Schauglasarmaturen: Chemisch beständig, wartungsfrei und unverzichtbar für die Prozessüberwachung
Schauglasarmaturen ermöglichen die detaillierte Beobachtung von Prozessen ohne den Einsatz oft komplexer und kostspieliger Sensorsysteme. Der vorliegende Bericht geht auf gängige Bauformen von Schauglasarmaturen und deren jeweilige Vor- und Nachteile ein und erläutert einige wichtige Auswahlkriterien.
Kernkomponente dieser Schauglasarmatur ist ein chemisch und physikalisch hochbeständiges Glas, meist aus Borosilikatglas. Liegt die Betriebstemperatur über den laut Norm zulässigen 280 °C, kann das Glas zusätzlich durch eine ACI Glimmerschutzscheibe geschützt werden. Ab Temperaturen über 320 °C kommt anstelle des gehärteten Borosilikatglases oft ein ungehärtetes Borosilikatglas oder Glasscheibe auf Basis von Quarz oder Saphir zum Einsatz.
Durch eine Schauglasarmatur ist eine optische Beobachtung jedes Prozesses möglich, wobei weder Elektronik noch bewegliche Mechanik erforderlich sind. Dadurch bleibt die Anlage weitgehend wartungsfrei. Wurden die chemischen und physikalischen Bedingungen des Prozesses nicht ausreichend berücksichtigt, können die Bestandteile der Schauglasarmatur durch chemische Einflüsse oder zu hohe Temperaturen Schaden nehmen.
Die wichtigsten Informationen, die Sie Ihrem Schauglaslieferanten zur Verfügung stellen sollten sind:
- Prozessmedium
- Betriebstemperatur
- Betriebsdruck
- Anschlussstandard und -maße
Übliche Bauformen für Sachauglasarmaturen und Ihre Einsatzbereiche
Schauglasarmaturen lassen sich grob in drei Kategorien einteilen, mit unterschiedlichen Vorzügen und Nachteilen. Diese Kategorien sind Behälterschaugläser, Durchflussschaugläser und Füllstandanzeiger.
Behälterschaugläser
Bei Behälterschaugläsern handelt es sich um flache Stahlflansche, die je nach Bauform in eine Behälterwand eingeschweißt oder auf Trägerflansche aufgeschraubt werden. Die zwei üblichsten Bauformen zum An- und Aufschweißen oder zum Anschrauben sind in Bild rechts dargestellt.
Diese Schauglasfassungen können von Anlagenbauern bedarfsgerecht an Rohrleitungen und Behältern angebracht werden. Behälterschaugläser sind in den Normen DIN 28120 und DIN 28121 beschrieben. Weitere Varianten, basierend auf den in den Normen beschriebenen Grundformen, haben sich mittlerweile am Markt etabliert.
Der ACI Typ 320 gemäß DIN 28120 definiert Schauglasfassungen für den Einschweißprozess in Behälterwände. Die Glasplatte wird dabei mit der medienseitigen Dichtung in eine Vertiefung des Grundflansches eingelegt und außen durch den Gegenflansch mit einer definierten Flächenpressung befestigt. Diese Konstruktion ermöglicht einen Austausch beschädigter Gläser mit minimalem Aufwand. Bei aggressiven Prozessmedien oder hohen Temperaturen (über 280 °C) kann bei derartigen Behälterschaugläsern eine Borosilikatglas-Platte durch eine Glimmerschicht vor chemischen Einflüssen geschützt werden, wodurch sich die mögliche Betriebstemperatur auf 300 °C erhöht.
Schauglasfassungen des Typs 321 nach DIN 28121 sind für die Montage auf einem Flansch konzipiert.
