Wissenswertes

Wer eine Absperrklappe bestellt, legt mit der Anschlussart mehr fest als nur die Frage, wie das Gehäuse zwischen die Rohrflansche kommt. Ob die Absperrklappe mit Zwischenflansch, mit Anflansch oder mit Doppelflansch ausgeführt wird, entscheidet darüber, ob sich die Leitung beim Ausbau einseitig öffnen lässt, wie viel Platz die Armatur braucht, wie die Schrauben bei Temperaturwechseln arbeiten und ob die Klappe als Endarmatur taugt. Dieser Beitrag geht die drei Flanschvarianten und die Ausführung mit Anschweißenden durch und zeigt, welche Fragen vor der Bestellung geklärt sein sollten.

Die Anschlussarten auf einen Blick

Absperrklappen und Regelklappen gibt es in vier Anschlussvarianten. Sie unterscheiden sich darin, wie das Gehäuse mit der Rohrleitung verbunden ist, und daraus folgt fast alles andere:

• Zwischenflansch (wafer): Das Gehäuse hat keine eigenen Flansche. Es wird zwischen die beiden Gegenflansche der Rohrleitung geklemmt, durchgehende Schraubenbolzen ziehen alles zusammen.
• Anflansch (lug): Das Gehäuse trägt rundum Augen mit Gewindebohrungen. Jeder Rohrflansch wird mit eigenen Schrauben direkt am Gehäuse befestigt.
• Doppelflansch: Das Gehäuse hat zwei eigene Flansche und wird wie ein Rohrstück zwischen die Gegenflansche gesetzt.
• Anschweißenden: Das Gehäuse wird in die Leitung eingeschweißt, eine lösbare Verbindung gibt es nicht.

Bei der Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. sind alle vier Varianten sowohl bei den Absperrklappen als auch bei den Drossel- und Regelklappen erhältlich. Welche passt, hängt weniger von der Klappe selbst ab als von der Stelle in der Anlage, an der sie sitzt.

Absperrklappe mit Zwischenflansch: kompakt und leicht, aber mit Grenzen

Die Zwischenflanschklappe ist die schlankste Form. Das Gehäuse ist im Wesentlichen ein Ring, der zwischen die beiden Gegenflansche gesetzt wird. Die langen Schraubenbolzen laufen außen am Gehäuse vorbei von Flansch zu Flansch; die Klappe wird dazwischen eingespannt.

Die Vorteile liegen auf der Hand: geringes Gewicht, kurze Baulänge und ein niedriger Preis, der gerade bei mittleren und größeren Nennweiten spürbar ist. Bei weichdichtenden Ausführungen übernimmt häufig die Manschette gleichzeitig die Abdichtung zum Flansch. Ob dann eine zusätzliche Flanschdichtung einzulegen ist oder ausdrücklich nicht, steht im Datenblatt des Herstellers und sollte vor der Montage geklärt sein.

Die Grenzen folgen aus dem Prinzip. Weil beide Rohrflansche über dieselben Bolzen verspannt sind, lässt sich die Leitung nicht einseitig öffnen: Wer den Flansch hinter der Klappe löst, löst auch die Klappe. Als Endarmatur, etwa vor einem Anlagenteil, das zur Revision abgenommen wird, ist die Zwischenflanschklappe deshalb nicht geeignet. Dazu kommt die Zentrierung. Das Gehäuse muss beim Einsetzen mittig zwischen den Flanschen liegen; manche Ausführungen haben dafür Zentrierbohrungen oder Zentriernasen, bei anderen richtet der Monteur über die Bolzen aus. Sitzt die Klappe außermittig, kann die Scheibe beim Öffnen an der Rohrwand oder an der Flanschdichtung anstreifen.

Ein dritter Punkt betrifft hohe Temperaturen. Die langen Bolzen liegen frei außerhalb des Gehäuses und dehnen sich bei Temperaturwechseln anders als Gehäuse und Rohr. In Leitungen, die häufig zwischen kalt und heiß wechseln, verlieren sie dadurch leichter an Vorspannung. In der Wasser-, Kühlwasser- und Lufttechnik spielt das selten eine Rolle, in heißen Dampfleitungen sehr wohl.

Anflansch: die kurze Klappe, die sich einseitig lösen lässt

Die Anflanschklappe hat in der Regel dieselbe kurze Baulänge wie die Zwischenflanschklappe, aber rund um das Gehäuse Augen mit Gewindebohrungen. Jeder Rohrflansch wird mit eigenen, kurzen Schrauben direkt ins Gehäuse geschraubt. Damit lässt sich die Leitung auf einer Seite abnehmen, während die Klappe auf der anderen Seite geschlossen bleibt und absperrt.

Das macht die Anflanschausführung zur naheliegenden Wahl, wenn eine Klappe als Endarmatur arbeitet oder wenn hinter ihr ein Anlagenteil regelmäßig ausgebaut wird: eine Pumpe, ein Wärmetauscher, ein Filter. Wichtig dabei: Viele Hersteller geben für den einseitigen Betrieb als Endarmatur einen niedrigeren zulässigen Druck an als für den Einbau zwischen zwei Flanschen. Diese Angabe steht im Datenblatt und gehört in die Auslegung, nicht erst in die Betriebsanweisung.

Die Gewindeaugen erleichtern außerdem die Zentrierung, weil die Schrauben das Gehäuse in Position halten. Die Kehrseite: Das Gehäuse ist schwerer und teurer als die reine Zwischenflanschklappe, und die Gewinde müssen zum Lochbild des Gegenflansches passen, metrisch nach EN oder zöllig nach ASME.

Doppelflansch: wenn Nennweite, Druck oder Rohrkräfte groß werden

Die Doppelflanschklappe hat zwei eigene Flansche und wird mit kurzen Schrauben wie ein Rohrstück zwischen die Gegenflansche gesetzt. Sie ist die schwerste und meist auch die teuerste der drei Flanschvarianten, dafür die robusteste.

Ihre Stärken: Sie nimmt Rohrleitungskräfte und Biegemomente besser auf als ein eingespannter Ring, sie lässt sich einseitig lösen und mit einem Blindflansch als Endarmatur betreiben, und sie ist bei großen Nennweiten meist die einzige praktikable Lösung. Im Absperrklappenprogramm reichen die Nennweiten bis DN 2500, die Druckstufen bis PN 160. In diesen Bereichen wäre eine eingespannte Ausführung weder sicher zu zentrieren noch vernünftig zu handhaben. Auch exzentrische, doppelexzentrische und vierfach exzentrische Klappen für Dampf und Heißwasser werden überwiegend mit Doppelflansch oder Anschweißenden ausgeführt.

Für die Planung wichtig ist die Baulänge. Doppelflanschklappen gibt es in einer kurzen und einer langen Baureihe, die Maße sind in EN 558 in Grundreihen festgelegt. Wer eine bestehende Klappe tauscht, sollte das Maß zwischen den Gegenflanschen nachmessen, statt es aus alten Unterlagen zu übernehmen. Ein Unterschied von wenigen Zentimetern bedeutet, dass die Rohrleitung angepasst werden muss.

Anschweißenden: für Dampf, hohe Temperaturen und häufige Lastwechsel

Wo die Flanschverbindung selbst zur Schwachstelle wird, weil Temperaturen hoch sind, Lastwechsel häufig oder jede Leckage teuer, wird die Klappe eingeschweißt. Das Gehäuse bekommt Anschweißenden passend zu Außendurchmesser und Wandstärke der Rohrleitung. Im Absperrklappenprogramm stehen dafür warmfeste Gehäusewerkstoffe wie P250GH, 13CrMo44 oder G17CrMo5-5 zur Verfügung.

Der Preis dafür zeigt sich bei der Instandhaltung: Eine eingeschweißte Klappe lässt sich nicht einfach herausnehmen. Vor der Bestellung sollte deshalb geklärt sein, ob die gewählte Bauart eine Instandsetzung im eingeschweißten Zustand zulässt oder ob ein späterer Tausch bewusst mit Heraustrennen eingeplant wird. Diese Entscheidung fällt am besten gemeinsam mit der Instandhaltung, nicht allein in der Rohrleitungsplanung.

Worauf Sie bei jeder Anschlussart achten sollten

Unabhängig von der Anschlussart tauchen bei Absperrklappen immer dieselben Einbaufragen auf:

• Scheibenfreigang: In offener Stellung ragt die Klappenscheibe über das Gehäuse hinaus in die Rohrleitung. Bei dickwandigen oder ausgekleideten Rohren und bei einem Formstück direkt hinter der Klappe kann die Scheibe anstoßen. Den Innendurchmesser der Leitung deshalb mit dem Freigangmaß aus dem Datenblatt vergleichen.
• Flanschnorm und Druckstufe: Lochbild und Dichtleiste müssen zum Gegenflansch passen, PN nach EN oder Class nach ASME. Eine Klappe für PN 16 passt nicht automatisch an einen Flansch PN 40, auch wenn die Nennweite gleich ist.
• Dichtung: Bei weichdichtenden Klappen mit Manschette legt der Hersteller fest, ob zusätzliche Flanschdichtungen nötig sind. Bei metallisch dichtenden Klappen richtet sich die Flanschdichtung wie bei jeder anderen Flanschverbindung nach Druck, Temperatur und Medium.
• Antrieb und Zugänglichkeit: Handhebel, Getriebe oder ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Antrieb brauchen Platz. Bei einer Zwischenflanschklappe mit Antrieb sitzt dieser über einem sehr kurzen Gehäuse; prüfen Sie, ob die Flanschschrauben mit Werkzeug noch erreichbar sind.
• Durchflussrichtung: Exzentrische Klappen haben oft eine bevorzugte Durchflussrichtung, die am Gehäuse markiert ist. Sie sollte bei der Montage und bei jedem Wiedereinsetzen beachtet werden.

Entscheidungshilfe: welche Anschlussart für welche Einbausituation

Für die meisten Einbaustellen lässt sich die Wahl mit wenigen Fragen eingrenzen:

• Klappe zwischen zwei festen Rohrabschnitten, Wasser, Kühlwasser oder Luft, kleine bis mittlere Nennweite, keine einseitige Demontage nötig: Zwischenflansch.
• Klappe vor einem Anlagenteil, das zur Revision abgenommen wird, oder als Endarmatur: Anflansch mit Blick auf den zulässigen Druck im Endbetrieb, oder Doppelflansch mit Blindflansch.
• Große Nennweite, hohe Druckstufe, spürbare Rohrleitungskräfte oder exzentrische Klappe in einer Dampf- oder Heißwasserleitung: Doppelflansch.
• Hohe Temperatur, häufige Lastwechsel, keine Leckage tolerierbar und ein seltener Ausbau: Anschweißenden.
• Rechteckige Luft- oder Rauchgaskanäle: Rechtecksklappe mit Kanalflansch aus dem Programm der Drossel- und Regelklappen.

Die Liste ersetzt keine Auslegung, grenzt die Wahl aber meist auf eine oder zwei Varianten ein. Die Frage nach dem Dichtprinzip ist davon unabhängig; sie ist im Beitrag Weichdichtende Absperrklappen oder metallisch dichtende Bauform ausführlich behandelt.

Tausch im Bestand: erst Maß nehmen, dann bestellen

Viele Anfragen betreffen keine neue Anlage, sondern den Ersatz einer vorhandenen Klappe. Dabei ist die Anschlussart vorgegeben, aber nicht immer die richtige. Wurde eine Zwischenflanschklappe als Endarmatur eingesetzt, oder löst sie sich bei jeder Revision mit dem Nachbarflansch, ist der Tausch die Gelegenheit, auf Anflansch umzusteigen: gleiche Baulänge, keine Änderung an der Rohrleitung.

Für eine rasche Anfrage hilfreich sind Nennweite, Druckstufe und Flanschnorm, das Maß zwischen den Gegenflanschen, Medium mit Druck und Temperatur, die Antriebsart und ein Foto des Typenschilds. Die Serviceabteilung der Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. unterstützt bei der Aufnahme vor Ort, in Österreich ebenso wie im Servicegebiet Tschechien, Slowakei, Ungarn, Slowenien und Italien.

Häufige Fragen zur Anschlussart von Absperrklappen

Kann ich eine Zwischenflanschklappe als Endarmatur einsetzen?

Nein. Die Zwischenflanschklappe wird zwischen zwei Flanschen eingespannt. Fehlt der zweite Flansch, fehlt auch der Halt. Für Endarmaturen kommen Anflansch- oder Doppelflanschklappen in Frage, jeweils mit dem im Datenblatt angegebenen zulässigen Druck für den einseitigen Betrieb.

Haben Zwischenflansch- und Anflanschklappen dieselbe Baulänge?

In der Regel ja, beide gehören zur kurzen Bauform. Deshalb lässt sich eine Zwischenflanschklappe beim Tausch meist ohne Umbau der Leitung durch eine Anflanschklappe ersetzen. Das Maß sollte trotzdem im Datenblatt gegengeprüft werden.

Brauche ich bei einer weichdichtenden Klappe zusätzliche Flanschdichtungen?

Das hängt von der Ausführung ab. Bei vielen weichdichtenden Klappen dichtet die Manschette auch gegen den Flansch, eine zusätzliche Dichtung kann dann sogar stören. Maßgeblich ist die Montageanleitung des Herstellers.

Ab welcher Nennweite ist eine Doppelflanschklappe sinnvoll?

Eine feste Grenze gibt es nicht. Neben der Nennweite zählen Druckstufe, Rohrleitungskräfte, Temperatur und die Frage, ob einseitig demontiert werden muss. Je größer und schwerer die Klappe, desto eher spricht alles für den Doppelflansch.

Gibt es diese Anschlussarten auch bei Regelklappen?

Ja. Drossel- und Regelklappen gibt es ebenfalls mit Zwischenflansch, Anflansch, Doppelflansch oder Anschweißenden, für Luft- und Rauchgaskanäle zusätzlich in rechteckiger Form.

Fazit

Die Anschlussart einer Absperrklappe ist keine Formalität im Bestellformular. Die Zwischenflanschklappe ist leicht und günstig, taugt aber nicht als Endarmatur. Die Anflanschklappe bringt dieselbe kurze Baulänge mit einseitiger Demontage. Die Doppelflanschklappe trägt große Nennweiten, hohe Drücke und Rohrleitungskräfte, und die eingeschweißte Klappe ist die Antwort auf hohe Temperaturen und häufige Lastwechsel. Wer vor der Bestellung klärt, wo die Klappe sitzt und wie sie später gewartet wird, trifft die Wahl meist in wenigen Minuten. Die Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. ist seit 1983 Ansprechpartner für Industriearmaturen in Österreich und liefert Absperrklappen sowie Drossel- und Regelklappen in allen vier Anschlussarten.

Wafer, lug or double flange: choosing the connection type for a butterfly valve

When you order a butterfly valve, the connection type decides more than how the body sits between the pipe flanges. Whether the valve is a wafer, lug or double-flanged design determines whether the line can be opened on one side during maintenance, how much space the valve needs, how the bolts behave under temperature changes and whether the valve can serve as an end-of-line valve. This section walks through the three flanged variants and the butt-weld version and lists the questions worth settling before you order.

The connection types at a glance

Shut-off and control butterfly valves come in four connection variants. They differ in how the body is joined to the pipework, and almost everything else follows from that:

• Wafer: the body has no flanges of its own. It is clamped between the two mating pipe flanges, and through-bolts pull the joint together.
• Lug: the body carries threaded lugs around its circumference. Each pipe flange is bolted directly to the body with its own screws.
• Double flange: the body has two integral flanges and is fitted between the mating flanges like a spool piece.
• Butt-weld ends: the body is welded into the line; there is no detachable joint.

Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. supplies all four variants both for shut-off butterfly valves and for throttling and control dampers. Which one fits depends less on the valve itself than on where it sits in the plant.

Wafer butterfly valves: compact and light, but with limits

The wafer valve is the slimmest form. Its body is essentially a ring placed between the two mating flanges. Long bolts run outside the body from flange to flange, and the valve is clamped in between. The advantages are low weight, a short face-to-face dimension and a low price that becomes noticeable at medium and large nominal sizes. On soft-seated designs the liner often also seals against the flange; whether an additional flange gasket is required, or explicitly must not be used, is stated in the manufacturer’s data sheet and should be clear before installation.

The limits follow from the principle. Because both pipe flanges are tensioned by the same bolts, the line cannot be opened on one side: loosening the downstream flange also loosens the valve. A wafer valve is therefore not suitable as an end-of-line valve, for example in front of equipment that is removed for inspection. Centring matters as well. Some designs have centring holes or lugs, others are aligned via the bolts; an off-centre valve can make the disc touch the pipe wall or the gasket when it opens. Finally, the long exposed bolts expand differently from body and pipe during temperature cycles and lose preload more easily. In water, cooling water and air service this rarely matters, in hot steam lines it does.

Lug butterfly valves: short, and removable from one side

A lug valve usually has the same short face-to-face dimension as a wafer valve, but the body carries threaded lugs. Each pipe flange is screwed directly into the body with its own short bolts, so the line can be removed on one side while the valve stays closed and isolates the other side. That makes the lug design the obvious choice for end-of-line service or in front of equipment that is removed regularly, such as a pump, a heat exchanger or a strainer. Note that many manufacturers state a lower permissible pressure for dead-end service than for installation between two flanges. That value belongs in the sizing, not only in the operating instructions. The lugs also help with centring. On the downside, the body is heavier and more expensive than a pure wafer, and the threads must match the bolt pattern of the mating flange, metric to EN or imperial to ASME.

Double-flanged butterfly valves: for large sizes, high pressure and pipe loads

A double-flanged valve has two integral flanges and is bolted in like a spool piece. It is the heaviest and usually the most expensive of the three flanged variants, and the most robust. It takes pipe forces and bending moments better than a clamped ring, can be removed on one side and run as an end-of-line valve with a blind flange, and at large nominal sizes it is usually the only practical option. The shut-off range extends to DN 2500 and PN 160; in that territory a clamped design could neither be centred reliably nor handled sensibly. Eccentric, double-eccentric and quadruple-eccentric valves for steam and hot water are mostly supplied with double flanges or weld ends.

For planning, the face-to-face dimension is key. Double-flanged valves come in a short and a long series, defined in the basic series of EN 558. When replacing an existing valve, measure the gap between the mating flanges instead of copying it from old documents; a difference of a few centimetres means the pipework has to be modified.

Butt-weld ends: for steam, high temperatures and frequent load changes

Where the flanged joint itself becomes the weak point because temperatures are high, load changes frequent or any leakage costly, the valve is welded in. The body receives weld ends matched to the outside diameter and wall thickness of the pipe, and heat-resistant body materials such as P250GH, 13CrMo44 or G17CrMo5-5 are available. The price shows up in maintenance: a welded-in valve cannot simply be removed. Before ordering, clarify whether the chosen design can be repaired in place or whether a later replacement is deliberately planned with cutting out. That decision is best made together with the maintenance team, not by piping design alone.

What to check with every connection type

• Disc clearance: in the open position the disc protrudes beyond the body into the pipe. With thick-walled or lined pipes, or a fitting directly behind the valve, it can collide. Compare the pipe bore with the clearance dimension in the data sheet.
• Flange standard and pressure rating: bolt pattern and sealing face must match the mating flange, PN to EN or Class to ASME. A PN 16 valve does not automatically fit a PN 40 flange of the same size.
• Gasket: for soft-seated valves with a liner, the manufacturer specifies whether additional gaskets are needed. For metal-seated valves the gasket follows pressure, temperature and medium like any other flanged joint.
• Actuator and access: lever, gearbox or an electric, pneumatic or hydraulic actuator need space. On a wafer valve the actuator sits above a very short body, so check that the flange bolts can still be reached with tools.
• Flow direction: eccentric valves often have a preferred flow direction marked on the body. Observe it at installation and at every refit.

Decision guide

• Between two fixed pipe sections, water, cooling water or air, small to medium size, no one-sided removal: wafer.
• In front of equipment removed for inspection, or end-of-line: lug, observing the permissible dead-end pressure, or double flange with a blind flange.
• Large size, high pressure rating, significant pipe loads or an eccentric valve in a steam or hot-water line: double flange.
• High temperature, frequent load changes, no tolerable leakage and rare removal: butt-weld ends.
• Rectangular air or flue gas ducts: rectangular damper with duct flange from the throttling and control damper range.

The list does not replace sizing, but it usually narrows the choice to one or two variants. The sealing principle is a separate question, covered in the article on soft-seated versus metal-seated butterfly valves.

Replacing an existing valve: measure first, then order

Many enquiries concern the replacement of an installed valve rather than a new plant. The connection type is given, but not always the right one. If a wafer valve was used as an end-of-line valve, or comes loose with the neighbouring flange at every inspection, the replacement is the chance to switch to a lug design: same face-to-face dimension, no change to the pipework. Helpful for a quick enquiry are nominal size, pressure rating and flange standard, the gap between the mating flanges, medium with pressure and temperature, the type of actuation and a photo of the nameplate. The service department of Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. supports on-site surveys in Austria and in the service area of Czechia, Slovakia, Hungary, Slovenia and Italy.

Frequently asked questions

Can a wafer valve be used as an end-of-line valve?

No. A wafer valve is clamped between two flanges; without the second flange it has no support. For end-of-line service use lug or double-flanged valves, each with the permissible dead-end pressure stated in the data sheet.

Do wafer and lug valves have the same face-to-face dimension?

As a rule, yes; both belong to the short design. A wafer valve can therefore usually be replaced by a lug valve without modifying the line. Still, check the dimension in the data sheet.

Do soft-seated valves need additional flange gaskets?

It depends on the design. On many soft-seated valves the liner also seals against the flange, and an extra gasket can even be counterproductive. The manufacturer’s installation instructions are decisive.

From which nominal size does a double-flanged valve make sense?

There is no fixed limit. Pressure rating, pipe loads, temperature and the need for one-sided removal count as much as size. The larger and heavier the valve, the more everything points to a double flange.

Are these connection types also available for control dampers?

Yes. Throttling and control dampers are also available as wafer, lug, double-flanged or with weld ends, and for air and flue gas ducts additionally in rectangular form.

Summary

The connection type of a butterfly valve is not a formality on the order form. The wafer valve is light and inexpensive but unsuitable as an end-of-line valve. The lug valve adds one-sided removal at the same short length. The double-flanged valve carries large sizes, high pressures and pipe loads, and the welded-in valve answers high temperatures and frequent load changes. If you clarify where the valve sits and how it will be maintained, the choice usually takes a few minutes. Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. has been a supplier of industrial valves in Austria since 1983 and delivers shut-off butterfly valves as well as throttling and control dampers in all four connection types.

Am Dampfkessel hängt der Wasserstand an zwei voneinander unabhängigen Anzeigen, und mindestens eine davon zeigt den Stand direkt — als sichtbare Trennlinie zwischen Wasser und Dampf, ohne Elektronik dazwischen. Für diese direkte Anzeige stehen zwei Bauarten zur Wahl. Ein Transparentanzeiger lässt Licht durch zwei gegenüberliegende Gläser hindurch, ein Reflexionsanzeiger arbeitet mit nur einem Glas und der Brechung im Prisma. Welche Bauart passt, entscheidet sich an Druck, Temperatur, Medium und an der Entfernung, aus der abgelesen werden muss.

Warum die direkte Anzeige bleibt, obwohl elektronisch gemessen wird

Moderne Kesselanlagen regeln den Wasserstand über Elektroden- oder Schwimmermessung und melden Grenzwerte an die Sicherheitskette. Die direkte Anzeige ersetzt das nicht — sie ist die unabhängige Kontrolle daneben. Sie funktioniert ohne Hilfsenergie, sie zeigt physikalisch das, was in der Trommel tatsächlich ansteht, und sie wird im Betrieb regelmäßig geprüft. Wenn eine Elektrode belegt ist oder eine Auswertung ausfällt, ist die Glasanzeige die Instanz, die dem Kesselwärter sagt, wie es wirklich steht.

Aus dieser Rolle folgt alles Weitere: Die Anzeige muss aus der üblichen Bedienposition zweifelsfrei ablesbar sein, sie muss dem Betriebsdruck dauerhaft standhalten, und sie muss sich prüfen und instand halten lassen, ohne dass der Kessel dafür außer Betrieb geht. Die einschlägigen Anforderungen an Ausrüstung und Prüfung von Dampfkesseln finden sich in der Normenreihe EN 12952 und EN 12953 — sie sind Vorgabe, kein Verkaufsargument.

Der Reflexionsanzeiger: ein Glas, ein optischer Trick

Beim Reflexionsanzeiger liegt nur auf einer Seite ein Schauglas, dessen Innenfläche prismatisch gerillt ist. Trifft Licht auf einen Bereich, hinter dem Dampf steht, wird es an den Prismenflächen total reflektiert — der Bereich erscheint hell und silbrig glänzend. Wo Wasser ansteht, geht dieser Effekt verloren, weil das Wasser die Reflexion aufhebt; der Bereich erscheint dunkel. Die Trennlinie ist dadurch selbst aus einigen Metern Entfernung deutlich zu erkennen, ganz ohne Hintergrundbeleuchtung.

Das macht die Bauart robust und wirtschaftlich: nur ein Glas, nur eine Dichtung, kein Leuchtmittel, geringer Wartungsaufwand. Ihre Grenze liegt dort, wo die Reflexion nicht mehr eindeutig ist — bei stark verunreinigtem oder gefärbtem Wasser, bei Schaumbildung und bei Medien mit geringem Brechungsindexunterschied. Und sie zeigt nur die Lage der Trennlinie, nicht die Beschaffenheit des Mediums dahinter.

