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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON POLYMERÜBERZÜGEN AUF METALLROHREN Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von Rohren und
insbesondere auf Verfahren zur Herstellung von-Polymerüberzügen auf Metallrohren.
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Die Erfindung wird in der chemischen Industrie, der Energetik, dem
Hüttenwesen und in anderen Industriezweigen eine breite Verwendung findung, in welchen
Rohrleitungen zur BeförderunG flüssiger und gasförmiger Medien sowie Schüttgütern
verwendet werden In Übereinstimmung damit weisen Rohrleitungen die mannigfaltigsten
Betriebsbedingungen auf. Sie werden Einwirkungen der transportierten aggresiven
Medien, einer Boden- und Atmosphärekorrosion sowie hoher und niedriger Temperaturen
ausgesetzt. Der
Rohrleitungstransport findet auch in der Stadtwirtschaft
(Wasser-: Gas- und Dampfleitungen, Kanalisation) und in der Landwirtschaft (zum
Begießen bewässerter Ländereien) eine breite Anwendung. In allen diesen Fällen ist
in einem höheren bzw. niedrigeren Grade eln Schutz des Metalls gegen Korrosion erforderlich
und in einer Reihe von Fällen ist ohne diesen Schutz ein Betrieb der Rohrleitungen
unmöglich. Der modernen Technik steht eine große Auswahl aus Polymeren zur Verfügung,
welche die mannigfaltigsten Eigenschaften aufweisen und einer aggressiven Wirkung
verschiedener Medien widerstehen können. Damit eine Metallkorrosion verhindert bzw.
stark herabgesetzt wird, wendet man verschledene Arten des Korrosionsschutzes an.
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Eines der effektivsten Verfahren zur Korrosionsbekämpfung, welches
zum Schutz unterirdischer Rohrleitungen gegen eine aggressive Wirkung des Bodenelektrolyts
besonders oft eingesetzt wird, stellt der Schutz der Metalloberfläche durch Polymerüberzüge
in Verbindung mit einem kathodlschen Schutz dar. Damit ein Polymerüberzug ein Metall
zuverlässig schii'tzt, soll er einen Komplex verschiedenartiger Eigenschaften besitzen
und folgenden Anforderungen gerecht werden: - Beständigkeit in bezug auf Wirkung
des aggressiven Mediums, in welchem das zu schützende Erzeugnis eingesetzt wird;
- Vorhandensein hoher mechanischer Kennwerte, die es ermöglichen, verschiedenen
mechanischen Belastungen standzuhalten, welche auf den Überzug im Laufe des Transportes,
der Montage und des Betriebes
des zu schützenden Erzeugnisses einwirken;
- hoher elektrischer Widerstand, wodurch man die Ausgaben für elnen kathodischen
Schutz stark vermindern kann; - Bildung einer dichten, ebenen Schicht auf der Metalloberfläche,
welche ein hohes Haftvermögen zum MetalL aufweist.
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Die Xerstellung der Überzüge, weiche den angegebenen Anforderungen
entsprechen, stellt eine sehr komplizierte Aufgabe dar.
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Deren Lösung hängt @ nicht nur von den Eigenschaften des Stoffes ab,
der für die Überzugsherstellung verwendet wird,sondern wird in einem hohen Grad
durch die Technologie der Überzugsherstellung bestimmt. Gerade vom Herstellungsverfahren
des Überzugs hängt es ab, in welchem Maße jene Eigenschaften eines Deckstoffes ausgenutzt
werden, die die Möglichkeit seiner Anwendung zum Korro@ionsschut eines Metalls bestimmen.
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Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Polymerüberzügen auf Rohren
mit einem großen Durchmesser bekannt. Nach dlesem Verfahren mlrd eS1 Rohr nach einer
vorhergehenden Vorbereitung der Oberfläche durch elnen Elektroofen befördert, Dabel
wird das Rohr bis auf eine Temperatur, welche zum Verflüssigen des Deckstoffes unmittelbar
auf der Rohroberfläche erforderlich ist, bzw. ein wenig über diese Temperatur erwärmt.
Dann wird das Rohr zu einer Anlage zum Auftragen des Überzugs transportiert. Bei
diesem Transport kühlt sich das Rohr infolge Wärmeverluste in die umgebende Luft
ab. Dadurch ist die Notwendigkeit einer gewissen Überhitzung
des
Rohres vor dem Transport gegeben. Dann trägt man auf des Rohr eln Polymer auf und
transportiert das Rohr zum nächsten Elektroofen, in welchem eine Temperatur aufrechterhalten
wird, welche zur Beendigung des Polymerisationsprozesses und zur tung des Uberzugs
erforderlich tst. Bel dlesem Transport kühlt sich das Rohr infolge Wärmeabgabe in
die Atmosphare ab. Im zweiten Ofen wird das Rohr mit dem aufgetragenen Überzug im
Laufe der Zeit gehalten, die für die endgültige Bildung des Uberzugs erforderllch
ist.