Die Abdichtung erfolgt hier, anders als beim Typ 320, durch eine PTFE-umhüllte Weichstoffdichtung im Kraftnebenschluss. Die Flansche werden durch Vorspannschrauben miteinander verschraubt, bis die Metallflächen vollständig aufeinander aufliegen. Dieser Prozess gewährleistet eine definierte Verpressung der Weichstoffdichtung und somit eine zuverlässige Abdichtung der Schauglasfassung. Dadurch entsteht eine nahezu vollständig geschlossene Fassung für das Glas. Die Schauglasarmaturen gemäß DIN 28121 müssen zur Montage nicht zerlegt werden und können mit relativ geringem Aufwand komplett ausgetauscht werden. Ein Austausch der einzelnen Bestandteile ist hier nicht vorgesehen und sollte nur durch den Hersteller vorgenommen werden.
Basierend auf den Spezifikationen der DIN 28121 hat die ACI Industriearmaturen GmbH Behälterschaugläser entwickelt, die für Temperaturen über 200 °C und Drücke über 100 bar ausgelegt sind.
Durchflussschaugläser
Durchflussschaugläser sind standardmäßig mit Anschlussflanschen ausgestattet und lassen sich wie konventionelle Armaturen in Rohrleitungen montieren. Die meisten Bauformen sind wahlweise mit Schraubanschlüssen, Schweißenden oder Flanschen erhältlich.
Die Grundausführung, besteht aus einem geraden Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden Sichtöffnungen. Auf dieser Basis sind auch Dreiwege- oder Vierwege-Schauglasarmaturen sowie Varianten mit mehreren Sichtöffnungen verfügbar.
Bei entsprechender konstruktiver Auslegung und Materialauswahl von Gehäuse, Glas, Schrauben und Dichtungen eignet sich diese Schauglasarmatur-Variante für Anwendungen bis 400 °C und / oder 400 bar.
Für eine optimierte Prozess- und Medienbeobachtung in den Leitungen können Rohrschaugläser eingesetzt werden.
Diese Schauglasarmatur-Bauform ermöglicht einen 360°-Rundumblick und zeichnet sich durch eine nahezu totraumfreie Konstruktion aus. Diese Eigenschaften prädestinieren sie für hygienisch anspruchsvolle Anwendungen bei moderaten Drücken (bis 16 bar). Der totraumarme Innenraum reduziert zudem den Strömungswiderstand signifikant. Aufgrund der größeren offenen Glasfläche wird häufig ein zusätzlicher Schlagschutz aus Plexiglas installiert.
Konstruktionsbedingt reduziert sich der maximal zulässige Betriebsdruck besonders bei großen Nennweiten im Vergleich zu anderen Durchflussschaugläsern deutlich.
Für hohe Temperaturen und Drücke existieren auch Rohrschauglas-Armaturen in Zwischenflansch-Bauform, die als Ausführung in Quarzglas erhältlich sind.
Füllstandanzeiger
Füllstandanzeiger sind eine Sonderform der Behälterschaugläser. Die Sichtöffnung ist hier, wie im ersten Bild erkennbar, schmal und lang gehalten. Wenn ein solches Schauglas in einem Behälter angebracht ist, bietet es die Möglichkeit, den Füllstand leicht von außen abzulesen. Dabei sind weder Schwimmkörper noch andere zusätzliche Bauteile erforderlich. Bei klaren, farblosen Flüssigkeiten wie Wasser kann die Ablesbarkeit durch Einsatz eines sogenannten Reflex-Glases verbessert werden. Bei diesen Gläsern sind an der Innenseite Riefen eingebracht, die durch den Unterschied in der Lichtbrechung zwischen Luft und Flüssigkeiten die Oberfläche des Prozessmediums, deutlicher erkennbar machen.
Für einige Anwendungsfälle kann es wünschenswert sein, den Füllstandanzeiger als Bypass-Armatur auszuführen. In solchen Fällen wird anstelle des oberflächlich eingeschweißten Grundflansches ein rückseitig geschlossenes Gehäuse eingesetzt, das wahlweise mit Anschweißstutzen, Gewindeanschlüssen oder Flanschen versehen wird und ist für vergleichsweise hohe Drücke von 35 bar und mehr sowie Temperaturen bis 243 °C geeignet.