Der Transparentanzeiger: Durchlicht und ein Blick auf das Medium

Der Transparentanzeiger trägt zwei planparallele Gläser, eines vorn und eines hinten. Von hinten beleuchtet, wird die Wassersäule durchleuchtet; die Trennlinie zeichnet sich als Grenze zwischen dem helleren Dampfraum und der durchscheinenden Wassersäule ab. Weil man tatsächlich durch das Medium hindurchsieht, erkennt man mehr als nur den Pegel: Trübung, Schaum, mitgerissene Partikel, bei geschichteten Medien auch eine zweite Trennschicht.

Diese Bauart ist die Wahl, wenn das Medium selbst beurteilt werden soll, wenn Farbe oder Verschmutzung eine Rolle spielt und — das ist der häufigere Grund — wenn Druck und Temperatur über dem liegen, was die Reflexionsausführung sinnvoll abdeckt. Dafür braucht der Transparentanzeiger eine Beleuchtung, zwei Gläser und zwei Dichtungssätze, und er ist in Anschaffung und Instandhaltung entsprechend aufwendiger. Ausführungen für Dampf und Heißwasser führt die Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. aus dem Programm von IGEMA; einen Überblick über die Anzeige- und Messgeräte gibt die Seite Messtechnik.

Glas, Glimmer und der Angriff des Kesselwassers

Das Schauglas ist bei beiden Bauarten der begrenzende Bauteil. Üblich sind Gläser nach DIN 7081, gefertigt aus Borosilikat und thermisch vorgespannt. Sie halten den Druck, sind aber gegen einen Gegner empfindlich, der im Kesselbetrieb immer anwesend ist: alkalisches Wasser bei hoher Temperatur löst Silikat aus der Glasoberfläche. Das Glas wird zuerst matt, dann rau, und schließlich verliert es Festigkeit — sichtbar lange bevor es bricht, wenn jemand hinsieht.

Deshalb wird bei höheren Drücken und Temperaturen eine Glimmerscheibe zwischen Medium und Glas eingelegt. Glimmer ist chemisch beständig, dünn und durchsichtig genug, um die Ablesbarkeit nicht zu beeinträchtigen, und er ist das Verschleißteil, das planmäßig getauscht wird — statt des Glases. Wer beim Dichtungswechsel den Glimmer vergisst oder ihn auf der falschen Seite einlegt, verkürzt die Standzeit des Glases auf einen Bruchteil. Beim Transparentanzeiger liegt je Glas eine Scheibe, beim Reflexionsanzeiger ist sie wegen der Prismenwirkung nicht in jeder Bauform verwendbar — ein weiterer Grund, aus dem im Hochdruckbereich die transparente Ausführung dominiert.

Was rundherum montiert wird

Der Anzeiger allein ist nur ein Teil der Baugruppe. Dazu gehören das Wasserstandsgefäß oder die direkte Anbindung an die Trommel, je eine Absperrarmatur in der Dampf- und in der Wasserleitung sowie ein Entleerungs- beziehungsweise Abschlämmventil am unteren Ende. Die Absperrungen sind üblicherweise mit einer Kugelrückschlagsicherung ausgeführt: Bricht ein Glas, reißt die Strömung die Kugel in den Sitz und unterbindet den Austritt von Dampf und Kesselwasser. Das ist kein Komfortmerkmal, sondern der Personenschutz an dieser Baugruppe.

Für die Anbindung und die Absperrung kommen je nach Druckstufe geschmiedete Absperrventile zum Einsatz; ergänzende Armaturen rund um die Anzeige stehen unter diverse Armaturen. Wichtig ist die Einbaugeometrie: Die Anzeige muss den gesamten zu überwachenden Bereich abdecken, und die Anschlussleitungen dürfen keine Säcke haben, in denen sich Kondensat sammelt und die Anzeige verfälscht.

Beleuchtung und Ablesbarkeit

Der Reflexionsanzeiger kommt ohne Leuchte aus, solange Umgebungslicht vorhanden ist. Der Transparentanzeiger braucht eine Hintergrundbeleuchtung, und deren Ausführung entscheidet mit darüber, wie gut die Anlage im Alltag bedient wird. Zu prüfen sind die Lichtfarbe, die Gleichmäßigkeit über die gesamte Schauhöhe und die Frage, ob sich das Leuchtmittel im Betrieb tauschen lässt. Eine Anzeige, die nur mit Taschenlampe ablesbar ist, wird im Schichtbetrieb seltener kontrolliert — und genau das untergräbt ihren Zweck.

Bei großen Ablesedistanzen oder ungünstigem Blickwinkel helfen zusätzliche Maßnahmen: eine zweite Schauhöhe, ein Spiegel oder eine höher angeordnete Anzeige mit geneigter Blickachse. Das gehört in die Planung, nicht in die Nachbesserung.

Prüfen im Betrieb: Durchblasen gehört zur Routine

Eine Wasserstandsanzeige wird regelmäßig durchgeblasen. Dabei werden Dampf- und Wasserweg nacheinander freigespült, um Ablagerungen aus den Anschlussleitungen zu entfernen und zu bestätigen, dass die Anzeige tatsächlich mit der Trommel verbunden ist. Kehrt der Wasserstand nach dem Durchblasen zügig auf den alten Wert zurück, sind die Wege frei; steigt er träge oder gar nicht, steckt eine Verstopfung im System — und die Anzeige hat bis dahin möglicherweise einen falschen Stand gezeigt.

Diese Prüfung ist der wichtigste Einzelhandgriff an der Baugruppe, weil eine zugesetzte Anschlussleitung genau den Fehler erzeugt, den niemand bemerkt: eine plausible, stabile, aber falsche Anzeige. Die Intervalle gibt die Betriebsvorschrift der Anlage vor; dokumentiert wird jede Prüfung.

Was in der Instandhaltung auffällt

Aus der Arbeit der eigenen Serviceabteilung, die seit 2021 alle vertretenen Fabrikate betreut, wiederholen sich vier Befunde. Erstens matte oder ausgelaugte Gläser, meist dort, wo der Glimmer fehlte oder zu lange gelaufen ist. Zweitens Dichtungen, die beim Wechsel mit ungleichmäßigem oder zu hohem Anzugsmoment gesetzt wurden — Schaugläser reagieren empfindlich auf Verspannung, und ein zu fest angezogener Glasrahmen bricht später im Betrieb, nicht bei der Montage. Drittens zugesetzte Anschlussleitungen. Viertens Beleuchtungen, die seit Monaten dunkel sind.

Der Dichtungs- und Glimmerwechsel ist planbare Instandhaltung, kein Störungsfall. Wer ihn mit dem ohnehin anstehenden Kesselstillstand zusammenlegt, spart den zweiten Eingriff. Was dabei geprüft und getauscht wird, steht unter Service; betreut werden Anlagen in Österreich und im Vertriebsgebiet in Tschechien, der Slowakei, Ungarn, Slowenien und Italien.

Die Entscheidung in drei Fragen

Erstens: Wie hoch sind Druck und Temperatur? Im unteren und mittleren Druckbereich ist der Reflexionsanzeiger die einfachere, wartungsärmere und günstigere Lösung. Steigt der Druck, führt der Weg über die transparente Ausführung mit Glimmerschutz.

Zweitens: Muss das Medium beurteilt werden oder nur der Pegel? Sobald Trübung, Schaum, Färbung oder eine zweite Trennschicht eine Rolle spielen, liefert nur der Transparentanzeiger diese Information.

Drittens: Aus welcher Entfernung und unter welchem Licht wird abgelesen? Der Reflexionsanzeiger ist bei Umgebungslicht auf Distanz im Vorteil, der Transparentanzeiger bei dunkler Umgebung mit ordentlicher Beleuchtung. Wer diese drei Fragen vorab beantwortet, braucht den Katalogvergleich nicht mehr — die Bauart ergibt sich daraus.

Häufige Fragen

Warum sieht Wasser im Reflexionsanzeiger dunkel aus und Dampf hell?

Weil die Prismenrillen im Glas das Licht dort total reflektieren, wo Dampf ansteht — dieser Bereich wirkt silbrig hell. Wo Wasser anliegt, wird die Totalreflexion aufgehoben und der Bereich erscheint dunkel. Der Kontrast entsteht also optisch im Glas, nicht durch eine Färbung des Wassers.

Wozu dient die Glimmerscheibe?

Sie schützt das Schauglas vor dem alkalischen Kesselwasser, das bei hoher Temperatur Silikat aus der Glasoberfläche löst. Der Glimmer ist das planmäßige Verschleißteil und wird beim Dichtungswechsel erneuert — das verlängert die Standzeit des Glases erheblich.

Wie oft muss eine Wasserstandsanzeige durchgeblasen werden?

Das gibt die Betriebsvorschrift der jeweiligen Anlage vor; üblich sind kurze, regelmäßige Intervalle im laufenden Betrieb. Entscheidend ist weniger die exakte Frequenz als die Konsequenz: Jede Prüfung wird dokumentiert, und ein träges Zurückkehren des Wasserstands ist ein Befund, kein Schönheitsfehler.

Kann eine elektronische Niveaumessung die Glasanzeige ersetzen?

Nein. Sie ergänzt sie. Die direkte Anzeige arbeitet ohne Hilfsenergie und unabhängig von der Auswertung und bleibt damit die Kontrollinstanz, wenn die Messkette ausfällt oder eine Elektrode belegt ist.

Woran erkennt man ein Glas, das getauscht werden muss?

An einer matten, stumpfen oder aufgerauten Innenfläche, an eingetrübten Zonen entlang der Wasserlinie und an schlechter werdender Ablesbarkeit. Diese Zeichen treten deutlich vor einem Bruch auf — vorausgesetzt, jemand sieht regelmäßig hin.

Fazit

Reflexions- und Transparentanzeiger lösen dieselbe Aufgabe mit unterschiedlichen Mitteln. Der Reflexionsanzeiger ist die einfachere Bauart: ein Glas, keine Beleuchtung, gute Fernablesbarkeit, geringer Aufwand — solange Druck und Medium es zulassen. Der Transparentanzeiger kostet mehr Aufwand und liefert dafür höhere zulässige Betriebsdaten und einen Blick auf das Medium selbst. In beiden Fällen entscheidet über die Standzeit weniger das Fabrikat als die Instandhaltung: Glimmer erneuern, Dichtungen gleichmäßig setzen, regelmäßig durchblasen und die Beleuchtung in Stand halten. Die Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. führt Wasserstandsanzeiger und die zugehörigen Armaturen seit 1983 im österreichischen Markt.

Transparent or reflex water level gauge: which type for which duty

On a steam boiler the water level is watched by two independent indications, and at least one of them shows the level directly — as a visible boundary between water and steam, with no electronics in between. Two designs are available for that direct indication. A transparent gauge passes light through two opposing glasses; a reflex gauge uses a single glass and refraction in a prism. Which design fits is decided by pressure, temperature, the medium and the distance from which the level has to be read.

Why direct indication stays, even with electronic measurement

Modern boiler plant controls the water level through conductivity or float measurement and reports limit values to the safety chain. Direct indication does not replace this — it is the independent check alongside it. It works without auxiliary power, it shows physically what is actually present in the drum, and it is tested regularly in service. If an electrode fouls or an evaluation unit fails, the glass gauge is the authority that tells the boiler attendant where the level really is.

Everything else follows from that role: the gauge must be unambiguously readable from the normal operating position, it must withstand working pressure permanently, and it must be testable and maintainable without taking the boiler out of service. The relevant requirements for boiler equipment and testing are found in the EN 12952 and EN 12953 series — a specification, not a selling point.

The reflex gauge: one glass and an optical effect

A reflex gauge carries a sight glass on one side only, with prismatic grooves machined into its inner face. Where light meets an area backed by steam, it is totally reflected at the prism faces and that area appears bright and silvery. Where water is present the effect is lost, because the water defeats the reflection, and the area appears dark. The boundary is therefore clearly visible from several metres away with no backlighting at all.

This makes the design robust and economical: one glass, one gasket, no lamp, little maintenance. Its limit lies where the reflection is no longer unambiguous — with heavily contaminated or coloured water, with foaming, and with media whose refractive index differs too little from the vapour phase. And it shows only the position of the boundary, not the condition of the medium behind it.

The transparent gauge: through-light and a view of the medium

A transparent gauge carries two plane-parallel glasses, one at the front and one at the rear. Illuminated from behind, the water column is lit through; the boundary shows as the edge between the brighter steam space and the translucent column. Because you genuinely look through the medium, you see more than the level alone: turbidity, foam, entrained particles, and in stratified media a second interface.

This design is the choice where the medium itself has to be judged, where colour or contamination matters and — the more common reason — where pressure and temperature exceed what the reflex design sensibly covers. In return the transparent gauge needs illumination, two glasses and two sets of gaskets, and it costs more to buy and to maintain. Versions for steam and high-temperature water come from the IGEMA range represented by Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H.

Glass, mica and the attack of boiler water

The sight glass is the limiting component in both designs. Glasses to DIN 7081 in toughened borosilicate are usual. They hold the pressure, but they are vulnerable to one opponent that is always present in boiler service: alkaline water at high temperature leaches silicate out of the glass surface. The glass first goes dull, then rough, and finally loses strength — visibly, long before it breaks, provided somebody looks.

At higher pressures and temperatures a mica shield is therefore fitted between medium and glass. Mica is chemically resistant, thin and clear enough not to impair readability, and it is the wear part replaced to plan — instead of the glass. Anyone who forgets the mica during a gasket change, or fits it on the wrong side, cuts the life of the glass to a fraction. A transparent gauge takes one shield per glass; on a reflex gauge the prism effect rules it out in many designs, which is a further reason why the transparent version dominates at high pressure.

What is fitted around the gauge

The gauge alone is only part of the assembly. It belongs with a water column or a direct connection to the drum, an isolating valve in each of the steam and water legs, and a drain or blowdown valve at the bottom. The isolating valves normally carry a ball check safety feature: if a glass breaks, the flow drags the ball into its seat and stops steam and boiler water escaping. That is personal protection on this assembly, not a comfort feature.

Depending on the pressure rating, forged globe valves are used for connection and isolation. Installation geometry matters as well: the gauge must cover the whole range to be monitored, and the connecting lines must have no pockets in which condensate can collect and falsify the reading.

Illumination and readability

A reflex gauge needs no lamp as long as ambient light is present. A transparent gauge needs backlighting, and how that is executed decides how well the plant is actually operated day to day. Check the light colour, the evenness over the full visible height, and whether the lamp can be replaced in service. A gauge that can only be read with a torch gets checked less often on shift — and that defeats its purpose.

Testing in service: blowing through is routine

A water level gauge is blown through regularly. Steam and water legs are flushed in turn to clear deposits from the connecting lines and to confirm that the gauge really is connected to the drum. If the level returns briskly to its previous value, the paths are clear; if it returns sluggishly or not at all, there is a blockage — and until then the gauge may well have been showing a false level.

This is the single most important operation on the assembly, because a blocked connecting line produces exactly the fault nobody notices: a plausible, stable, wrong indication. Intervals are set by the plant operating instructions, and every test is recorded.

What maintenance finds

Four findings recur. First, dull or leached glasses, usually where the mica was missing or left in too long. Second, gaskets set with uneven or excessive torque — sight glasses are sensitive to strain, and an over-tightened frame breaks later in service, not during assembly. Third, blocked connecting lines. Fourth, lighting that has been dark for months. Gasket and mica replacement is planned maintenance, not a breakdown; combining it with a scheduled boiler outage saves the second intervention.

Why does water look dark in a reflex gauge and steam bright?

Because the prismatic grooves totally reflect the light where steam is present, making that area appear silvery. Where water lies against the glass the total reflection is defeated and the area appears dark. The contrast is created optically in the glass, not by any colouring of the water.

What is the mica shield for?

It protects the sight glass from alkaline boiler water, which leaches silicate out of the glass surface at high temperature. The mica is the planned wear part and is renewed at each gasket change, which extends glass life considerably.

Can electronic level measurement replace the glass gauge?

No — it complements it. Direct indication works without auxiliary power and independently of the evaluation electronics, and so remains the check when the measuring chain fails or an electrode fouls.

How do you recognise a glass that needs replacing?

By a dull, matt or roughened inner face, by clouded zones along the water line, and by readability getting worse. These signs appear well before a break — provided somebody looks regularly.

Summary

Reflex and transparent gauges solve the same task by different means. The reflex gauge is the simpler design: one glass, no lighting, good readability at distance, low effort — as long as pressure and medium allow. The transparent gauge costs more effort and returns higher permissible operating data and a view of the medium itself. In both cases service life depends less on the make than on maintenance: renew the mica, set gaskets evenly, blow through regularly and keep the lighting working. Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. has supplied water level gauges and their associated valves in the Austrian market since 1983.

Von außen sind die drei Bauformen kaum zu unterscheiden: Gehäuse, Spindel, Handrad oder Antrieb. Der Unterschied steckt im Abschlussorgan — und der entscheidet darüber, ob die Armatur nach Jahren im Betrieb noch dicht schließt oder ob der Sitz Riefen zieht. Wer einen Absperrschieber auswählt, wählt in Wahrheit zwischen Keil, Parallelplatte und Flachplatte. Dieser Beitrag ordnet die drei Bauformen den Betriebsbedingungen zu, unter denen sie ihre Stärke haben, und benennt die Fälle, in denen ein Schieber schlicht die falsche Armatur ist.

Was ein Absperrschieber leistet — und wo seine Grenze liegt

Der Schieber hat einen Vorzug, den keine andere Absperrarmatur in dieser Form bietet: Im geöffneten Zustand gibt er den vollen Querschnitt frei, das Medium läuft geradlinig durch, ohne Umlenkung und ohne Querschnittssprung. Der Druckverlust liegt entsprechend niedrig, der Kvs-Wert hoch. In langen Leitungen, in denen jeder Widerstand über die Pumpenleistung bezahlt wird, ist das der ausschlaggebende Punkt. Auch molchbare Leitungen und Anwendungen mit Feststoffanteil setzen einen freien Durchgang voraus.

Die Grenze liegt ebenso klar: Ein Schieber ist eine Auf-Zu-Armatur. In Zwischenstellung strömt das Medium mit hoher Geschwindigkeit an der Plattenkante vorbei, und genau dort entstehen Erosion und Riefen — zuerst an der Kante, dann am Sitz. Ein Schieber, der über Monate zu einem Drittel offen gefahren wird, ist danach auch geschlossen nicht mehr dicht. Wer drosseln oder regeln muss, greift zum Regelventil; wer eine reine Absperrfunktion mit kurzer Stellzeit braucht, ist mit einer Absperrklappe oft besser bedient. Dazu kommt die Bauhöhe: Ein Schieber DN 300 mit steigender Spindel braucht über der Leitung Platz, der im Bestand selten frei ist.

Keilschieber: die Standardbauform und ihr bekanntestes Problem

Beim Keilschieber sitzen die beiden Dichtflächen nicht parallel, sondern in einem flachen Winkel zueinander. Die Spindel drückt den Keil in den Sitz, die Keilwirkung erzeugt die Dichtkraft. Das funktioniert unabhängig vom Differenzdruck — auch drucklos schließt ein Keilschieber dicht, was ihn für Wasser-, Heizungs- und allgemeine Industrieanwendungen zur naheliegenden Wahl macht.

Drei Ausführungen sind gebräuchlich. Der starre Keil ist die einfachste und robusteste Variante, reagiert aber empfindlich auf Gehäuseverzug: Verspannt sich das Gehäuse durch Rohrleitungskräfte oder durch Temperaturunterschiede, liegt der Keil nicht mehr satt auf beiden Sitzflächen. Der elastische Keil ist in der Mitte geschlitzt oder taillenförmig ausgeführt und kann sich um wenige Zehntelmillimeter verformen; er verzeiht Verzug und ist heute die verbreitetste Bauform. Der Doppelkeil aus zwei getrennten Scheiben mit Spreizstück gleicht Winkelfehler am weitesten aus, ist dafür aufwendiger und teurer.

Das bekannteste Betriebsproblem betrifft alle Keilbauformen: das thermische Verklemmen. Wird ein Keilschieber im kalten Zustand mit Kraft zugefahren und die Leitung danach aufgeheizt, dehnt sich der Keil stärker als das Gehäuse — die Armatur lässt sich mit dem Handrad nicht mehr öffnen. In Anlagen mit großen Temperaturhüben ist das der Grund, aus dem der Keil dort nichts verloren hat.

Parallelschieber: die Bauform für Dampf und wechselnde Temperatur

Der Parallelschieber löst genau dieses Problem. Seine beiden Dichtplatten stehen parallel zueinander und werden nicht durch Keilwirkung, sondern durch ein Spreizstück oder ein Federpaket an die Sitze gedrückt; im Betrieb übernimmt zusätzlich der Differenzdruck, der die abströmseitige Platte auf ihren Sitz presst. Weil keine Keilkraft im Spiel ist, kann sich nichts verspannen — der Schieber lässt sich auch nach einem vollen Temperaturzyklus mit normaler Handkraft öffnen.

Das macht den Parallelschieber zur Bauform der Wahl in Dampf- und Kraftwerksleitungen, in Heißwassernetzen und überall dort, wo zwischen Stillstand und Volllast mehrere hundert Kelvin liegen. Aus dem vertretenen Programm kommen Schieber für diesen Bereich von PERSTA Stahlarmaturen, deren Schwerpunkt auf geschmiedeten und gegossenen Stahlarmaturen für den Kraftwerks- und Anlagenbau liegt; die Vertretung für Österreich liegt exklusiv bei der Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H.

Der Preis dafür ist eine Einschränkung, die man kennen muss: Ohne nennenswerten Differenzdruck ist die Anpresskraft geringer als beim Keil. Für Prüfzwecke und für Abschnitte, die drucklos absolut dicht sein müssen, ist das ein Argument — dort bleibt der Keilschieber oder ein Absperrventil die sicherere Wahl.

Flachschieber: wenn Feststoffe im Medium sind

Flach-, Platten- und Messerschieber haben eine einzige, flache Platte, die quer durch den Durchgang fährt. Der Sitz ist meist weichdichtend ausgeführt, das Gehäuse schlank und kurz. Ihr Einsatzgebiet sind Medien, an denen Keil- und Parallelschieber scheitern: Schlämme, Faserstoffe, Abwasser, Kalkmilch, Schüttgüter. Die Plattenkante durchtrennt Ablagerungen und Faseranteile, statt sie vor sich herzuschieben — daher der Name Messerschieber.

Dafür sind Druck und Temperatur eng begrenzt; typisch sind niedrige Druckstufen und Betriebstemperaturen, die von der Sitzdichtung vorgegeben werden, nicht vom Gehäuse. Ein Flachschieber ist kein Ersatz für eine Dampfarmatur, sondern eine Speziallösung für ein Medium, das andere Bauformen zusetzt. Welche Bauformen im konkreten Fall lieferbar sind, steht im Überblick unter Absperrschieber.

Metallisch oder weichdichtend — die Sitzpaarung entscheidet über die Leckrate

Unabhängig von der Bauform ist die zweite Grundsatzfrage die Sitzabdichtung. Metallisch dichtende Sitze — aufgepanzert, aufgeschweißt oder als eingesetzte Ringe — vertragen hohe Temperaturen, Dampf und abrasive Anteile. Sie erreichen im Neuzustand geringe, aber nicht vollständig blasenfreie Leckraten; die Prüfung erfolgt nach EN 12266-1, wobei die Rate in Klassen angegeben wird. Eine metallische Paarung lässt sich zudem nacharbeiten, was über die Lebensdauer betrachtet wirtschaftlich zählt.

Weichdichtende Sitze mit EPDM, NBR oder PTFE schließen im zulässigen Temperaturfenster blasendicht. Für Trink- und Brauchwasser, für Kaltwasser und für viele Medien im Anlagenbau ist das die einfachere und dichtere Lösung — sie endet dort, wo Temperatur, Dampf oder Feststoffe die Elastomerdichtung angreifen. Wer beides in einer Anlage mischt, sollte die Grenzen je Kreis dokumentieren, sonst landet die falsche Armatur beim nächsten Tausch an der falschen Stelle.

Werkstoff und Druckstufe: die Temperatur gibt die Reihenfolge vor

Die Werkstoffwahl folgt der Betriebstemperatur, nicht dem Preis. Grauguss EN-GJL-250 deckt den klassischen Wasser- und Niederdruckbereich ab. Sphäroguss EN-GJS-400-18-LT bringt Zähigkeit und eignet sich auch für tiefere Temperaturen. Im Dampf- und Heißwasserbereich beginnt die Reihe bei Stahlguss GP240GH+N und geschmiedetem P250GH und führt bei höheren Temperaturen zu den warmfesten Sorten 13CrMo4-5 und G17CrMo5-5. Diese Kennzeichnungen stehen nicht zur Zierde auf dem Typenschild — sie legen fest, bis zu welcher Temperatur die zulässige Druckstufe überhaupt gilt.

Denn PN 40 ist keine feste Zusage, sondern ein Wert bei Bezugstemperatur. Mit steigender Temperatur sinkt der zulässige Betriebsdruck; die zugehörige Tabelle gehört bei jeder Auslegung mit auf den Tisch. Für die Einbausituation sind zusätzlich die Baulänge nach EN 558 und die Anschlussart maßgeblich — Flansch nach EN 1092, Schweißenden oder Zwischenflanschausführung. Wer im Bestand tauscht, misst die vorhandene Baulänge nach, statt sie aus dem Katalog abzuleiten.

Antrieb und Einbaulage

Ein Schieber braucht viele Umdrehungen. Der Hub entspricht mindestens dem Nenndurchmesser, und das Handrad legt ihn in zahlreichen Umdrehungen zurück — bei großen Nennweiten ist das von Hand nur noch mit Getriebe oder Kettenrad zumutbar. Elektro- und Pneumatikantriebe kürzen die Stellzeit, ändern aber nichts am Grundsatz: Ein Schieber ist keine Armatur für schnelles Schließen. Wo eine Anlage im Fehlerfall in Sekunden zufahren muss, gehört ein Schnellschlussventil an diese Stelle.

