Heavy Metal

Jennifer Breunig

Mithilfe von Flanschdruckmittlern können Druckmessgeräte an schwierigste Bedingungen in der chemischen und petrochemischen Industrie angepasst werden. Vor über 35 Jahren hat Wika den Flanschdruckmittler Typ 990.27 in das Fertigungsprogramm aufgenommen. Mittlerweile schützt er tausendfach Messgeräte in der ganzen Welt vor aggressiven, korrosiven, hochviskosen, schmutzigen oder heißen Messmedien. Das Druckmittlersystem besteht aus einem Druckmessgerät mit angebautem Druckmittler und einer Druckübertragungsflüssigkeit, die den Prozessdruck vom Druckmittler zum Messgerät hydraulisch überträgt. Der Prozessdruck wirkt auf die Trennmembrane, die mittels einer Füllflüssigkeit den Druck auf das Messelement des Messgerätes, beispielsweise den Manometer, Transmitter oder Druckschalter, überträgt. Dieses ist über ein Kühlelement, eine Kapillarleitung oder direkt mit dem Druckmittler verbunden.

Standardmäßig wird als Membranwerkstoff der korrosionsbeständige CrNi-Stahl 316L (1.4404/1.4435) verwendet. Ist dieses Material gegenüber korrosiven Prozessmedien nicht hinreichend beständig, können alle mediumberührten Teile des Druckmittlers mit Kunststoffen wie PTFE und ECTFE überzogen oder beschichtet werden. Eine weitere Option zum nachhaltigen Schutz gegen Abrasion ist die wikaramic-Keramikbeschichtung.

Für besonders kritische Einsatzfälle stellt man Membranen aus exotischen Material- ien wie Tantal oder verschiedenen Hastelloy-Werkstoffen her. Zu Schwierigkeiten kann es dann kommen, wenn messstoffbedingt Membranen aus Sonderwerkstoffen bei hohen Temperaturen eingesetzt werden. Hier nahm man bislang Kompromisse bezüglich der Druckmittlerausführung in Kauf, denn der Sonderwerkstoff muss über die gesamte Dichtfläche des Druckmittlers gezogen werden.

Eine Membrane beispielsweise aus Tantal, auf einen Grundkörper aus 316L geschweißt, ist nicht zuverlässig. Insbesondere bei Unterdruck-Anwendungen bilden sich des öfteren Falten auf der Dichtfläche, die zu einem Membranbruch führen können. Des Weiteren kann beim Anschweißen der Membrane an den Grundkörper mittels Laserstrahl ein Mischgefüge, beispielsweise aus 316L und Sonderwerkstoff entstehen, das für Korrosion anfällig ist.

Eine weitere Methode, Sonderwerkstoffe mit dem Flanschkörper zu verbinden, ist das Kleben. Das Sonderklebeverfahren für spezielle Membranen ist nur für Messstofftemperaturen bis maximal +150 °C einsetzbar. Auch bei diesem Verfahren treten Probleme auf, beispielsweise das Entgasen des Klebers beim Evakuiervorgang und Eindiffundieren von Gasen in die Druckübertragungsflüssigkeit. Eine Alternative wäre, Druckmittler massiv aus Sonderwerkstoffen herzustellen, um die Membrane problemlos auf den Grundkörper schweißen zu können. Diese Lösung ist allerdings sehr kostenintensiv.

Das von Wika patentierte Verfahren des metallischen Kontaktierens ermöglicht es, exotische Werkstoffe, wie Has-telloy, Monel und Tantal mit dem Flanschkörper aus CrNi-Stahl zu verbinden. Die Sonderwerkstoff-Membrane erhält dadurch eine flächige Verbindung über die gesamte Dichtleiste. Diese metallisch kontaktierte Verbindung ist porenfrei und die Heliumdichtheit ist besser als 10-9 mbar l/s. Außerdem liegt die Membrane, bedingt durch das Verfahren, etwas tiefer im Flansch, so dass das Risiko einer Membranbeschädigung während des Transports oder der Installation vermindert ist. Eine solche Messanordnung kann ohne Probleme bei extrem hohen Dauertemperaturen bis +400 °C eingesetzt werden. Eine Begrenzung ist nur durch die maximale Einsatztemperatur der Druckübertragungsflüssigkeit bzw. des Sonderwerkstoffes gegeben.

Dem Anwender stehen mehr als 20 verschiedene Sonderwerkstoffe zur Auswahl. Die gängigsten für Druckmittler in chemischen und petrochemischen Anwendungen sind Hastelloy C4, Hastelloy C276, Tantal und Monel 400. Hastelloy C4- und C276-Legierungen werden mit Schwerpunkt in der chemischen Verfahrenstechnik bzw. im chemischen Apparatebau eingesetzt. Bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen zeigen sie eine gute bis sehr gute Korrosionsbeständigkeit gegen verunreinigte Mineralsäuren bei höheren Temperaturen, Lösemittel, Chlor und mit Chlor verunreinigte Medien, Ameisensäure und Essigsäure und Salzlösungen. Tantal zeichnet sich durch eine ungewöhnlich hohe Korrosionsbeständigkeit aus, die vergleichbar ist mit der von Glas und Platin. Die hohe Korrosionsbeständigkeit beruht auf einer auf der Oberfläche fest haftenden Deckschicht aus Tantalpentoxid. Monel alloy 400 ist beständig über einen weiten Bereich der Betriebsbedingungen gegen organische und anorganische Säuren, ätzalkalische Lösungen und Salze. Der Werkstoff eignet sich besser für reduzierende als für oxidierende Bedingungen und wird bevorzugt im maritimen und petrochemischen Bereich eingesetzt.

Als Erweiterung für die Druckmessung abrasiver Medien hat Wika die keramische wikaramic-Beschichtung für ihre frontbündigen oder verschraubten metallischen Druckmittler entwickelt. Die Beschichtung bietet eine hohe Abriebfestigkeit und schützt somit die empfindliche Membran gegen Auswaschungen und verhindert ihren schnellen Verschleiß. Ein Beispiel für eine Prozessanwendung, an der abrasive Medien beteiligt sind, ist die Herstellung von Silikon. Ausgangsmaterialien sind staubfein gemahlenes Silicium und Methylchlorid. Bei der Drucküberwachung werden die Druckmittler-Membranen mit Silicium-Sand angeblasen. Üblicherweise wird die korrosionsbeständige Legierung Hastelloy verwendet, aber, wie Edelstahl, kann dieser Werkstoff schnell verschleißen. Der Einsatz einer Hastelloy-Membrane mit zusätzlicher wikaramic-Beschichtung ist dauerhaft und damit kostensparend.

Zurzeit fertigt Wika im Jahr mehr als 35 000 Flanschdruckmittler für den weltweiten Einsatz in Chemieanlagen. Da in der Prozessindustrie äußerst raue Bedingungen auftreten können, bieten speziell ausgewählte Materialien und Konstruktionen wirksamen Schutz für die Druckmessgeräte. Aufgrund unterschiedlicher Messbedingungen ist es notwendig, das Druckmittlersystem optimal für den jeweiligen Anwendungsfall auszulegen, um mit einer maßgeschneiderten Messanordnung die Standzeit zu erhöhen.

Halle 10.1, Stand C36

Online-Info www.cav.de/0509487