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Auf die inneren Werte kommt es an

Korrosionsschutz in der chemischen Verfahrenstechnik
Auf die inneren Werte kommt es an

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Langlebiger Korrosionsschutz ist im Chemieanlagenbau ein entscheidender Hebel, um die Total Cost of Ownership zu senken. Dabei hat sich die zweite PTFE Generation, TFM PTFE, als ein besonders gut geeigneter Werkstoff zur Auskleidung erwiesen. Dieses modifizierte PTFE verbindet eine nahezu universelle Chemikalienbeständigkeit mit sehr guter Dichtheit und einfachen Verarbeitungsmöglichkeiten. Damit eignet sich TFM PTFE für anspruchsvolle Systeme sowohl in Verbindung mit Stahl als auch mit Vollkunststofflösungen.

Dipl.-Ing. (FH) Andreas Neupauer

PTFE ist einer der widerstandsfähigsten Werkstoffe für den Chemieanlagenbau. Das teilkristalline PTFE mit ca. 55 bis 60 Shore-D Härte ist nahezu universell chemikalienbeständig, außer gegen flüssige Alkalimetalle und einige Fluorverbindungen unter hohem Druck und Temperatur. Die Temperaturbeständigkeit reicht von -250 bis 260 °C. Sehr gute elektrische Isolations- und Gleiteigenschaften runden das Profil grundsätzlich ab. Reines, virginales PTFE hat die höchste Chemikalienbeständigkeit, ist physiologisch unbedenklich und entspricht den Anforderungen der amerikanischen Food and Drug Administration (FDA).
Mit TFM PTFE, einem chemisch modifizierten PTFE, hat Dyneon einen in seinen mechanischen Eigenschaften nochmals verbesserten Werkstoff entwickelt. TFM PTFE hat sich im Dichtungsbereich vor allem wegen des deutlich geringeren Kaltflusses sowie verbesserten Rückstellverhaltens etabliert. Auch als Auskleidung kommt der Werkstoff wegen der Kombination von hoher Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit sowie Permeationsdichte immer häufiger zum Einsatz.
Dichtes Polymergefüge
TFM PTFE unterscheidet sich von klassischem PTFE durch den zusätzlichen Modifier Perfluorpropylvinylether (PPVE). Das um den Faktor fünf geringere Molekulargewicht sowie eine homogenere Kristallitstruktur führen dazu, dass die Partikel besser zu einem dichten, porenarmen Polymergefüge verschmelzen. Dadurch verbessert sich die Dichtigkeit im Vergleich zu klassischem PTFE bis zum Faktor 2, eine wesentliche Voraussetzung, den Korrosionsschutz deutlich zu verlängern, zumal auch die Beständigkeit gegenüber Chemikalien aller Art erhalten bleibt. Der Stretch-Void-Index dieses Werkstoffes ist bis zum Faktor 3 reduziert. Je kleiner dieser Wert ist, desto weniger gefährliche Poren entstehen bei Dehn-/Streckvorgängen, wie sie im Allgemeinen beim Bördeln von Auskleidungen oder Stutzen auftreten. Darüber hinaus erfüllt der Werkstoff eine weitere, wichtige Anforderung für den Einsatz als Auskleidungsmaterial: TFM PTFE verbindet die hervorragenden Barriereeigenschaften mit verbesserter Verarbeitbarkeit. Es lässt sich beispielsweise unter Anwendung spezieller Methoden sicher schweißen.
Konstruktive Details
Die Barriereeigenschaften der Innenauskleidung können langfristig die Korrosion des Trägermaterials Stahl verhindern. Dabei müssen die Planer jedoch die verschiedenen Einsatztemperaturen berücksichtigen. Bei niedrigen Prozesstemperaturen setzen Anlagenbauer bevorzugt auf eine feste Verbindung von Stahl und Auskleidung. Einseitig mit einem Glasgewebe kaschierte Auskleidungsfolien und Platten werden mit dem Stahl in den Behältern verklebt. Das anschließende Verschweißen der Nähte sorgt für die Dichtheit der Auskleidung. Dieses Verfahren garantiert auch die Beständigkeit unter Vakuum. Über die Schichtdicke von TFM PTFE kann der Anwender die Permeationsdichtheit gegenüber den verschiedenen Chemikalien variieren und kontrollieren.