Bei der Einbaulage gilt: Spindel senkrecht nach oben ist die Regel. Waagrecht eingebaute Schieber großer Nennweite belasten Spindel und Führung einseitig, und in Medien mit Feststoffanteil sammelt sich Material im unteren Gehäuseteil, wo die Platte einfährt. Hängender Einbau mit der Spindel nach unten ist die Ausnahme und sollte mit dem Hersteller abgestimmt werden. Steigende Spindeln zeigen den Hub sichtbar an, brauchen aber Platz; nichtsteigende Ausführungen sparen Bauhöhe, verlagern das Gewinde jedoch ins Medium.

Was in der Instandhaltung tatsächlich auffällt

Aus der Praxis der eigenen Serviceabteilung — sie besteht seit 2021 und betreut alle vertretenen Fabrikate — wiederholen sich wenige Befunde. An erster Stelle stehen Riefen an Platte und Sitz, fast immer verursacht durch längeren Betrieb in Teilhub. Dann Erosion in Dampfleitungen, erkennbar an ausgewaschenen Kanten im Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit. Drittens undichte Stopfbuchsen: Eine Packung ist ein Verschleißteil, sie wird nachgezogen und irgendwann ersetzt, nicht die ganze Armatur.

Entscheidend für die Kosten ist die Frage, ob der Sitz nachgearbeitet werden kann. Bei metallisch dichtenden Stahlarmaturen ist das häufig möglich, und es ist gegenüber einem Neuteil der deutlich günstigere Weg — vor allem bei Sonderausführungen mit langer Lieferzeit. Eine Beurteilung vor Ort klärt das schneller als jede Ferndiagnose; was dabei geprüft wird, steht unter Service. Betreut werden Anlagen in Österreich sowie im Vertriebsgebiet in Tschechien, der Slowakei, Ungarn, Slowenien und Italien.

Ein letzter Punkt betrifft die Dokumentation. Wer Bauform, Werkstoff, Druckstufe und Baulänge je Einbaustelle festhält, spart beim nächsten Ausfall Stunden. Ohne diese Angaben beginnt jede Ersatzbeschaffung mit einer Messung an der offenen Leitung.

Häufige Fragen zum Absperrschieber

Kann ein Absperrschieber zum Drosseln verwendet werden?

Kurzzeitig ja, dauerhaft nein. In Teilhub strömt das Medium mit hoher Geschwindigkeit an der Plattenkante vorbei und trägt Material ab. Die Folge zeigt sich erst später — der Schieber schließt dann auch in Endstellung nicht mehr dicht. Für dauerhafte Drosselung ist ein Regelventil vorgesehen.

Warum lässt sich ein heiß gefahrener Keilschieber manchmal nicht mehr öffnen?

Weil der Keil im kalten Zustand mit Kraft in den Sitz gefahren wurde und sich beim Aufheizen stärker ausdehnt als das Gehäuse. Abhilfe: nicht mit Gewalt zufahren, nach dem Aufheizen kurz nachstellen — oder in Anlagen mit großen Temperaturhüben von vornherein einen Parallelschieber vorsehen.

Schieber oder Absperrklappe?

Der Schieber punktet bei geringem Druckverlust, freiem Durchgang und hohen Temperaturen. Die Klappe punktet bei Bauhöhe, Gewicht, Stellzeit und Preis, besonders ab mittleren Nennweiten. Bei Dampf und hohen Temperaturen bleibt der Schieber im Vorteil; im Kaltwasserbereich gewinnt meist die Klappe.

Welche Leckrate ist realistisch?

Weichdichtende Sitze schließen im zulässigen Temperaturfenster blasendicht. Metallisch dichtende Sitze erreichen geringe, aber messbare Leckraten nach EN 12266-1. Wer absolute Dichtheit über lange Standzeit benötigt, prüft zusätzlich Ausführungen mit Faltenbalgabdichtung oder wechselt die Armaturenart.

Wie oft sollte ein selten betätigter Schieber bewegt werden?

Regelmäßig — ein Schieber, der jahrelang in derselben Stellung steht, setzt sich fest. Eine Bewegung im Rahmen der ohnehin fälligen Begehung genügt meist, um Gängigkeit und Dichtheit zu erhalten.

Fazit

Die Auswahl eines Absperrschiebers ist in drei Schritten entschieden. Erstens die Bauform nach dem Temperaturverhalten der Anlage: Keil für stabile Bedingungen, Parallelplatte für Dampf und große Temperaturhübe, Flachschieber für Medien mit Feststoffanteil. Zweitens die Sitzpaarung nach der geforderten Leckrate und der Temperatur. Drittens Werkstoff und Druckstufe nach der tatsächlichen Betriebstemperatur, nicht nach dem Nennwert auf dem Schild. Bleibt eine Entscheidung offen — etwa zwischen Schieber und Ventil bei Grenzbedingungen —, klärt ein Blick auf die Betriebsdaten mehr als jeder Katalogvergleich. Die Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. führt Absperrschieber der vertretenen Fabrikate seit 1983 im österreichischen Markt.

Gate valves: wedge, parallel slide or knife gate — which design for which duty

From the outside the three designs look much alike: body, stem, handwheel or actuator. The difference sits in the closure member, and that is what decides whether the valve still shuts tight after years in service or whether the seat scores. Choosing a gate valve really means choosing between a wedge, a parallel slide and a flat plate. The sections below match each design to the operating conditions it suits, and name the cases where a gate valve is simply the wrong choice.

What a gate valve does well — and where it stops

A gate valve offers something no other isolating valve provides in the same way: fully open, it clears the entire bore. The medium passes in a straight line, with no change of direction and no step in cross-section. Pressure loss is correspondingly low and the Kvs value high. In long pipe runs, where every resistance is paid for through pump power, that is the decisive argument. Pigged lines and media carrying solids also require a clear bore.

The limit is just as clear. A gate valve is an on-off device. In an intermediate position the medium passes the edge of the disc at high velocity, and that is exactly where erosion and scoring start — first at the edge, then on the seat. A gate valve held a third open for months will no longer seal when fully closed either. Where throttling or control is required, a control valve belongs in that position; where fast isolation matters, a butterfly valve is often the better answer. Installed height is a further factor: a DN 300 gate valve with a rising stem needs clearance above the line that existing plant rarely offers.

Wedge gate valves: the standard design and its best-known problem

In a wedge gate valve the two sealing faces are not parallel but set at a shallow angle. The stem forces the wedge into the seat and the wedge action generates the sealing force. This works independently of differential pressure — a wedge gate valve seals even with no pressure across it, which makes it the obvious choice for water, heating and general industrial duty.

Three versions are common. The solid wedge is the simplest and most robust, but it is sensitive to body distortion: if pipe loads or temperature differences strain the body, the wedge no longer beds evenly on both seats. The flexible wedge is slotted or waisted in the centre and can deflect by a few tenths of a millimetre; it tolerates distortion and is the most widely used design today. The split wedge, two separate discs with a spreader, compensates angular error best, at higher cost and complexity.

One operating problem affects every wedge design: thermal binding. If a wedge gate valve is closed hard when cold and the line is then heated, the wedge expands more than the body and the valve can no longer be opened by handwheel. In plant with large temperature swings, that is the reason a wedge does not belong there.

Parallel slide valves: built for steam and changing temperature

The parallel slide design removes that problem. Its two sealing plates are parallel and are pressed against the seats not by wedge action but by a spreader or spring pack; in service the differential pressure adds to this, forcing the downstream plate onto its seat. With no wedge force involved nothing can bind, and the valve opens with normal effort even after a full temperature cycle.

This makes the parallel slide the design of choice in steam and power plant lines, in high-temperature water systems and wherever several hundred kelvin separate standstill from full load. Within the represented range, valves for this duty come from PERSTA Stahlarmaturen, whose focus is forged and cast steel valves for power plant and process engineering; the Austrian representation is held exclusively by Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H.

The trade-off has to be understood: without meaningful differential pressure the contact force is lower than on a wedge. For testing purposes, and for sections that must be absolutely tight when depressurised, that matters — there a wedge gate valve or a globe valve remains the safer option.

Knife gate valves: when the medium carries solids

Knife gate and slide valves use a single flat plate travelling across the bore. The seat is usually resilient, the body slim and short. Their field is media that defeat wedge and parallel designs: sludges, fibrous stock, waste water, lime slurry, bulk solids. The plate edge cuts through deposits and fibres instead of pushing them ahead — hence the name.

In return, pressure and temperature are tightly limited; typical ratings are low, and the operating temperature is set by the seat material rather than the body. A knife gate valve does not replace a steam valve. It is a specialised answer to a medium that damages other designs.

Metal or resilient seated — the seat pairing sets the leakage rate

Whatever the design, the second fundamental question is the seat. Metal seated faces — hard-faced, weld overlaid or fitted as rings — withstand high temperatures, steam and abrasive content. When new they achieve low but not bubble-tight leakage rates, tested to EN 12266-1 and stated in classes. A metal pairing can also be re-machined, which counts over the life of the valve.

Resilient seated faces in EPDM, NBR or PTFE close bubble-tight within their permitted temperature window. For potable and service water, for chilled water and for many process media this is the simpler and tighter solution — and it ends where temperature, steam or solids attack the elastomer. Where both types are used in one plant, the limits should be recorded circuit by circuit, otherwise the wrong valve reaches the wrong position at the next replacement.

Material and pressure rating: temperature sets the order

Material selection follows operating temperature, not price. Grey cast iron EN-GJL-250 covers classic water and low-pressure duty. Ductile iron EN-GJS-400-18-LT adds toughness and suits lower temperatures. For steam and high-temperature water the range starts at cast steel GP240GH+N and forged P250GH, and at higher temperatures moves to the creep-resistant grades 13CrMo4-5 and G17CrMo5-5. These designations are not decoration on the nameplate — they define the temperature up to which the stated pressure rating applies at all.

PN 40 is not a fixed promise but a value at reference temperature. As temperature rises the permissible working pressure falls, and the corresponding table belongs on the desk at every sizing exercise. For the installation itself, face-to-face dimensions to EN 558 and the end connection matter as well — flanges to EN 1092, butt weld ends or wafer design. When replacing in existing plant, measure the face-to-face dimension rather than taking it from a catalogue.

Actuation and installed position

A gate valve needs many turns. The travel is at least equal to the nominal bore, and the handwheel covers it in a large number of revolutions — at larger sizes that is only reasonable with a gearbox or chainwheel. Electric and pneumatic actuators shorten the stroke time but do not change the principle: a gate valve is not a fast-closing device. Where a plant must shut within seconds on fault, a quick-acting safety shut-off valve belongs in that position.

As to position, stem vertically upwards is the rule. Large gate valves installed horizontally load stem and guides on one side, and in media carrying solids material collects in the lower body where the plate travels. Inverted installation with the stem downwards is the exception and should be agreed with the manufacturer. Rising stems show the travel visibly but need clearance; non-rising designs save height but move the thread into the medium.

What maintenance actually finds

Our own service department, in place since 2021 and covering every represented make, sees the same findings repeatedly. First, scoring on plate and seat, almost always caused by prolonged operation at part travel. Second, erosion in steam lines, visible as washed-out edges where flow velocity is highest. Third, leaking stuffing boxes: packing is a wear part, to be tightened and eventually replaced — not a reason to change the whole valve.

The cost question is whether the seat can be re-machined. On metal seated steel valves this is often possible and is considerably cheaper than a new unit, above all for special designs with long delivery times. An assessment on site settles that faster than any remote diagnosis. Plants are served in Austria and in the sales territory covering the Czech Republic, Slovakia, Hungary, Slovenia and Italy.

Can a gate valve be used for throttling?

Briefly yes, permanently no. At part travel the medium passes the plate edge at high velocity and removes material. The consequence appears later — the valve then fails to seal even when fully closed. Continuous throttling is the task of a control valve.

Why does a hot wedge gate valve sometimes refuse to open?

Because the wedge was forced into the seat while cold and expands more than the body on heating. The remedy: do not close with excessive force, ease the stem after heat-up — or specify a parallel slide valve from the outset in plant with large temperature swings.

Gate valve or butterfly valve?

The gate valve wins on pressure loss, clear bore and high temperature. The butterfly valve wins on installed height, weight, stroke time and price, particularly from medium sizes upwards. For steam and high temperatures the gate valve keeps the advantage; in chilled and cold water the butterfly valve usually takes it.

What leakage rate is realistic?

Resilient seats close bubble-tight within their temperature window. Metal seats achieve low but measurable rates to EN 12266-1. Where absolute tightness is required over a long service life, bellows-sealed designs or a different valve type should be considered.

Summary

Selecting a gate valve comes down to three steps. First the design, according to the thermal behaviour of the plant: wedge for stable conditions, parallel slide for steam and large temperature swings, knife gate for media carrying solids. Second the seat pairing, according to the required leakage rate and temperature. Third material and pressure rating, according to the actual operating temperature rather than the nominal figure on the plate. Where a decision stays open — between gate and globe at borderline conditions, for instance — a look at the operating data settles more than any catalogue comparison. Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. has supplied gate valves from the represented makes in the Austrian market since 1983.

Ein Feintrockner steht selten im Lastenheft und fast nie im Störungsprotokoll. Trotzdem entscheidet er mit darüber, ob am Regelventil, am Dampfinjektor oder am Wärmetauscher trockener Dampf ankommt oder ein Gemisch, das die Armatur von innen auswäscht. Dieser Beitrag beantwortet drei Fragen, die in der Planung regelmäßig zusammenfallen: Was scheidet ein Feintrockner ab, das ein Abscheider nicht schafft, an welcher Stelle im Netz gehört er eingebaut, und ab wann trägt er sich über Erosion, Leckdampf und Standzeiten.

Was ein Feintrockner im Dampfnetz abscheidet

Sattdampf ist nie ganz trocken. Im Kessel reißt das siedende Wasser feinste Tropfen mit, auf dem Weg durch das Netz kommt Kondensat aus dem Wandfilm dazu, und jeder Leitungsabschnitt, der auskühlt, erzeugt neues. Der Trockengehalt am Verbraucher liegt in vielen Netzen zwischen 0,95 und 0,98. Zwei bis fünf Prozent des Massenstroms, der am Ventil ankommt, sind also flüssiges Wasser.

Ein Abscheider holt davon den groben Anteil heraus: Tropfen ab etwa 10 Mikrometer, die sich durch Umlenkung, Zyklonwirkung oder Prallblech aus der Strömung schleudern lassen. Was übrig bleibt, ist ein Nebel aus Tropfen im Bereich weniger Mikrometer. Diese Tropfen folgen der Strömung, weil ihre Masse zu klein ist, um bei einer Richtungsänderung auszuscheren. Ein größerer Abscheider ändert daran wenig, weil das Trennprinzip an der Trägheit hängt und diese Tropfen praktisch keine haben.

Genau dort setzt der Feintrockner an. Er arbeitet nicht über Massenträgheit, sondern über Berührung. Ein Gestrick- oder Drahtnetzpaket zwingt den Dampf auf eine Vielzahl kurzer, enger Wege. Die feinen Tropfen legen sich an die Drähte, wachsen dort zu größeren Tropfen zusammen und laufen als Film nach unten in den Sammelraum ab. Aus dem Nebel wird abführbares Kondensat. Erreichbar sind damit Trockengehalte um 0,99 und darüber, abhängig von Anströmgeschwindigkeit, Bauform und Vorabscheidung.

Abscheider, Schmutzfänger, Feintrockner: drei Bauteile, drei Aufgaben

In Ausschreibungen werden die drei regelmäßig gegeneinander ausgespielt, obwohl sie unterschiedliche Dinge tun.

• Der Schmutzfänger hält Feststoffe zurück: Zunder, Schweißperlen, Rost, Dichtungsreste. Er schützt Sitzflächen und vor allem das Gestrick des Trockners vor dem Zusetzen. Schrägsitz- und Hochdruckausführungen stehen bei den diversen Armaturen.
• Der Abscheider trennt grobe Tropfen und Schwallwasser ab. Er ist die erste Stufe und kommt mit hohen Wasseranteilen zurecht, ohne zu fluten.
• Der Feintrockner nimmt den Rest, also den Nebel, der beide anderen ungehindert passiert.

Damit ist die Reihenfolge vorgegeben: Schmutzfänger, Abscheider, Feintrockner, dann der Verbraucher. Wer den Trockner ohne Vorabscheidung einbaut, betreibt ihn als Abscheider. Das Gestrick flutet, die Abscheideleistung bricht ein und der Druckverlust steigt. Wer ihn ohne Schmutzfänger einbaut, tauscht das Paket früher als geplant.

Wo der Feintrockner im Netz sitzt

Die Faustregel lautet: so nah wie möglich an dem Verbraucher, der trockenen Dampf braucht. Jeder Meter Rohr hinter dem Trockner erzeugt wieder Kondensat. Typische Einbaustellen sind:

• vor Regel- und Schnellschlussventilen, deren Sitz- und Kegelgeometrie für Dampf ausgelegt ist und nicht für ein Zweiphasengemisch;
• vor Turbinen und Dampfmotoren, wo Tropfen auf die Beschaufelung treffen;
• vor Dampfinjektoren und Direktdampfeinbringung, wo Wasser im Mischbereich Schläge auslöst;
• vor Messstellen, weil eine Blende oder ein Wirbelzähler das mitgeführte Wasser als Dampf mitmisst und dadurch zu hohe Mengen ausweist;
• vor Trocknungs-, Sterilisations- und Kontaktheizprozessen, bei denen die Restfeuchte im Produkt sichtbar wird.

Nach einer Druckreduzierung liegt der Fall anders. Beim Drosseln über ein Reduzierventil bleibt die Enthalpie annähernd erhalten, während die Verdampfungsenthalpie beim niedrigeren Druck kleiner wird. Der Dampf wird dabei trockener, unter Umständen sogar leicht überhitzt. Wenn es um die Dampfqualität am Ventil selbst geht, gehört der Feintrockner deshalb vor die Reduzierstufe und nicht dahinter. Geht es um die Qualität am Verbraucher hinter der Station, entscheidet die Rohrstrecke dazwischen.

In jedem Fall gilt: Der Ablauf des Trockners braucht einen eigenen Kondensatableiter. Ein Feintrockner ohne funktionierende Entwässerung ist ein Behälter, der sich füllt. Für den Dauerablauf kleiner Mengen ist ein Schwimmerableiter die naheliegende Wahl, weil er kontinuierlich und ohne Aufstau arbeitet. Die Bauarten stehen auf der Seite Kondensattechnik nebeneinander; welche davon wofür passt und woran die Auswahl in der Praxis scheitert, steht im Beitrag Kondensatableiter: Auswahl, Bauarten und die häufigsten Fehler.

Dampfqualität in Zahlen: vom Trockengehalt zur Restfeuchte

Trockener Dampf ist keine Eigenschaft, sondern eine Zahl. Der Trockengehalt gibt den Massenanteil Dampf am Gesamtmassenstrom an, die Restfeuchte ist der Rest. In einer Leitung mit 1.000 kg/h bedeutet das:

• Trockengehalt 0,95 entspricht 50 kg/h flüssigem Wasser.
• Trockengehalt 0,98 nach einem gut ausgelegten Abscheider: noch 20 kg/h.
• Trockengehalt 0,99 und besser nach dem Feintrockner: 10 kg/h oder weniger.

Die Differenz wirkt klein, sie wirkt aber an zwei Stellen gleichzeitig. Erstens fehlt die Verdampfungsenthalpie: Wasser, das bereits flüssig ankommt, gibt am Wärmetauscher nichts mehr ab. Fünf Prozent Restfeuchte bedeuten rund fünf Prozent weniger nutzbare Wärme je Kilogramm. Zweitens, und das wiegt im Betrieb schwerer, legt sich das Wasser als Film auf die Heizfläche und wirkt dort als zusätzlicher Wärmewiderstand. Der Leistungsverlust am Apparat fällt deshalb regelmäßig größer aus als der rechnerische Enthalpieverlust.

Für die laufende Messung der Restfeuchte gibt es keine einfache Standardlösung. Belastbar sind zwei indirekte Wege: die Kondensatmenge am Trocknerablauf und die Überwachung der Ableiter selbst. Ultraschall- und Temperaturmesstechnik dafür steht unter Messtechnik.

Was feuchter Dampf an Sitz, Kegel und Rohrbogen anrichtet

Tropfen im Dampf sind ein mechanisches Problem, kein thermisches. Im Drosselspalt eines Regelventils erreicht die Strömung sehr hohe Geschwindigkeiten, und die mitgeführten Tropfen treffen mit dieser Geschwindigkeit auf Sitzkante und Kegelkontur. Das Schadensbild ist charakteristisch:

• Riefen und Auswaschungen am Sitz, meist radial ausgerichtet an der Stelle der engsten Drosselung. Die Armatur schließt nicht mehr dicht, lange bevor mechanisch etwas defekt ist.
• Abtrag an der Kegelkontur, der die Kennlinie verändert. Die Regelung wird im unteren Hubbereich ungenau, der Arbeitspunkt wandert.
• Erosion am Rohrbogen hinter der Armatur, außen an der Krümmung, wo die Tropfen durch ihre Trägheit auftreffen. Eine Wandstärkenmessung an genau dieser Stelle ist bei Verdacht die erste Maßnahme.
• Schläge beim Anfahren, wenn sich in der ausgekühlten Leitung Wasser gesammelt hat und die anlaufende Dampfströmung es als Pfropfen beschleunigt.

Ein Sitz, der wegen Erosion nicht mehr dicht schließt, ist nicht zwangsläufig ein Fall für eine neue Armatur. Sitz und Kegel lassen sich in vielen Fällen nacharbeiten, das gehört zu den Aufgaben unserer Serviceabteilung. Sinnvoll ist eine Nacharbeit aber nur, wenn gleichzeitig die Ursache abgestellt wird. Sonst steht dieselbe Armatur zwei Jahre später wieder auf der Werkbank.

Auslegung und Einbau: die Punkte, an denen es schiefgeht

• Nach Geschwindigkeit auslegen, nicht nach Nennweite. Das Gestrick arbeitet in einem Geschwindigkeitsfenster. Unterhalb davon treffen zu wenige Tropfen auf die Drähte, oberhalb davon reißt die Strömung den bereits abgeschiedenen Film wieder mit. Beides liefert nasse Dampfqualität, ohne dass am Bauteil ein Fehler sichtbar wäre.
• Den Teillastfall mitrechnen. Netze, die zwischen 20 und 100 Prozent fahren, verlassen das Fenster nach unten. Dann ist eine Aufteilung auf zwei parallel geschaltete Trockner oder eine andere Bauform die ehrlichere Lösung als ein einzelnes, auf Volllast gerechnetes Gerät.
• Einbaulage einhalten. Der Sammelraum muss unten liegen und der Ablauf nach unten frei sein. Ein Trockner, der aus Platzmangel gedreht eingebaut wird, entwässert nicht mehr.
• Differenzdruck als Zustandsgröße mitführen. Ein sauberes Paket hat einen kleinen, stabilen Druckverlust. Steigt er über die Monate an, setzt sich das Gestrick zu. Das ist das einzige frühe Signal, das ein Feintrockner überhaupt gibt.
• Werkstoff und Druckstufe nach dem Anfahrfall wählen. Maßgeblich ist nicht der stationäre Betriebspunkt, sondern der ungünstigste Zustand beim Anfahren und beim Lastwechsel.
• Absperrung und Entleerung vorsehen. Ein Paket, das sich nur bei entleerter Leitung tauschen lässt, wird nicht getauscht.

Wann sich ein Feintrockner rechnet

Die Rechnung läuft nicht über den Preis des Bauteils, sondern über drei Posten, die ohne ihn anfallen.

Leckdampf. Der häufigste Folgeschaden nasser Dampfqualität ist ein überlasteter oder verschlissener Kondensatableiter. Ein durchblasender Ableiter setzt erhebliche Mengen frei: Eine Öffnung von 3 mm bei 10 bar Überdruck lässt überschlägig rund 30 kg Dampf pro Stunde ab. Bei Dauerbetrieb sind das etwa 240 Tonnen im Jahr, und zwar je Ableiter.

Standzeit der Armaturen. Erosion an Sitz und Kegel ist der Grund, warum Regelventile in nassen Netzen früher undicht werden als im Datenblatt vorgesehen. Wer die Wartungsintervalle einer Armatur kennt, kennt damit auch den Betrag, der auf der anderen Seite der Rechnung steht.

Prozess- und Produktqualität. In Trocknungs-, Sterilisations- und Kontaktheizprozessen schlägt die Restfeuchte direkt auf das Ergebnis durch. Dort ist der Feintrockner keine Verbesserung, sondern Teil der Spezifikation.

Als Orientierung: Sobald an einer Stelle ein Regelventil, eine längere Vorleitung und ein Verbraucher mit Qualitätsanforderung zusammentreffen, ist die Frage nicht mehr ob, sondern welche Bauform. Für alles darunter reichen in vielen Fällen ein Abscheider und ein ordentlich ausgelegter Ableiter.

Häufige Fragen zum Feintrockner

Brauche ich zusätzlich zum Abscheider wirklich einen Feintrockner?

Das hängt davon ab, was hinter der Stelle steht. Für eine Begleitheizung oder einen unkritischen Wärmetauscher genügt der Abscheider. Sobald ein Regelventil, eine Turbine, eine Messstelle oder ein qualitätsrelevanter Prozess folgt, ist der Feinanteil genau das, was dort Schaden anrichtet, und den bekommt der Abscheider prinzipbedingt nicht heraus.

Woran erkenne ich im laufenden Betrieb, dass der Dampf zu nass ist?

