Geothermie ist eine verlässliche Quelle erneuerbarer Grundlastenergie. Gleichzeitig führen Entwicklungen der nächsten Generation – insbesondere superheiße und superkritische Systeme – dazu, dass Bohrlochkopfausrüstungen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, die weit über konventionelle Standards hinausgehen.
Temperaturen von bis zu 500 °C, aggressive geothermische Fluide, mineralische Ablagerungen (Scaling) sowie wiederholte thermische Zyklen stellen eine außergewöhnliche Belastung für Armaturen und Bohrlochkomponenten dar. Unter diesen Bedingungen stoßen konventionelle Ventilkonzepte häufig an ihre funktionalen Grenzen.
Hartmann Valves entwickelt API-6A-Kugelhahnlösungen, die speziell für diese extremen geothermischen Einsatzbedingungen ausgelegt sind. Der Fokus liegt auf der Sicherstellung von Bedienbarkeit, Dichtheit und langfristiger Zuverlässigkeit – auch unter anspruchsvollsten Bedingungen.
Superheiße Geothermiebohrungen sind durch eine Kombination aus hohen Temperaturen, chemisch aggressiven Flüssigkeiten und ausgeprägten Scaling-Effekten gekennzeichnet. Mineralische Ablagerungen bilden sich innerhalb von Armaturen und angrenzenden Komponenten, während kontinuierliche thermische Zyklen zu wechselnden mechanischen Belastungen im System führen.
Diese Bedingungen wirken sich direkt auf die Leistungsfähigkeit von Armaturen aus, insbesondere in Anwendungen, in denen ein zuverlässiger Betrieb nach Shut-in-Phasen erforderlich ist. Komponenten müssen auch nach längerer Exposition gegenüber hohen Temperaturen und Ablagerungen funktionsfähig bleiben, was erhöhte Anforderungen an Konstruktion und Werkstoffauswahl stellt.
Gate Valves sind in Bohrlochkopfsystemen weit verbreitet. In superheißen geothermischen Anwendungen stößt ihr Konstruktionsprinzip jedoch an grundlegende Grenzen. Bei hohen Temperaturen bilden sich mineralische Ablagerungen im Inneren der Armatur, insbesondere in den Sitzmulden, Hohlräumen und Dichtungsbereichen
Diese Ablagerungen beeinträchtigen direkt die Gleitbewegung des Schiebers. Mit der Zeit können die Ablagerungen den Schieber blockieren, ein vollständiges Schließen oder Öffnen verhindern und das Betätigungsdrehmoment erheblich erhöhen. Thermische Wechselbeanspruchung beschleunigt zusätzlich den Verschleiß an den Dichtflächen, was zu Leckagen und einem Verlust der Dichtungsintegrität führt. Infolgedessen kann kein zuverlässiger Betrieb nach Shut-in-Phasen gewährleistet werden, und hohe Betätigungskräfte führen häufig zu Betriebsausfällen.
In superheißen Geothermieanwendungen stellt dieses Verhalten ein kritisches Zuverlässigkeitsrisiko dar.
Kugelhähne von Hartmann Valves begegnen diesen Herausforderungen mit einem grundlegend anderen Konstruktionsansatz. Anstelle eines linear bewegten Schiebers kommt ein rotierendes Absperrelement (Kugel) zum Einsatz, welches innerhalb seines eigenen Volumens rotiert. Dadurch entfallen Sitzmulden und Geometrien, in denen sich Ablagerungen typischerweise ansammeln und die Bewegung beeinträchtigen.
Infolgedessen bleiben Kugelhähne von Hartmann Valves auch in Scaling-Umgebungen betriebsfähig, in denen Gate Valves versagen. Das metallische Dichtsystem gewährleistet eine zuverlässige Leistung bei hohen Temperaturen sowie in aggressiven geothermischen Flüssigkeiten. Die Konstruktion ermöglicht den Betrieb unter vollem Differenzdruck, während robuste Antriebssysteme hohe Drehmomente bewältigen und Ablagerungen bei Bedarf aufbrechen können.
Dies ermöglicht ein zuverlässiges Schalten und eine langfristige Funktionsfähigkeit unter Bedingungen, bei denen herkömmliche Gate Valves an ihre Grenzen stoßen.
Die Konstruktion der Kugelhähne von Hartmann Valves ist speziell für geothermische Anwendungen bei hohen Temperaturen ausgelegt. Durch die Vermeidung von Hohlräumen und Toträumen wird die Ablagerung von Scaling reduziert und die Betriebsfähigkeit auch in stark belasteten Umgebungen sichergestellt. Die elastomerfreie metallische Abdichtung gewährleistet eine stabile Leistung bis zu 500 °C sowie Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien. Darüber hinaus berücksichtigt die Konstruktion Temperaturwechsel und den Betrieb unter vollem Differenzdruck sowie hohe Drehmomentanforderungen, sodass ein zuverlässiges Schalten auch nach langen Einsatzzeiten gewährleistet ist. Ein fettfreies Designkonzept erhöht zusätzlich die Betriebssicherheit. Mit Fetten kann nicht gearbeitet werden, da diese bei den Temperaturen ausgewaschen oder thermisch zersetzt werden.
Werkstoffkonzepte für Hochtemperatur-Geothermie
Kugelhähne von Hartmann Valves können aus Kohlenstoffstählen, Edelstählen sowie korrosionsbeständigen Werkstoffen gefertigt werden, darunter auch beschichtete Lösungen wie Inconel 625 oder massive Nickelbasislegierungen. Die Werkstoffauswahl wird projektspezifisch auf Temperatur, Zusammensetzung des Mediums, Korrosionsbedingungen und mechanische Belastungen abgestimmt.
Anwendungen in fortschrittlichen Geothermiesystemen
Diese Kugelhähne kommen in superheißen und superkritischen Geothermiebohrungen, in Enhanced Geothermal Systems (EGS) sowie in tiefen und hochenthalpen Geothermieanwendungen zum Einsatz.
Mit mehr als 80 Jahren Erfahrung in der Armaturenentwicklung und umfassendem Know-how in Bohrlochkopfanwendungen kombiniert Hartmann Valves Hochtemperaturkompetenz mit projektspezifischen Konstruktionsfähigkeiten.
Das Ergebnis ist eine Armaturentechnologie, die darauf ausgelegt ist, herkömmliche Armaturenkonzepte in kritischen geothermischen Anwendungen zu ersetzen und die Entwicklung der nächsten Generation geothermischer Energiesysteme zu unterstützen.
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