ECTFE-Rohrleitungssysteme für extreme Anforderungen

Der Hochleistungswerkstoff ECTFE bietet sich für Rohrleitungssysteme an, die höchsten Anforderungen in Bezug auf chemische Resistenz und Temperaturbeständigkeit genügen müssen. Durch höhere mechanische Beständigkeit im Vergleich zur bisher häufigen Lösung PFA erlaubt das Material einen um bis zu 200 % höheren Druckbereich.

Der Transport extrem aggressiver Medien unter hohen Drücken und Temperaturen ist in der chemischen Prozessindustrie an der Tagesordnung. Den Rohrleitungen kommt dabei eine besondere Bedeutung zu: Sie müssen höchsten Ansprüchen an Sicherheit, Qualität und Zuverlässigkeit genügen und gleichzeitig wirtschaftliche Anforderungen erfüllen. Um extrem aggressive Chemikalien zuverlässig zu transportieren, wurde bisher überwiegend der thermoplastische Kunststoff PFA verwendet. Auch Edelstahlrohre mit einer chemisch beständigen Auskleidung sind verbreitet.

Während PFA jedoch als kostenintensiv gilt und nur eine geringe mechanische Steifigkeit bietet, sind ausgekleidete Stahlrohre aufgrund ihrer Korrosionsanfälligkeit und des zunehmenden Gewichts bei hohen Durchflüssen nur bedingt geeignet. Als Alternative kommt daher zunehmend der Hochleistungswerkstoff ECTFE (Ethylenchlortrifluorethylen – ein thermoplastisches Fluorpolymer) zum Einsatz. ECTFE zeigt eine sehr gute, mit PFA vergleichbare Chemikalienbeständigkeit und bietet sich dank seiner vorteilhaften Materialeigenschaften als wirtschaftliche Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen an.

Beim Transport extrem aggressiver Chemikalien gilt es, den Spagat zwischen sicherheitstechnischen Anforderungen und hohem Kosten- und Effizienzdruck zu bewältigen. Für Unternehmen aus prozessgetriebenen Industrien mit fortlaufender Produktion stehen dabei neben der absoluten Produktionssicherheit und -kontinuität auch der Schutz von Mitarbeitern, Anlagen, Produkten und der Umwelt im Mittelpunkt.

Anforderungen an Rohrleitungen

Schwefelsäure, Wasserstoffperoxid und Natriumhypochlorit gehören zu den aggressivsten Medien, die industriell in großem Maßstab genutzt werden. Schwefelsäure ist mit einer weltweiten Produktion von mehr als 150 Mio. t pro Jahr eine der wichtigsten Chemikalien. Die stark reizende und ätzende Säure wird vor allem zur Düngemittelproduktion, aber auch zur Herstellung zahlreicher Mineralien wie Salz- oder Phosphorsäure verwendet.

Liegt Schwefelsäure in hochkonzentrierter Form vor, werden höchste Anforderungen an die Lagerung und den Transport der Chemikalie gestellt. Bei der Auswahl eines Werkstoffs stehen neben der Korrosionsbeständigkeit und Zuverlässigkeit auch die Stabilität gegenüber spannungsrissbildenden Medien und die Permeationsbeständigkeit im Fokus der Betrachtung.

Aufgrund der extremen Anforderungen kommen nur wenige Werkstoffe für den Transport hochaggressiver Chemikalien infrage. Rohrleitungen aus gängigen thermoplastischen Kunststoffen wie Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC)
und Polyvinylidenfluorid (PVDF) sind für den Transport konzentrierter Säuren und Laugen nur bedingt geeignet.

PFA, Edelstahl und ECTFE

Beim Transport aggressiver Medien wurde in der chemischen Prozessindustrie bislang häufig PFA verwendet. PFA ist ein Fluorpolymer-Kunststoff, der eine hohe chemische Beständigkeit, aber gleichzeitig eine geringe mechanische Steifigkeit aufweist. Diese geringe Steifigkeit bedingt bei hohen Drücken große Rohrleitungswandstärken, wodurch die Lösung zunehmend unwirtschaftlich wird.