An vier Hinweisen: auffällig hoher Kondensatanfall an den Ableitern vor dem Verbraucher, wandernde Regelabweichungen an einem Ventil, das mechanisch in Ordnung ist, Schläge beim Anfahren, und Messwerte am Durchfluss, die dauerhaft über der Bilanz liegen. Einzeln ist jeder Punkt erklärbar, gemeinsam sind sie ein deutliches Bild.

Kann ein Feintrockner den Kondensatableiter ersetzen?

Nein, er braucht selbst einen. Der Trockner sammelt das abgeschiedene Wasser, führt es aber nicht ab. Ohne funktionierende Entwässerung steigt der Pegel im Sammelraum bis ins Gestrick, und ab diesem Punkt arbeitet das Gerät gegen sich selbst.

Wie oft muss das Gestrickpaket getauscht werden?

Ein festes Intervall gibt es nicht, weil die Standzeit an der Feststofffracht hängt. Die belastbare Größe ist der Differenzdruck über dem Trockner. Solange er auf dem Niveau der Inbetriebnahme bleibt, ist das Paket in Ordnung. Ein vorgeschalteter Schmutzfänger verlängert dieses Intervall deutlich.

Feintrockner vor oder nach der Druckreduzierung?

Wenn das Reduzierventil selbst geschützt werden soll, davor. Wenn der Verbraucher hinter der Station den trockenen Dampf braucht und zwischen Station und Verbraucher eine längere Leitung liegt, spricht einiges für eine zweite Stufe unmittelbar vor dem Verbraucher.

Fazit: die Entscheidung in drei Schritten

Erstens: Klären Sie, was hinter der Stelle steht. Regelventil, Turbine, Messstelle oder qualitätsrelevanter Prozess sprechen für einen Feintrockner, eine unkritische Beheizung nicht.

Zweitens: Prüfen Sie die Kette davor. Ohne Schmutzfänger und Abscheider ist der Trockner falsch eingesetzt, und ohne eigenen Kondensatableiter am Ablauf ist er wirkungslos.

Drittens: Legen Sie nach Geschwindigkeit und nach dem Teillastfall aus, nicht nach der Nennweite der Leitung, und sehen Sie den Differenzdruck als Zustandsgröße vor.

Wenn Sie uns Betriebsdruck, Massenstrom, Lastbereich und die Stelle im Netz nennen, lässt sich die Bauform rechnen. Aus dem RIFOX-Programm, das wir für Österreich vertreten, stehen die passenden Feintrockner und Feinfilter in der Kondensattechnik; Auslegung, Inbetriebnahme und spätere Nacharbeit übernimmt unsere Serviceabteilung.

Steam dryers: what they remove, where they belong and when they pay off

A fine steam dryer rarely appears in a specification and almost never in a fault report. It nevertheless decides whether a control valve, a steam injector or a heat exchanger receives dry steam, or a two-phase mixture that washes the trim out from the inside. This article answers three questions that planners tend to run together: what does a fine dryer remove that a separator cannot, where in the network does it belong, and at what point does it pay for itself through erosion, steam loss and service life.

What a fine dryer actually removes

Saturated steam is never completely dry. Boiling water in the boiler entrains fine droplets, the wall film adds condensate along the way, and every length of pipe that cools down produces more. In many networks the dryness fraction at the consumer lies between 0.95 and 0.98. Two to five per cent of the mass flow arriving at the valve is therefore liquid water.

A separator removes the coarse share: droplets from roughly 10 micrometres upwards, which can be thrown out of the flow by a change of direction, a cyclone or a baffle. What remains is a mist of droplets a few micrometres across. These droplets follow the flow because their mass is too small to leave it at a bend. A larger separator changes little, because the separating principle relies on inertia and these droplets have almost none.

This is where the fine dryer works. It does not rely on inertia but on contact. A knitted mesh or wire pack forces the steam through a large number of short, narrow paths. The fine droplets settle on the wires, coalesce into larger drops and run down as a film into the collecting chamber. Mist becomes condensate that can be drained. Dryness fractions of 0.99 and above are achievable, depending on approach velocity, design and upstream separation.

Strainer, separator, fine dryer: three components, three jobs

Tenders regularly play these three off against each other, although they do different things.

• The strainer holds back solids: scale, weld spatter, rust, gasket debris. It protects seating surfaces and above all keeps the dryer mesh from blinding. Y-type and high-pressure versions are listed under miscellaneous valves.
• The separator removes coarse droplets and slugs of water. It is the first stage and copes with high water content without flooding.
• The fine dryer takes what is left, namely the mist that passes both of the others untouched.

The order follows from that: strainer, separator, fine dryer, then the consumer. Installing the dryer without upstream separation means running it as a separator. The mesh floods, separation efficiency collapses and pressure drop rises. Installing it without a strainer means replacing the pack earlier than planned.

Where the dryer sits in the network

The rule of thumb is: as close as possible to the consumer that needs dry steam, because every metre of pipe downstream produces condensate again. Typical locations are upstream of control and quick-closing valves, upstream of turbines and steam engines, upstream of steam injectors and direct steam injection, upstream of flow measurement, where entrained water is counted as steam and inflates the reading, and upstream of drying, sterilising and contact heating processes, where residual moisture shows up in the product.

Downstream of a pressure reducing station the situation differs. Throttling across a reducing valve keeps enthalpy roughly constant while the latent heat at the lower pressure is smaller, so the steam becomes drier and may even leave the valve slightly superheated. If the aim is steam quality at the valve itself, the dryer belongs upstream of the reducing stage, not downstream. If the aim is quality at a consumer behind the station, the length of pipe in between decides.

In every case the dryer drain needs a steam trap of its own. A fine dryer without working drainage is a vessel that fills up. For continuous removal of small quantities a float trap is the obvious choice because it drains continuously and without backing up. The types are shown side by side on the condensate technology page, which also lists fine dryers and fine filters under accessories.

Steam quality in numbers: from dryness fraction to residual moisture

Dry steam is not a property, it is a figure. The dryness fraction gives the mass share of steam in the total mass flow, residual moisture is the remainder. In a line carrying 1,000 kg/h that means a dryness fraction of 0.95 corresponds to 50 kg/h of liquid water, 0.98 after a well sized separator leaves 20 kg/h, and 0.99 or better after the fine dryer leaves 10 kg/h or less.

The difference looks small but acts in two places at once. First the latent heat is missing: water that already arrives in liquid form releases nothing at the heat exchanger, so five per cent residual moisture means roughly five per cent less usable heat per kilogram. Second, and this weighs more heavily in operation, the water forms a film on the heating surface and acts there as an additional thermal resistance. The loss of output at the apparatus is therefore regularly larger than the calculated loss of enthalpy.

There is no simple standard method for measuring residual moisture during operation. Two indirect routes are reliable: the amount of condensate at the dryer drain, and monitoring of the traps themselves. Ultrasonic and temperature instrumentation for this purpose is listed under measurement technology.

What wet steam does to seat, plug and pipe bend

Droplets in steam are a mechanical problem, not a thermal one. In the throttling gap of a control valve the flow reaches very high velocities, and the entrained droplets strike the seat edge and the plug contour at that velocity. The damage pattern is characteristic:

• Grooves and wash-outs at the seat, usually radial, at the point of narrowest throttling. The valve no longer shuts tight long before anything is mechanically broken.
• Material loss on the plug contour, which changes the characteristic. Control becomes imprecise in the lower travel range and the operating point drifts.
• Erosion in the pipe bend downstream of the valve, on the outside of the curve where inertia carries the droplets into the wall. Wall thickness measurement at exactly this point is the first step when wet steam is suspected.
• Water hammer on start-up, when water has collected in a cold line and the starting steam flow accelerates it as a slug.

A seat that no longer shuts tight because of erosion is not automatically a case for a new valve. Seat and plug can often be reworked, which is one of the tasks of our service department. Rework only makes sense, however, if the cause is removed at the same time. Otherwise the same valve is back on the bench two years later.

Sizing and installation: where it goes wrong

• Size by velocity, not by nominal diameter. The mesh works within a velocity window. Below it too few droplets reach the wires, above it the flow re-entrains the film that has already been separated. Both deliver wet steam without any visible fault on the component.
• Include the part load case. Networks running between 20 and 100 per cent leave the window at the bottom end. Splitting the duty across two parallel dryers or choosing a different design is then the more honest solution than a single unit sized for full load.
• Observe the installation position. The collecting chamber must be at the bottom and the drain free downwards. A dryer turned for reasons of space no longer drains.
• Trend the differential pressure. A clean pack has a small, stable pressure drop. If it rises over the months, the mesh is blinding. That is the only early signal a fine dryer gives at all.
• Select material and pressure rating from the start-up case, not from the steady operating point.
• Provide isolation and drainage, because a pack that can only be changed with the line emptied will not be changed.

When a fine dryer pays off

The calculation does not run through the price of the component but through three items that arise without it.

Steam loss. The most common consequential damage from wet steam is an overloaded or worn steam trap. A trap that blows through releases considerable quantities: an opening of 3 mm at 10 bar gauge lets roughly 30 kg of steam per hour escape. In continuous operation that is about 240 tonnes a year, per trap.

Valve service life. Erosion at seat and plug is the reason control valves in wet networks start leaking earlier than the data sheet suggests. Anyone who knows the maintenance intervals of a valve also knows the figure on the other side of the calculation.

Process and product quality. In drying, sterilising and contact heating processes residual moisture feeds straight through to the result. There the fine dryer is not an improvement but part of the specification.

Frequently asked questions

Do I really need a fine dryer in addition to the separator? It depends on what follows. A trace heating circuit or an uncritical heat exchanger is served by the separator. As soon as a control valve, a turbine, a measuring point or a quality-relevant process follows, the fine fraction is exactly what causes the damage, and a separator cannot remove it.

How do I recognise wet steam in operation? From four signs: unusually high condensate volumes at the traps upstream of the consumer, drifting control deviations on a valve that is mechanically sound, water hammer on start-up, and flow readings that sit permanently above the mass balance. Individually each has other explanations, together they are a clear picture.

Can a fine dryer replace the steam trap? No, it needs one itself. The dryer collects the separated water but does not remove it. Without working drainage the level in the collecting chamber rises into the mesh, and from that point the unit works against itself.

How often does the mesh pack have to be replaced? There is no fixed interval, because service life depends on the solids load. The reliable variable is the differential pressure across the dryer. An upstream strainer extends that interval considerably.

Before or after the pressure reducing stage? Upstream if the reducing valve itself is to be protected. If a consumer behind the station needs the dry steam and a longer run of pipe lies in between, a second stage immediately upstream of the consumer is worth considering.

Conclusion

Decide in three steps. First, establish what follows the location: a control valve, turbine, measuring point or quality-relevant process argues for a fine dryer, an uncritical heating duty does not. Second, check the chain upstream, because without strainer and separator the dryer is misapplied and without its own trap at the drain it is ineffective. Third, size by velocity and by the part load case, and provide for differential pressure as a condition variable.

Send us operating pressure, mass flow, load range and the location in the network and the design can be calculated. From the RIFOX range we represent in Austria, the matching fine dryers and fine filters are part of our condensate technology programme; sizing, commissioning and later rework are handled by our service department.

Eine Dampfumformstation hat zwei Aufgaben, die gerne in einen Topf geworfen werden: Sie senkt den Druck, und sie senkt die Temperatur. Für die erste Aufgabe genügt ein Regelventil. Für die zweite braucht es Wasser, das fein zerstäubt in den Dampf gelangt und dort restlos verdampft. Ob dieses Wasser bereits im Ventil eingebracht wird oder erst hinter der Druckregelung in einem eigenen Kühler, ist die zentrale Auslegungsentscheidung – und sie hängt weniger am Auslegungspunkt als am Lastbereich, den die Station tatsächlich fahren muss. Dieser Beitrag ordnet die beiden Wege und die Kühlerbauformen dazwischen.

Was eine Dampfumformstation im Anlagenbild leistet

Dampfumformstationen sitzen überall dort, wo Dampf aus einem höheren in ein niedrigeres Netz übergeben wird: Anzapfdampf aus der Turbine in die Prozessschiene, Frischdampf in die Umleitstation beim Anfahren, Hochdruckdampf in eine Heizschiene. In allen Fällen entsteht beim Entspannen ein Problem, das viele unterschätzen: Der Dampf wird beim Drosseln nicht kühler, sondern überhitzter. Die Enthalpie bleibt erhalten, der Sättigungspunkt sinkt mit dem Druck – aus 40 bar Sattdampf werden bei 6 bar rund 200 K Überhitzung. Für den nachfolgenden Wärmetauscher ist dieser Dampf unbrauchbar, weil überhitzter Dampf schlecht kondensiert und die Regelung träge macht.

Die Station bringt den Dampf deshalb kontrolliert wieder nahe an die Sättigung heran – üblicherweise auf 10 bis 20 K Restüberhitzung. Nicht bis auf Sättigung: Bleibt kein Sicherheitsabstand, schlägt jede Regelabweichung sofort in Nässe um, und Wassertropfen in einer Dampfleitung mit 60 m/s sind ein Erosionsproblem, kein Komfortthema. Wie weit hinunter geregelt wird, entscheidet also die Messstelle und nicht der Wunsch. Die passende Temperaturmessung gehört deshalb zur Station und nicht in eine spätere Ausbaustufe; entsprechende Geräte finden Sie in unserer Messtechnik.

Technisch sauber getrennt sind das zwei Kreise. Der Druckkreis stellt das Regelventil, der Temperaturkreis die Kühlwassermenge. Beide beeinflussen sich: Jede Änderung der Druckstellung ändert die Dampfmenge und damit den Kühlwasserbedarf, und jede Wassermenge ändert das Volumen hinter der Einspritzung. Der Druckkreis ist schnell, der Temperaturkreis langsam – die Totzeit zwischen Düse und Temperaturfühler liegt je nach Rohrführung bei mehreren Sekunden.

Genau daraus folgt die Grundregel für die Auswahl: Wo beide Aufgaben in einem engen Lastbereich und auf kurzer Strecke gelöst werden müssen, ist die integrierte Lösung im Vorteil. Wo der Lastbereich weit ist oder die Kühlung viel Verdampfungsstrecke braucht, gewinnt die getrennte Anordnung. Unsere Dampfumformtechnik deckt beide Wege ab: Wassereinspritzung in der Druckregelung und Wassereinspritzung nach der Druckregelung.

Wann das Dampfumformventil die richtige Wahl ist

Beim Dampfumformventil erfolgt die Wassereinspritzung im Ventil selbst – das Kühlwasser gelangt unmittelbar dort in den Dampf, wo die Entspannung stattfindet und die Strömungsgeschwindigkeit am höchsten ist. Diese hohe Geschwindigkeit übernimmt einen Teil der Zerstäubungsarbeit, und die Vermischung beginnt bereits im Ventilgehäuse. Das Ergebnis ist eine sehr kompakte Station: ein Gehäuse, ein Anschlusspaar, zwei Antriebe.

Diese Bauart spielt ihre Stärken dort aus, wo Platz knapp ist und das Anfahrverhalten zählt – klassisch in Umleitstationen und Anfahrstationen im Kraftwerk, wo hohe Druckdifferenzen und schnelle Laständerungen zusammenkommen. Sie ist außerdem die robustere Lösung, wenn die Geometrie hinter der Station keine lange gerade Strecke hergibt.

Der Preis: Ventil und Kühlung sind mechanisch gekoppelt. Der Regelbereich der Kühlung hängt am Regelbereich des Ventils, und beides gemeinsam auszulegen ist anspruchsvoller als zwei getrennte Komponenten zu dimensionieren. Für die Druckseite gelten dabei dieselben Regeln wie bei jedem Stellventil – welche Kennlinie zur Regelaufgabe passt und warum die Ventilautorität schwerer wiegt als das Datenblatt, haben wir im Beitrag Regelventil-Kennlinie: linear oder gleichprozentig? behandelt.

Wann der Einspritzkühler die richtige Wahl ist

Beim getrennten Aufbau übernimmt ein Regelventil den Druck, und die Kühlung sitzt als eigenes Bauteil dahinter. Diese Anordnung ist der Regelfall in Prozessanlagen, und sie hat drei handfeste Vorteile. Erstens lässt sich jede Komponente für sich auslegen, prüfen und später tauschen. Zweitens steht hinter der Druckreduzierung schon eine höhere Volumenströmung zur Verfügung, was der Vermischung hilft. Drittens sind die Regelbereiche entkoppelt: Eine Station, die zwischen 15 und 100 Prozent Last fahren muss, ist getrennt deutlich leichter beherrschbar.

Unterschieden wird nach der Regelung. Ein Einspritzkühler mit integrierter Regelung bringt Düse und Stellorgan in einem Bauteil unter – kompakt, mit gutem Regelverhalten und ohne separate Wasserarmatur. Ein Dampfkühler mit separater Regelung trennt die Wassermenge in ein eigenes Regelventil aus; das ist die flexiblere und bei großen Wassermengen die üblichere Variante.

Die Bauformen des Kühlers: Lanze, Venturi, Treibdampf, Blende

Innerhalb der separat geregelten Kühler entscheidet die Bauform darüber, wie gut die Station bei Teillast arbeitet.

• Einspritzlanze mit einer Düse: der einfache Fall für kleine bis mittlere Nennweiten und überschaubaren Lastbereich. Die Lanze ragt in die Rohrmitte, die Düse zerstäubt gegen die Strömung.
• Einspritzlanze mit mehreren Düsen: verteilt die Wassermenge über den Querschnitt. In großen Nennweiten ist das der einzige Weg, das Wasser überhaupt in die Mitte zu bekommen, statt es an der Wand entlanglaufen zu lassen.
• Venturikühler mit Lanze oder Ringdüse: Eine Querschnittsverengung erhöht die Dampfgeschwindigkeit genau an der Einspritzstelle. Damit funktioniert die Zerstäubung auch dann noch, wenn die Anlage weit unter Auslegungslast fährt – die Antwort auf schwankende Prozesse und die Bauform mit dem besten Regelverhältnis ohne Fremdmedium.
• Treibdampfkühler: Hier zerstäubt Dampf aus dem Hochdrucknetz das Wasser, unabhängig von der Geschwindigkeit im Hauptrohr. Das ergibt den größten Regelbereich überhaupt und ist die Wahl, wenn eine Station von wenigen Prozent bis Volllast sauber arbeiten muss – bezahlt mit einer zusätzlichen Treibdampfleitung.
• Einspritzblende: feste Geometrie, geringste Kosten, enger Arbeitsbereich. Sinnvoll bei konstanter Last, nicht bei Prozessen, die morgens anfahren und abends abstellen.

Die Reihenfolge ist damit auch eine Kostenreihenfolge: Blende, Lanze, Venturi, Treibdampf. Wer am Regelverhältnis spart, zahlt es bei den Instandhaltungskosten der Rohrleitung zurück.

Die drei Punkte, an denen Stationen in der Praxis scheitern

Erstens die Mindestlast. Jede Düse braucht einen Mindestdifferenzdruck zwischen Kühlwasser und Dampf, damit sie zerstäubt statt zu tropfen – als Hausnummer einige bar Überdruck gegenüber dem Dampfdruck. Fällt die Last unter den Punkt, an dem die Düse noch zerstäubt, gelangt Wasser in Tropfenform an die Rohrwand. Die Folge sind Thermoschock-Risse in der Rohrleitung und Erosion an den Bögen, und beides zeigt sich erst nach Monaten. Deshalb wird eine Station nie nur auf den Auslegungspunkt gerechnet, sondern immer auf den kleinsten Lastfall, den sie im Jahresbetrieb tatsächlich sieht.

Zweitens die Verdampfungsstrecke. Zwischen Einspritzstelle und Temperaturfühler muss das Wasser vollständig verdampft sein. Je nach Bauform und Dampfgeschwindigkeit sind dafür mehrere Meter gerades Rohr nötig; ein Bogen unmittelbar hinter der Düse fängt die noch flüssigen Tropfen im Außenradius ab. Sitzt der Fühler zu nah, misst er den nicht verdampften Anteil mit, die Regelung sieht eine zu niedrige Temperatur, fährt Wasser zurück – und die Station pendelt.

Drittens das Kühlwasser. Es gehört in Speisewasser- oder Kondensatqualität und gefiltert an die Düse. Härtebildner setzen die Bohrung innerhalb weniger Wochen zu, und eine teilweise zugesetzte Düse verändert das Sprühbild, ohne dass die Regelung davon etwas merkt. Wo die Wasserqualität schwankt, gehört ein Schmutzfänger vor die Einspritzarmatur und eine Möglichkeit, die Düse ohne Anlagenstillstand zu ziehen.

Nicht verwechseln: Dampfumformung und Direktdampfinjektion

Zwei Verfahren tragen ähnliche Namen und gehen in entgegengesetzte Richtungen. Bei der Dampfumformung wird Wasser in Dampf eingespritzt, um Dampf zu kühlen. Bei der Direktdampfinjektion wird Dampf in Wasser eingebracht, um eine Flüssigkeit zu erwärmen – ohne Wärmetauscher, mit vollständiger Vermischung im Gerät und ohne die Dampfschläge, die bei einfachen Einperlrohren auftreten. Für Prozesswasser, Schlammerhitzung und sanitäre Anwendungen ist das die energetisch günstigere Lösung; unsere Dampfinjektoren arbeiten für konstanten und für variablen Durchfluss und decken den Bereich bis 5.700 m³/h beziehungsweise 105 barg ab.

Die Verwechslung ist nicht theoretisch: In Ausschreibungen steht regelmäßig „Dampfkühler“, wo eigentlich ein Erhitzer für Prozesswasser gemeint ist. Ein Blick auf die Frage, welches Medium am Ende die Zieltemperatur haben soll, klärt das in einem Satz.

Werkstoff und Druckstufe: der Anfahrfall bestimmt die Auswahl

Dampfumformstationen werden in Druckstufen von PN 10 bis PN 630 ausgeführt, mit Gehäusen aus EN-GJL-250, P250GH, GP240GH+N, 13CrMo4-5, G17CrMo5-5, 11CrMo9-10, X10CrMoVNb9-1 oder Edelstahl. Welcher Werkstoff nötig ist, entscheidet nicht der Dauerbetriebspunkt, sondern der Anfahrfall: Beim Anfahren steht oft der volle Vordruck bei noch kalter Leitung an, und die Temperaturdifferenz über der Einspritzstelle ist dann am größten. Warmfeste Stähle wie 13CrMo4-5 oder X10CrMoVNb9-1 sind genau dafür da. Dazu kommen die Sonderkonstruktionen, die bei einer Station mit ungewöhnlicher Geometrie oder Einbaulage die Regel und nicht die Ausnahme sind.

Häufige Fragen zur Dampfumformstation

Wie weit lässt sich der Dampf herunterkühlen?

Bis nahe an die Sättigungstemperatur, aber nicht auf sie. Üblich sind 10 bis 20 K Restüberhitzung am Messpunkt. Wer darunter geht, riskiert bei jeder Laständerung Nässe in der Leitung – und die kostet mehr, als die letzten Kelvin an Wärmerückgewinnung einbringen.

Wie viel gerade Rohrstrecke braucht es hinter der Einspritzung?

Das hängt von Bauform, Dampfgeschwindigkeit und Tropfengröße ab und wird für jede Station gerechnet. Als Orientierung: mehrere Meter, und in dieser Strecke kein Bogen, keine Reduzierung und kein Abzweig. Der Temperaturfühler sitzt am Ende dieser Strecke, nicht am Anfang.

Warum pendelt die Temperaturregelung?

In den meisten Fällen aus einem von drei Gründen: Der Fühler sitzt zu nah an der Düse und misst unverdampftes Wasser mit, die Station fährt unter der Mindestlast der Düse, oder der Temperaturkreis ist zu schnell parametriert für die tatsächliche Totzeit. Alle drei sind ohne Umbau prüfbar.

Dampfumformventil oder getrennter Kühler – was ist günstiger?

In der Anschaffung meist das Ventil, weil es ein Gehäuse und ein Anschlusspaar spart. Über die Lebensdauer entscheidet der Lastbereich: Muss die Station weit heruntergefahren werden, ist der getrennte Aufbau mit Venturi- oder Treibdampfkühler günstiger, weil er die Rohrleitung schont.

Kann eine bestehende Station nachgerüstet werden?

Häufig ja. Wenn die Rohrführung stimmt, lässt sich eine Einspritzblende gegen eine geregelte Lanze oder einen Venturikühler tauschen, ohne die Leitung zu ändern. Wo die gerade Strecke fehlt, ist der Tausch der Bauform allein wirkungslos – dann muss die Rohrführung mit. Diesen Punkt klären wir im Rahmen unseres Services vor jedem Angebot.

Fazit: die Entscheidung in drei Schritten

Erstens den Lastbereich festlegen, nicht den Auslegungspunkt: Zwischen welcher kleinsten und größten Dampfmenge muss die Station arbeiten? Zweitens die Anordnung wählen: enger Lastbereich, wenig Platz, hohe Dynamik sprechen für das Dampfumformventil; weiter Lastbereich und ausreichend Rohrstrecke für die getrennte Lösung. Drittens die Kühlerbauform nach dem geforderten Regelverhältnis bestimmen – Blende bei konstanter Last, Lanze im Normalfall, Venturi bei schwankendem Prozess, Treibdampf bei sehr weitem Bereich. Werkstoff und Druckstufe ergeben sich danach aus dem Anfahrfall.

Als Generalvertretung für Österreich führen wir die Fabrikate RTK Regeltechnik, HORA Holter Regelarmaturen, PERSTA Stahlarmaturen, RIFOX, IGEMA und Knippenburg und beliefern seit 2019 auch Südosteuropa. Schicken Sie uns Vordruck, Gegendruck, Dampfmenge im kleinsten und größten Lastfall, gewünschte Austrittstemperatur, verfügbaren Kühlwasserdruck und eine Skizze der Rohrführung – damit lässt sich die Station rechnen. Die Übersicht unserer Dampfumformtechnik zeigt vorab, welche Bauformen zur Verfügung stehen.