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Auf diese Weise ist das bekannte Verfahren mit bedeutenden ein Wärmeverlusten
verbunden, zu deren widerherstellung zusätzllcher energetlscher Aufwand notwendig
sind.Ein bedeutender energetischer Aufwand ist außerdem zur Aufrechterhaltung der
Solltemperatur im zweiten Ofen erforderlich. Wenn außerdem die Rohrisolierung in
einer kontinuierlichen Fließstraße erfolgt, entsteht die Notwendigkeit in einer
darauffolgenden schnellen Rohrabkühlung, was von der Entstehung zusätzlicher Innenspannungen
im Überzug begleitet wird. Es ist unterdessen bekannt, daß die Größe der mechanischen
Spannungen in einem Überzug, darunter der inneren, eine bedeutende Rolle spielt,
indem die Korrosionsschutzeigenschaften des Ueberzugs verschlechtert und seine Betriebsdauer
herabgesetzt werden.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der
angegebenen Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eln solches Verfahren zu
entwickeln, welches ermöglicht, einen Überzug aus elnem Polymer mit minimalen Innenspannungen
auf den sich abkühlenden Metallrohren zu erhalten, wodurch man den Prozeß der Überzugherstellung
mit minimalem energetischen Aufwand führen kann.
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Dlese Aufgabe wlrd dadurch gelöst, daß man die Schicht elnes Polymers.
auf die Oberfläche eines Metallrohrs aufträgt und auf diese Schicht mit einer Temperatur
einwirkt, die zu seinem Verflüssigen unmittelbar auf der Rohroberfläche ausreichend
ist; dann wird die geschmolzene .Schicht einer Polymerisation durch eine Temperatureinwirkung
ausgesetzt und solange dabei ausgehalten, bis sich auf der Rohroberflache ein fester
Polymerüberzug bildet, wobei man der vorliegenden Erfindung gemäß den Prozeß der
Polymerisation der aufgetragenen Schicht und die Bildung eines festen Uberzugs auf
dem Rohr in ein- und demselben geschlossenen, von der umgebenden Atmosphäre wärmeisolierten
Raum erfolgen läßt, in welchem das Rohr, erwärmt bis auf dlne Temperatur, die der
Polymerisationstemperatur des verwendeten Polymerstoffes entsprlcht, untergebracht
wlrd. Dabei erhält man die Temperatur des erwähnten Raums über 200, doch nicht über
der Polymerisationstemperatur des verwendeten Stoffes aufrecht.
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Dank dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, den enorgetischen
Aufwand. durch eine Verminderung der Wärmeverluste nach der ursprünglichen Erhitzung
der Rohre herabzusetzen. Außerden entstehen in Verbindung damit, daß das vorgeschLagene
Verfahren unter Bedingungen einer sich allmahlich senkenden Temperatur ohne ein
starkes Temperaturgefälle geführt wird, im hergestellten Überzug praktisch keine
innere Spannungen, wodurch der Korrosionsschutz der Metallrohre verbessert wird.
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Die weiteren Zwecke und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der darauffolgenden ausführlichen Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung
von Polymerisatüberzügen auf Metallrohren und eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens
ersichtlich werden.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines
Polymerüberzugs auf der Oberfläche von Metallrohron sieht eine vorhergehende Vorbereitung
der Rohroberfläche vor. Diese Vorbereitung ist zum Erzielen eines hohen Haftvermögens
des Überzugs am Metall erforderlich. In Verlaufe der Produktion, des Transportes
und der Aufbewahrung der Rohre können sich auf deren Oberfläche Öl- und Fettflecke,
Zunder, Rost und Schmutz bilden. Öl- und Fettflecke werden durch eine Erwärmung
der Rohroberfläche bis auf 350 bis 400°C oder durch eine Säurebeizung mit darauffolgender
Neutralisation entfernt. Außerdem wird das Rohr durch das Schrot-bzw.
Sandstrahlen
bearbeitet, damit Rostreste, der alte bzw.
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der nach einer Erwärmung oder einer Beizung neu entstandene Z@ der
und andere Verschmutzungen entfernt werden. Reste von Verschmutzungen, die nach
den durchgeführten Arbeitsgängen der Reinigung mit der Metalloberfläche nur schwach
verbunden sind, werden durch Luftabblasen beseitigt. Nach der Vorbereitung der Oberfläche
wird das Rohr durch einen elektrischen Ringofen befördert, in welchem eine Temperatur
von 500 bis 300°C aufrechterhalten wird. Die Ofentemperatur und die Beförderungsgeschwindigkeit
des Rohrs werden derart abgestimmt, daß das Rohr am Ausgang aus dem Ofen eine Temperatur
aufweist, die zum Verflüssigen und zur Polymerisation des verwendeten Polymers des
Überzugs erforderlich ist. Zum Beispiel hat diese Temperatur bei der Isolation der
Rohre mit einem @poxydpulverkompound 200 bis 22C°C zu betragen.
