Der Wechsel von Metall- zu Kunststoff-rohrleitungen ist für Anlagebetreiber, die mit korrosiven Medien wie Salzsäure, Natriumhypochlorit oder Schwefelsäure arbeiten, von Vorteil. Während Stähle generell säureempfindlich sind und auch Edelstähle besonders kritisch auf Chloride reagieren, eignet sich insbesondere PVC-U sehr gut für alle gängigen Salzsäure-, Natriumhypochlorit- und Schwefelsäure-Konzentrationen. Diese Medien können auch eine aggressive Umgebung schaffen, die zur Korrosion der metallischen Bauteile von außen führen kann.
Inzwischen liegen Langzeiterfahrungen über mehrere Jahrzehnte vor, die eindrucksvoll die Robustheit von PVC-U belegen, das sowohl als voller thermoplastischer Leitungswerkstoff wie als GFK-Inliner.
GF Piping Systems, Anbieter von Rohrsystemen aus Kunststoff, konnte vor einiger Zeit eine mehr als 20 Jahre alte Installation aus PVC-U in Deutschland wegen eines Umbaus im Detail analysieren.
Bei der untersuchten Anlage handelte es sich um ein PVC-U-Rohrleitungssystem im Freien, das 21 Jahre durchgehend betrieben wurde. Es war direkter Sonneneinstrahlung und jahreszeitlich wechselnden Umgebungs- und damit Betriebstemperaturen ausgesetzt. Diese Anwendung kommt selten vor und bot damit eine gute Gelegenheit, PVC-U im Extrembereich zu untersuchen. Sonst sind für Anwendungen im Freien eher GFK-Rohrleitungen mit PVC-U-Inliner typisch.
Ergebnisse der Untersuchung
Bei der Untersuchung zeigte sich, dass sie – trotz der Belastungen durch das genutzte Medium (96 %ige Schwefelsäure) und Witterungseinflüsse wie UV-Strahlung und starken Temperaturschwankungen – problemlos hätte weiter eingesetzt werden können.
Das Rohrsystem mit der Dimension d63x4,7 mm (PN16) war bei der Installation per Muffenklebung mit Dytex verbunden worden. Der Betriebsdruck lag im Bereich von 2,2 (statischer Druck) bis maximal 3,6 bar (Pumpendruck). Technisch wären, ohne Witterungseinflüsse, bei 30 Grad Betriebstemperatur und 25 Jahren kalkulierter Nutzung bis 6,4 bar und bei 40 Grad bis 5,1 bar möglich gewesen.
Nach 21 Jahren durchgehendem Betrieb wiesen die untersuchten PVC-U-Rohrleitungsteile eine dunkle, bräunliche Verfärbung der Innenoberfläche auf. Der chemische Angriff durch die korrosive 96 %ige Schwefelsäure war bemerkenswert gering. Polarisationsaufnahmen von Mikrotom-Schnitten zeigten im Inneren eine dünne Diffusionsfront. Der überwiegende Teil des Rohres war völlig intakt.
Das Außenrohr hatte sich aufgrund der Sonneneinstrahlung hellgrau verfärbt. Polarisationsaufnahmen der Mikrotom-Schnitte zeigten auf der sonnenzugewandten Seite eine oberflächliche Auskreidung von 0,15 mm. Das Rohr darunter war völlig intakt.
Die Untersuchung der 38 mm tiefen Muffenklebung zeigte ein zackenförmiges Eindringen der Schwefelsäure in eine Tiefe von 3 bis 10 mm. Mehr als 80 % der Klebefläche waren intakt, das Rohrleitungssystem damit auch unter diesem Aspekt uneingeschränkt einsatzbereit.
Dieser typische Anwendungsfall zeigt, dass PVC-U-Rohrsysteme auch langfristig ihre Materialvorteile beibehalten. Neben ihrer chemischen Resistenz, niedrigem Gewicht und schnellerer Verarbeitung durch Kleben sind das vor allem Korrosions- und Wartungsfreiheit. Bei Einsatz der dickeren SDR9-Rohren (d63x7,0 mm) gegenüber
der untersuchten SDR13,6-Rohren (d63x4,7 mm) bieten sie auch eine höhere Sicherheit.
