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Wie Kontaktultraschall eine interne Klappeninsuffizienz erkennt

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Von versteckten Leckagen zu messbaren Belegen für sicherere Instandhaltungsentscheidungen

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Interne Leckagen an Ventilen sind schwer zu erkennen, da der Leckpfad im Inneren des Ventilkörpers verborgen ist. Erfahren Sie, wie Kontaktultraschall die wiederholbare Überprüfung gemäß MP1–MP5, Referenzwerte für Leckagen im Feld sowie Wartungsentscheidungen in Anwendungen der Chemie, der Kohlechemie und der Erdgasindustrie unterstützt.
In Prozessanlagen bedeutet ein geschlossenes Ventil nicht immer eine zuverlässige Absperrung.

Interne Leckagen an Ventilen sind schwer zu erkennen, da sie im Inneren des Ventilkörpers auftreten. Es gibt möglicherweise keine sichtbare Gaswolke, kein Tropfen von Flüssigkeit, keinen offensichtlichen Geruch und keine äußere Leckstelle, die überprüft werden könnte. Von außen mag das Ventil normal aussehen und die Stellungsanzeige „geschlossen“ anzeigen, während Prozessmedien dennoch durch einen beschädigten Sitz, eine beschädigte Scheibe, einen beschädigten Kegel, eine beschädigte Kugel oder eine beschädigte Dichtfläche entweichen können.

Für Chemieanlagen, Erdgastankstellen, Kohlechemieanlagen, Kraftwerke und Versorgungssysteme wird das Risiko an dieser Stelle besonders groß. Wird ein undichtes Absperrventil vor Heißarbeiten, dem Betreten von beengten Räumen, dem Öffnen von Leitungen, dem Spülen oder der Übergabe von Wartungsarbeiten als zuverlässige Barriere angesehen, kann ein versteckter Anlagenfehler schnell zu einem Problem in Bezug auf Sicherheit, Produktion, Qualität und Compliance werden.

Empfohlene Lösung und Produkte
Für Anwender, die einen kompletten Arbeitsablauf benötigen, siehe die CRYSOUND-Lösung zur Erkennung interner Leckagen an Ventilen. Zu den für diese Anwendung empfohlenen Produkten gehören CRY8125, CRY8124 und IA3104.

Warum interne Leckagen an Ventilen schwer zu erkennen sind
1. Der Leckpfad befindet sich im Inneren des Ventils
Externe Leckagen lassen sich oft durch Sichtprüfung, Gasdetektoren, Seifenlösung oder akustische Bildgebung feststellen. Bei internen Leckagen ist dies anders. Das Medium strömt durch die Dichtungsfläche im Inneren des Ventils, sodass die Außenseite des Ventils möglicherweise keine offensichtlichen Anzeichen eines Defekts aufweist.

Betreiber bemerken möglicherweise nur indirekte Symptome wie eine Druckwiederherstellung auf der Ausgangsseite, eine unvollständige Druckentlastung, einen instabilen Eingangsdruck, verbleibendes Gas oder Flüssigkeit nach dem Spülen, einen ungewöhnlichen Energieverbrauch oder Schwankungen in der Prozessqualität.

2. Der Zustand „geschlossen“ kann ein falsches Gefühl der Isolierung vermitteln
Ein Schließvorgang bestätigt lediglich, dass der Antrieb, die Spindel, die Scheibe, die Kugel oder der Kegel die geschlossene Position erreicht hat. Er beweist nicht, dass das Dichtpaar noch intakt ist. Verschleiß, Korrosion, Erosion, Partikel, thermische Verformung oder unvollständiger Sitz können weiterhin dazu führen, dass Medien durch das Ventil strömen.

Dies ist besonders wichtig bei Absperrventilen für Wartungsarbeiten, Ventilen für brennbare oder giftige Medien, Hoch- und Hochtemperaturventilen sowie kritischen Versorgungsventilen. Vor Beginn der Arbeiten sollte die Frage nicht nur lauten: „Ist das Ventil geschlossen?“, sondern auch: „Ist das Ventil intern noch undicht?“

3. Herkömmliche Methoden hängen stark von Erfahrung und den Bedingungen vor Ort ab
Manuelles Abhören, mechanische Stethoskope, Temperaturmessungen, Infrarot-Thermografie, Druckabfallmessungen, Trendanalysen, Inspektionen bei Anlagenstillstand und Offline-Sitzprüfungen sind allesamt wertvolle Verfahren. In lauten Anlagen mit vielen Ventilen, Isolierungen, unterschiedlichen Medien, kurzen Wartungsfenstern und mehreren Inspektionsteams kann es jedoch schwierig sein, diese Methoden konsistent anzuwenden.

