Fachbeitrag Verfahrenstechnik Georg Fischer Piping Systems Ltd. 8201 Schaffhausen Switzerland www.piping.georgfischer.com Ralph Schreiber Public & Media Relations Manager Tel +41 (0) 52 631 3374 Fax +41 (0) 52 631 2830 Mobile +41 (0) 79 830 2803 ralph.schreiber@georgfischer.com Schaffhausen, 28. Juli 2008 Sichere und verlässliche Rohrleitungssysteme aus Kunststoff für die Chemische Prozessindustrie Das Interesse an Alternativen zu Stahlrohren hat den Markt für Kunststoffrohrleitungssysteme bei chemischen Prozessen merklich wachsen lassen. Konkret handelt es sich um Verfahrensabläufe, bei denen beispielsweise aggressive Chemikalien produziert, transportiert und gelagert werden, Oberflächen mit hoch konzentrierten Säuren geätzt werden und häufig auch kontaminierte Abwässer gereinigt werden müssen. In den meisten Fällen sind die eingesetzten Chemikalien gefährlich, einige Stoffe wie Flusssäure und Chromsäure sind sogar toxisch. Seit Jahrzehnten verlässt man sich bei dem Transport ebensolcher Medien auf thermoplastische Rohrleitungssysteme. Materialien wie PVC-U, PVC-C, PP-H, PVDF und PE sind für diesen Einsatz besonders geeignet aufgrund ihrer hohen chemischen Beständigkeit gegenüber Medien, die ansonsten sehr korrosiv sind. Korrosionsattacken und Materialauswahl Einer der Schlüsselfaktoren für den Einsatz von Kunststoffen wie PVC-U, PVC-C, PP-H, PVDF und PE im Anlagenbau ist die gute Resistenz gegenüber einer Vielzahl aggressiver Chemikalien. Flüssige Medien mit Elektrolytgehalt attackieren metallische Materialien durch elektrochemische Reaktionen. Den verschiedenen Arten von Korrosion wirkt man durch verstärkte Wanddicken, durch den Gebrauch
höherwertigen rostfreien Stahls oder durch den Einsatz spezieller Materialien wie Titanium, Tantalum etc. entgegen. Auch wenn es bei Kunststoffen keine elektrochemischen Korrosionsreaktionen gibt, so sind andere chemische und physikalische Prozesse dennoch möglich und müssen bei der Auswahl des passenden Materials in Betracht gezogen werden. Die Reaktionen können dennoch unter dem Aspekt Korrosionsphänomen betrachtet werden, wenngleich hier andere Mechanismen am Werk sind. Von besonderem Interesse sind Ausdehnungs- und Belastungsbruchverhalten, die mit der richtigen Materialauswahl und Verbindungstechnologie unter Kontrolle gehalten oder sogar gänzlich ausgeschlossen werden können. Es ist wichtig sich daran zu erinnern, dass Kunststoffe, ähnlich wie Metalle, abweichende Rezepturen haben und damit unterschiedliche Charakteristika ausbilden können. So ist PVC zum Beispiel nicht immer nur einfaches PVC. Aufgrund der hohen Marktverfügbarkeit unterschiedlicher PVC-Compounds, ist es unerlässlich, für einen sicheren Betrieb vor der Anlagengestaltung die relevanten Materialinformationen über industrielle Passgenauigkeit einzuholen. Auch sollte man besonderes Augenmerk auf die Rohrverbindungen legen die potenziellen Schwachpunkte des Systems. Nicht jeder Kunststoff kann mit jedem anderen Kunststoff beliebig verbunden werden (noch nicht einmal innerhalb derselben Gruppe). So gibt es verschiedene PVC-Typen für Rohre, Fittings und Armaturen. Nur der Hersteller kann hier Empfehlungen geben und damit auch einen sicheren und verlässlichen Betrieb mit einer Lebensdauer bis zu 25 Jahren garantieren. Um dies zu gewährleisten müssen die für den Anlagenbau benötigten Rohrmaterialien, Armaturen und Messtechnologien notwendigerweise in einer frühen Planungsphase ausgewählt werden. Über die materialspezifische Tauglichkeit hinaus sind als weitere Schlüsselfaktoren zu nennen: - Temperatur, Druck - die gesamte Medienzusammensetzung (inklusive der Konzentrationen) - Verweildauer (Wechselbetrieb, entwässerte Rohrleitungen) - natürliche Umgebungseinflüsse (aussergebäudliche Installation, UV-Strahlung) 2