Steam conditioning stations: desuperheater or steam conversion valve?

A steam conditioning station has two jobs that are often lumped together: it reduces pressure, and it reduces temperature. A control valve is enough for the first. The second needs water, finely atomised into the steam and fully evaporated there. Whether that water is introduced inside the valve or only downstream of the pressure reduction in a separate desuperheater is the central design decision – and it depends less on the design point than on the load range the station actually has to cover.

What the station does in the plant

Steam conditioning stations sit wherever steam is transferred from a higher to a lower network: extraction steam from the turbine into the process header, live steam into the bypass station during start-up, high pressure steam into a heating header. In every case throttling creates a problem that is easy to underestimate: the steam does not get cooler, it gets more superheated. Enthalpy is preserved while the saturation point falls with pressure, so 40 bar saturated steam ends up with roughly 200 K of superheat at 6 bar. For the downstream heat exchanger that steam is useless, because superheated steam condenses poorly and makes the control loop sluggish.

The station therefore brings the steam back close to saturation in a controlled way – typically to 10 to 20 K of residual superheat. Not down to saturation: without that margin every control deviation turns immediately into moisture, and water droplets in a steam line at 60 m/s are an erosion problem, not a comfort issue. How far down you can control is decided by the measuring point, not by the wish, so the temperature measurement belongs to the station and not to a later stage.

Pressure and temperature: two tasks, two loops

Properly separated these are two loops. The pressure loop positions the control valve, the temperature loop sets the cooling water flow. They interact: every change in valve position changes the steam flow and therefore the water demand, and every water flow changes the volume downstream of the injection. The pressure loop is fast, the temperature loop is slow – the dead time between nozzle and temperature sensor is several seconds depending on the pipe run.

From that follows the basic selection rule: where both tasks have to be solved within a narrow load range and over a short distance, the integrated solution wins. Where the load range is wide or the cooling needs a long evaporation length, the separated arrangement wins. Our steam conditioning range covers both: water injection within the pressure control and water injection downstream of it.

When the steam conversion valve is the right choice

In a steam conversion valve the water is injected inside the valve itself, right where the expansion takes place and the flow velocity is highest. That velocity does part of the atomising work, and mixing starts inside the valve body. The result is a very compact station: one body, one pair of connections, two actuators.

This design plays to its strengths where space is tight and start-up behaviour matters – classically in bypass and start-up stations in power plants, where high differential pressures and fast load changes come together. It is also the more robust answer when the geometry downstream does not offer a long straight run. The price is that valve and cooling are mechanically coupled: the turndown of the cooling depends on the turndown of the valve, and sizing both together is more demanding than dimensioning two separate components.

When the separate desuperheater is the right choice

In the separated arrangement a control valve handles pressure and the cooling sits behind it as its own component. This is the normal case in process plants, and it has three solid advantages. Each component can be sized, tested and later replaced on its own; downstream of the pressure reduction a higher volume flow is already available, which helps mixing; and the control ranges are decoupled, so a station that has to run between 15 and 100 percent load is considerably easier to handle.

The distinction is made by the control. A desuperheater with integrated control combines nozzle and actuator in one component – compact, with good control behaviour and without a separate water valve. A steam cooler with separate control moves the water flow into its own control valve; that is the more flexible option and the usual one at high water flows.

Cooler designs: lance, venturi, steam atomised, orifice

Within the separately controlled coolers the design decides how well the station works at part load.

• Injection lance with one nozzle: the simple case for small to medium sizes and a manageable load range. The lance reaches into the centre of the pipe and the nozzle atomises against the flow.
• Injection lance with several nozzles: distributes the water across the cross section. In large sizes this is the only way to get the water into the centre at all instead of letting it run along the wall.
• Venturi cooler with lance or ring nozzle: a reduction in cross section raises the steam velocity exactly at the injection point, so atomisation still works when the plant runs far below design load. This is the answer to fluctuating processes and the design with the best turndown without an auxiliary medium.
• Steam atomised cooler: here steam from the high pressure network atomises the water, independently of the velocity in the main line. It gives the widest turndown of all and is the choice when a station has to work cleanly from a few percent up to full load – paid for with an additional motive steam line.
• Injection orifice: fixed geometry, lowest cost, narrow operating range. Sensible at constant load, not for processes that start in the morning and shut down at night.

Three points where stations fail in practice

Minimum load. Every nozzle needs a minimum differential pressure between cooling water and steam in order to atomise instead of dribble – as a rule of thumb several bar above steam pressure. Below the point where the nozzle still atomises, water reaches the pipe wall as droplets. The consequences are thermal shock cracks in the line and erosion at the bends, and both only show up after months. A station is therefore never calculated for the design point alone, but always for the smallest load case it actually sees over the year.

Evaporation length. Between injection point and temperature sensor the water has to be fully evaporated. Depending on design and steam velocity that takes several metres of straight pipe, with no bend, no reducer and no branch in between. If the sensor sits too close it measures the unevaporated fraction as well, the controller sees a temperature that is too low, cuts back the water – and the station hunts.

Cooling water quality. It belongs at the nozzle in feedwater or condensate quality and filtered. Hardness blocks the bore within weeks, and a partly blocked nozzle changes the spray pattern without the controller noticing. Where water quality varies, a strainer belongs upstream of the injection and there should be a way to withdraw the nozzle without shutting the plant down.

Not to be confused: steam conditioning and direct steam injection

Two processes carry similar names and run in opposite directions. Steam conditioning injects water into steam in order to cool the steam. Direct steam injection introduces steam into water in order to heat a liquid – without a heat exchanger, with complete mixing inside the unit and without the water hammer that simple sparge pipes produce. For process water, sludge heating and sanitary applications it is the more efficient solution; our steam injectors work for constant and for variable flow and cover the range up to 5,700 m³/h and 105 barg respectively.

Material and pressure rating

Steam conditioning stations are supplied in pressure ratings from PN 10 to PN 630, with bodies in EN-GJL-250, P250GH, GP240GH+N, 13CrMo4-5, G17CrMo5-5, 11CrMo9-10, X10CrMoVNb9-1 or stainless steel. The material is not decided by the continuous operating point but by the start-up case: on start-up the full inlet pressure is often present while the line is still cold, and the temperature difference across the injection point is then at its greatest. Creep resistant steels such as 13CrMo4-5 or X10CrMoVNb9-1 exist for exactly that duty.

Frequently asked questions

How far can the steam be cooled down? Close to saturation temperature, but not to it. Ten to twenty kelvin of residual superheat at the measuring point is usual. Going below that risks moisture in the line on every load change, and that costs more than the last few kelvin of heat recovery return.

How much straight pipe is needed downstream of the injection? That depends on design, steam velocity and droplet size and is calculated for each station. As an orientation: several metres, with no bend, reducer or branch in that section. The temperature sensor sits at the end of it, not at the beginning.

Why does the temperature control hunt? In most cases for one of three reasons: the sensor sits too close to the nozzle and measures unevaporated water, the station runs below the minimum load of the nozzle, or the temperature loop is tuned too fast for the actual dead time. All three can be checked without modification.

Can an existing station be upgraded? Often yes. If the pipe run is suitable, an injection orifice can be replaced by a controlled lance or a venturi cooler without changing the line. Where the straight run is missing, changing the cooler design alone achieves nothing – then the piping has to change with it. We clarify that as part of our service before any quotation.

In short

First define the load range, not the design point: between which smallest and largest steam flow does the station have to work? Second choose the arrangement: a narrow load range, little space and high dynamics argue for the steam conversion valve; a wide load range and sufficient pipe length for the separated solution. Third pick the cooler design by the required turndown – orifice at constant load, lance in the normal case, venturi for a fluctuating process, steam atomised for a very wide range. Material and pressure rating then follow from the start-up case.

As the general agent for Austria we represent RTK Regeltechnik, HORA Holter Regelarmaturen, PERSTA Stahlarmaturen, RIFOX, IGEMA and Knippenburg, and we have supplied South-Eastern Europe since 2019. Send us inlet and outlet pressure, steam flow at the smallest and largest load case, required outlet temperature, available cooling water pressure and a sketch of the pipe run – that is enough to calculate the station.

Absperrklappen sehen sich auf den ersten Blick alle ähnlich: ein Gehäuse, eine Scheibe, eine Welle, eine Vierteldrehung. Die Unterschiede stecken im Dichtsystem und im Wellenversatz – und genau dort entscheidet sich, ob eine Armatur zehn Jahre dicht bleibt oder nach zwei Heizperioden nachgestellt werden muss. Weichdichtende Absperrklappen sind im Kühl- und Heizwasserkreis die naheliegende Wahl; in Dampf, Heißgas oder Thermalöl scheiden sie aus. Dieser Beitrag ordnet die gängigen Bauformen nach dem, was sie im Betrieb tatsächlich aushalten, und zeigt, welche Einbauart und welcher Antrieb dazu passen.

Was die Absperrklappe von Schieber und Ventil unterscheidet

Die Klappe schließt mit einer Vierteldrehung, der Keilschieber braucht dafür viele Umdrehungen der Spindel. Daraus ergeben sich die drei Vorteile, wegen derer die Klappe in großen Nennweiten fast konkurrenzlos ist: kurze Baulänge, geringes Gewicht und ein Antriebsmoment, das mit der Nennweite langsamer wächst als der Platzbedarf eines Schiebers. Ab etwa DN 400 aufwärts ist das kein Komfortargument mehr, sondern eine Frage der Rohrstatik und der Montagekosten.

Der Preis dafür: Die Scheibe bleibt auch im geöffneten Zustand im Medienstrom stehen. Es gibt keinen vollen Freidurchgang, damit keine Molchbarkeit und einen bleibenden Druckverlust, den man in der Anlagenberechnung ansetzen muss. Bei sauberen Medien und moderaten Geschwindigkeiten fällt das kaum ins Gewicht; bei feststoffbeladenen Medien oder in Leitungen, die geräumt werden müssen, spricht es klar für den Absperrschieber. Die grundsätzliche Abgrenzung zwischen den beiden Armaturenarten haben wir in einem eigenen Beitrag behandelt: Absperrklappe oder Absperrschieber – welche Armatur wofür. Hier geht es um die Auswahl innerhalb der Klappen.

Der lieferbare Bereich steckt den Rahmen ab: Absperrklappen nach EN und ASME von DN 65 bis DN 2500 und von PN 10 bis PN 160, mit Gehäusen aus EN-GJL-250, P250GH, GP240GH+N, 13CrMo44, G17CrMo5-5 oder Edelstahl. Innerhalb dieses Rahmens entscheidet nicht die Nennweite über die Bauform, sondern die Kombination aus Temperatur, Differenzdruck und geforderter Leckrate.

Weichdichtende Absperrklappen: die zentrische Bauform

Bei der zentrischen Klappe liegen Wellenachse, Scheibenmitte und Rohrachse in einer Ebene. Das Gehäuse ist mit einem Elastomer ausgekleidet, die Scheibenkante presst sich beim Schließen umlaufend in diese Auskleidung. Das Ergebnis ist eine Armatur, die in beide Strömungsrichtungen blasendicht schließt – Leckrate A nach EN 12266-1 ist hier der Regelfall und nicht die Ausnahme. Genau deshalb sind weichdichtende Absperrklappen im Wasser- und Luftbereich so verbreitet.

Die Grenze setzt der Werkstoff der Auskleidung. EPDM deckt Kühl- und Heizwasser bis etwa 110 bis 130 °C ab und ist gegen Wasser, Glykolgemische und viele wässrige Lösungen beständig, gegen Mineralöl dagegen nicht. NBR verträgt Öl, aber weniger Temperatur. FKM und PTFE gehen weiter hinauf und decken aggressivere Medien ab, kosten aber deutlich mehr und sind bei tiefen Temperaturen spröder. Wer eine Klappe nach dem Datenblatt der Anlage und nicht nach dem Preis der Auskleidung auswählt, spart sich den zweiten Einkauf.

Zwei Punkte werden in der Praxis regelmäßig unterschätzt. Erstens das Losbrechmoment: Die Pressung, die für die Dichtheit sorgt, muss der Antrieb bei jedem Öffnen überwinden. Weichdichtende Klappen brauchen deshalb bezogen auf die Nennweite spürbar mehr Moment als metallisch dichtende. Zweitens die Alterung: Elastomere setzen sich, wenn eine Klappe monatelang geschlossen steht, und sie altern schneller, wenn Temperaturspitzen über der Dauergrenze auftreten. Eine Armatur, die im Sommer bei 95 °C läuft und viermal im Jahr 140 °C sieht, ist keine EPDM-Anwendung.

Metallisch dichtende Klappen: wenn die Elastomerdichtung ausscheidet

Sobald Temperatur, Medium oder Brandschutzanforderung die Auskleidung ausschließen, dichtet Metall gegen Metall – je nach Ausführung mit einem eingelegten Dichtring aus Edelstahl, mit Graphit oder mit einer Kombination aus beidem. Der Vorteil liegt auf der Hand: Die Armatur verträgt Temperaturen, bei denen jedes Elastomer längst verkohlt wäre, und sie ist im Brandfall berechenbar. In Rauchgas-, Heißluft- und Prozessgasleitungen ist sie ohne Alternative; unsere Drossel- und Regelklappen decken diesen Bereich von DN 50 bis DN 3000 und bis zu Mediumstemperaturen von 1000 °C ab, mit runden und rechteckigen Gehäusen und nach lufttechnischer Norm DIN 24152.

Der Preis ist die Restleckage. „Metallisch dichtend“ heißt nicht „blasendicht“, sondern eine definierte Leckrate – klassisch Klasse IV bis V, bei sorgfältig gepaarten Sitzflächen und dreifach exzentrischer Geometrie auch besser. Wer eine Anlage plant, muss diese Restmenge im Konzept haben: bei einem Sicherheitsabsperrorgan ist sie zulässig, bei einer Trennstelle vor einer Instandhaltungsarbeit nicht. Für die zweite Aufgabe braucht es entweder eine doppelte Absperrung mit Zwischenentlüftung oder eine Armatur mit nachweislicher Dichtheitsklasse.

Ein zweiter Punkt betrifft die Wärmedehnung. Sitz und Scheibe müssen über den gesamten Temperaturbereich zueinander passen; bei stark wechselnden Temperaturen ist die Werkstoffpaarung deshalb kein Detail, sondern die eigentliche Konstruktionsentscheidung. Gehäusewerkstoffe wie 13CrMo44 oder G17CrMo5-5 sind genau für diesen Betrieb gedacht und nicht dafür, dass sie im Datenblatt gut aussehen.

Exzentrisch, doppelt- und dreifachexzentrisch: was der Versatz bewirkt

Die Exzentrizität ist der eigentliche Hebel, mit dem sich Standzeit und Differenzdruckfähigkeit einer Klappe verändern lassen. Sie beschreibt, wie weit die Wellenachse aus der Dichtebene und aus der Rohrachse herausgerückt ist.

Einfach exzentrisch bedeutet: Die Welle sitzt hinter der Dichtebene. Die Scheibe hebt beim Öffnen sofort vom Sitz ab, statt über die gesamte Dichtfläche zu schleifen. Schon dieser eine Versatz verlängert die Standzeit spürbar und senkt das Reibmoment.

Doppelexzentrisch heißt: zusätzlich ist die Wellenachse seitlich gegenüber der Rohrmitte versetzt. Damit entsteht ein Nockeneffekt – die Scheibe schwenkt aus dem Sitz heraus und wird beim Schließen erst auf den letzten Winkelgraden angelegt. Diese Bauform ist der Arbeitspferd-Typ für höhere Differenzdrücke, viele Schaltspiele und Temperaturen jenseits der Elastomergrenze.

Dreifach exzentrisch ergänzt eine dritte Größe: Die Sitzfläche ist konisch geneigt, Dicht- und Rotationsachse fallen nicht mehr zusammen. Das Ergebnis ist ein praktisch reibungsfreies Schließen – die Scheibe legt sich wie ein Kegel in den Sitz, ohne über ihn hinwegzugleiten. Diese Klappen erreichen metallisch dichtend sehr niedrige Leckraten, sind feuersicher ausführbar und dicht in beide Richtungen. In Dampf-, Heißöl- und Prozessgasleitungen sind sie der übliche Ersatz für den Keilschieber, wenn Baulänge und Gewicht zum Thema werden. Für Sonderfälle gibt es darüber hinaus vierfach exzentrische Ausführungen mit asymmetrischem Dichtring.

Als grobe Zuordnung, die im Anlagenalltag trägt: Bis rund 130 °C, moderatem Differenzdruck und Wasser als Medium ist die weichdichtende zentrische Klappe die wirtschaftlichste Lösung. Darüber, bei häufigem Schalten oder bei Feststoffanteil, beginnt der Bereich der doppelexzentrischen Bauform. Wo gleichzeitig hohe Temperatur, hohe Dichtheit und bidirektionale Absperrung gefordert sind, führt kein Weg an der dreifach exzentrischen Klappe vorbei.

Einbauart: Zwischenflansch, Anflansch, Doppelflansch oder Anschweißenden

Die zweite Auswahlachse hat mit dem Dichtsystem nichts zu tun und wird trotzdem oft nebenbei entschieden. Lieferbar sind alle vier gängigen Ausführungen: Zwischenflansch (wafer), Anflansch (lug), Doppelflansch und Anschweißenden.

• Zwischenflansch (wafer): kürzeste Baulänge, geringstes Gewicht, günstigste Variante. Die Klappe wird zwischen zwei Rohrflansche geklemmt und von durchgehenden Schrauben gehalten. Voraussetzung: Beide Leitungsseiten sind gehalten, denn die Armatur trägt selbst nichts.
• Anflansch (lug): Das Gehäuse hat Gewindeaugen, die Schrauben greifen von beiden Seiten getrennt an. Damit lässt sich eine Leitungsseite demontieren, während die andere unter Druck bleibt – die klassische Endabschluss-Situation vor einem Apparat oder einer Reservepumpe.
• Doppelflansch: eigene, voll ausgeführte Flansche am Gehäuse. Die stabilste Variante, üblich bei großen Nennweiten, hohen Druckstufen und überall dort, wo Schwingungen oder Rohrkräfte zu erwarten sind.
• Anschweißenden: dort, wo Flanschverbindungen als potenzielle Leckstelle unerwünscht sind – hohe Temperatur, hoher Druck, Prozessgas.

Eine Einschränkung, die regelmäßig übersehen wird: Nicht jede Klappe ist für den Endabschluss zugelassen, auch nicht jede Anflanschausführung. Ob die Auskleidung im offenen Endzustand den vollen Betriebsdruck gegen die Umgebung hält, steht im Datenblatt der jeweiligen Bauart und ist keine Frage der Einbauart allein. Wer eine Klappe als letzte Armatur vor dem offenen Flansch einsetzt, sollte diesen Punkt aktiv abklären.

Antrieb und Einbaulage: die zwei Punkte, die im Betrieb wehtun

Beim Antrieb gilt die einfache Regel: bis etwa DN 200 Handhebel, darüber Schneckengetriebe, und sobald ferngesteuert oder häufig geschaltet wird, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch. Ausgelegt wird nicht nach Nennweite, sondern nach dem tatsächlichen Drehmoment über den gesamten Winkelbereich – Losbrechmoment, Dichtmoment und dynamisches Moment aus der Anströmung, jeweils beim ungünstigsten Differenzdruck und mit Sicherheitszuschlag. Bei weichdichtenden Klappen liegt das Losbrechmoment deutlich höher als bei metallisch dichtenden; ein Antrieb, der nach der Tabelle für die metallische Variante gewählt wurde, bleibt an der Elastomerdichtung hängen. Hat die Armatur eine Sicherheitsfunktion, gehört eine definierte Sicherheitsstellung dazu – Federrückstellung beim pneumatischen Antrieb oder eine gleichwertige Lösung beim elektrischen.

Die Einbaulage ist der zweite Punkt. Die Welle liegt möglichst waagrecht, die Scheibe öffnet nach unten. So sammeln sich Feststoffe und Kondensat nicht auf der unteren Wellendurchführung, und die Lagerbelastung verteilt sich gleichmäßiger. Ebenso wichtig ist die Beruhigungsstrecke: Mindestens fünf Nennweiten gerades Rohr vor der Klappe verhindern eine schiefe Anströmung. Fehlt diese Strecke, steigt das dynamische Moment, die Scheibe beginnt zu schwingen, und bei Drosselbetrieb wird das Regelverhalten unbrauchbar. Eine Absperrklappe unmittelbar hinter einer Pumpe anzudrosseln ist die zuverlässigste Methode, eine neue Armatur innerhalb einer Saison zu ruinieren. Wenn Sie unsicher sind, ob die vorhandene Rohrführung das hergibt, prüfen wir das im Rahmen unseres Services mit Ihnen durch.

Regelklappe statt Absperrklappe: wann die Entscheidung eine andere ist

Absperren und Drosseln sind zwei verschiedene Aufgaben, und eine Armatur, die für die eine gedacht ist, macht die andere schlecht. Eine Absperrklappe im teilgeöffneten Zustand erzeugt hohe örtliche Geschwindigkeiten an der Scheibenkante. Bei Flüssigkeiten folgt daraus Kavitation und Erosion an genau der Kante, die für die Dichtheit zuständig ist; bei Gasen Schallpegel und Schwingung. Die Armatur wird dabei nicht schlagartig zerstört, sondern verliert langsam ihre Dichtfunktion – und das fällt erst auf, wenn sie einmal wirklich schließen soll.

Für den Drosselbetrieb sind Scheibengeometrie, Lagerung und Antrieb anders ausgelegt, und die Klappe bekommt einen Stellungsregler statt eines Auf/Zu-Antriebs. Die Kennlinie einer Klappe verläuft im Bereich zwischen etwa 20 und 70 Grad Öffnungswinkel annähernd gleichprozentig; darüber wird sie flach, darunter unstetig. Welche Kennlinie zu welcher Regelaufgabe passt und warum die Ventilautorität dabei mehr zählt als das Datenblatt, haben wir im Beitrag Regelventil-Kennlinie: linear oder gleichprozentig? ausführlich behandelt. Geht es um kleine Nennweiten oder um sehr feine Regelaufgaben, ist ohnehin nicht die Klappe, sondern das Regelventil die passende Armatur.

Häufige Fragen zu Absperrklappen

Sind weichdichtende Absperrklappen dampftauglich?

Nein. Sattdampf bei 4 bar liegt bereits bei rund 152 °C und damit über der Dauergrenze jedes gängigen Auskleidungswerkstoffs. Dazu kommt der Kondensatschlag, der die Elastomerkante mechanisch angreift. In Dampfleitungen gehört eine metallisch dichtende, in der Regel doppelt oder dreifach exzentrische Klappe – oder, bei kleinen Nennweiten, ein Absperrventil.

Wie dicht ist „metallisch dichtend“ tatsächlich?

Das hängt von der Geometrie ab. Eine einfache metallische Sitzpaarung liegt typischerweise bei Leckrate IV bis V; dreifach exzentrische Ausführungen erreichen deutlich niedrigere Werte und sind in beide Richtungen dicht. Die Angabe gehört in die Anfrage, nicht in die Erwartung: „metallisch dichtend“ allein ist keine Dichtheitsklasse.

Zwischenflansch oder Anflansch – was ist beim Endabschluss zulässig?

Für einen Endabschluss brauchen Sie eine Ausführung, die auf einer Seite allein verschraubt werden kann, also in der Regel die Anflanschvariante – und zusätzlich eine Freigabe der Bauart für diesen Betriebsfall samt zulässigem Enddruck. Beides ist getrennt zu prüfen.

Kann eine Absperrklappe zur Regelung eingesetzt werden?

Gelegentliches Androsseln über kurze Zeiträume verträgt sie. Für den Dauerbetrieb in Teilstellung ist sie nicht ausgelegt – dafür gibt es Drossel- und Regelklappen mit angepasster Scheibengeometrie und Stellungsregler.

Welche Nennweiten und Druckstufen sind lieferbar?

Absperrklappen nach EN und ASME von DN 65 bis DN 2500 und von PN 10 bis PN 160, Drossel- und Regelklappen von DN 50 bis DN 3000 bis 1000 °C Mediumstemperatur, jeweils mit Handbetätigung oder mit elektrischem, pneumatischem oder hydraulischem Antrieb. Sonderausführungen fertigen die von uns vertretenen Hersteller auf Maß.

Fazit: die Entscheidung in drei Schritten

Die Auswahl einer Absperrklappe wird übersichtlich, wenn man sie in der richtigen Reihenfolge trifft. Erstens bestimmen Temperatur und Medium das Dichtsystem: weichdichtend, solange die Auskleidung den Dauerbetrieb sicher verträgt, sonst metallisch. Zweitens legen Differenzdruck, Schaltspielzahl und Dichtheitsanforderung die Exzentrizität fest – zentrisch, doppelt oder dreifach. Drittens ergeben sich Einbauart und Antrieb aus Rohrstatik, Demontagekonzept und Sicherheitsfunktion. Wer in dieser Reihenfolge vorgeht, landet selten bei der teuersten und nie bei der falschen Armatur.

Als Generalvertretung für Österreich führen wir die Fabrikate RTK Regeltechnik, HORA Holter Regelarmaturen, PERSTA Stahlarmaturen, RIFOX, IGEMA und Knippenburg und beliefern seit 2019 auch Südosteuropa. Schicken Sie uns Ihre Betriebsdaten – Medium, Temperatur, Differenzdruck, Nennweite, geforderte Leckrate und die vorhandene Rohrführung –, dann schlagen wir die passende Bauform vor, statt einen Katalogauszug zu verschicken. Die Übersicht der lieferbaren Absperrklappen zeigt vorab, was möglich ist.