Viele Befunde bleiben subjektiv, wie beispielsweise „es klingt ungewöhnlich“ oder „der Druckabfall scheint schneller als gewöhnlich zu sein“. Diese Beschreibungen lassen sich nur schwer vergleichen, wiederholen, weitergeben oder in ein nachvollziehbares Wartungsprotokoll umwandeln.

Wie Kontaktultraschall bei der Überprüfung auf interne Leckagen hilft
Wenn ein Ventil geschlossen ist und eine stabile Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seite besteht, kann eine interne Leckage durch einen schmalen Spalt hochfrequente Ultraschallsignale erzeugen. Diese Signale entstehen durch turbulente Strömung, Reibung und Aufprall, wenn das Medium den Dichtungsfehler passiert.

Ein CRYSOUND-Kontaktultraschallsensor wird am Ventilkörper oder an der angrenzenden metallischen Rohrleitungsoberfläche angebracht, um strukturgebundene Ultraschallsignale zu erfassen. Die Software analysiert anschließend den Mehrpunkt-Schallpegel, das Spektrum, das Verhalten der Endkurve und die Wiederholbarkeit, um festzustellen, ob das Signalmuster mit einer inneren Leckage übereinstimmt.

Der entscheidende Vorteil besteht nicht einfach darin, ein Leck „zu hören“. Kontaktultraschall macht die Prüfung auf interne Leckagen an Ventilen zu einem besser wiederholbaren Arbeitsablauf: Bestätigen des Betriebszustands, Erfassen von Daten an definierten Punkten, Analysieren der Signalmerkmale, Abschätzen der Leckage als Referenzwert und Speichern des Ergebnisses für die Berichterstellung und spätere Vergleichszwecke.

Eine wiederholbare Feldmethode: MP1-MP5-Messung
Bei der Prüfung auf interne Leckagen an Ventilen wird davon abgeraten, sich auf einen einzigen Momentanwert zu verlassen. Ein zuverlässigerer Ansatz besteht darin, zunächst den Zustand zu überprüfen, an definierten Punkten zu messen und die Zusammenhänge zwischen diesen Punkten zu interpretieren.

Vor der Messung: Vergewissern Sie sich, dass das Ventil geschlossen ist und dass nach Möglichkeit eine stabile Druckdifferenz vorliegt. Notieren Sie das Medium, den Ventiltyp, die Ventilgröße, den Druck oder die Druckdifferenz, die Ventil-ID und den Prüfort. Stellen Sie sicher, dass der Sensor stabilen Kontakt mit der Metalloberfläche hat. Ist das Ventil vollständig isoliert, ist möglicherweise ein lokales Messfenster erforderlich.

Fünf-Punkt-Messung: MP1 wird typischerweise als stromaufwärtiger entfernter Referenzpunkt verwendet, MP2 als stromaufwärtiger naher Punkt, MP3 in der Nähe des Ventilkörpers oder des Dichtungsbereichs, MP4 als stromabwärtiger naher Punkt und MP5 als stromabwärtiger entfernter Referenzpunkt. Der Vergleich des Verhaltens stromaufwärts, am Ventilkörper und stromabwärts hilft, falsche Schlussfolgerungen aufgrund eines einzelnen Messpunkts zu vermeiden.

Wiederholen und bestätigen: Wenn ein Punkt einen vereinzelten Spitzenwert aufweist, wiederholen Sie die Messung und schließen Sie instabilen Kontakt, Klopfen, externe Geräusche, Bypass-Leitungen und Prozessschwankungen aus. Ein zuverlässigerer Hinweis auf ein internes Leck zeigt sich in der Regel als konsistentes Muster über verwandte Punkte und Frequenzmerkmale hinweg.

Von „Es klingt nach einem Leck“ zu überprüfbaren Daten
Im praktischen Einsatz ist die Kontakt-Ultraschallmessung nicht nur ein Werkzeug zur Signalaufnahme. Sie trägt dazu bei, die Ventilprüfung in einen dokumentierbaren und wiederholbaren Prozess umzuwandeln.

Das Gerät kann Schallpegel, Spektrum, Endkurve und Wiederholbarkeit analysieren und anschließend Schlussfolgerungen wie „normal“, „Verdacht auf Leckage“, „interne Leckage“ oder „schwere interne Leckage“ unterstützen. Nach Eingabe von Medium, Ventiltyp, Ventilgröße, Druck und Druckdifferenz kann das System zudem einen Leckage-Referenzwert für die Risikoeinstufung, die Priorisierung von Wartungsmaßnahmen und den Vergleich bei Nachuntersuchungen bereitstellen.

