på mediesiden forhindrer PTFE’en direkte elastomerkontakt.

Ved krævende medier kombineres ofte en PTFE-membran med en EPDM-støttemembran for at forene kemisk bestandighed og mekanisk elasticitet.

Konstruktionstyper: dæmningsmembranventil og gennemløbsmembranventil

Ved konstruktionstypen skelnes primært mellem to principper, som adskiller sig markant i strømningsføring og anvendelsesfokus.

Dæmningsventil (weir-type)

Ved dæmningsventilen rejser der sig en tærskel (dæmning) midt i huset, som membranen lægger sig på for at lukke. Membranslaget er lille, membranbelastningen lav og reguleringsadfærden fin – dæmningsventilen egner sig derfor godt til drøvling og regulering af små til mellemstore volumenstrømme. Tærsklen skaber dog et lidt højere trykfald og et restrum, der ikke kan tømmes fuldstændigt.

Gennemløbsventil (straight-through)

Gennemløbsventilen har en glat, gennemgående boring uden tærskel. Membranen presses over hele tværsnittet mod husets bund. Denne konstruktionstype tilbyder et næsten fuldt gennemløb, lavt trykfald og god selvtømning – en fordel ved suspensioner, faststofandele, fibrøse eller sejtflydende medier. Det større membranslag fører til højere membranbelastning.

Membranventil af plast i procesanvendelse: vælg materialer korrekt

Materialevalget afgør kemisk bestandighed, temperatur- og trykbelastning og dermed armaturens levetid. For en membranventil af plast i procesanvendelse skal hus- og membranmateriale betragtes separat og altid kontrolleres ved hjælp af en bestandighedstabel for det konkrete medie i kombination med koncentration og temperatur.

Husmaterialer (termoplaster)

• PVC-U: prisbillig, god bestandighed over for mange syrer, baser og saltopløsninger; standard til vand- og spildevandsteknik. Temperaturanvendelse begrænset (som regel op til ca. 60 °C).
• PVC-C: lignende kemi som PVC-U, men højere temperaturbestandighed.
• PP (polypropylen): god bestandighed over for baser og mange organiske medier, højere temperaturområde, til aggressiv kemi ofte i PP-H- eller forstærket udførelse.
• PVDF (polyvinylidenfluorid): høj kemisk bestandighed over for aggressive syrer, halogener og opløsningsmidler, høj renhedsgrad, anvendelig op til højere temperaturområder – første valg til krævende kemi- og reinmedieapplikationer.

Membranmaterialer

• EPDM: god bestandighed over for vand, fortyndede syrer og baser, polære medier; ikke bestandig over for mineralolier og mange kulbrinter.
• FPM/FKM (fluorgummi): bestandig over for mange olier, brændstoffer og aggressive medier; begrænset ved varmt vand og baser.
• PTFE (med elastomer-støttelag): næsten universel kemisk bestandighed, til stærkt aggressive og meget rene medier; højere stivhed, dermed anden koblings- og reguleringskarakteristik.

Dimensionering: nominel diameter, Kv-værdi og trykklasse

Den korrekte dimensionering sikrer, at ventilen klarer den krævede volumenstrøm ved et acceptabelt trykfald, og at membranen ikke overbelastes. Afgørende størrelser er nominel diameter (DN), gennemstrømningskoefficient (Kv- eller Cv-værdi), trykklasse (PN) og det tilladte tryk-temperatur-område.

Kv-værdien beskriver volumenstrømmen i m³/t vand, der strømmer gennem ventilen ved et trykfald på 1 bar. Den bruges til at afstemme ventilen til driftspunktet. Til reguleringsopgaver skal desuden ventilkarakteristikken tages i betragtning – dæmningsventiler tilbyder her en finere reguleringsadfærd. Grundlæggende gælder: Det er ikke rørets nominelle diameter, der bestemmer ventilen, men det krævede driftspunkt bestående af gennemstrømning og tilladt trykfald.