Eine weitere Möglichkeit zum Transport extrem aggressiver Medien ist die Auskleidung von Edelstahlrohren mit PFA oder PTFE. Dabei wird das Innere eines Stahlrohres mit einem chemikalien- und korrosionsbeständigen Kunststoff ausgekleidet, wodurch sich das Rohr zum Transport hochkonzentrierter Chemikalien eignet. Ausgekleidete Edelstahlrohre weisen bei bestimmten Bedingungen jedoch trotz der Beschichtung eine Anfälligkeit gegenüber Korrosion auf. Darüber hinaus wird das Rohrleitungssystem bei größeren Rohrdimensionen deutlich schwerer als reine Kunststoffleitungssysteme, was sich wiederum auf die Kosten der Installation und die statischen Anforderungen an die Aufhängung auswirkt.

ECTFE ist – ähnlich wie PFA – ein thermoplastisches Fluorpolymer, das eine sehr gute Beständigkeit gegenüber hoch konzentrierten Chemikalien und extremen Druck- sowie Temperaturbedingungen aufweist. Als hochleistungsfähiger Industriewerkstoff wird ECTFE daher hauptsächlich in der chemischen Prozessindustrie, der Wasseraufbereitung und der Mikroelektronik eingesetzt. Der wesentliche Vorteil gegenüber PFA liegt in der mechanischen Beständigkeit: Im Vergleich zu PFA erlaubt das Material einen um bis zu 200 % höheren Druckbereich. Diese Eigenschaft erlaubt es dem Betreiber, seine Prozesse wesentlich effizienter zu gestalten und höhere Sicherheitsstandards einzuhalten. Gleichzeitig sorgen die optimalen SDR-Werte des Werkstoffs dafür, dass das System bei gleichem oder geringerem Platzbedarf einen höheren Durchfluss zulässt.

Montage von ECTFE-Rohrleitungen

In Hinblick auf die Montage von Rohrleitungssystemen stehen vor allem die Reproduzierbarkeit und die Qualität der Schweißverbindungen sowie der Zeitaufwand im Fokus. ECTFE bietet den Vorteil, dass es mit automatisierter Infrarot-Schweißtechnologie besonders effizient montiert werden kann. Vor allem im Vergleich zu ausgekleideten Stahlrohren erweist sich die Montage der ECTFE-Leitungen als einfach, schnell und kostengünstig.

Moderne Infrarot-Schweißmaschinen weisen einen hohen Automatisierungsgrad auf und ermöglichen durch eine intuitive Bedienung und eine hohe Systemsicherheit besonders effiziente Installationsprozesse für den Anwender. Dadurch werden menschliche Fehlereinflüsse minimiert.

Im Unterschied zum konventionellen Stumpfschweißen zeichnet sich die Infrarot-Technologie durch signifikant geringere Schweißzeiten und eine hohe Reproduzierbarkeit aus. Das Schweißverfahren basiert auf dem berührungslosen Aufschmelzen der Komponenten durch Infrarotstrahlung. Durch dieses Verfahren wird die Anwärmzeit um mehr als 30 % verkürzt, wodurch die unerwünschte Wulstbildung beim Angleichen vermieden wird. Ein weiterer Vorteil der Infrarot-Schweißmaschine besteht in der integrierten Qualitäts- und Prozesskontrolle, die eine lückenlose Dokumentation und Nachvollziehbarkeit des Schweißvorgangs erlaubt.

Sinnvolle Alternative

ECTFE ist nicht als Ersatz, sondern vielmehr als sinnvolle Ergänzung zu bestehenden PP-, PVC- und PVDF-Systemen für die Anwendung mit extrem aggressiven Medien zu sehen. Als High-End-Lösung für die Industrie hat sich der Werkstoff beim Transport von Chemikalien mit einem pH-Wert unter 2 oder über 12 als besonders zuverlässig sowie sicher bewährt.

Der Einsatz von ECTFE bietet sich vor allem dann an, wenn andere Kunststoffe an ihre Grenzen stoßen oder wenn die vorherrschenden Temperatur- und Druckbedingungen ein ineffizientes Prozessdesign mit sich bringen. Dank der ausgezeichneten mechanischen Stabilität und physikalischen Steifigkeit können ECTFE-Rohrleitungen besonders effizient dimensioniert werden.

GF Piping Systems Ltd., Schaffhausen