Diese Leckageschätzung sollte als Referenz vor Ort für das Screening und zur Entscheidungsunterstützung betrachtet werden. Sie ersetzt weder die gesetzlich vorgeschriebene Inspektion, die Fertigungsabnahme, die Druckprüfung, die Offline-Sitzleckageprüfung noch irgendeine gesetzlich vorgeschriebene Prüfmethode.

Anwendung vor Ort: Welche Ventile sollten zuerst überprüft werden?
Basierend auf praktischen Erfahrungen sind die folgenden Ventile oft die besten Kandidaten für die Überprüfung auf interne Leckage:

Wartungsabsperrventile: Ventile, die vor Heißarbeiten, dem Betreten von beengten Räumen, dem Öffnen von Leitungen, dem Spülen, dem Betrieb mit Blindplatten oder der Übergabe von Anlagen verwendet werden.
Ventile für brennbare, explosive, giftige oder gefährliche Medien: darunter Erdgas, Brenngas, Kohlegas, Wasserstoff, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Lösungsmitteldämpfe und ähnliche Medien.
Kritische Ventile für Dampf und Versorgungsmedien: Interne Leckagen können zu kontinuierlichen Energieverlusten führen und den Systemdruck oder den Zustand nachgeschalteter Anlagen beeinträchtigen.
Qualitätskritische oder wiederholt fehlerhafte Ventile: Interne Leckagen können zu Kreuzkontaminationen, Abweichungen im Mischungsverhältnis, fehlgeschlagener Reinigungsisolierung oder Problemen mit der Chargenqualität führen.
Hochrisikoventile vor einer geplanten Stilllegung: Eine Überprüfung im Betrieb hilft bei der Entscheidung, welche Ventile zuerst repariert, ausgetauscht oder überwacht werden sollten.

Fall 1: Chemiewerk in Yulin, Shaanxi
In einem Chemiewerk in Yulin, Shaanxi, untersuchte das Team acht Ventile, bei denen der Verdacht auf Undichtigkeiten bestand, bei einem Rohrleitungsdruck von etwa 0,3 MPa. Durch eine Kontakt-Ultraschallprüfung wurden vier Ventile mit innerer Leckage und vier Ventile ohne offensichtliche innere Leckage identifiziert. Die anschließenden Beobachtungen bei der Demontage stimmten mit den Inspektionsergebnissen überein und halfen dem Kunden bei der Entscheidung, welche Ventile vorrangig gewartet werden mussten.

Zu den erfassten Ventilpositionen gehörten unter anderem HX-2114D, 2VX-1158C, 2XV-1155C und XV-1152D. Das System lieferte Referenzwerte für die Leckage im Bereich von etwa 0,28 l/min bis 4,53 l/min und unterstützte damit die risikobasierte Priorisierung der Wartungsmaßnahmen.

Fall 2: Kohlechemische Kokerei in der Inneren Mongolei
In einer kohlechemischen Kokerei in der Inneren Mongolei kamen Kohlegas, Stickstoff, Sauerstoff, Methan und andere Medien zum Einsatz. Die Umgebung war komplex und erforderte explosionsgeschützte Geräte. Während der Wartungsarbeiten setzte der Kunde eine explosionsgeschützte akustische Bildgebungskamera in Verbindung mit einem explosionsgeschützten Kontakt-Ultraschallsensor ein, um 10 Ventile zu überprüfen, bei denen der Verdacht auf eine Kohlegasleckage bestand. Bei der Inspektion wurden 6 Ventile mit innerer Leckage identifiziert.

In solchen Szenarien eignet sich die akustische Bildgebung zur schnellen Überprüfung auf äußere Leckagen und abnormale Schallquellen, während Kontaktultraschall zur Überprüfung innerer Leckagen an wichtigen Ventilpositionen eingesetzt wird. Vor-Ort-Bilder, Messdaten und Berichte können anschließend die Wartungsplanung und Rückverfolgbarkeit unterstützen.

Fall 3: Erdgas-Messstation mit Reihen-Parallel-Ventilgruppen
An einer Erdgas-Messstation für große Durchflussmengen waren vier Ventilgruppen in einer Struktur aus zwei Reihen- und zwei Parallelverbindungen angeordnet. Der Druck auf der Ausgangsseite stieg ungewöhnlich stark an, doch der Kunde konnte nicht feststellen, welches Ventil oder welche Ventilgruppe eine innere Leckage aufwies. Durch die punktuelle Überprüfung der Ventile mit Kontaktultraschall lokalisierte das Team schnell zwei Ventilgruppen mit innerer Leckage, einschließlich eines abnormalen Verhaltens bei den in Reihe geschalteten Ventilen. Das Ergebnis stimmte mit dem vor Ort beobachteten Anstieg des nachgeschalteten Drucks überein.

