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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Komponente für eine Leitung zum Führen von Sauerstoff. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem eine Beschichtung auf eine Oberfläche der Komponente, die im Betrieb der Leitung mit Sauerstoff in Kontakt steht, aufgebracht wird.
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Bei dem Transport von gasförmigem Sauerstoff bei Drücken bis zu einigen 10 bar kommen Komponenten wie beispielsweise Rohrleitungen, Bögen, T-Stücke und/oder Fittinge aus Kohlenstoffstahl oder Edelstahl zum Einsatz. Kohlenstoffstahl und Edelstahl wird für Druckbereiche bei strömendem Sauerstoff oberhalb von beispielsweise 1 bar bzw. 11 bar in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit nicht empfohlen (siehe EIGA/CGA). Bei Drücken beziehungsweise Geschwindigkeiten oberhalb dieser Grenzwerte können Komponenten aus schwer beschaffbaren, teuren Ersaztmaterialien, wie beispielsweise Monel 400, eine Nickel-Kupfer-Legierung, eingesetzt werden. Allerdings sind zum Beispiel in Deutschland für den Einsatz von anderen Werkstoffen als Kohlenstoffstahl und Edelstahl für Rohrfernleitungen (Pipelines) zum Führen von Sauerstoff Sondergutachten beziehungsweise Genehmigungen erforderlich.
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Alternativ werden in diesem Druckbereich Kohlenstoffstahl und Edelstahl als Komponenten zum Leiten des gasförmigen Sauerstoffs vorgeschlagen, wenn der Zugang für Personen zu den Leitungen am Aufstellungsort der Komponenten durch beispielsweise Barrieren verhindert wird. Diese Barrieren sind allerdings nicht immer genehmigungs- beziehungsweise gestattungsfähig und ein Zutritt während des Betriebs der Rohrfernleitungen für Kontroll-, Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen ist nicht möglich beziehungsweise nicht erlaubt.
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Aus den Richtlinien/Empfehlungen (EIGA/CGA) geht zudem hervor, dass Komponenten der Leitung aus Edelstahl oder Kohlenstoffstahl mit einer Beschichtung aus reinem Nickel zum Führen von gasförmigem Sauerstoff bis 207 bar bevorzugt sind. In diesem Zusammenhang ist aus der
US 2009/0007967 A1 bekannt, eine Nickelschicht mittels Plasmaspraying auf Kohlenstoffstahl- oder Edelstahlrohre aufzubringen. Das Plasmaspraying ist jedoch zum Beispiel bei Rohren mit einem 90°-Bogen nur schwer anwendbar und kann zudem nur bei Komponenten mit einer Baulänge von bis zu 1,8 m eingesetzt werden. Zudem hat sich herausgestellt, dass die mit Plasmaspraying aufgebrachte Nickelschicht bei Zug- und Biegeversuchen sowie bei Trennvorgängen abplatzt und komplett zerstört werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den im Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren anzugeben, mit dem Komponenten einer Leitung zum Führen von Sauerstoff mit Nickel beschichtet werden können, so dass die Nickelschicht auch bei mechanischen Belastungen intakt bleibt.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Insbesondere wird ein Verfahren zum Behandeln einer Komponente für eine Leitung zum Führen von Sauerstoff vorgeschlagen, bei dem zumindest auf die im Betrieb der Leitung mit dem Sauerstoff in Kontakt stehende Oberfläche der Komponente, bevorzugt auch die komplette Oberfläche, durch Elektroplattieren eine Beschichtung aus einem Beschichtungsmaterial aufgebracht wird. Ferner kann das Verfahren auch zum Beschichten von Komponenten für Vorrichtungen verwendet werden, in denen ein Gas mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 23,5 Vol.-% [Volumen-Prozent] verwendet wird.