Butterfly valve types: resilient seated, metal seated, double and triple offset

Butterfly valves look alike at first glance: a body, a disc, a shaft, a quarter turn. The differences sit in the seat system and in the shaft offset – and that is where it is decided whether a valve stays tight for ten years or has to be readjusted after two heating seasons. Resilient seated butterfly valves are the obvious choice in cooling and heating water circuits; in steam, hot gas or thermal oil they are out of the question. This article sorts the common types by what they actually withstand in service, and shows which body style and which actuator belong with them.

What sets a butterfly valve apart from a gate valve

A butterfly valve closes with a quarter turn, while a wedge gate valve needs many turns of the stem. That gives it the three advantages which make it almost unrivalled in large sizes: short face-to-face length, low weight, and an operating torque that grows more slowly with nominal size than the installation space of a gate valve does. From roughly DN 400 upwards this is no longer a matter of convenience but one of pipe support and installation cost.

The price is that the disc stays in the flow even when the valve is open. There is no full bore, therefore no pigging, and there is a permanent pressure drop that has to be accounted for in the system calculation. With clean media and moderate velocities this hardly matters; with solids-laden media or in lines that must be cleared it clearly argues for a gate valve. The available range sets the frame: butterfly valves to EN and ASME from DN 65 to DN 2500 and from PN 10 to PN 160, with bodies in EN-GJL-250, P250GH, GP240GH+N, 13CrMo44, G17CrMo5-5 or stainless steel. Within that frame it is not the size that determines the type, but the combination of temperature, differential pressure and required leakage rate.

Resilient seated valves: the concentric design

In a concentric valve the shaft axis, the disc centre and the pipe axis lie in one plane. The body is lined with an elastomer, and on closing the edge of the disc presses into that liner all around. The result is a valve that seals bubble-tight in both flow directions – leakage rate A to EN 12266-1 is the rule here, not the exception. That is precisely why resilient seated butterfly valves are so widespread in water and air service.

The limit is set by the liner material. EPDM covers cooling and heating water up to roughly 110 to 130 °C and resists water, glycol mixtures and many aqueous solutions, but not mineral oil. NBR tolerates oil but less temperature. FKM and PTFE go further up and cover more aggressive media, but cost considerably more and become brittle at low temperatures. Choosing the liner from the plant data sheet rather than from the price list saves the second purchase.

Two points are regularly underestimated. First the breakaway torque: the interference that produces tightness has to be overcome by the actuator on every opening, so resilient seated valves need noticeably more torque per nominal size than metal seated ones. Second, ageing: elastomers take a set when a valve stands closed for months, and they age faster when temperature peaks exceed the continuous limit. A valve running at 95 °C in summer and seeing 140 °C four times a year is not an EPDM application.

Metal seated valves: when an elastomer liner is ruled out

As soon as temperature, medium or fire safety rules out the liner, metal seals against metal – depending on the design with an inserted stainless steel seat ring, with graphite, or with a combination of both. The advantage is obvious: the valve tolerates temperatures at which any elastomer would long since have charred, and it behaves predictably in a fire. In flue gas, hot air and process gas lines it has no alternative; our throttling and control dampers cover this range from DN 50 to DN 3000 and up to media temperatures of 1000 °C, with round and rectangular bodies and to the ventilation standard DIN 24152.

The price is residual leakage. „Metal seated“ does not mean „bubble-tight“, it means a defined leakage rate – classically class IV to V, and better than that with carefully matched seating faces and triple offset geometry. Anyone planning a system has to allow for that residual flow: it is acceptable for a safety shut-off device, but not for an isolation point ahead of maintenance work. The second task requires either double block and bleed or a valve with a demonstrated tightness class.

A second point concerns thermal expansion. Seat and disc have to match across the whole temperature range, so with strongly cycling temperatures the material pairing is not a detail but the actual design decision. Body materials such as 13CrMo44 or G17CrMo5-5 exist for that duty, not to look good on a data sheet.

Single, double and triple offset: what the eccentricity does

Eccentricity is the real lever for changing the service life and differential pressure capability of a butterfly valve. It describes how far the shaft axis has been moved out of the sealing plane and out of the pipe axis.

Single offset means the shaft sits behind the sealing plane. The disc lifts off the seat immediately on opening instead of dragging across the whole seating face. This one offset alone lengthens service life noticeably and reduces friction torque.

Double offset adds a lateral displacement of the shaft axis relative to the pipe centre. That creates a cam effect – the disc swings out of the seat and is only laid onto it during the last few degrees of travel. This is the workhorse type for higher differential pressures, many operating cycles and temperatures beyond the elastomer limit.

Triple offset adds a third quantity: the seating face is conically inclined, so the sealing axis and the rotation axis no longer coincide. The result is practically friction-free closing – the disc settles into the seat like a cone instead of sliding over it. These valves achieve very low leakage rates while sealing metal to metal, can be supplied fire safe, and are tight in both directions. In steam, hot oil and process gas lines they are the usual replacement for the wedge gate valve when face-to-face length and weight become an issue. For special cases there are also quadruple offset designs with an asymmetric seat ring.

As a rough allocation that holds up in daily plant work: up to around 130 °C, moderate differential pressure and water as the medium, the resilient seated concentric valve is the most economical solution. Above that, with frequent operation or with solids content, the double offset range begins. Where high temperature, high tightness and bidirectional isolation are required at the same time, there is no way around the triple offset valve.

Body style: wafer, lug, double flanged or butt weld ends

The second selection axis has nothing to do with the seat system and is nevertheless often decided in passing. All four common designs are available: wafer, lug, double flanged and butt weld ends.

• Wafer: shortest face-to-face length, lowest weight, most economical version. The valve is clamped between two pipe flanges and held by through bolts. This requires both pipe sides to be supported, because the valve itself carries nothing.
• Lug: the body has threaded lugs, so the bolts engage separately from each side. One side of the line can then be dismantled while the other stays under pressure – the classic end-of-line situation ahead of a vessel or a standby pump.
• Double flanged: fully formed flanges on the body. The most stable version, usual in large sizes, at high pressure ratings and wherever vibration or pipe forces are expected.
• Butt weld ends: where flanged joints are unwanted as a potential leak path – high temperature, high pressure, process gas.

One restriction is regularly overlooked: not every valve is approved for end-of-line service, and neither is every lug version. Whether the liner will hold full working pressure against atmosphere in the open end condition is stated in the data sheet of the particular design and is not a question of body style alone.

Actuator and installation position

For the actuator the simple rule applies: hand lever up to about DN 200, gearbox above that, and as soon as remote or frequent operation is involved, electric, pneumatic or hydraulic. Sizing follows the actual torque across the whole travel – breakaway, seating and dynamic torque, each at the worst-case differential pressure and with a safety margin. On resilient seated valves the breakaway torque is considerably higher than on metal seated ones; an actuator selected from the metal seated table will stall on the elastomer seat. If the valve has a safety function, a defined fail-safe position belongs with it.

Installation position is the second point. The shaft should be horizontal and the disc should open downwards, so that solids and condensate do not collect on the lower shaft penetration and bearing loads are distributed more evenly. Equally important is the settling length: at least five nominal diameters of straight pipe ahead of the valve prevent an oblique approach flow. Without it, dynamic torque rises, the disc starts to flutter, and in throttling service the control behaviour becomes useless. Throttling a butterfly valve directly downstream of a pump is the most reliable way to ruin a new valve within one season. If you are unsure whether the existing pipe run allows it, we will go through it with you as part of our service.

Frequently asked questions

Are resilient seated butterfly valves suitable for steam? No. Saturated steam at 4 bar is already around 152 °C, above the continuous limit of every common liner material, and condensate-induced water hammer attacks the elastomer edge mechanically. Steam lines call for a metal seated, normally double or triple offset valve – or, in small sizes, a globe valve.

How tight is „metal seated“ in practice? That depends on the geometry. A simple metal seating pair is typically class IV to V; triple offset designs reach considerably lower values and seal in both directions. The figure belongs in the enquiry, not in the expectation.

Can a butterfly valve be used for control? Occasional throttling over short periods is acceptable. It is not designed for continuous part-open service; that is what throttling and control dampers with adapted disc geometry and a positioner are for.

Which sizes and pressure ratings are available? Butterfly valves to EN and ASME from DN 65 to DN 2500 and PN 10 to PN 160; throttling and control dampers from DN 50 to DN 3000 up to 1000 °C media temperature, each with hand operation or with electric, pneumatic or hydraulic actuators. Special designs are made to measure by the manufacturers we represent.

In short

Selecting a butterfly valve becomes straightforward once it is done in the right order. First, temperature and medium determine the seat system: resilient as long as the liner safely tolerates continuous duty, otherwise metal. Second, differential pressure, cycle count and tightness requirement fix the eccentricity – concentric, double or triple offset. Third, body style and actuator follow from pipe support, dismantling concept and safety function.

As the general agent for Austria we represent RTK Regeltechnik, HORA Holter Regelarmaturen, PERSTA Stahlarmaturen, RIFOX, IGEMA and Knippenburg, and we have supplied South-Eastern Europe since 2019. Send us your operating data – medium, temperature, differential pressure, nominal size, required leakage rate and the existing pipe run – and we will propose the appropriate type instead of sending a catalogue extract. The overview of available butterfly valves shows in advance what is possible.

Die Frage nach der richtigen Regelventil-Kennlinie wird in der Praxis oft am falschen Ort beantwortet: im Datenblatt. Dort steht, welche Kennlinien lieferbar sind – linear, gleichprozentig, gelegentlich auf/zu. Was dort nicht steht, ist die einzige Angabe, die die Entscheidung tatsächlich trägt: wie viel Druckdifferenz Ihr Ventil im geöffneten Zustand gegenüber der übrigen Anlage übrig behält. Genau daran entscheidet sich, ob Ihr Regelkreis über den gesamten Lastbereich sauber arbeitet oder ob er im Teillastbereich pendelt und der Sitz nach zwei Jahren ausgewaschen ist.

Was die Kennlinie eines Regelventils überhaupt beschreibt

Die inhärente Kennlinie beschreibt den Zusammenhang zwischen Hub und Durchflusskoeffizient bei konstanter Druckdifferenz über dem Ventil. Sie ist eine Labor­eigenschaft, ermittelt am Prüfstand, und sie hängt allein von der Geometrie der Drosselstelle ab – von der Form des Kegels, der Anordnung der Bohrungen im Käfig, dem Profil der Sitzkante.

Im Anlagenbetrieb sehen Sie diese Kennlinie nie. Sobald das Ventil öffnet, steigt der Durchfluss, mit dem Durchfluss steigen die Druckverluste in Rohrleitung, Wärmetauscher und Armaturen, und die Druckdifferenz über dem Ventil sinkt. Was am Stellungsregler ankommt, ist die Betriebskennlinie – die inhärente Kennlinie, verformt durch die Anlage. Die Auswahl der Kennlinie ist deshalb kein ästhetisches Detail, sondern eine Vorwärtskorrektur: Sie wählen die Verformung, die die Anlage ohnehin erzeugen wird, im Voraus gegen.

Das Ziel ist in fast allen Fällen dasselbe: eine möglichst gerade Betriebskennlinie. Der Regler soll bei zwanzig Prozent Stellsignal ungefähr denselben Durchflusszuwachs bewirken wie bei achtzig. Nur dann bleibt die Kreisverstärkung über den Lastbereich konstant, und nur dann lässt sich der Regelkreis in einem Betriebspunkt parametrieren, ohne im anderen instabil zu werden.

Linear oder gleichprozentig: der Unterschied in einem Satz

Bei der linearen Kennlinie ist der Durchflusszuwachs je Hubeinheit konstant. Zehn Prozent mehr Hub bedeuten am unteren wie am oberen Ende dieselbe absolute Zunahme des Kv-Wertes.

Bei der gleichprozentigen Kennlinie ist der Zuwachs relativ konstant. Zehn Prozent mehr Hub bedeuten am unteren wie am oberen Ende dieselbe prozentuale Zunahme – also absolut wenig, solange das Ventil fast geschlossen ist, und absolut viel, wenn es weit offen steht. Genau dieses Verhalten kompensiert die anlagenseitige Verformung: Dort, wo die Anlage dem Ventil Druckdifferenz wegnimmt, hat die gleichprozentige Kennlinie ihre steile Flanke.

Daraus folgt die Faustregel, die in vielen Köpfen als Regel ohne Begründung überlebt hat: Wo das Ventil den überwiegenden Teil des Anlagendruckverlusts trägt, ist linear richtig. Wo es nur einen kleinen Teil trägt, ist gleichprozentig richtig. Die Größe, die den Übergang beschreibt, heißt Ventilautorität.

Die Ventilautorität entscheidet, nicht das Bauchgefühl

Die Ventilautorität ist das Verhältnis der Druckdifferenz über dem vollständig geöffneten Ventil zur Druckdifferenz über dem gesamten Regelkreis bei demselben Durchfluss. Ein Ventil, das im offenen Zustand die Hälfte des Gesamtdruckverlusts aufnimmt, hat eine Autorität von 0,5.

• Autorität ab etwa 0,5: Die Anlage verformt die Kennlinie kaum. Eine lineare inhärente Kennlinie ergibt eine annähernd lineare Betriebskennlinie.
• Autorität zwischen 0,3 und 0,5: Grenzbereich. Beides ist vertretbar, die gleichprozentige Ausführung ist meist die robustere Wahl.
• Autorität unter 0,3: Die Anlage dominiert. Eine lineare Kennlinie ergibt eine Betriebskennlinie, die im ersten Drittel des Hubs bereits siebzig Prozent des Durchflusses freigibt – der Regelkreis wird im Teillastbereich unbrauchbar. Gleichprozentig ist hier nicht Geschmackssache, sondern Voraussetzung.

Die Autorität ist keine Eigenschaft des Ventils, sondern eine Eigenschaft der Anlage samt Ventil. Sie lässt sich nicht aus dem Katalog ablesen und auch nicht nachträglich verbessern, ohne die Auslegung anzufassen. Wer sie in der Planungsphase nicht ermittelt, entscheidet die Kennlinienfrage faktisch per Zufall. Bei den Regelventilen aus unserem Programm lässt sich der Kegel bei den meisten Baureihen tauschen – die Korrektur ist also möglich, sie kostet aber Stillstand.

Wann die lineare Kennlinie die richtige Wahl ist

Linear passt überall dort, wo die Druckdifferenz über dem Ventil während des Betriebs weitgehend konstant bleibt. Das ist typischerweise der Fall bei Füllstandsregelungen, bei denen das Ventil gegen einen nahezu konstanten Behälterdruck arbeitet, und bei Durchflussregelungen in kurzen, druckverlustarmen Strecken, in denen das Ventil selbst die maßgebliche Drosselstelle ist.

Ein zweiter Fall wird oft übersehen: die Regelung auf ein Signal, das ohnehin schon linearisiert ist. Wenn ein Durchflussmesser als Führungsgröße dient und der Sollwert in Kubikmetern je Stunde vorgegeben wird, arbeitet der Kreis auf einer linearen Skala. Eine gleichprozentige Kennlinie legt darüber eine zweite Nichtlinearität, die niemand braucht.

Auch für Anwendungen mit sehr kleinen Stellbereichen ist linear meist die einfachere Lösung. Wo ohnehin nur zwischen vierzig und sechzig Prozent Hub gefahren wird, spielt die Form der Kennlinie eine untergeordnete Rolle – dann zählen Auflösung, Hysterese und die Qualität des Stellungsreglers mehr als die Kennlinienform.

Wann die gleichprozentige Kennlinie die richtige Wahl ist

Gleichprozentig ist die richtige Wahl, wo der Druckverlust der Anlage mit dem Durchfluss deutlich ansteigt. Das klassische Beispiel ist die Temperaturregelung an einem Wärmetauscher: Der Tauscher selbst erzeugt einen quadratisch mit dem Durchfluss steigenden Widerstand, das Ventil verliert bei zunehmender Öffnung laufend Autorität. Ohne gleichprozentige Kennlinie regelt ein solcher Kreis im oberen Lastbereich träge und im unteren viel zu scharf.

Dasselbe gilt für lange Rohrleitungen, für Kreise mit mehreren in Reihe liegenden Armaturen und für Umformstationen, in denen neben dem Regelventil noch Kühlwassereinspritzung, Drosselstrecke und Schalldämpfer Druck aufnehmen. Auch bei Drossel- und Regelklappen stellt sich die Frage in derselben Form: Die Klappe hat von Haus aus eine Kennlinie, die zwischen linear und gleichprozentig liegt und im letzten Öffnungsdrittel stark abflacht – ein Grund, Klappen in Regelaufgaben nicht über etwa siebzig Grad Öffnungswinkel zu fahren.

Ein praktischer Nebeneffekt spricht ebenfalls für gleichprozentig: Im unteren Hubbereich bewegt sich der Kegel bei kleinen Durchflussänderungen weiter vom Sitz weg als bei einer linearen Ausführung. Das schont die Sitzkante genau dort, wo die Strömungs­geschwindigkeiten am höchsten sind und Erosion am schnellsten Schaden anrichtet.

Der häufigste Fehler in der Praxis: das Ventil ist zu groß

In der überwiegenden Zahl der Fälle, in denen ein Regelkreis nicht sauber läuft, ist die Kennlinie nicht das eigentliche Problem. Das Ventil ist schlicht zu groß ausgelegt. Sicherheitszuschläge auf den berechneten Kvs-Wert summieren sich: einer vom Verfahrenstechniker, einer vom Planer, einer vom Lieferanten, der die nächstgrößere Nennweite anbietet, weil sie lagernd ist.

Das Ergebnis ist ein Ventil, das im Auslegungspunkt bei fünfzehn Prozent Hub steht. Dort ist jede Kennlinie steil, die Auflösung des Antriebs am schlechtesten und die Strömungs­geschwindigkeit an der Drosselstelle am höchsten. Kavitation, Geräuschentwicklung und Sitzverschleiß folgen zwangsläufig. Eine gleichprozentige Kennlinie mildert die Symptome, sie beseitigt die Ursache nicht.

Die belastbare Kennzahl dafür ist das Stellverhältnis: das Verhältnis zwischen größtem und kleinstem regelbarem Kv-Wert. Übliche Werte liegen bei 30:1 bis 50:1, bei Käfigventilen auch darüber. Wer ein Ventil so auslegt, dass der kleinste Betriebspunkt unterhalb dieses Verhältnisses liegt, regelt dort nicht mehr, sondern schaltet. Prüfen Sie den kleinsten zu erwartenden Lastfall – nicht nur den Auslegungsfall.

Kennlinienkorrektur im Stellungsregler: Hilfe oder Notnagel?

Moderne Stellungsregler können die Kennlinie elektronisch verbiegen. Aus einem linearen Ventil lässt sich per Kennlinientabelle ein näherungsweise gleichprozentiges machen und umgekehrt. Das ist eine sinnvolle Möglichkeit – und eine gefährliche Verlockung.

Sinnvoll ist sie, wenn sich die Anlage nach der Inbetriebnahme anders verhält als berechnet und ein Kegeltausch unverhältnismäßig wäre. Sie ist auch das Mittel der Wahl, wenn ein und dasselbe Ventil in unterschiedlichen Betriebsarten gefahren wird.

Gefährlich wird sie, wenn sie ein falsch dimensioniertes Ventil kaschiert. Die Korrektur ändert nichts an der mechanischen Auflösung des Antriebs, nichts an der Strömungs­geschwindigkeit im Sitz und nichts an der Kavitationsneigung. Ein Ventil, das bei fünfzehn Prozent Hub arbeitet, arbeitet auch nach der Korrektur bei fünfzehn Prozent Hub – die Anzeige in der Warte sieht nur besser aus. Wenn Sie eine solche Korrektur in einer bestehenden Anlage vorfinden, lohnt der Blick auf das Auslegungsblatt: Häufig steht dort die eigentliche Antwort.

Häufige Fragen zur Kennlinie von Regelventilen

Kann ich die Kennlinie eines vorhandenen Ventils ändern?

In den meisten Fällen ja. Bei Sitz-Kegel-Ventilen wird der Kegel getauscht, bei Käfigventilen die Käfiggarnitur. Beides setzt voraus, dass die Baureihe entsprechende Garnituren vorsieht und dass die Armatur zugänglich ist. Der Aufwand ist überschaubar, der Stillstand ist es meist nicht – deshalb gehört die Entscheidung in die Planung und nicht in die Inbetriebnahme. Unsere Serviceabteilung übernimmt Umbau und anschließende Einstellung des Stellungsreglers vor Ort.

Welche Kennlinie brauche ich bei Dampf?

Die Frage lässt sich nicht über das Medium beantworten, sondern nur über die Druckverhältnisse. Bei Dampfanwendungen mit hohem Druckgefälle und kritischer Strömung ist die Autorität oft hoch, dann ist linear vertretbar. Sobald jedoch eine Umformstation mit Einspritzkühlung und Nachschaltdrossel dahinterliegt, verschiebt sich das Bild deutlich in Richtung gleichprozentig.

Was ist mit auf/zu-Anwendungen?

Dort spielt die Kennlinie keine Rolle, weil nur zwei Stellungen gefahren werden. Entscheidend sind Stellzeit, Dichtheitsklasse und die Frage, ob im Störfall geöffnet oder geschlossen werden muss. Für sicherheitsrelevante Abschaltungen sind ohnehin eigene Bauarten vorgesehen – siehe unsere Sicherheits- und Schnellschlussventile.

Woher bekomme ich die Werte für die Autoritätsberechnung?

Aus dem Anlagenschema und der Druckverlustrechnung des Planers. Fehlen sie, lassen sie sich im Betrieb messen: Differenzdruck über dem Ventil bei bekanntem Durchfluss, einmal bei kleiner und einmal bei großer Last. Zwei Messpunkte genügen für eine belastbare Abschätzung.

Fazit

Die Wahl zwischen linear und gleichprozentig ist keine Frage der Vorliebe und auch keine Frage des Mediums. Sie ergibt sich aus der Ventilautorität, und die ergibt sich aus der Anlage. Ermitteln Sie die Autorität im Auslegungspunkt, prüfen Sie zusätzlich den kleinsten zu erwartenden Lastfall gegen das Stellverhältnis, und wählen Sie die Kennlinie erst dann. Ein Ventil in der richtigen Nennweite mit der passenden Kennlinie regelt über Jahre unauffällig. Ein zu großes Ventil mit korrigierter Kennlinie beschäftigt Sie dauerhaft.

Wenn Sie bei einer konkreten Auslegung unsicher sind, rechnen wir sie mit Ihnen durch – mit den Fabrikaten, die wir für Österreich vertreten, und mit Blick darauf, was sich im Bestand tatsächlich tauschen lässt.

Control valve characteristics: linear or equal percentage?

The question of the right control valve characteristic is usually answered in the wrong place: the data sheet. A data sheet tells you which characteristics are available – linear, equal percentage, occasionally on/off. What it does not tell you is the one figure the decision actually rests on: how much differential pressure your valve retains, when fully open, compared with the rest of the system. That figure determines whether your control loop behaves across the full load range or hunts at part load and washes out the seat within two years.

What the characteristic actually describes

The inherent characteristic describes the relationship between travel and flow coefficient at constant differential pressure across the valve. It is a laboratory property, measured on a test bench, and it depends solely on the geometry of the throttling element – the shape of the plug, the arrangement of the ports in the cage, the profile of the seat edge.

You never see that characteristic in service. As soon as the valve opens, flow rises; with flow, the pressure losses in piping, heat exchanger and fittings rise; and the differential pressure across the valve falls. What reaches the positioner is the installed characteristic – the inherent characteristic, distorted by the system. Selecting a characteristic is therefore not a cosmetic detail but a feed-forward correction: you pre-compensate the distortion the system is going to introduce anyway.

In nearly every case the objective is the same: an installed characteristic as straight as possible. A twenty per cent control signal should produce roughly the same increase in flow as an eighty per cent one. Only then does loop gain stay constant across the load range, and only then can the loop be tuned at one operating point without becoming unstable at another.

Linear versus equal percentage in one sentence

With a linear characteristic, the increase in flow per unit of travel is constant. Ten per cent more travel produces the same absolute increase in Kv at the bottom of the stroke as at the top.

With an equal percentage characteristic, the increase is relatively constant. Ten per cent more travel produces the same percentage increase at both ends – which means very little in absolute terms while the valve is nearly closed, and a great deal once it is well open. That behaviour is exactly what compensates the distortion introduced by the system: where the system takes differential pressure away from the valve, the equal percentage curve has its steep flank.

Valve authority decides, not intuition

Valve authority is the ratio of the differential pressure across the fully open valve to the differential pressure across the entire control loop at the same flow rate. A valve that absorbs half of the total pressure drop when open has an authority of 0.5.

• Authority of roughly 0.5 and above: the system barely distorts the curve. A linear inherent characteristic produces an approximately linear installed characteristic.
• Authority between 0.3 and 0.5: a grey area. Either works; equal percentage is usually the more robust choice.
• Authority below 0.3: the system dominates. A linear characteristic will release seventy per cent of the flow within the first third of travel, and the loop becomes unusable at part load. Equal percentage is not a preference here, it is a prerequisite.

Authority is not a property of the valve but of the system including the valve. It cannot be read from a catalogue and cannot be improved afterwards without touching the sizing. On most of the control valve series we supply the plug can be exchanged, so a correction is possible – but it costs downtime.

When a linear characteristic is the right choice

Linear suits every application in which the differential pressure across the valve stays largely constant during operation. That is typically the case for level control, where the valve works against a nearly constant vessel pressure, and for flow control in short, low-loss runs where the valve itself is the dominant restriction.

A second case is often overlooked: control on a signal that has already been linearised. Where a flow meter provides the measured variable and the set point is given in cubic metres per hour, the loop already works on a linear scale. An equal percentage characteristic simply adds a second non-linearity that nobody needs.