Dieser Fall zeigt, dass es bei der Kontaktultraschallprüfung nicht nur darum geht, festzustellen, ob eine Leckage vorliegt. Sie hilft auch dabei, den Bereich der Fehlersuche in komplexen Rohrleitungsanordnungen einzugrenzen und die Wartungsressourcen auf Ventile mit höherem Risiko zu konzentrieren.

Zusammenarbeit mit der akustischen Bildgebung
Die Prüfung von Ventilen auf Undichtigkeiten sollte nicht von einem einzigen Werkzeug abhängen. Bei Gassystemen eignet sich die akustische Bildgebung gut für die schnelle externe Leckageprüfung an Flanschen, Verbindungsstellen, Rohrleitungen, Messgeräteschnittstellen und Ventilkörpern. Kontaktultraschall eignet sich besser zur Überprüfung auf interne Leckagen bei Gas- oder Flüssigkeitsventilen.

Zusammen ergeben sie einen umfassenderen Arbeitsablauf: Die akustische Bildgebung führt eine großflächige Überprüfung durch, der Kontaktultraschall übernimmt die punktuelle Verifizierung, und die Softwareanalyse sowie die Berichterstellung unterstützen die anschließenden Wartungs- und Managemententscheidungen.

Entdecken Sie die Lösung zur Erkennung innerer Leckagen an Ventilen
Für einen vollständigen Arbeitsablauf, der die externe Leckageüberprüfung, die Kontaktultraschall-Verifizierung, die Schätzung der Leckagemenge und die berichtsbasierte Nachverfolgung umfasst, besuchen Sie die CRYSOUND-Lösung zur Erkennung innerer Leckagen an Ventilen.

Verwandte Produkte
Akustikbildkamera CRY8125: Handgeführte Akustikbildgebung für Leckortungs- und Inspektionsabläufe vor Ort.
Erweiterte Akustikbildkamera CRY8124: Unterstützung durch Akustikbildgebung für die industrielle Leckortung und die Lokalisierung abnormaler Schallquellen.
IA3104 Kontakt-Ultraschallsensor: Kontakt-Ultraschallmessung zur Überprüfung innerer Leckagen an Ventilen und zur punktgenauen Inspektion.
Wichtige Anwendungsgrenzen
Kontakt-Ultraschall eignet sich für die Überprüfung innerer Leckagen an unter Druck stehenden Ventilen im Betrieb, jedoch sollten vor der Auswertung der Ergebnisse die folgenden Bedingungen berücksichtigt werden:

Die Zuverlässigkeit ist höher, wenn das Ventil geschlossen ist und eine stabile Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass vorliegt.
Der Sensor benötigt stabilen Kontakt mit einer Metalloberfläche. Dicke Isolierungen, Beschichtungen, Korrosion oder eingeschränkter Zugang können die Signalqualität beeinträchtigen.
Ein einzelner Spitzenwert sollte nicht als alleinige Grundlage für eine Schlussfolgerung herangezogen werden. Wiederholen Sie den Test und schließen Sie externe Störungen aus.
Bei hohen oder niedrigen Temperaturen sowie unter besonderen Betriebsbedingungen wählen Sie die Sonde und das Zubehör gemäß der Produktanleitung aus.
Die Referenzwerte für Leckagen eignen sich für das Screening, die Priorisierung, Wartungsentscheidungen und den Vergleich im Zeitverlauf. Sie ersetzen jedoch nicht die vorgeschriebenen gesetzlichen oder Offline-Prüfverfahren.
Fazit
Leckagen im Inneren von Ventilen sind schwer zu erkennen, da sie verborgen sind, schleichend auftreten und oft durch die einfache Tatsache überdeckt werden, dass das Ventil scheinbar geschlossen ist. Kontaktultraschall hilft Inspektionsteams dabei, über subjektive Beurteilungen hinauszugehen und einen wiederholbaren Arbeitsablauf mit definierten Messpunkten, Datenaufzeichnungen, Leckage-Referenzwerten und Folgeberichten zu etablieren.

Für Anwender in der Prozessindustrie bedeutet dies eine frühzeitigere Erkennung von Risiken durch Isolationsversagen, weniger unnötige Demontagen, klarere Wartungsprioritäten und bessere Nachweise für die Kommunikation zwischen Sicherheits-, Wartungs-, Produktions- und Managementteams.