Isolieren geht über Gummieren

Korrosion bei Komponenten verzögern

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04.10.2013 Schwefelsäure, Natronlauge oder Lösungsmittel  - die Komponenten in chemischen Anlagen kommen vielfach mit aggressivsten Flüssigkeiten oder Gasen in Kontakt. Viele der Stoffe wirken hochgradig korrosiv auf Metalle ein.

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Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Beim Einsatz von gummierten Bauteilen im chemischen Anlagenbau gilt es, die späteren Betriebsbedingungen zu beachten.
  • Große Temperaturunterschiede zwischen Betriebsmedium und Umgebung führen zu einem frühzeitigen Funktionsverlust der Gummierung als Korrosionsschutz.
  • Die thermische Isolierung ist eine einfache, praktikable und verhältnismäßig günstige Maßnahme, um das Maximum an Lebensdauer, Sicherheit und Kosteneffizienz herauszuholen.

Deshalb kleiden Hersteller Rohrleitungen, Behälter und Apparate vielfach mit beständigen Gummierungen auf Kautschukbasis von innen aus. Sie wirken als Barriere zwischen dem Betriebsmedium und der Rohrinnenseite und schützen so vor Korrosion. Ganz dicht sind solche Gummischichten jedoch nicht. Mit der Zeit dringen kleine Moleküle – insbesondere Wassermoleküle – in die mikroskopisch kleinen Zwischenräume der Polymerketten ein. Allmählich diffundieren diese tiefer in die Gummierung, durchqueren schließlich die komplette Schutzschicht und initiieren Korrosionsprozesse am Trägermaterial, sobald eine kritische Stoffmenge die Schutzschicht passiert hat. Sie quillt auf und löst sich unter Blasenbildung ab. Das Korrosionsschutzsystem hat das Ende seiner Lebensdauer erreicht, und der Betreiber muss die Auskleidung mit beträchtlichem Aufwand erneuern. Langlebigkeit ist deshalb ein zentrales Kriterium beim Konstruktionsdesign von Chemieanlagen, um die Instandsetzungsarbeiten und die damit verbundenen Produktionsstillstände in möglichst großen Zeitabständen abzuwickeln.

Korrosionsschutz zwischen heiß und kalt
Problematisch bei den Diffusionsprozessen in der Gummierung ist jedoch, dass sie wesentlich schneller ablaufen, wenn zwischen dem Betriebsmedium und der Umgebung (beispielsweise Raumluft, Freiland, Erdreich) hohe Temperaturunterschiede herrschen. Das wussten schon die Verantwortlichen der großen Chemieunternehmen in den 1950er Jahren. In den unternehmenseigenen Konstruktionsleitlinien schrieben sie die thermische Isolierung gummierter Bauteile und Komponenten fest. Denn langjährige Erfahrungen aus Betrieb und Instandhaltung zeigten, dass sich die Schutzschichten immer wieder im Bereich von Wärmebrücken frühzeitig ablösten – noch vor Erreichen der anvisierten Lebensdauer. Doch das Wissen um die Zusammenhänge ist in den vergangenen Jahrzehnten zunehmend in Vergessenheit geraten. Aus Kostengründen verzichteten Planer vielfach auf eine thermische Isolierung, was jedoch frühzeitige Korrosionsschäden nach sich zog. Um die allgemeinen Erfahrungswerte der chemischen Industrie erstmals zu quantifizieren und den Einfluss der Temperaturdifferenz genauer zu untersuchen, haben die Ingenieure am TÜV Süd Institut für Kunststoffe drei verschiedene Kautschuksorten analysiert. Hierfür ermittelten sie die Wasseraufnahme bei unterschiedlichen Temperaturgradienten. Die Untersuchungsergebnisse präsentierten sie Ende November 2012 bei der zweiten Fachtagung „schwerer Korrosionsschutz“ in München. Ausgehend von diesen Werten können Ingenieure die optimale Schichtdicke des Isoliermaterials berechnen, die notwendig ist, um die Diffusion der Wassermoleküle auf ein Minimum zu begrenzen.

Wie schnell nimmt der Gummi Wasser auf?
Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Temperaturdifferenz zwischen Betriebsmedium und Außenluft maximal
2 °C betragen darf, um die optimale Lebensdauer der Innengummierung zu erreichen. Das können Betreiber in der Praxis nur mit einer Isolierung des Bauteils erreichen. Doch wie viel Isoliermaterial ist notwendig, um diese enge Grenze einzuhalten? Die Ingenieure haben exemplarisch die erforderliche Schichtdicke für Steinwolle berechnet, die für den Anlagenbetrieb mit 80 °C heißem Medium notwendig ist. In einem Szenario betreiben sie die Anlage bei Raumtemperatur (T1 = 20 °C). In einem weiteren Freilandszenario sind die Anlagenkomponenten Wind und Frost ausgesetzt (T2 = -10 °C). Im ersten Fall müssen die Anlagenkomponenten mit einer ca. 50 mm starken Schicht aus Steinwolle isoliert werden, um das Temperaturgefälle auf 2 °C zu begrenzen. Im zweiten Fall ist eine 100 mm starke Isolierschicht erforderlich, um die Wasseraufnahme der Gummierung zu minimieren. So verlängert sich die Lebensdauer des Korrosionsschutzes wesentlich: bei Betrieb in temperierten Räumen um ca. 50 und bei Betrieb im Freien um ca. 100 %.

Zum Institut für Kunststoffe des Tüv Süd gelangen Sie hier.

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Heftausgabe: Oktober 2013

Über den Autor

Helmut Zimmermann, TÜV Süd Industrie Service
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