Bei Prozesstemperaturen über 100 °C stoßen fest verklebte Systeme jedoch bald an ihre Grenzen. Zum einen stehen Klebstoffe, die sowohl chemikalienbeständig als auch hochtemperaturstabil sind, zurzeit nicht zur Verfügung, zum anderen steigen die Permeationsraten bei zunehmenden Temperaturen stark an. Das erfordert zusätzliche konstruktive Vorkehrungen. Der Ausweg ist unter dem Begriff Lose-Hemd-Auskleidung bekannt. Die Fluorpolymerauskleidung wird vor Einbringung in den Behälter komplett gefertigt und falls notwendig geschweißt, um danach lose in den Behälter eingebracht zu werden. Zur Fixierung der Auskleidung dienen in der Regel Flansche oder Stutzen. Der Vorteil: Das dehnbare TFM PTFE passt sich auch in den unterschiedlichen Stärken den verschiedenen Bedingungen an. Dabei zeigt auch hier die Fluorpolymerverbindung Stärken, denn die Wechselbiegeeigenschaften sind sehr gut.
Durch weitere konstruktive Maßnahmen kann der Anlagenbauer den Korrosionsschutz noch dauerhafter gestalten. Bei hohen Prozesstemperaturen verlängert eine Hinterlüftung die Lebensdauer erheblich. Dabei geht es darum, im Bereich zwischen Fluorpolymerauskleidung und Stahl eine Taupunktunterschreitung bzw. Kondensation von permeierten Molekülen zu verhindern, also die Konzentration der Chemikalie in diesem Zwischenraum unterhalb der Sättigungsgrenze zu halten. Dann bleibt die Stahloberfläche trocken und damit korrosionsfrei. Ein Mechanismus, der durch eine wirkungsvolle Isolation der entsprechenden Anlagenteile unterstützt wird.
Alternative zu Stahl
Stahl ist sicher der derzeit am meisten eingesetzte Werkstoff im Chemieanlagenbau. Das wird auf absehbare Zeit auch so bleiben. Aber alternative Systemlösungen erobern zunehmend Marktanteile. Ein Beispiel ist Keraverin PTFE, eine Gemeinschaftsentwicklung von SGL Acotec gemeinsam mit ElringKlinger und Dyneon. Der Werkstoffverbund Keraverin PTFE eignet sich zur Herstellung von korrosionsfreien, vakuumfesten und chemisch gut beständigen Rohrsystemen sowie Behältern. Der Werkstoffverbund Keraverin PTFE bietet mit TFM PTFE eine nahezu universell chemisch widerstandsfähige und permeationsdichte Innenauskleidung. Auf den Innenliner wird dann ein Traglaminat aus glas- und/oder kohlenstofffaserverstärkten Harzsystemen appliziert. Je nach Anwendung kann der Verbund auch antistatisch eingestellt werden. Für besondere Einsatzfälle wird ein Hochtemperaturharzsystem verwendet, das Einsatztemperaturen im Gesamtverbund bis 200 °C zulässt. Soll das Keraverin-PTFE-System als Rohrleitung ausgeführt werden, wird in der Regel modifiziertes TFM PTFE Pastenpulver eingesetzt. Bei flächigen Auskleidungen im Behälterbau wird der Werkstoff als Schälfolie (Plattenmaterial) appliziert. Dabei brachte ElringKlinger sein umfangreiches Know-how bei der Verarbeitung und Halbzeugherstellung von klassischem und modifiziertem PTFE ein.
Korrosionsfeste Rohre
Keraverin-PTFE-Rohrleitungssysteme decken alle Nennweiten und Bauformen ab. Die korrosionsfesten und wartungsarmen Rohre können durch ihr geringes Gewicht auch längere Strecken freitragend überwinden. Dabei sind die Verbundrohre deutlich weniger stoßempfindlich als beispielsweise emaillierte Materialien. Ein weiterer Vorteil ist die große Konstruktions- und Designflexibilität. Durch Reduzierung von Flanschverbindungen im Rohrleitungsbau können Anlagenemissionen und Wartungsaufwand zum Teil drastisch reduziert werden. Die Rohre erfüllen beständig sehr hohe Dichtheitswerte auch unter extremen Betriebsbedingungen. So konnten sowohl in Thermoschockbehandlungen als auch in 2000-h-Hochtemperatur-Vakuumtests weder Rissbildungen noch Delaminationen der Innenauskleidung festgestellt werden. Die Haftscherfestigkeit des TFM-PTFE-Innenliner-Materials zur gewebekaschierten Haftschicht erreicht dabei Werte von teilweise über 8 MPa. Die Verbindung zum Trägermaterial ist über mehrere Jahre dauerhaft nachgewiesen.
SGL Acotec bietet die Rohrleitungssysteme mit direkt angebauten Flanschen oder mit Laminatenden an. Hier kommt die gute Verschweißbarkeit von TFM PTFE zum Tragen. Durch Warmgasschweißen mit PFA werden die Rohre ab Werk oder direkt auf der Baustelle miteinander zuverlässig verbunden. Reparaturschweißungen sind nachträglich jederzeit durchführbar. Das Ergebnis für die Anwender: Deutlich leichtere und designflexiblere sowie korrosionsfeste und somit leistungsfähigere Gesamtkonstruktionen.
cav 423

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