DE102004023027A1

DE102004023027A1 - Verfahren zum Korrosionsschutz eines Wärmetauscheteils und Wärmetauscherteil

Info

Publication number: DE102004023027A1
Application number: DE200410023027
Authority: DE
Inventors: Klaus Kreilos; Frank Adamczyk
Original assignee: Babcock Borsig Service GmbH
Current assignee: Babcock Borsig Service GmbH
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-12-08

Abstract

Bei einem Wärmetauscher (1), der mit einer Wasserdampf und Fluor enthaltenden Atmosphäre in Kontakt gelangt, wird zum Korrosionsschutz des Rohrbodens (2) und/oder der Wärmetauscherrohre (4) eine eine Stahllage umfassende Basisschicht sowie eine die Basisschicht zur Atmosphäre hin abschirmende Mantelschicht aus einem fluorhaltigen Kunststoff verwendet. Die Mantelschicht aus fluorhaltigem Kunststoff wird in Form von Feinststaub elektrostatisch auf die Basislage geschmolzen. Insbesondere gelangt ein fluorhaltiger Kunststoff mit darin eingebetteten und von einem fluorhaltigen Kunststoff umhüllten Füllkörpern zur Anwendung.

Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zum Korrosionsschutz eines Wärmetauscherteils gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 und andererseits ein Wärmetauscherteil gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 8.

Durch die DE 44 15 178 C2 zählt ein korrosionsbeständiges Verbundrohr aus Stahl mit einer ersten Überzugsschicht aus Emaille und einer zweiten darauf aufsitzenden Überzugsschicht aus Kunststoff sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines solchen korrosionsbeständigen Verbundrohrs zum Stand der Technik, bei welchem Diffusionsprodukte, die durch den Kunststoffüberzug diffundieren, keinen Korrosionsangriff auf die Emaille verursachen sollen, und Säuren, die Emaille zerstören, nicht durch den Kunststoff diffundieren können. Bei dem Kunststoff handelt es sich um einen fluorhaltigen Kunststoff in Form von PFA, PTFE oder FEP. Der Kunststoff soll insbesondere in Form eines Schrumpfschlauchs auf die Emailleschicht des Verbundrohrs aufgebracht werden.

Unabhängig davon, ob nun die Mantelschicht aus fluorhaltigem Kunststoff als Schlauch aufgebracht oder aufextrudiert wird, ist beim Stand der Technik zu beobachten, dass die Mantelschicht nicht immer befriedigend auf der Basisschicht haftet, und zwar gleich, ob die Basisschicht nur eine Stahllage umfasst oder auf die Stahllage noch eine Emaillelage aufgebracht ist. Aufgrund der Oberflächenrauhigkeit des Stahls, der Emaille und auch des Kunststoffs bilden sich zwischen dem Kunststoff und dem jeweiligen Untergrund Hohlräume. Diese führen dazu, dass die Mantelschicht im späteren Einsatz eines Verbundrohrs oder auch bei seiner Bearbeitung, Wartung oder Reinigung beschädigt und/oder sogar abgehoben werden kann.

Es ist ferner bekannt, dass durch einen fluorhaltigen Kunststoff aggressive Säuren hindurch diffundieren und sich dann in den Hohlräumen zwischen der Kunststoffschicht und dem jeweiligen Untergrund, insbesondere wenn dieser aus einer Stahllage besteht, ablagern können. Die abgelagerten Säuren bilden Korrosionsprodukte in den Hohlräumen. Diese führen in weiterer Folge dazu, dass die Korrosionsprodukte die Kunststoffschicht abplatzen lassen.

Unter den aggessiven Säuren hebt sich die Flusssäure (HF) besonders nachteilig hervor. Flusssäure bildet sich durch Wasserdampf und Fluor, welche aus Rauchgasen durch den fluorhaltigen Kunststoff hindurch diffundieren. Eine solche Säure greift auch eine Emailleschicht an. Die Korrosionsbeständigkeit eines einer Wasserdampf und Fluor enthaltenden aggressiven Atmosphäre ausgesetzten Wärmetauscherteils kann demzufolge nicht mit der notwendigen Sicherheit gewährleistet werden.

Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Korrosionsschutz eines Wärmetauscherteils sowie ein Wärmetauscherteil zu schaffen, bei welchen ein befriedigender Korrosionsschutz auch unter dem Einfluss einer aggressiven Atmosphäre gewährleistet werden kann, deren Bestandteile zur Bildung von Korrosionsprodukten, insbesondere in Form von Flusssäure, neigen.

In Bezug auf den verfahrenstechnischen Teil der Aufgabe besteht deren Lösung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Danach wird nunmehr der fluorhaltige Kunststoff in Form von Feinststaub auf die vorab auf die oberhalb seines Schmelzpunkts erhitzte Basisschicht aufgeschmolzen. Diese Verfahrensweise führt dazu, dass durch die Oberflächenrauhigkeit bedingte Vertiefungen in der Basisschicht einwandfrei durch den aufschmelzenden Feinststaub verfüllt werden. Es können sich keine Hohlräume mehr zwischen der Mantelschicht und der Basisschicht bilden, in denen z.B. aus einer aggressiven Atmosphäre, wie Rauchgas, durch die Mantelschicht diffundierende Bestandteile, wie Wasserdampf und Fluor, Flusssäure bilden kann, welche die Haftung der Mantelschicht auf der Basisschicht negativ beeinträchtigt.

Das Aufschmelzen einer Mantelschicht aus fluorhaltigem Kunststoff, insbesondere durch ein elektrostatisches Spritzverfahren erweist sich z.B. dann als vorteilhaft, wenn ein Rohrboden beschichtet werden soll. Dies aufgrund der in der Regel großen Anzahl von Bohrungen für die Wärmetauscherrohre. Da auch die Wände der Bohrungen mit beschichtet werden, kann beim späteren Einsatz von beschichteten Wärmetauscherrohren in diese Bohrungen, und zwar unabhängig davon, ob es reine Stahlrohre oder auch emaillierte Stahlrohre sind, die mit der Mantelschicht versehen sind, eine einwandfreie Verbindung im Bereich der Bohrungen hergestellt werden. Durch die Verschweißung ist die gewünschte Dichtigkeit absolut gewährleistet.

Selbst wenn Wärmetauscherrohre aus Fluorkunststoff zum Einsatz gelangen, kann eine einwandfreie Verschweißung mit der gewünschten Dichtigkeit zuverlässig gewährleistet werden.

Sollen Wärmetauscherrohre beschichtet werden, so erlaubt ein elektrostatisches Verfahren die Beschichtung im Durchlauf. Diese ist dann ferner vorteilhaft in Einklang mit einer voraufgehenden Emaillierung eines Stahlrohrs zu bringen. Die Emaillierung und die anschließende elektrostatische Beschichtung können mithin in einer einzigen Verfahrenslinie nach den notwendigen voraufgehenden Säuberungsarbeiten durchgeführt werden.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 2 ist es von Vorteil, wenn die Mantelschicht bei einer Temperatur der Basisschicht zwischen 300 °C und 400 °C aufgeschmolzen wird.

Wenn die Mantelschicht direkt auf eine Stahllage als Bestandteil einer Basisschicht aufgeschmolzen wird, ist es entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 zweckmäßig, dass die Mantelschicht mit einer Schichtdicke zwischen 300 μm und 500 μm aufgeschmolzen wird.

Bevorzugt soll in diesem Fall die Mantelschicht mit einer Schichtdicke von etwa 400 μm aufgeschmolzen werden (Anspruch 4).

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 ist es auch möglich, die Mantelschicht auf eine die Stahllage der Basisschicht abdeckende Emaillelage aufzuschmelzen. Diese kann ein- oder zweischichtig sein.

