November 2009
| von Petra Braun ,
 
  • Beim Handling von Supersäuren spielt neben der Sicherheit vor allem maximale Beständigkeit eine große Rolle.
  • Entscheidend ist, dass der eingesetzte Werkstoff genau zum Medium passt.
  • Bei Nickel als Werkstoff für Kupplungen stößt die Korrosionsbeständigkeit unter besonderen Umständen an ihre Grenzen.
  • Zum Handling von extrem aggressiven Produkten eignen sich Clean-Break-Kupplungen aus Titan. Sie sind so ausgelegt, dass ein spritzfreies Kuppeln und Entkuppeln auch mit langen, gefüllten Schlauchleitungen unter Druck bis zu 5bar möglich ist und somit auch unter Restdruck gekuppelt werden kann.
  • Titan bildet eine natürliche, dicke Oxid-Schicht, die elektrochemische Angriffe auf das Material abwehrt.

Der Aufbau einer durchgehend effizienten Produktion mit optimalen Durchlaufzeiten ist nicht nur für die Hersteller von Chemie- oder Pharmaprodukten selbst ein anspruchsvolles Ziel, sondern auch für die Komponentenfertiger. Es gilt, den immer strenger werdenden Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden. An erster Stelle steht hier der Schutz der Mitarbeiter vor Verletzung oder Krankheit. Stark ätzende oder toxische Säuren, Laugen oder Lösemittel dürfen unter keinen Bedingungen am Arbeitsplatz austreten. Zum Mitarbeiterschutz kommen immer mehr Umweltauflagen und neue Forderungen wie Supply Chain Security – die optimale Sicherheit und damit Transparenz entlang der gesamten Supply Chain von der Fabrik bis zum Verladen und dem Transport in die ganze Welt. Wie groß die Bedeutung dieser Themen geworden ist, beweisen internationale Initiativen wie „Responsible Care“, der immer mehr Chemieunternehmen beitreten.

Zur Sicherheit kommt gleichzeitig der Ruf nach maximaler Beständigkeit der Materialien. Dabei geht es um den Einsatz möglichst hochwertiger, medienresistenter Werkstoffe, die eine lange Einsatzdauer gewährleisten. In der Pharmaindustrie wiederum sollen darüber hinaus keinerlei gesundheitsschädliche Stoffe wie beispielsweise Schwermetalle in die Endprodukte gelangen.

Vorteil Materialvielfalt

Damit ist auch die Messlatte für alle in verfahrenstechnischen Anlagen eingesetzten Systeme nochmals höher gelegt worden. Einer der führenden Hersteller von Schnellkupplungen zum Verbinden und Trennen von medienführenden Leitungen hat sich frühzeitig auf die Herausforderungen vorbereitet. Das Leistungsspektrum umfasst heute über 300000 Varianten an Monokupplungen, Multikupplungen und Dockingsystemen von Standardlösungen bis hin zu maßgeschneiderten Sonderkonstruktionen.