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In der Leitung wird insbesondere Sauerstoff mit einem Druck von größer als 1 bar oder sogar größer als 11 bar geführt. Die Komponente für eine Leitung zum Führen von Sauerstoff ist insbesondere ein Rohr, ein Flansch, ein Ventil, ein Verschluss, ein Schieber, ein Bogen, ein T-Stück, ein Filter, ein Kompressor und/oder ein Kolben.
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Erfindungsgemäß wird die Beschichtung durch Elektroplattieren auf die Komponente aufgebracht. Elektroplattieren ist auch als Galvanotechnik, galvanisches Abscheiden oder galvanisches Beschichten bekannt. Hierzu wird die Komponente nach einer chemischen Vorbehandlung zur Reinigung der Oberfläche der Komponente in einem Flüssigkeitsbad, insbesondere ein elektrolytisches Flüssigkeitsbad, bereitgestellt.
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Die Komponente wird mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden und bildet somit die Kathode. Das Beschichtungsmaterial wird ebenfalls in dem Flüssigkeitsbad bereitgestellt und mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden, wodurch das Beschichtungsmaterial die Anode bildet. Bei Anlegen einer Gleichspannung wird ein Strom zwischen dem Beschichtungsmaterial und der Komponente erzeugt, wodurch Ionen des Beschichtungsmaterials von der Anode ausgelöst werden. Diese Ionen des Beschichtungsmaterials fließen zu der Komponente und bildet dort eine Beschichtung auf der Oberfläche der Komponente durch kathodisches Abscheiden. Insbesondere stellt sich eine Bindung zwischen Komponente und Beschichtungsmaterial durch Reduktion ein. Durch entsprechende Anordnung und/oder Abdeckung der Komponente beziehungsweise Anordnung des Beschichtungsmaterials in dem Flüssigkeitsbad können nur bestimmte Oberflächenbereich der Komponente beschichtet werden. Bevorzugt wird eine Spannung angelegt, so dass ein Strom mit einer Stromdichte von 0,5 bis 10 A/dm2 [Ampere pro Quadratdezimeter], besonders bevorzugt von 1 bis 4 A/dm2 fließt. Bei diesen Strömen wird ein Wasserstoffeintrag, der zu einer Wasserstoffversprödung der Komponente führen könnte, nahezu vermieden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Komponenten für unter hohem Druck stehenden gasförmigen Sauerstoff sehr kostengünstig hergestellt werden, so dass keine Barrieren beim Betrieb der Rohrleitung oder teure Ersatzmaterialien erforderlich sind. Durch das Elektroplattieren wird eine Verbindung zwischen Komponente und Beschichtung hergestellt, die eine Ablösung der Nickelschicht sogar bei Zug- und Biegeversuchbelastung sowie beim Trennen verhindert, wodurch die beschichteten Komponenten auch sehr gute mechanische Eigenschaften aufweist. Aufgrund der mechanischen Eigenschaften gelangen auch beim Bearbeiten der Leitung keine Partikel der Beschichtung in die Leitung. Zudem wird durch das Elektroplattieren die Oberfläche der Komponente exakt abgebildet. Es können auch Komponenten beschichtet werden, die Geometrien aufweisen, die durch Plasmaspraying nicht beschichtet werden können.
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Bevorzugt umfasst die Komponente mindestens eines der folgenden Materialien:
- – Kohlenstoffstahl,
- – austenitischer Stahl,
- – ferritischer Stahl,
- – Gusseisen,
- – Temperguss,
- – Chrom-Nickel-Legierung,
- – Aluminium,
- – Kupfer,
- – Kupferlegierung,
- – nichtmetallischer Werkstoff,
- – Glas,
- – Kunststoff,
- – kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff.
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Insbesondere ist also die Oberfläche, die im Betrieb der Leitung mit dem Sauerstoff in Kontakt steht, aus einem dieser Materialien gefertigt. Das Material weist in diesem Fall bevorzugt eine Stärke von mindestens 0,1 mm [Millimeter] oder sogar von mindestens 20 mm auf.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Beschichtung eine Schichtdicke von höchstens 10 mm, besonders bevorzugt von höchstens 5 mm aufweist. Insbesondere soll eine Beschichtung mit einer Schichtdicke von mindestens 0,5 μm [Mikrometer], bevorzugt von mindesten 2 μm, oder gar mindestens 10 μm aufgebracht werden. Hierdurch wird auch eine hohe Verschleißfestigkeit erreicht.