Wird die Mantelschicht auf eine die Stahllage der Basisschicht abdeckende Emaillelage aufgeschmolzen, so erfolgt dies nach den Merkmalen des Anspruchs 6 bevorzugt mit einer Schichtdicke von 50 μm bis 150 μm, vorzugsweise 100 μm.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Merkmalen des Anspruchs 7 erblickt. Danach wird ein fluorhaltiger Kunststoff in Form eines sogenannten „gefüllten" Polyfluorethylens eingesetzt. Hierbei sind die Räume zwischen den einzelnen Molekülen des Fluorethylens durch Füllkörper dicht verschlossen, die ihrerseits wieder mit einer Umhüllung aus einem fluorhaltigen Kunststoff versehen sind. Bei entsprechender Schichtdicke können somit weder Wasserdampf noch Fluor aus einer aggressiven Atmosphäre durch die Mantelschicht diffundieren und hinter der Mantelschicht Korrosionsprodukte, z.B. in Form von Flusssäure, bilden, welche dann das unter der Mantelschicht liegende Material korrodierend beschädigen.

Die Anwendung des gefüllten Polyfluorethylens ist aufgrund seines hohen Preises dann besonders von Vorteil, wenn die Basisschicht des Wärmetauscherteils aus einer Stahllage und mindestens einer darauf aufgebrachten Emaillelage besteht. Dann kann die Mantelschicht vergleichsweise dünn, d.h. mit geringem Materialeinsatz, und damit kostengünstig aufgeschmolzen werden.

Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 8 angegebenen Merkmalen. Dementsprechend besteht die Mantelschicht aus einem auf die Basisschicht aufgeschmolzenen fluorhaltigen Kunststoff. Dazu ist die Basisschicht vorab auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Kunststoffs erhitzt worden. Hierbei wird die Mantelschicht so mit der Basisschicht verklammert, dass keine Hohlräume gebildet werden, die potenzielle Ausgangspunkte für ein Abplatzen der Mantelschicht darstellen.

Besonders vorteilhaft ist es nach der Erfindung, wenn gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 die Mantelschicht aus einem auf die Basisschicht insbesondere elektrostatisch aufgeschmolzenen fluorhaltigen Kunststoff mit darin eingebetteten von einem fluorhaltigen Kunststoff umhüllten Füllkörpern besteht. Diese Füllkörper besetzen die Räume zwischen den Molekülen des Fluorkunststoffs und verhindern auf diese Weise, dass durch Wasserdampf und Fluor Korrosionsprodukte gebildet werden, die dann z.B. in Form von Flusssäure selbst eine Emaillelage ernsthaft beschädigen können.

Bei den Merkmalen des Anspruchs 10 ist die Mantelschicht auf eine Emaillelage der Basisschicht aufgeschmolzen. Dies führt zu einer Verringerung der Schichtdicke der Mantelschicht und damit zu einem wirtschaftlicheren Verfahren.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 kann die Mantelschicht auf ein Stahlrohr als Bestandteil eines Wärmetauschers aufgeschmolzen sein. Das heißt, die Basisschicht kann direkt auf die Oberfläche des Stahlrohrs oder auf eine Emaillelage aufgeschmolzen sein, die ihrerseits auf das Stahlrohr gebracht ist.

Denkbar ist aber auch eine Ausführungsform entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 12, wonach die Mantelschicht auf einen Rohrboden eines Wärmetauschers aufgeschmolzen ist. Dies ist im Hinblick auf die spätere Montage von Wärmetauscherrohren mit dem besonderen Vorteil verbunden, dass auch die Bohrungen für die Wärmetauscherrohre im Rohrboden beschichtet werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 im Schema im Querschnitt einen Rohrboden eines Wärmetauschers mit Wärmetauscherrohren;
2 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt II der 1;
3 den Ausschnitt II der 1 in vergrößertem Maßstab gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 den Ausschnitt IV der 3 in erheblich vergrößertem Maßstab und
5 eine nochmalige Vergrößerung des Ausschnitts V der 4.
In der 1 ist mit 1 ganz allgemein ein ansonsten nicht näher veranschaulichter Wärmetauscher bezeichnet. Der Rohrboden 2 des Wärmetauschers 1 ist mit einer Vielzahl von Bohrungen 3 versehen, in die Wärmetauscherrohre 4 eingesetzt sind. In der dem Rohrboden 2 vorgelagerten Kammer 5 befindet sich eine aggressive Atmosphäre, insbesondere in Form eines Wasserdampf und Fluor enthaltenden Rauchgases.
Der Rohrboden 2 besteht gemäß der Ausführungsform der 2 aus einer Basisschicht 6, die ausschließlich aus einer Stahllage 7 besteht. Auf diese Basisschicht 6 ist eine Mantelschicht 8 aus fluorhaltigem Kunststoff in Form von Feinststaub elektrostatisch aufgeschmolzen worden. Dazu ist die Basisschicht 6 vorab auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Kunststoffs erhitzt worden. Die Mantelschicht 8 besteht aus einem gefüllten Polyfluorethylen, das heißt aus einem fluorhaltigen Kunststoff, bei welchem in die Räume 9 zwischen seinen Molekülen 10 Füllkörper 11 eingebracht sind, die ihrerseits wiederum mit einer Umhüllung 12 aus Fluorkunststoff versehen sind. Dies ist im Schema in den 4 und 5 veranschaulicht.
Bei der Ausführungsform der 3 besteht die Basisschicht 6 aus einer Stahllage 7 und einer darauf aufgebrachten Emaillelage 13. Die Emaillelage 13 ist ihrerseits wiederum mit einer Mantelschicht 8 aus fluorhaltigem Kunststoff gemäß der Darstellung der 4 und 5 versehen.
Die Darstellungen der 2 bis 4 gelten auch für die Ausgestaltung eines Wärmetauscherrohrs 4. Dies ist in der 1 durch den Ausschnitt 14 angedeutet.