Linear is also the simpler answer for very narrow operating ranges. Where a valve only ever moves between forty and sixty per cent travel, the shape of the curve matters far less than resolution, hysteresis and the quality of the positioner.

When an equal percentage characteristic is the right choice

Equal percentage is right wherever the pressure loss of the system rises significantly with flow. The classic example is temperature control on a heat exchanger: the exchanger itself creates a resistance rising roughly with the square of the flow, so the valve continuously loses authority as it opens. Without an equal percentage curve, such a loop responds sluggishly at high load and far too sharply at low load.

The same applies to long pipe runs, to loops with several fittings in series, and to conditioning stations where spray water injection, a downstream restriction and a silencer all absorb pressure alongside the control valve. With butterfly and control discs the question takes the same form: a disc has an inherent curve somewhere between linear and equal percentage that flattens noticeably in the last third of its travel – one good reason not to operate discs beyond roughly seventy degrees of opening in a control duty.

There is a practical side effect in favour of equal percentage as well. In the lower range of travel, the plug moves further away from the seat for a given change in flow than it would with a linear trim. That protects the seat edge exactly where velocities are highest and erosion does damage fastest.

The most common mistake in practice: the valve is oversized

In the majority of cases where a control loop misbehaves, the characteristic is not the real problem. The valve is simply too large. Safety margins on the calculated Kvs add up: one from process engineering, one from the planner, one from the supplier who offers the next nominal size up because it is in stock.

The result is a valve sitting at fifteen per cent travel at its design point. There, every characteristic is steep, actuator resolution is at its worst and velocity at the throttling point is at its highest. Cavitation, noise and seat wear follow inevitably. An equal percentage curve softens the symptoms; it does not remove the cause.

The meaningful figure here is rangeability: the ratio between the largest and the smallest controllable Kv. Typical values run from 30:1 to 50:1, and higher for cage-guided designs. If you size a valve so that its lowest operating point falls below that ratio, it no longer controls at that point – it switches. Check the smallest load case you expect, not only the design case.

Characterisation in the positioner: help or crutch?

Modern positioners can reshape the characteristic electronically. A linear valve can be made to behave approximately equal percentage through a characterisation table, and the other way round. That is a genuinely useful option – and a dangerous temptation.

It is useful when the system behaves differently after commissioning than it did on paper, and exchanging the plug would be disproportionate. It is also the right tool when one valve has to serve several operating modes.

It becomes dangerous when it masks a wrongly sized valve. Characterisation changes nothing about the mechanical resolution of the actuator, nothing about velocity in the seat and nothing about the tendency to cavitate. A valve working at fifteen per cent travel still works at fifteen per cent travel afterwards – only the display in the control room looks better. If you find such a correction in an existing plant, it is worth looking at the sizing sheet: the real answer is often there.

Frequently asked questions

Can the characteristic of an existing valve be changed?

In most cases, yes. On globe valves the plug is exchanged, on cage-guided valves the cage trim. Both assume the series offers suitable trim and that the valve is accessible. The work itself is manageable; the shutdown usually is not – which is why the decision belongs in the design phase rather than in commissioning. Our service department carries out the conversion and the subsequent positioner setup on site.

Which characteristic do I need for steam?

That cannot be answered by the medium, only by the pressure conditions. In steam applications with a high pressure drop and critical flow, authority is often high and linear is defensible. As soon as a conditioning station with spray water injection and a downstream restriction sits behind the valve, the picture shifts clearly towards equal percentage.

What about on/off duties?

There the characteristic is irrelevant, because only two positions are used. What matters is stroking time, seat leakage class and whether the valve must open or close on failure. Safety-related shut-off has its own designs in any case – see our safety and quick-closing valves.

Where do I get the figures for the authority calculation?

From the plant diagram and the planner’s pressure loss calculation. If they are missing, they can be measured in service: differential pressure across the valve at a known flow rate, once at low and once at high load. Two measuring points are enough for a sound estimate.

Conclusion

Choosing between linear and equal percentage is not a matter of preference, nor is it a matter of the medium. It follows from valve authority, and authority follows from the system. Determine the authority at the design point, check the smallest expected load case against rangeability as well, and only then select the characteristic. A valve of the right size with a suitable characteristic controls quietly for years. An oversized valve with a corrected characteristic will keep you busy indefinitely.

If you are unsure about a specific sizing, we will work through it with you – using the brands we represent in Austria, and with an eye on what can realistically be exchanged in an existing installation.

Bei der Kondensatableiter-Auswahl geht es selten um den Ableiter selbst. Es geht darum, welchen Fehler man sich im laufenden Betrieb leisten will: Ein Ableiter, der zu früh öffnet, bläst Frischdampf ins Kondensatnetz und verbrennt Geld rund um die Uhr. Ein Ableiter, der zu spät öffnet, staut Kondensat im Wärmetauscher und kostet Leistung, im schlimmsten Fall die Armatur oder das Rohr. Beide Fehler entstehen nicht im Betrieb, sondern bei der Auswahl. Dieser Beitrag geht die fünf Bauarten durch, ordnet sie den typischen Einsatzstellen zu und benennt die Fehler, die in Dampfanlagen am häufigsten vorkommen.

Kondensatableiter-Auswahl: die Aufgabe genau formuliert

Ein Kondensatableiter hat drei Aufgaben gleichzeitig zu erfüllen, und sie widersprechen einander teilweise: Er soll Kondensat abführen, sobald es anfällt, er soll Luft und nicht kondensierbare Gase abführen, und er soll Frischdampf zurückhalten. Jede Bauart löst diesen Zielkonflikt anders, und genau darin liegt die Auswahl.

Vier Angaben braucht es dafür: den Kondensatanfall in Kilogramm pro Stunde, den Differenzdruck über dem Ableiter im ungünstigsten Betriebspunkt, den Gegendruck aus dem Kondensatnetz und die Betriebsart der Verbraucherstelle – konstant oder moduliert. Wer diese vier Werte hat, kommt in den meisten Fällen ohne Diskussion zur richtigen Bauart.

Die fünf Bauarten und wie sie arbeiten

Das Programm der Kondensattechnik der Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. deckt fünf Prinzipien ab. Sie unterscheiden sich darin, woran sie erkennen, dass Kondensat ansteht:

• Schwimmer-Kondensatableiter erkennen den Füllstand mechanisch. Sie leiten stufenlos und sofort ab, ohne Kondensatstau, und arbeiten unabhängig von Druck- und Lastschwankungen. Mit einer thermischen Entlüftung kombiniert sind sie die vielseitigste Bauart.
• Thermodynamische Kondensatableiter nutzen den Druckunterschied, den nachverdampfendes Kondensat an einer Scheibe erzeugt. Sie sind robust, klein, unempfindlich gegen Frost und Wasserschläge – arbeiten aber taktend und brauchen einen Mindestdifferenzdruck.
• Düsen-Kondensatableiter haben kein bewegtes Teil. Eine kalibrierte Düse lässt Kondensat durch, während Dampf durch seine geringere Dichte drosselt. Sie sind extrem verschleißarm, verlangen aber einen weitgehend konstanten Kondensatanfall.
• Bimetall-Kondensatableiter messen die Temperatur. Sie stauen Kondensat bewusst auf, bis es unter Dampftemperatur abgekühlt ist, und nutzen so einen Teil der fühlbaren Wärme. Robust, druckunabhängig einstellbar, gut geeignet für Begleitheizungen.
• Kapsel-Kondensatableiter arbeiten ebenfalls temperaturgesteuert, aber mit einer gefüllten Membrankapsel, die schneller und näher an der Sättigungslinie reagiert. Sie sind kompakt, entlüften sehr gut und eignen sich für kleine bis mittlere Mengen.

Ergänzt wird das Programm um Feintrockner und Feinfilter, Entlüftungsautomaten, Kondensatheber und Kondensatkompensatoren – Bauteile, die in der Planung gern vergessen und im Betrieb schmerzlich vermisst werden.

Wo welche Bauart hingehört

Die Zuordnung nach Einsatzstelle führt in der Praxis schneller zum Ziel als der Vergleich technischer Daten:

• Wärmetauscher mit modulierender Regelung – Schwimmer-Kondensatableiter mit Entlüftung. Alles andere staut.
• Dampfnetz-Entwässerung, Verteiler, Sammelleitungen – thermodynamisch, wenn der Differenzdruck reicht; sonst Schwimmer.
• Begleitheizungen und Trassen – Bimetall. Der bewusste Kondensatstau ist hier ein Vorteil, weil er die fühlbare Wärme mitnutzt.
• Kleine Verbraucher, Heizregister, Sterilisatoren – Kapsel. Kompakt, gute Entlüftung, schnelle Reaktion.
• Gleichmäßige Grundlast rund um die Uhr – Düse. Kein bewegtes Teil, kein Verschleiß, aber nur bei stabilem Anfall.

Diese Liste ersetzt keine Auslegung, aber sie schließt die meisten Fehlgriffe schon aus, bevor gerechnet wird.

Der Sonderfall: modulierend geregelte Wärmetauscher

Ein Wärmetauscher, dessen Dampfzufuhr über ein Regelventil moduliert wird, fährt bei Teillast in den Bereich, in dem der Dampfdruck im Mantel unter den Gegendruck des Kondensatnetzes sinkt. Der Ableiter kann dann nicht mehr abführen, obwohl er einwandfrei arbeitet – es fehlt schlicht das Druckgefälle. Das Kondensat staut sich, die Wärmeübertragungsfläche wird kleiner, die Regelung fährt gegen den Effekt an, und das Ganze schaukelt sich auf. In der Fachliteratur läuft das unter Kondensatstau; spürbar wird es als schwankende Vorlauftemperatur und als Schläge im Tauscher.

Die Lösung ist kein anderer Ableiter, sondern ein Kondensatheber oder eine drucklose Entspannung mit anschließender Pumpe. Wer an dieser Stelle nur die Bauart tauscht, verschiebt das Problem. Wer die Anlage von Beginn an mit Blick auf den ungünstigsten Teillastpunkt auslegt, hat es nicht.

Auslegung: Kondensatanfall, Differenzdruck, Sicherheitsfaktor

Der Kondensatanfall wird für zwei Zustände gerechnet: den Anfahrbetrieb und den Beharrungsbetrieb. Beim Anfahren fällt ein Vielfaches der Betriebsmenge an, weil die gesamte Masse des Apparats und der Rohrleitung auf Temperatur zu bringen ist. Wer nur den Beharrungsbetrieb auslegt, hat eine Anlage, die morgens eine Stunde braucht, bis sie läuft.

Der Differenzdruck ist der Druck vor dem Ableiter minus dem Gegendruck dahinter – im ungünstigsten Betriebspunkt, nicht im Auslegungspunkt. Genau hier entsteht der häufigste Rechenfehler: Gerechnet wird mit dem Kesseldruck, tatsächlich steht am Ableiter nach Regelventil, Rohrleitung und Verbraucher deutlich weniger an.

Beim Sicherheitsfaktor gilt Maß: Das Übliche liegt je nach Anwendung beim Zwei- bis Dreifachen des Beharrungsanfalls. Deutlich mehr ist kein zusätzlicher Schutz, sondern eine Überdimensionierung, die bei taktenden Bauarten zu unnötigem Dampfverlust und bei allen Bauarten zu unruhigem Lauf führt.

Gegendruck und Kondensatrückführung

Kondensat ist aufbereitetes, heißes Wasser – es gehört zurück in den Kessel. Die Rückführung erzeugt aber Gegendruck, und der schränkt jede Bauart unterschiedlich stark ein. Schwimmer-Ableiter vertragen einen hohen Gegendruckanteil, thermodynamische reagieren empfindlich und beginnen zu takten oder bleiben offen, sobald der Gegendruck etwa die Hälfte des Vordrucks erreicht.

Dazu kommt die Nachverdampfung: Entspannt heißes Kondensat in eine Sammelleitung, entsteht Nachdampf, dessen Volumen ein Vielfaches des Kondensats beträgt. Wird die Sammelleitung nach der Kondensatmenge statt nach dem Nachdampfvolumen dimensioniert, steigt der Gegendruck im Betrieb weit über den Rechenwert – und die Ableiter davor arbeiten plötzlich nicht mehr so, wie sie sollen. Wo Druck und Temperatur gezielt herabgesetzt werden, gehört das in eine Dampfumformstation und nicht in eine improvisierte Lösung im Rohrleitungsverlauf.

Die häufigsten Fehler in der Praxis

• Ein Ableiter für mehrere Verbraucher. Werden zwei Apparate mit unterschiedlichem Druck auf einen gemeinsamen Ableiter geführt, drückt der mit dem höheren Druck in den anderen. Der schwächere Verbraucher wird nicht mehr entwässert. Jede Entwässerungsstelle bekommt ihren eigenen Ableiter.
• Kein Schmutzfänger davor. Zunder, Rost und Schweißperlen aus der Montage setzen Düsen zu und blockieren Sitze. Ein Feinfilter vor dem Ableiter ist keine Zusatzausstattung, sondern Teil der Anlage.
• Keine Entlüftung. Luft im Dampfraum senkt die Temperatur bei gleichem Druck und legt sich als isolierende Schicht auf die Wärmetauscherfläche. Ein Ableiter ohne thermische Entlüftung oder ohne separaten Entlüftungsautomaten kostet Leistung, die niemand in der Bilanz sucht.
• Falsche Einbaulage und fehlendes Gefälle. Die Zulaufleitung gehört kurz und mit Gefälle zum Ableiter. Eine steigende Zulaufleitung erzeugt einen Wassersack, der die Funktion aushöhlt.
• Ableiter werden eingebaut und nie wieder angesehen. Der teuerste Fehler von allen – dazu der nächste Abschnitt.

Überwachen statt raten

Ein defekter Kondensatableiter meldet sich nicht. Er bläst still Dampf ab, und weil die Anlage weiterläuft, fällt es niemandem auf. In gewachsenen Dampfnetzen ohne regelmäßige Kontrolle liegt der Anteil schadhafter Ableiter erfahrungsgemäß im zweistelligen Prozentbereich – jeder einzelne davon ein Dauerverlust über 8.000 Betriebsstunden im Jahr.

Feststellen lässt sich das mit vergleichsweise einfachen Mitteln: Ultraschall zeigt das Strömungsgeräusch eines durchblasenden Ableiters, eine Temperaturmessung vor und nach dem Ableiter zeigt einen blockierten. Beides gehört in die Messtechnik und kann fest installiert oder als wiederkehrende Kontrolle ausgeführt werden. Für Anlagen, in denen niemand die Zeit dafür hat, übernimmt die eigene Serviceabteilung die Begehung und die Bewertung.

Der Aufwand rechnet sich in der Regel im ersten Jahr. Ein Ableiter, der dauerhaft durchbläst, kostet je nach Nennweite und Druckstufe leicht einen vierstelligen Betrag pro Jahr – und man erkennt ihn nicht, wenn man nicht hinsieht.

Häufige Fragen

Welcher Kondensatableiter ist der beste?

Diese Frage hat keine Antwort, und wer sie beantwortet, verkauft etwas. Der Schwimmer-Ableiter ist der vielseitigste und passt an den meisten Stellen; der thermodynamische ist an Entwässerungsstellen im Freien kaum zu schlagen; der Bimetall-Ableiter ist für Begleitheizungen die richtige Wahl. Die Bauart folgt aus der Einsatzstelle, nicht umgekehrt.

Wie oft gehören Kondensatableiter geprüft?

In Anlagen mit hoher Betriebsstundenzahl jährlich, bei kritischen Prozessen häufiger. Entscheidend ist weniger das Intervall als die Tatsache, dass überhaupt geprüft wird – und dass die Ergebnisse festgehalten werden, damit sich die Entwicklung eines Netzes ablesen lässt.

Kann ein zu großer Ableiter schaden?

Ja. Bei taktenden Bauarten führt Überdimensionierung zu häufigem Schalten und damit zu Verschleiß und Dampfverlust bei jedem Takt. Bei Düsen-Ableitern bedeutet eine zu große Düse schlicht dauerhaften Dampfdurchgang. Größer ist hier nicht sicherer, sondern teurer.

Was hat die Wasseraufbereitung damit zu tun?

Mehr, als man denkt. Kondensat kommt in den Kessel zurück; ist es durch ein Leck im Wärmetauscher verunreinigt, gelangt die Verunreinigung ins Kesselwasser. Eine Leitfähigkeitsüberwachung in der Kondensatrückführung erkennt das, bevor es teuer wird – dieselbe Messtechnik, die auch Absalzung und Niveau überwacht.

Welche Angaben braucht es für ein belastbares Angebot?

Kondensatanfall im Beharrungs- und im Anfahrbetrieb, Druck vor dem Ableiter, Gegendruck dahinter, Betriebsart der Verbraucherstelle und die Einbausituation. Mit diesen Angaben lässt sich Bauart, Nennweite und Ausführung eindeutig festlegen.

Fazit

Die Kondensatableiter-Auswahl entscheidet sich an vier Zahlen und einer Frage: Kondensatanfall, Differenzdruck, Gegendruck, Betriebsart – und wird die Stelle konstant oder moduliert gefahren. Aus diesen fünf Angaben ergibt sich die Bauart nahezu von selbst. Was danach zählt, ist nicht die Auswahl, sondern die Kontrolle: Ein Kondensatableiter ist das einzige Bauteil einer Dampfanlage, das jahrelang defekt sein kann, ohne dass jemand etwas bemerkt.

Die Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. führt Kondensattechnik und die zugehörige Mess- und Überwachungstechnik der vertretenen Fabrikate – darunter RIFOX und IGEMA – exklusiv für Österreich und beliefert seit 2019 auch Südosteuropa. Den zuständigen Ansprechpartner finden Sie im Vertriebsgebiet.

Steam Trap Selection: Types, Application and the Most Common Mistakes

Selecting a steam trap is rarely about the trap itself. It is about which failure you are prepared to live with in daily operation. A trap that opens too early blows live steam into the condensate system and burns money around the clock. A trap that opens too late holds condensate back in the heat exchanger and costs output – in the worst case the valve or the pipe as well. Neither failure originates in operation; both originate in the selection. The sections below go through the five operating principles, assign them to typical duties and name the mistakes that occur most often in steam plants.

The task, stated precisely

A steam trap has to perform three duties at the same time, and they partly contradict one another: it has to discharge condensate as soon as it forms, it has to vent air and non-condensable gases, and it has to hold back live steam. Each design resolves this conflict differently, and that is precisely what the selection is about.

Four figures are needed for it: the condensate load in kilogrammes per hour, the differential pressure across the trap at the least favourable operating point, the back pressure from the condensate system, and the operating mode of the consumer – constant or modulating. With those four values in hand, the correct design type follows in most cases without discussion.

The five designs and how they work

The condensate technology programme of Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. covers five principles. They differ in how they detect that condensate is present:

• Float traps detect the level mechanically. They discharge continuously and immediately, without banking up condensate, and work independently of pressure and load fluctuations. Combined with a thermostatic air vent they are the most versatile design.
• Thermodynamic traps use the pressure difference that flash steam generates at a disc. They are robust, small and insensitive to frost and water hammer – but they operate cyclically and require a minimum differential pressure.
• Orifice traps have no moving part. A calibrated orifice passes condensate while steam throttles itself through its lower density. They are extremely wear-resistant but call for a largely constant condensate load.
• Bimetallic traps measure temperature. They deliberately bank up condensate until it has cooled below steam temperature, and thereby make use of part of its sensible heat. Robust, adjustable independently of pressure, well suited to trace heating.
• Balanced pressure capsule traps are also temperature-controlled, but use a filled diaphragm capsule that reacts faster and closer to the saturation line. They are compact, vent very well and suit small to medium loads.

The programme is completed by dryers and fine filters, automatic air vents, condensate lifters and condensate expansion joints – components that tend to be forgotten at the planning stage and painfully missed in operation.

Which design belongs where

Assigning by duty gets you there faster in practice than comparing technical data:

• Heat exchangers with modulating control – float trap with air vent. Anything else banks up condensate.
• Steam main drainage, manifolds, headers – thermodynamic where the differential pressure is sufficient, otherwise float.
• Trace heating and heated lines – bimetallic. The deliberate condensate backup is an advantage here because it puts the sensible heat to use.
• Small consumers, heating coils, sterilisers – balanced pressure capsule. Compact, good venting, fast response.
• Steady base load around the clock – orifice. No moving part, no wear, but only with a stable load.

This list does not replace a proper calculation, but it rules out most wrong choices before any calculation begins.

The special case: modulating heat exchangers

A heat exchanger whose steam supply is modulated by a control valve moves, at part load, into the range where the steam pressure in the shell falls below the back pressure of the condensate system. The trap can then no longer discharge even though it is working perfectly – the pressure gradient is simply missing. Condensate backs up, the effective heat transfer area shrinks, the control system fights the effect, and the whole thing starts to hunt. The literature calls this stall; on site it shows up as a fluctuating flow temperature and as hammering in the exchanger.

The remedy is not a different trap but a condensate lifter, or atmospheric flash followed by a pump. Anyone who only swaps the design type at this point has moved the problem rather than solved it. Anyone who designs the plant around the least favourable part-load point from the outset never has it.

Sizing: load, differential pressure, safety factor

The condensate load is calculated for two states: start-up and steady operation. On start-up, a multiple of the running load occurs, because the entire mass of the apparatus and the pipework has to be brought up to temperature. Sizing for steady operation alone gives you a plant that needs an hour every morning before it runs.

The differential pressure is the pressure upstream of the trap minus the back pressure downstream – at the least favourable operating point, not at the design point. This is where the most common calculation error arises: the figure used is the boiler pressure, whereas what actually reaches the trap after the control valve, the pipework and the consumer is considerably less.

On the safety factor, moderation applies: two to three times the steady load is customary depending on the application. Considerably more is not additional protection but oversizing, which causes unnecessary steam loss on cyclic designs and unsettled operation on all of them.

Back pressure and condensate return

Condensate is treated, hot water – it belongs back in the boiler. Returning it creates back pressure, however, and that restricts each design to a different degree. Float traps tolerate a high proportion of back pressure; thermodynamic traps react sensitively and begin to cycle or stay open once the back pressure reaches roughly half the inlet pressure.

Flash steam adds to this. When hot condensate expands into a header, flash steam forms whose volume is a multiple of the condensate itself. If the header is sized for the condensate flow rather than the flash steam volume, the back pressure in service rises far above the calculated value – and the traps upstream suddenly stop behaving as intended. Where pressure and temperature are to be reduced deliberately, that belongs in a proper pressure reducing and desuperheating station, not in an improvised arrangement somewhere in the pipe run.

The most common mistakes in practice

• One trap for several consumers. If two units at different pressures are routed to a common trap, the one at higher pressure pushes into the other. The weaker consumer is no longer drained. Every drainage point gets its own trap.
• No strainer upstream. Scale, rust and weld spatter from installation block orifices and jam seats. A fine filter ahead of the trap is not an optional extra but part of the plant.
• No venting. Air in the steam space lowers the temperature at the same pressure and forms an insulating layer on the heat transfer surface. A trap without thermostatic venting, or without a separate air vent, costs output that nobody looks for in the energy balance.
• Wrong orientation and no fall. The inlet line belongs short and falling towards the trap. A rising inlet line creates a water pocket that undermines the function.
• Traps get installed and never looked at again. The most expensive mistake of all – see the next section.

Monitor rather than guess

A failed steam trap does not announce itself. It blows steam away quietly, and because the plant keeps running, nobody notices. In steam systems that have grown over the years without regular checks, the proportion of defective traps is typically in the double-digit percentage range – each one a continuous loss over some 8,000 operating hours a year.

Detecting it takes comparatively simple means: ultrasound reveals the flow noise of a trap that is blowing through, and a temperature measurement upstream and downstream reveals one that is blocked. Both belong to the instrumentation programme and can be permanently installed or carried out as a recurring inspection. For plants where nobody has the time for it, the in-house service department carries out the survey and the assessment.

The effort usually pays for itself within the first year. A trap that blows through continuously easily costs a four-figure sum per year depending on size and pressure rating – and you will not spot it unless you look.

Frequently asked questions

Which steam trap is the best?

That question has no answer, and anyone who answers it is selling something. The float trap is the most versatile and fits most positions; the thermodynamic trap is hard to beat on outdoor drainage points; the bimetallic trap is the right choice for trace heating. The design follows from the duty, not the other way round.

How often should steam traps be checked?

Annually in plants with a high number of operating hours, more frequently on critical processes. What matters is less the interval than the fact that checking happens at all – and that the results are recorded, so that the development of a system can be read from them.

Can an oversized trap do harm?

Yes. On cyclic designs, oversizing leads to frequent switching and therefore to wear and to steam loss on every cycle. On orifice traps, an oversized orifice simply means permanent steam passage. Bigger is not safer here, only more expensive.

What does water treatment have to do with it?

More than you might think. Condensate returns to the boiler; if it has been contaminated by a leak in a heat exchanger, the contamination reaches the boiler water. Conductivity monitoring in the condensate return detects this before it becomes expensive – the same instrumentation that also monitors blowdown and level.

What information is needed for a reliable quotation?

Condensate load in steady and start-up operation, pressure upstream of the trap, back pressure downstream, operating mode of the consumer and the installation situation. With those details the design type, nominal size and version can be specified unambiguously.

Conclusion

Steam trap selection comes down to four figures and one question: condensate load, differential pressure, back pressure, operating mode – and whether the point is run at a constant rate or modulated. From those five pieces of information the design type follows almost by itself. What counts afterwards is not the selection but the checking: a steam trap is the only component in a steam plant that can be defective for years without anyone noticing.

Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. supplies condensate technology and the associated measurement and monitoring equipment from the manufacturers it represents – among them RIFOX and IGEMA – exclusively for Austria, and has served South-Eastern Europe since 2019. The sales territory page will point you to the responsible contact.

Absperrklappe oder Absperrschieber – diese Frage steht am Anfang fast jeder Rohrleitungsplanung, sobald eine Leitung sicher zu- und aufgehen muss. Beide Armaturen erfüllen dieselbe Grundaufgabe, sie tun es aber auf grundsätzlich verschiedene Weise. Und die Unterschiede zeigen sich selten am Reißbrett, sondern im Betrieb: bei der Bauhöhe im engen Rohrkeller, bei der Leckrate nach der dritten Heizperiode, bei der Stellzeit einer Notabsperrung. Dieser Beitrag ordnet die beiden Bauarten entlang jener Kriterien, nach denen in der Praxis tatsächlich entschieden wird – und benennt die Fälle, in denen die naheliegende Wahl die falsche ist.

Absperrklappe oder Absperrschieber: die Entscheidung in zwei Sätzen

Große Nennweiten, moderate Drücke, wenig Einbauraum und ein überschaubares Budget sprechen für die Absperrklappe. Hohe Drücke, hohe Temperaturen, Dampf, unbedingte Dichtheit und der Wunsch nach einem freien, ungestörten Querschnitt sprechen für den Absperrschieber.

Diese Faustregel trägt in vielleicht sieben von zehn Fällen. Interessant sind die übrigen drei – und die entscheiden sich nicht an der Bauart, sondern an fünf konkreten Größen: Nennweite, Druckstufe, Betriebstemperatur, verfügbarer Einbauraum und geforderte Leckrate. Wer diese fünf Werte vor sich liegen hat, braucht die Faustregel nicht mehr.

Der konstruktive Unterschied: Scheibe im Strom, Keil quer zum Strom

Die Absperrklappe schwenkt eine Scheibe um 90 Grad um eine Welle. Die Scheibe bleibt dabei immer im Medium – auch in Offenstellung steht sie längs in der Strömung. Je nach Ausführung sitzt die Welle mittig (weichdichtend, zentrisch), einfach versetzt (exzentrisch) oder zweifach beziehungsweise vierfach versetzt. Mit jeder Exzentrizität hebt die Scheibe früher vom Sitz ab, der Sitz verschleißt weniger, und die Armatur verträgt höhere Temperaturen und Drücke. Vierfach exzentrische Klappen erreichen damit Einsatzbereiche, die man früher ausschließlich Schiebern zugetraut hätte.

Der Absperrschieber fährt einen Keil oder eine Platte senkrecht zur Strömungsrichtung in den Sitz. Offen gibt er den Querschnitt vollständig frei: kein Einbau im Strom, kein Strömungsschatten, keine Ablagerungsstelle. Gebräuchlich sind Keilflachschieber aus Grauguss für Wasseranwendungen, Hochdruckschieber für Kraftwerksleitungen und Ausführungen mit Bypass, die den Differenzdruck vor dem Öffnen abbauen.

Aus diesen beiden Prinzipien folgt praktisch alles Weitere.

Nennweite und Druckstufe: wo sich die Einsatzbereiche trennen

Die Bereiche, die die Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. abdeckt, zeigen die Trennlinie deutlich:

• Absperrklappen: DN 65 bis DN 2500, PN 10 bis PN 160
• Absperrschieber: DN 50 bis DN 1000, PN 10 bis PN 630
• Absperrventile: DN 10 bis DN 200, PN 10 bis PN 630

Oberhalb von DN 1000 stellt sich die Frage nicht mehr: Dort ist die Klappe die einzige wirtschaftlich sinnvolle Bauart. Unterhalb von DN 50 stellt sie sich ebenso wenig – dort gehört ein Absperrventil hin. Oberhalb von PN 160 fällt die Klappe aus, und es bleiben Schieber oder Ventil.

Der eigentliche Entscheidungsraum liegt also im Überlappungsbereich zwischen DN 65 und DN 1000 bei PN 10 bis PN 160. Genau dort greifen die folgenden Kriterien.

Bauhöhe, Gewicht und Einbaulage

Hier entscheidet sich in der Praxis mehr, als die Datenblätter vermuten lassen. Eine Zwischenflanschklappe in Wafer-Ausführung wird zwischen zwei bestehende Flansche geklemmt. Sie ist kurz, leicht und braucht wenig Platz in Längsrichtung. Bei DN 400 liegt der Gewichtsunterschied zu einem gleichwertigen Schieber schnell im dreistelligen Kilogrammbereich – das betrifft nicht nur den Preis, sondern auch Rohrhalterungen, Kompensatoren und die Statik der gesamten Trasse.

Der Schieber braucht die Bauhöhe dafür nach oben. Die Spindel muss den vollen Hub des Keils aufnehmen, und der entspricht ungefähr der Nennweite. Ein DN 300-Schieber verlangt also rund 300 Millimeter freien Raum über der Armatur, zuzüglich Handrad oder Antrieb. In einem Rohrkeller mit 2,2 Metern lichter Höhe, unter einem Schachtdeckel oder in einem eng belegten Rohrbündel ist das oft der Punkt, an dem die Entscheidung fällt – unabhängig davon, welche Bauart technisch die elegantere wäre.

Zur Einbaulage: Klappen lassen sich grundsätzlich in jeder Lage einbauen. Bei feststoffbeladenen Medien empfiehlt sich eine waagrechte Welle, damit sich in der unteren Lagerstelle nichts absetzt. Schieber arbeiten am zuverlässigsten mit senkrecht stehender Spindel; liegend eingebaut belastet das Eigengewicht des Keils die Führung einseitig.

Und ein Punkt, der regelmäßig übersehen wird: Eine Klappenscheibe schwenkt beim Öffnen aus dem Gehäuse heraus in die Leitung. Sitzt unmittelbar dahinter ein Reduzierstück, eine Blende oder ein Rohrbogen mit kleinerem Innendurchmesser, schlägt die Scheibe an. Der Freiraum gehört vor der Bestellung geprüft, nicht bei der Montage.

Dichtheit, Sitzwerkstoff und Leckrate

Die weichdichtende Klappe mit Manschette aus EPDM, NBR oder PTFE ist blasendicht in beide Richtungen und erreicht die höchste Dichtheitsklasse. Sie ist damit dichter als der typische metallisch dichtende Schieber – ein Ergebnis, das viele überrascht. Der Preis dafür ist die Temperaturgrenze des Elastomers: EPDM endet je nach Qualität bei etwa 130 Grad Celsius, NBR früher. Wer eine weichdichtende Klappe in eine Dampfleitung setzt, zerstört die Manschette, und zwar nicht nach Jahren, sondern nach Stunden.

Oberhalb dieser Grenze bleiben zwei Wege: die metallisch dichtende exzentrische Klappe oder der Schieber. Die exzentrische Klappe hält Temperatur und Druck, erreicht aber je nach Ausführung nicht dieselbe absolute Dichtheit wie ein Weichsitz. Der Schieber mit metallischen Sitzflächen ist die klassische Wahl für Dampf, Heißwasser und Kraftwerksanwendungen – er verträgt die Temperatur, und seine Abdichtung nach außen erfolgt über Stopfbuchse oder Faltenbalg.

Zwei praktische Hinweise dazu: Metallische Sitzflächen verschleißen, wenn sie unter Differenzdruck bewegt werden. Bei großen Schiebern ist deshalb ein Bypass sinnvoll, der den Druck vor dem Öffnen ausgleicht. Und bei feststoffbeladenen oder sedimentierenden Medien setzt sich der Keilraum eines Schiebers zu – die Armatur schließt dann nicht mehr vollständig. In solchen Medien ist die Klappe die robustere Bauart.

Druckverlust, Strömung und die Frage der Regelbarkeit

Der offene Schieber ist strömungstechnisch kaum von einem Rohrstück zu unterscheiden. Sein Widerstandsbeiwert ist der niedrigste aller Absperrarmaturen, und er ist molchbar. In langen Leitungen mit knapper Pumpenreserve ist das ein handfestes Argument.

Die Klappenscheibe bleibt dagegen im Strom und erzeugt einen höheren Druckverlust. Bei kleinen Nennweiten fällt das ins Gewicht, bei DN 600 aufwärts ist der Unterschied im Verhältnis zur Leitungslänge meist unerheblich. Wer knapp auslegt, sollte den Beiwert der konkreten Bauform in die Rechnung nehmen, statt mit einem Pauschalwert zu arbeiten.

Wichtiger als beide Punkte ist eine Warnung: Weder Absperrklappe noch Absperrschieber sind Regelarmaturen. Beide sind für zwei Stellungen gemacht – auf und zu. In Teilhubstellung entstehen an der Klappenscheibe und an der Keilkante hohe örtliche Geschwindigkeiten, Kavitation und Erosion. Die Folge sind ausgewaschene Sitzflächen und eine Armatur, die nach einer Saison nicht mehr dicht schließt. Wo tatsächlich geregelt werden muss, gehört ein Regelventil mit passender Kennlinie und ausgelegtem Kvs-Wert in die Leitung – die Absperrarmatur bleibt daneben als Absperrung stehen.

Antrieb, Stellzeit und Instandhaltung

Eine Klappe braucht 90 Grad Schwenkbewegung. Das erledigt ein kompakter Schwenkantrieb in wenigen Sekunden, und eine Federrückstellung für die sichere Stellung ist konstruktiv einfach zu lösen. Für Notabsperrungen und Fail-Safe-Funktionen ist das der entscheidende Vorteil. Angetrieben wird elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch, je nach vorhandener Hilfsenergie und geforderter Stellzeit.

Der Schieber braucht viele Spindelumdrehungen. Er fährt langsam, verlangt bei großen Nennweiten ein Getriebe oder einen kräftigen Elektroantrieb und ist für schnelle Not-Aus-Funktionen die schlechtere Wahl. Diese Langsamkeit hat allerdings eine gute Seite: In langen Leitungen mit großen Wassersäulen verhindert sie Druckstöße. Eine große Klappe, die in drei Sekunden zufährt, kann eine Leitung schwerer beschädigen als jeder Betriebsfehler.

Bei der Instandhaltung unterscheiden sich die Bauarten ebenfalls. An der weichdichtenden Klappe ist die Manschette das Verschleißteil; sie lässt sich bei vielen Bauformen tauschen, ohne die Armatur zu ersetzen. Am Schieber sind es Stopfbuchspackung und Sitzflächen. Die Packung wird nachgezogen oder erneuert, ausgewaschene Sitzflächen bedeuten dagegen in der Regel den Tausch. Wer beides plant, sollte die Ersatzteillage und die Zugänglichkeit der Armatur schon in der Planung berücksichtigen – die eigene Serviceabteilung der Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. besteht seit 2021 genau für diese Arbeiten.

Werkstoff nach Temperatur, nicht nach Druck

Ein wiederkehrender Fehler in Anfragen: Der Gehäusewerkstoff wird nach der Druckstufe gewählt und die Temperatur nachgereicht. Das geht selten gut. EN-GJL-250 als Grauguss ist für Wasseranwendungen im moderaten Temperaturbereich richtig und wirtschaftlich. P250GH und GP240GH+N decken den klassischen Stahlbereich ab. Sobald jedoch warmfeste Eigenschaften gefragt sind – Dampf, Heißwasser, Kraftwerksleitungen –, führt der Weg zu 13CrMo44 oder G17CrMo5-5. Edelstahl kommt dort ins Spiel, wo das Medium und nicht die Temperatur den Ausschlag gibt.

Die Druckstufe folgt daraus, sie geht ihm nicht voraus: Der zulässige Betriebsdruck einer Armatur sinkt mit steigender Temperatur. Eine mit PN 40 beschriftete Armatur hält bei 400 Grad Celsius deutlich weniger als 40 bar. Wer nur auf die Zahl am Typenschild schaut, legt zu knapp aus.

Drei Fehlgriffe, die im Betrieb teuer werden

• Die Absperrarmatur als Regelorgan. Der häufigste und teuerste Fehler. Eine dauerhaft halb offene Klappe ist nach einer Saison undicht. Regeln gehört ins Regelventil.
• Weichsitz über der Temperaturgrenze. Eine EPDM-Manschette in einer Dampf- oder Heißwasserleitung ist kein Grenzfall, sondern ein sofortiger Ausfall.
• Der Schieber ohne Platz nach oben. Die Nennweite ist geprüft, die Druckstufe stimmt – und auf der Baustelle fehlen 30 Zentimeter für den Spindelhub. Ein Fehler, der erst bei der Montage sichtbar wird und dann teuer ist.

Häufige Fragen

Kann eine Absperrklappe einen Absperrschieber eins zu eins ersetzen?

In vielen Wasser- und Prozessanwendungen ja, sofern Temperatur und Druckstufe passen und hinter der Armatur genug Freiraum für die schwenkende Scheibe bleibt. In Dampfleitungen, bei hohen Druckstufen über PN 160 und dort, wo ein vollständig freier Querschnitt gefordert ist, ist der Tausch keine gleichwertige Lösung. Die Einbaulänge unterscheidet sich zudem – ein Anpassstück ist meist nötig.

Welche Armatur ist für Dampf die richtige?

Metallisch dichtend, warmfester Werkstoff, keine Elastomere im Sitz. Das führt zum Absperrschieber oder zum Absperrventil, bei entsprechender Ausführung auch zur mehrfach exzentrischen Absperrklappe. Entscheidend sind Betriebstemperatur, Druckstufe und die Frage, ob die Armatur häufig oder selten betätigt wird.

Ab welcher Nennweite lohnt sich die Klappe?

Wirtschaftlich meist ab DN 200, deutlich ab DN 400 – dort schlägt der Gewichts- und Platzvorteil voll durch. Unterhalb von DN 100 ist der Unterschied gering, und andere Kriterien geben den Ausschlag.

Und der Kugelhahn?

Der Kugelhahn ist die dritte Bauart im Bunde: schnelle Viertelumdrehung wie die Klappe, freier Querschnitt wie der Schieber, dazu sehr gute Dichtheit. Seine Grenzen liegen bei großen Nennweiten in Gewicht und Preis. Im Bereich bis etwa DN 200 ist er häufig die beste Wahl, darüber verschiebt sich das Bild zur Klappe.

Wie kommt man zur belastbaren Auslegung?

Mit fünf Angaben lässt sich die Bauart in der Regel eindeutig bestimmen: Medium, Betriebstemperatur, Betriebsdruck, Nennweite und geforderte Leckrate. Dazu die Einbausituation und die Frage, ob die Armatur im Notfall schnell schließen muss. Mit diesen Angaben lässt sich eine Empfehlung geben, die auch in der Ausschreibung standhält.

Fazit

Absperrklappe oder Absperrschieber – die Frage lässt sich nicht generell beantworten, aber sehr wohl konkret. Die Klappe gewinnt bei großen Nennweiten, engem Einbauraum, schnellen Stellzeiten und dort, wo eine weichdichtende Ausführung die Temperatur verträgt. Der Schieber gewinnt bei hohen Drücken und Temperaturen, bei Dampf, bei gefordertem freien Querschnitt und in langen Leitungen, in denen ein schnelles Schließen gefährlich wäre. Beide verlieren, sobald man sie zum Regeln missbraucht.

Die Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. vertritt seit 1983 Fabrikate wie RTK Regeltechnik, HORA Holter Regelarmaturen, PERSTA Stahlarmaturen, RIFOX, IGEMA und Knippenburg exklusiv für Österreich und beliefert seit 2019 auch Südosteuropa. Wenn Sie Ihre fünf Auslegungsgrößen beisammen haben, finden Sie im Vertriebsgebiet den zuständigen Ansprechpartner.

Butterfly Valve or Gate Valve: Which Shut-off Valve for Which Duty

Butterfly valve or gate valve – the question comes up at the start of almost every piping layout as soon as a line has to be shut off reliably. Both valve types perform the same basic duty, but they do it in fundamentally different ways. The differences rarely show up on the drawing board; they show up in operation: in the headroom of a cramped pipe basement, in the leakage rate after the third heating season, in the closing time of an emergency shut-off. The sections below sort the two designs along the criteria that actually decide the matter in practice.

The decision in two sentences

Large nominal sizes, moderate pressures, limited installation space and a tight budget favour the butterfly valve. High pressures, high temperatures, steam service, absolute tightness and the need for a fully unobstructed bore favour the gate valve.

That rule of thumb holds in perhaps seven cases out of ten. The remaining three are the interesting ones, and they are not decided by design type but by five concrete figures: nominal size, pressure rating, operating temperature, available installation space and the required leakage rate. Anyone who has those five values in front of them no longer needs the rule of thumb.

The design difference: disc in the flow, wedge across the flow

A butterfly valve swings a disc through 90 degrees around a shaft. The disc always remains in the medium – even in the open position it stands lengthwise in the flow. Depending on the design, the shaft sits centrally (resilient-seated, concentric), singly offset (eccentric), or doubly or quadruply offset. With each additional offset the disc lifts off its seat earlier, the seat wears less, and the valve tolerates higher temperatures and pressures. Quadruple-offset butterfly valves therefore reach service conditions that were once considered gate valve territory only.

A gate valve drives a wedge or a plate perpendicular to the direction of flow into its seat. When open, it clears the bore completely: nothing inside the flow, no flow shadow, no place for deposits to settle. Common designs are flat wedge gate valves in grey cast iron for water service, high-pressure gate valves for power plant lines, and versions with a bypass that equalises the differential pressure before opening.

Practically everything that follows is a consequence of these two principles.

Nominal size and pressure rating: where the fields of application part

The ranges supplied by Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. show the dividing line clearly:

• Butterfly valves: DN 65 to DN 2500, PN 10 to PN 160
• Gate valves: DN 50 to DN 1000, PN 10 to PN 630
• Globe valves: DN 10 to DN 200, PN 10 to PN 630

Above DN 1000 the question no longer arises: the butterfly valve is the only economically sensible design there. Below DN 50 it does not arise either – that is globe valve territory. Above PN 160 the butterfly valve drops out, leaving the gate valve or the globe valve.

The actual decision space therefore lies in the overlap between DN 65 and DN 1000 at PN 10 to PN 160. That is exactly where the following criteria apply.

Face-to-face length, weight and installation position

More is decided here in practice than the data sheets suggest. A wafer-type butterfly valve is clamped between two existing flanges. It is short, light and needs little space in the axial direction. At DN 400 the weight difference compared with an equivalent gate valve quickly reaches three figures in kilogrammes – which affects not only the price but also pipe supports, expansion joints and the structural design of the whole run.

The gate valve needs its space upwards instead. The stem has to accommodate the full travel of the wedge, and that corresponds roughly to the nominal size. A DN 300 gate valve therefore calls for around 300 millimetres of clear space above the valve, plus handwheel or actuator. In a pipe basement with 2.2 metres of clear height, under a manhole cover or in a densely packed pipe rack, that is often the point at which the decision is made – regardless of which design would be the more elegant one technically.

On installation position: butterfly valves can in principle be installed in any orientation. With solids-laden media a horizontal shaft is advisable so that nothing settles in the lower bearing. Gate valves work most reliably with the stem vertical; installed horizontally, the dead weight of the wedge loads the guide on one side.

And one point that is regularly overlooked: when opening, a butterfly disc swings out of the body and into the pipe. If a reducer, an orifice plate or an elbow with a smaller inside diameter sits immediately downstream, the disc will strike it. That clearance belongs in the check before ordering, not on the day of installation.

Tightness, seat material and leakage rate

A resilient-seated butterfly valve with an EPDM, NBR or PTFE liner is bubble-tight in both directions and reaches the highest tightness class. It is therefore tighter than a typical metal-seated gate valve – a result that surprises many. The price for it is the temperature limit of the elastomer: EPDM ends at roughly 130 degrees Celsius depending on grade, NBR earlier. Fitting a resilient-seated butterfly valve into a steam line destroys the liner, and not after years but after hours.

Above that limit two routes remain: the metal-seated eccentric butterfly valve or the gate valve. The eccentric butterfly valve withstands temperature and pressure but, depending on the design, does not reach the same absolute tightness as a soft seat. The gate valve with metal seating faces is the classic choice for steam, hot water and power plant service – it tolerates the temperature, and it seals to atmosphere through a stuffing box or a bellows seal.

Two practical notes: metal seating faces wear when they are moved under differential pressure. On large gate valves a bypass that equalises the pressure before opening is therefore worthwhile. And with solids-laden or settling media the wedge cavity of a gate valve fills up – the valve then no longer closes completely. In such media the butterfly valve is the more robust design.

Pressure loss, flow and the question of control

An open gate valve is barely distinguishable from a piece of pipe in flow terms. Its resistance coefficient is the lowest of all shut-off valves, and it can be pigged. In long lines with little pump reserve that is a solid argument.

The butterfly disc, by contrast, stays in the flow and produces a higher pressure loss. At small nominal sizes that matters; from DN 600 upwards the difference is usually negligible in relation to the length of the line. Anyone designing close to the limit should use the coefficient of the specific design rather than a blanket figure.

More important than either point is a warning: neither the butterfly valve nor the gate valve is a control valve. Both are made for two positions – open and closed. In a partly open position, high local velocities, cavitation and erosion occur at the disc and at the wedge edge. The result is washed-out seating faces and a valve that no longer closes tightly after a single season. Where control is genuinely required, a control valve with a suitable characteristic and a properly sized Kvs value belongs in the line – with the shut-off valve remaining alongside it as the isolating device.

Actuation, operating time and maintenance

A butterfly valve needs a 90 degree swing. A compact quarter-turn actuator handles that in seconds, and a spring return for the safe position is straightforward to engineer. For emergency shut-off and fail-safe duties that is the decisive advantage. Actuation is electric, pneumatic or hydraulic, depending on the auxiliary power available and the operating time required.

A gate valve needs many stem turns. It travels slowly, calls for a gearbox or a powerful electric actuator at large nominal sizes, and is the poorer choice for fast emergency functions. That slowness does have an upside, however: in long lines with large water columns it prevents pressure surges. A large butterfly valve that closes in three seconds can do more damage to a line than any operating error.

Maintenance differs as well. On a resilient-seated butterfly valve the liner is the wear part, and on many designs it can be replaced without replacing the valve. On a gate valve it is the stuffing box packing and the seating faces. The packing is retightened or renewed; washed-out seating faces usually mean replacement. Anyone planning for either should consider spare parts availability and access to the valve at the design stage – the in-house service department of Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. has existed since 2021 for exactly this work.

Material by temperature, not by pressure

A recurring error in enquiries: the body material is selected by pressure rating and the temperature is supplied afterwards. That rarely ends well. EN-GJL-250 grey cast iron is correct and economical for water service in a moderate temperature range. P250GH and GP240GH+N cover the classic steel range. As soon as creep-resistant properties are called for, however – steam, hot water, power plant lines – the route leads to 13CrMo44 or G17CrMo5-5. Stainless steel comes into play where the medium rather than the temperature is the deciding factor.

The pressure rating follows from this; it does not precede it. The permissible operating pressure of a valve falls as temperature rises. A valve marked PN 40 withstands considerably less than 40 bar at 400 degrees Celsius. Anyone who looks only at the figure on the nameplate designs too close to the limit.

Three mistakes that become expensive in service

• Using a shut-off valve for control. The most common and most expensive error. A butterfly valve left permanently half open leaks after one season. Control belongs in a control valve.
• A soft seat above its temperature limit. An EPDM liner in a steam or hot water line is not a borderline case but an immediate failure.
• A gate valve without headroom. The nominal size has been checked, the pressure rating is right – and on site 30 centimetres are missing for the stem travel. An error that only becomes visible during installation, and an expensive one at that point.

Frequently asked questions

Can a butterfly valve replace a gate valve one for one?

In many water and process applications yes, provided temperature and pressure rating are suitable and enough clearance remains downstream for the swinging disc. In steam lines, at pressure ratings above PN 160 and wherever a fully unobstructed bore is required, the swap is not an equivalent solution. The face-to-face length also differs – an adaptor spool is usually necessary.

Which valve is the right one for steam?

Metal-seated, creep-resistant material, no elastomers in the seat. That leads to the gate valve or the globe valve, and with a suitable design also to the multiple-offset butterfly valve. The deciding factors are operating temperature, pressure rating and whether the valve is operated frequently or rarely.

From which nominal size is a butterfly valve worthwhile?

Economically from about DN 200, and clearly from DN 400 – that is where the weight and space advantage takes full effect. Below DN 100 the difference is small and other criteria decide.

What about ball valves?

The ball valve is the third design in the group: a fast quarter turn like the butterfly valve, a full bore like the gate valve, and very good tightness on top. Its limits lie in weight and price at large nominal sizes. Up to roughly DN 200 it is often the best choice; above that the picture shifts towards the butterfly valve.

How do you arrive at a reliable selection?

Five pieces of information are usually enough to determine the design type unambiguously: medium, operating temperature, operating pressure, nominal size and required leakage rate. Add the installation situation and the question of whether the valve has to close quickly in an emergency. With those details a recommendation can be made that will also stand up in a tender.

Conclusion

Butterfly valve or gate valve – the question cannot be answered in general terms, but it can be answered very precisely in a specific case. The butterfly valve wins at large nominal sizes, in tight installation spaces, where fast operating times are needed and wherever a resilient-seated design tolerates the temperature. The gate valve wins at high pressures and temperatures, in steam service, where a fully unobstructed bore is required, and in long lines where fast closing would be dangerous. Both lose the moment they are misused for control duty.

Since 1983 Ing. Wilhelm Friedrich Gesellschaft m. b. H. has represented manufacturers such as RTK Regeltechnik, HORA Holter Regelarmaturen, PERSTA Stahlarmaturen, RIFOX, IGEMA and Knippenburg exclusively for Austria, and has supplied South-Eastern Europe since 2019. Once you have your five design figures together, the sales territory page will point you to the responsible contact.