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Bevorzugt weist das Beschichtungsmaterial einen Nickelanteil von mindestens 99 Gew.-% [Gewichtsprozent], besonders bevorzugt von mindestens 99,2 Gew.-%, ganz bevorzugt von mindestens 99,9 Gew.-% auf. Nickel ist insbesondere für den Einsatz in Leitungen zum Führen von Sauerstoff geeignet und zugelassen.
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Durch das Elektroplattieren werden bevorzugt auch Komponenten mit einer Länge von mindestens 2 m [Meter], besonders bevorzugt von mindesten 5 m und bis zu 10 m behandelt. Somit ist das Elektroplattieren auch zum Beschichten von Komponenten mit großen Ausmaßen geeignet.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figur eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigt, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigt schematisch:
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1: das Elektroplattieren einer Komponente,
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2: eine Leitung zum Führen von Sauerstoff.
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1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Flüssigkeitsbad 8 zum Elektroplattieren einer Komponente 1. Die Komponente 1 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Rohr mit einer Länge 6 und weist eine Oberfläche 2 auf der Innenseite auf. Die Komponente 1 ist mit dem Minuspol einer Spannungsquelle 7 verbunden. Der Pluspol der Spannungsquelle 7 ist mit einem Beschichtungsmaterial 4 verbunden, das in dem Rohr angeordnet ist und somit die Anode bildet. Um auf die Oberfläche 2 der Komponente 1 eine Beschichtung 3 aufzutragen, wird zwischen der Komponente 1 als Elektrode und dem Beschichtungsmaterial 4 als Anode eine Spannung angelegt. Der von der Spannung hervorgerufene Strom zwischen dem Beschichtungsmaterial 4 und der Komponente 1 durch das Flüssigkeitsbad 8 löst Ionen des Beschichtungsmaterials 4 auf, die durch das elektrische Feld zu der Komponente 1 fließen. Die Ionen des Beschichtungsmaterials 4 gelangen zu der Oberfläche 2 der Komponente 1 und bilden durch Reduktion eine Beschichtung 3. Die Beschichtung 3 weist eine Schichtdicke 5 auf, die in diesem Fall gleichmäßig auf der Oberfläche 2 der Komponente 1 aufgebracht wird. Die Schichtdicke 5 beträgt höchstens 10 mm. Das Elektroplattieren wird bei Erreichen einer vorgebbaren Schichtdicke beendet. Das Beschichtungsmaterial ist aus hochreinem Nickel mit einem Nickelanteil von mindestens 99,2 Gew.-%.
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In 2 ist eine Leitung 12 zum Führen von Sauerstoff dargestellt. Die Leitung 12 umfasst Rohre 9 und ein Ventil 10 mit einer Spindel 11 einschließlich Abschlussplatte. Die Oberflächen 2 der Rohre 9 und des Ventils 10, die während des Betriebes der Leitung 12 mit Sauerstoff in Kontakt stehen, weisen eine Nickelbeschichtung auf, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgetragen wurde.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Verbindung zwischen der Beschichtung 3 und der Komponente 1 hergestellt, die auch stärksten mechanischen Anforderungen widersteht und somit ein sicheres Betreiben einer Leitung für gasförmigen Sauerstoff ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Komponente
- 2
- Oberfläche
- 3
- Beschichtung
- 4
- Beschichtungsmaterial
- 5
- Schichtdicke
- 6
- Länge
- 7
- Spannungsquelle
- 8
- Flüssigkeitsbad
- 9
- Rohr
- 10
- Ventil
- 11
- Spindel mit Abschlussplatte
- 12
- Leitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0007967 A1 [0004]