1: Wärmetauscher
2: Rohrboden v. 1
3: Bohrungen in 2
4: Wärmetauscherrohre
5: Kammer v. 1
6: Basisschicht v. 2
7: Stahllage v. 6
8: Mantelschicht
9: Zwischenräume v. 10
10: Moleküle v. 8
11: Füllkörper
12: Umhüllung v. 11
13: Emaillelage
14: Ausschnitt in 1

Claims

Verfahren zum Korrosionsschutz eines Wärmetauscherteils (2, 4), das mit einer Wasserdampf und Fluor enthaltenden Atmosphäre in Kontakt gelangt, und eine eine Stahllage (7) umfassende Basisschicht (6) sowie eine die Basisschicht (6) zur Atmosphäre hin abschirmende Mantelschicht (8) aus einem fluorhaltigem Kunststoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) aus fluorhaltigem Kunststoff in Form von Feinststaub auf die vorab oberhalb des Schmelzpunkts des Feinstaubs erhitzte Basisschicht (6) aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) bei einer Temperatur der Basisschicht (6) zwischen 300 °C und 400 °C aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) mit einer Schichtdicke zwischen 300 μm und 500 μm aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) mit einer Schichtdicke von etwa 400 μm aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) auf eine die Stahllage (7) der Basisschicht (6) abdeckende Emailllelage (13) aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) auf eine die Stahllage (7) der Basisschicht (6) abdeckende Emaillelage (13) mit einer Schichtdicke von 50 μm bis 150 μm, vorzugsweise 100 μm, aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Mantelschicht (8) ein fluorhaltiger Kunststoff mit darin eingebetteten und mit Umhüllungen (12) aus einem fluorhaltigem Kunststoff versehenen Füllkörpern (11) verwendet wird.
Wärmetauscherteil, das eine eine Stahllage (7) umfassende Basisschicht (6) sowie eine auf die Basisschicht (6) aufgebrachte Mantelschicht (8) aus einem fluorhaltigem Kunststoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) aus einem fluorhaltigen Kunststoff besteht, der auf die oberhalb seines Schmelzpunkts erhitzte Basisschicht (6) aufgeschmolzen wird.
Wärmetauscherteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) aus einem auf die Basisschicht (6) aufgeschmolzenen fluorhaltigen Kunststoff mit darin eingebetteten Füllkörpern (11) besteht, die mit Umhüllungen (12) aus einem fluorhaltigen Kunststoff versehen sind.
Wärmetauscherteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) auf eine Emailletage (13) der Basisschicht (6) aufgeschmolzen ist.
Wärmetauscherteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) auf ein Stahlrohr (4) als Bestandteil eines Wärmetauschers (1) aufgeschmolzen ist.
Wärmetauscherteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (8) auf einen Rohrboden (2) eines Wärmetauschers (1) aufgeschmolzen ist.