- mechanische Belastung (Verbindungsstellen, thermische Ausdehnung und Installation). Letzteres kann durch eine entsprechende Konstruktion und sachgerechte Verbindungsstellen minimiert werden. Darüber hinaus müssen entsprechende Überwachungstechnologien und rechtliche Vorschriften in Betracht gezogen werden. Generell wird die unkomplizierte Installation von Kunststoffen als positive Eigenschaft bei Spezialkonstruktionen gesehen. Dank der geringen Materialgewichte und des umfassenden Produktangebots mit Zubehör und Vorfabrikation können Installationen und Wartungen mit weniger Aufwand und dabei wirtschaftlicher durchgeführt werden als bei Systemen aus Metall. Das Einsatzspektrum von thermoplastischen Kunststoffen in industriellen Anwendungen umfasst Mischmedien, wie sie beispielsweise in der Oberflächenbearbeitung und in Abwasseranwendungen Gebrauch finden. Neben Bleich- und Salzlaugen sind Säure- und Alkalilösungen die häufigsten Transportmedien. Auch für hochreine Chemikalien sind Systemlösungen mit den entsprechenden Kunststoffen und Verbindungstechnologien verfügbar. Verschiedene Kunststoffe und Systeme PVC-U ist resistent gegenüber Säuren und Alkali, wobei PVC-C für diese Medien bei hohen Temperaturen besser geeignet ist. Auf der anderen Seite wird PVDF bei extrem heissen und aggressiven Medien, beispielsweise hochreine Liquide, empfohlen. Die aussergewöhnliche chemische Beständigkeit von PVC-U von Georg Fischer ist bis zu zu sehr hohen Medienkonzentrationen gewährleistet. Gleichfalls hervorragend ist die Resistenz gegen den Einfluss der meisten mineralischen Säuren, Basen und Salzlaugen wie auch Natriumhypochlorit. Auch ist die Beständigkeit gegenüber aliphatischen Kohlenwasserstoffen und elementarem Chlor ausgezeichnet. PVC-U zeigt dazu sehr gute Eigenschaften im Temperaturbereich von 0 C bis 60 C und eignet sich mit seinen universellen Eigenschaften für eine Vielzahl von Anwendungen. Progef (PP) von Georg Fischer ist ein polypropylenes Homopolymer mit einer beispiellosen homogenen, feinen Struktur und einem bedeutend höheren Wirkungsgrad. Der hohe Kristallisationsgrad dieser Substanzen gewährleistet eine 3
hervorragende Beständigkeit gegen Chemikalien, was durch den Einsatz von Titaniumoxid-Pigmenten noch weiter verbessert wurde. Das Material hat eine Einsatztemperatur von -10 C bis +80 C und wird eingesetzt, um gefährliche sowie korrosive Medien zu transportieren. Progef hat die höchste Temperatur- und chemische Beständigkeit aller polypropylenen Rohrmaterialien. Dies wiederum führt zu einer längern Servicelebensdauer bei gleichzeitig höherer Sicherheitsleistung. Polyethylen (PE100) zeigt als Hydrokarbon mit hohem Molekulargewicht eine hohe Beständigkeit gegen chemische Angriffe. Es weist auch bei tiefen Temperaturen eine sehr hohe Widerstandskraft auf. PE100 ist resistent gegen oxidierende Säuren, Alkalilösungen, Lösungsmittel, Alkohol und Wasser. Der Temperaturbereich liegt zwischen -50 C und +60 C. Dennoch muss auch hier, wie bei jedem anderen Material, bei Temperaturen unterhalb 0 C gewährleistet sein, dass das Medium nicht gefriert und damit das Rohrleitungssystem schädigt. PVDF besitzt herausragende Eigenschaften im Hinblick auf Temperaturresistenz (Einsatzbereich von -20 C bis +120 C), was in unübertrefflichen Qualitäten in Bezug auf pyhsiologische Unbedenklichkeit und Reinheit resultiert. Diese Eigenschaften sind kombiniert mit einer hohen Beständigkeit gegen anorganische Säuren, einer Resistenz