Bei der kundenspezifisch medienorientierten Systementwicklung spielt die Werkstoffauswahl eine zunehmend wichtigere Rolle. Dabei reicht das Spektrum von Stahl über Edelstahl, Nickelbasislegierungen bis zu speziellen Werkstoffen wie Titan. Ausgewählt werden die Stähle anhand von materialspezifischen Abtragungsraten, die eine gute Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Materialien hinsichtlich ihrer Beständigkeiten und damit ihrer Einsatzzeit ermöglichen. Dies entbindet nicht von der Notwendigkeit einer detaillierten, fallweisen Beurteilung auf Verträglichkeit mit dem einzelnen Medium. Es gilt auf eine hohe Fertigungsqualität der Werkstoffe nach den heute geforderten DIN-Normen zu achten, um frühzeitige Lochfraß-Korrosion zu vermeiden. Deshalb werden die zur Anwendung kommenden Materialien inklusive der eingesetzten Dichtungsstoffe aufwendigen Qualitätsprüfungen unterzogen.
Bei nicht besonders sauren oder basischen Medien ist in der Regel eine Edelstahl-Kupplung ausreichend. Noch anspruchsvoller wird die Werkstoffauswahl bei hoch aggressiven Medien, wie beispielsweise chlororganische Verbindungen (CKW), oder bei den sogenannten Supersäuren mit einem pKs-Wert im negativen Bereich. In diesen Grenzbereichen der Verfahrenstechnik kann es vorkommen, dass Anwender die eingesetzten Medien nicht offenlegen. Dann wird in Abstimmung mit dem Kunden ein Material ausgewählt, das nach Kundenangaben oder nach speziellen Kundentests beständig ist. Als Lösungen bieten sich häufig Nickelbasislegierungen, etwa Hastelloy oder Inconell, an. Nickelbasislegierungen haben sich von der chemischen Verfahrenstechnik über die Petrochemie bis zur Umwelttechnik wegen der hohen Korrosionsbeständigkeit sowie des guten Lösungsvermögen von Nickel für andere Elemente wie Chrom oder Molybdän schon lange durchgesetzt.

Titan macht das Rennen

Unter besonderen Umständen stößt die Korrosionsbeständigkeit von Nickel jedoch an ihre Grenzen. Hier gilt es für die Chemieunternehmen neue Wege zu gehen, wobei beim Komponenteneinkauf das Kosten-/Nutzen Verhältnis eine große Rolle spielt. Letzteres verhindert nach wie vor den Einsatz größerer Mengen an Gold bei Kupplungssystemen, obwohl dieses Edelmetall die beste Beständigkeit bieten würde. Trotzdem gewährleistet die steigende Qualität und damit die Kosten der zur Verfügung stehenden Materialien nicht unbedingt ihre Eignung: Königswasser, ein Gemisch aus drei Teilen konzentrierter Salzsäure und einem Teil konzentrierter Salpetersäure, löst das Edelmetall Gold bekannterweise auf.

Für die richtige Auswahl ist langjährige Erfahrung und branchenspezifisches Know-how notwendig. Das ist nur möglich, wenn die Komponentenhersteller den Produktionsprozess vor Ort genau kennen und über die spezifischen Besonderheiten in den Anlagen oder an den Umladestationen sowie Schlauchbahnhöfen informiert sind.
Bei einem großen Chemieunternehmen ist unter anderem ein extrem aggressives Medium im Einsatz. Um dieses Medium ohne Gefahr für Mensch und Umwelt in Transportbehälter umzufüllen, ist eine besonders sichere, maßgeschneiderte Clean-Break-Kupplungstechnik notwendig. Diese Clean-Break-Kupplungen sind dabei so ausgelegt, dass ein spritzfreies Kuppeln und Entkuppeln auch mit langen, gefüllten Schlauchleitungen unter Druck bis zu 5bar möglich ist und somit auch unter Restdruck gekuppelt werden kann. Hohe Durchflusskennwerte müssen gewährleistet sein.
Umfangreiche Materialtests ergaben, dass Titan das einzige einsetzbare Material für diese Anwendung ist. Die selbstpassivierende Eigenschaft von Titan gab den Ausschlag: Während eine Beschädigung der Oberfläche durch aggressive Stoffe andere Metalle anfällig für Korrosion macht, bildet Titan eine natürliche, dicke Oxid-Schicht, die elektrochemische Angriffe auf das Material abwehrt. Nur die medienberührten Bauteile der Kupplung sind dabei aus Titan. In den sonstigen Funktionsteilen kommt hochwertiger Edelstahl zum Einsatz.

Nach einem Zeitraum von rund sechs Monaten werden solch hochbelastete Kupplungen auf ihre Funktionsfähigkeit und ihren Verschleiß überprüft. Sind die durch das Medium hervorgerufenen Abträge außerhalb des Toleranzbereichs, muss die Kupplung zum Schutz der Mitarbeiter ausgetauscht werden.

 

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