Wichtige Hinweise zum Einsatz von Schauglasarmaturen
1. Wartungsintervalle
Die Wartungsanforderungen von Schauglasarmaturen hängen sehr stark von den Einsatzbedingungen ab. Bei aggressiven Medien, insbesondere Laugen, wird ein regelmäßiger Austausch des Glases unabhängig von der erkennbaren Abtragung empfohlen. Sind die Einflüsse der Betriebsbedingungen auf das Glas nicht bekannt, sollte das Glas regelmäßig gründlich inspiziert werden. Trübungen, Verformungen, Anzeichen von Korrosion oder oberflächliche Risse beeinträchtigen die Sicherheit des Schauglases. Werden derartige Anzeichen erkannt, sollte die Glasplatte unverzüglich getauscht werden. Ein Austausch der Glasplatte erfordert gleichzeitig einen Austausch der medienseitigen Dichtung.
2. Größe der Sichtöffnung
Grundsätzlich erfordert eine größere Sichtöffnung eine stärkere Glasscheibe, um dem gleichen Druck standzuhalten wie eine kleinere Sichtöffnung. Es empfiehlt sich, die Maße im Rahmen der DIN 7080 zu halten, da die darin festgeschriebenen Maße üblicherweise mit kürzeren Lieferzeiten und geringeren Kosten beschafft werden können, was insbesondere für Ersatzteile relevant ist.
3. Dichtungsmaterialien
Das Material der Dichtung muss entsprechend der erwarteten Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Ist die Dichtung nicht für Druck, Temperatur oder Medium geeignet, muss im Betrieb mit Leckagen gerechnet werden. Gängige Dichtungsmaterialien sind beispielsweise gebundene Aramidfasern, Graphit und PTFE.
4. Glasmaterial
Das meistverwendete Material für Schauglasarmaturen ist Borosilikatglas Diese Glasart zeichnet sich durch eine sehr gute Beständigkeit gegenüber den meisten chemischen Einflüssen, insbesondere Säuren, aus und kann ungehärtet bis 450 °C, nach DIN 7080 gehärtet bis 280°C und mit Glimmer-Schutzscheibe bis 300/320 °C, eingesetzt werden. Für höhere Temperaturen haben sich Quarzglas (bis 1000°C) und Saphirglas (bis 2000°C) etabliert. Saphirglas weist darüber hinaus eine ausgezeichnete Oberflächenhärte auf.
5. Gehäusematerial
Wie auch Dichtungen und Glas muss das Metallgehäuse der Schauglasarmatur für Druck, Temperatur und Medium ausgewählt werden. Üblicherweise fällt dies in den Verantwortungsbereich der Schauglashersteller.
6. Anschlussart und -größe
Um die Schauglasarmatur in der Anlage zu montieren, muss natürlich die korrekte Anschlussart und -größe verwendet werden. Es ist daher sehr entscheidend, dass der Schauglashersteller diese Information schon bei der Anfrage erhält.
7. Besondere Anforderungen an die Konstruktion
Einige Anwendungen können besondere Anforderungen an die Schauglasarmatur stellen. Dazu zählen konstruktive Besonderheiten wie zusätzliche Anschlüsse für Messstellen, totraumarme Innenräume oder abgerundete Kanten, um anhaftende Flüssigkeiten ablaufen zu lassen. Zusätzlich sind Beschichtungen des Innenraums möglich, um beispielsweise durch eine PTFE-Beschichtung die Säurebeständigkeit der Armatur zu verbessern.
8. Zusatzausrüstungen
Die meisten Schauglasarmaturen können nach Bedarf mit Sonderausrüstungen geliefert werden. Dazu gehören beispielsweise Fassungen für Leuchten in Halogen- oder LED-Ausführung sowie Scheibenwischermechanismen und Sprühvorrichtungen zur Reinigung der Sichtfenster. Auch Heizsysteme für die Schauglasscheiben sowie Gehäuse mit Heizmantel sind auf Anfrage verfügbar.
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