gegen UV-Einfluss und Gamma-Strahlen, niedrige Entflammbarkeit sowie einer hohen Abrasionsresistenz. In Druckrohrleitungssystemen ist CVPC geeignet für stark korrosive Umgebungen, dort wo andere Materialien nur einen kurzen Lebenszyklus aufweisen. Die herausragende chemische Beständigkeit von CPVC erstreckt sich bis in hohe Temperaturbereiche (Prozesstemperaturen von 0 C bis 80 C) als auch in hohe Medienkonzentrationen. Die Beständigkeit gegen die meisten mineralischen Säuren, Basen und Salzlaugen ist aussergewöhnlich. Darüber hinaus ist es sehr gut bei Natriumhyperchlorid einsetzbar und benötigt keine Nach-Chlorung nach Verwendung für Chlorlösungen. Es garantiert ein sicheres Rohrleitungssystem für Chemikalien, Reinigungslösungen und Prozessmedien. 4
Umfassende Kunststofflösungen im industriellen Anlagenbau In der chemischen Prozessindustrie werden vorwiegend kritische Medien transportiert. Die Palette der fluiden Prozessmedien reicht bis hin zu toxischen Substanzen, so dass besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen. Doppelrohrsysteme von GF Piping Systems ermöglichen den sicheren Transport solcher gefährlicher Medien auch in neuralgischen Bereichen. Abhängig von den Prozessbedingungen können aber auch Einzelrohrleitungen mit einem integrierten Ableitungssystem für durchsetzende Medien genutzt werden. Da unterschiedliche Medien unter Umständen durch dieselben Rohre geleitet werden, können Doppelwand-Rohre wie beispielsweise aus Sygef (PVDF/PE) nötig sein. Als unkomplizierte Kunststoffschweisstechnik bietet sich das WNF-Schweissen an. Es ist die einzige Schweisstechnik, die ohne innere Belastungen mit gleichzeitig höchster Beanspruchungsresistenz auskommt. Dies bedeutet, dass das Rohrleitungssystem im Schweissbereich genau dieselben Eigenschaften aufweist wie im Rohr. Darüber hinaus ist es das einzige rückverfolgbare Schweisssystem mit automatischer Protokollerstellung. Somit wird höchsten Qualitätsanforderungen auch bei der Verbindung von Kunstoffen Rechnung getragen. Gerade im Bereich der Chemischen Prozessindustrie ist der Sicherheitsgedanke entscheidend. Hier leisten Kunststoffrohrleitungssysteme bei anforderungsgerechter Materialauswahl und adäquter Systemkonzeption einen fundamentalen Beitrag zu wirtschaftlichen und sicheren Verfahrensabläufen. Autor: Dipl.-Ing. Christina Granacher, Leiterin Global Market Development and Innovation, Georg Fischer Piping Systems Georg Fischer Adding Quality to People s Lives GF Piping Systems ist eine von drei Unternehmensgruppen des Konzerns Georg Fischer und ein führender Anbieter von Rohrleitungssystemen aus Kunststoff und Metall mit weltweiter Marktpräsenz. Für die Aufbereitung und Verteilung von Wasser sowie den sicheren Transport von Flüssigkeiten und Gasen im industriellen Bereich sind Verbindungstechnologien, Fittings, Armaturen, Sensoren und Rohre im Portfolio. GF Piping Systems bietet innovative, technische führende Lösungen in den Segmenten Haustechnik, Chemische Prozessindustrie, Cooling, Life Science, Mikroelektronik, Schiffbau, Wasser- und Gasversorgung sowie Wasseraufbereitung. Verkaufsgesellschaften in mehr als 25 Ländern und Repräsentanzen in weiteren 80 Ländern garantieren einen Kundenservice rund um die Uhr. Produktionsstätten in Europa, Asien und in den USA sind kundennah und erfüllen lokale Anforderungen. Der Hauptsitz von Georg Fischer ist seit der Gründung im Jahr 1802 in Schaffhausen, Schweiz. 5
Kennzahlen GF Piping Systems 2008 Mehr als 4 700 Mitarbeiter weltweit (Stand 31. Dezember 2008) 1224 MCHF Umsatz 122 MCHF EBIT Weitere Informationen finden Sie unter www.piping.georgfischer.com 6