Zu beachten ist allerdings, dass für PVC-U verschiedene Herstellerrezepturen existieren und bei der Auswahl daher auf hohe Qualität mit einem möglichst geringen Kreideanteil zu achten ist. Je geringer der Kreideanteil, umso besser die chemische Resistenz und geringer die Diffusionsrate. Gleiches gilt natürlich für Verbindungstechnologien und Auswahl der verwendeten Klebstoffe.
Klebeverbindungen
Dytex, einst für die untersuchte Anlage verwendet, wurde bereits 2015 durch Tangit DTX ersetzt. Für kritische Medien wie Natriumhypochlorit bis 15 % Aktivchlor, Salzsäure bis 37 % oder Schwefelsäure bis 93 % kann jetzt dieser Spezialklebstoff für Druckrohrleitungssysteme aus PVC-U eingesetzt werden. Er vereinfacht die Verarbeitung weiter und erhöht die Sicherheit der Klebeverbindung, da kein spezieller Anlöser mehr nötig ist und die spaltfüllenden Eigenschaften kein mehrlagiges Auftragen erfordern.
Für Schwefelsäure über 93 bis 96 % sind weiterhin die Dytex-Klebstoffe zu verwenden. Der Dytex-Klebstoff hat keine spaltfüllende Wirkung und erfordert schon bei einem dünnen Spalt ein sorgfältiges Anlösen und Mehrauftrag des Klebstoffes, um die Klebeschicht aufzubauen. Aufgrund der stark korrosiven Wirkung von 96 %iger Schwefelsäure auf dem Klebstoff wird nach einer Gebrauchsdauer von zehn Jahren eine gründliche Überprüfung der Klebeverbindungen empfohlen.
Kunststoff statt Metall
PVC-U kann problemlos für Schwefelsäure aller Konzentrationen bis 96 % eingesetzt werden. Stahl ist dagegen nur bei geringen Konzentrationen bzw. nicht unterhalb von 96 % möglich, wobei für Konzentrationen unter 7,5 % nur V4A-Edelstähle einsetzbar wären. Das trägt einer Besonderheit der Schwefelsäure Rechnung, dass nämlich Konzentrationen im Bereich über 7,5 % bis unter 96 % stark korrosiv wirken und metallische Werkstoffe dafür nicht einsetzbar sind.
Für die Säurekonzentration von 96 % gelten Stahlrohrleitungen noch als Option. Hier ist zu beachten, dass aus dem Stahl Eisensulfat in die Schwefelsäure gelangen kann. Bei Einsatz von Stahl zeigt die Praxis darüber hinaus, dass bereits das Eindringen von Luftblasen und die damit eingetragene Feuchtigkeit ausreichen können, um im Bereich der Blasen ein Korrodieren von innen zu verursachen. Derartige Prozesse, oft lange unbemerkt, stellen bei statisch relevanten Systemteilen eine besondere Gefahr da.
Materialtypisch für Kunststoffe sind neben den chemischen Beständigkeiten auch die glatteren Oberflächen im Vergleich zu Metallen, was geringere Ablagerungen und Druckverluste verursacht. Neben der Nutzung in der Chemie wird PVC-U vielseitig für Wasser- und Lebensmittelanwendungen eingesetzt. Für spezielle PVC-U-Rezepturen liegen für Rohre, Formstücke und Armaturen Trinkwasser- und Lebensmittel-Zulassungen vor sowie die allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen vom Deutschen Institut für Bautechnik in Berlin zum Lagern, Abfüllen und Umschlagen wassergefährdender Stoffe gemäß Wasserhaushaltsgesetz (WHG) § 63.
In der Summe zeigt sich, dass PVC-U bei moderaten Betriebstemperaturen und -drücken eine sichere und zuverlässige Wahl für den Transport von kritischen Medien wie 96 %iger Schwefelsäure ist und seine Eignung auch nach mehr als 20-jährigem Dauerbetrieb unverändert beibehält. Zudem erlaubt die Toleranz verschiedener Säurekonzentrationen mehr Flexibilität beim Betrieb der Anlage, die bei Metalllösungen wegen der korrosiven Eigenheiten nicht möglich ist.
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Autor: Roberto Almodovar
Marktsegmentmanager Chemische Prozessindustrie,
GF Piping Systems