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Das vorgeschlagene Verfahren sieht die Mdglichkeit vor, daß der Deckstoff
sowohL vor der Erwärmung als auch nach dieser aufgetragen wird. Doch im ersten Fall
kann man einen nur dünnen Uberzug erzielen, welcher schlechte Korrosionsschutzeigenschaften
hat. Daher ist der zweite Ball vom größten lnteresse, welche ausführlicher behand@lt
werden wird.
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Damit Wärmeverluste nach einer Erwärmung des Rohrs, bevor auf dieses
der Deckstoff aufgetragen wird, auf das Minimum herabgesetzt
werden,
wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren unmittelbar nach dem Ofen ein wärmelsolierendes
Gehäuse derart aufgestellt: daß das Rohr unmittelbar nachdem es den Ofen verlassen
hat, in einen von der umgebenden Atmosphare isolierten Raum gelangt. In diesem Raum
führt man das Auftragen einer Schicht des Polymers ein Verflüssigen und eine Aushärtung
des Überzugs durch.
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Nach der Beförderung durch den Ofen gelangt das Rohr sogleich in
einen warme isolierten Raum, Im Gehäuse, welches dlesen Raum wärmeisoliert, ist
eine besondere Öffnung für ein Aggregat zum Auftragen des Deckstoffes vorgesehen.
In Verbindung damit, daß die Wärmeabgabe von der Rohroberfläche eine unbedeutende
ist, wird das Polymer mit Hilfe zum Beispiel einer Düse praktisch bel der gleichen
Temperatur aufgetragen, welche das Rohr am Ofenausgang aufgewiesen hat. Unter Wirkung
einer hohen Temperatur wlrd das rolymer auf der Rohroberflache geschmolzen, d.h.es
geht in den flüssigen Zustand mit einer kleinen Zähigkeit über, Flüssigkeitstropfen
fließen zusammen und verbrelten sich über die Rohroberfläche, indem sle eine dichte,
geschlossene, ebene Schicht bilden. In der Zone der Auftragung des Polymers ist
ein Ventilationskanal angeordnet, über welchen schädliche Ausscheizungen und Polymerreste
abgesaugt werden. Außer seinem Hauptziel kann dieser Ventilsationskanal zur Temperaturregelung
im isolierten Raum durch eine Vergrößerung oder Verminderung der aus
diesem
Raum abgesaugten Luftmenge verwendet werden.
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Die Anwendung eines wärmeisolier@nden Gehäuses nach dem vorgeschlagenen
Verfahren ermöglicht es, Wärmeverluste in die umgebende Atmosphäre zu vermeiden.
Das Vorhandenseln einer Wärmeisolierung ermöglicht es, die von einem Rohr nach dessen
Erwärmung abgegebene Wärme für eine Erwärmung des wärmeisolierten Raums auszunutzen.
Bei einer idealen Wärmeisolierung wäre es lich, in diesem Raum eine Temperatur aufrechtzuerhalten,
die der Temperatur des Rohrs am Ofenausgang gleich ist. Infolge des Vorhandenseins
gewisser Verluste wird aber die Temperatur im wärmeisolierten Raum immer niedriger
als die Anfangstemperatur des Rohrs, aber höher als die Umgebungstemperatur sein.
Daher wird der Vorgang der Polymerisation und der Härtung des Deckstoffes, weicher
im erwähnten Raum durchgeführt wird, unter nicht tsothermlschen Bedingungen bei
einer Abkühlung des Rohrs erfolgen. Nichtsdestoweniger wird infolgedessen, daß die
Temperatur im wärmeisolierten Raum über der Raumtemperatur (20°C) liegt, die Geschwindigkeit
der Rohrabkühlung herabgesetzt. Auf diese Weise ermöglicht es das vorgeschlagene
Verfahren, obwohl die Geschwindigkeit der Polymerisationsreaktion mit einer Temperatursenkung
stark herabgesetzt wird, die Polymerisationsreaktion voll auszufuhren und einen
hochwertigen ausgehärteten Überzug bilden zu lassen.
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Besonders effektiv ist das vorgeschlagene Verfahren bei seiner Anwendung
in kontinuierlichen Fließstraßen. In diesem Falle hängt die Temperatur im wärmeisolierten
Raum, welche im wesentlichen die Geschwindigkeit der Rohrabkühlung bestimmt von
geometrischen Rohrabmessungen (Rohrdurchmesser, Wanddicke), wärmephysikalischen
Eigenschaften des Metalls und des Polymerstoffes, der Konstruktion des wärmeisolierenden
Gehäuses, sowie der Leistung der Fließstraße, d.h. der Geschwindigkeit des Rohrtransporvorliegende
tes ab. Das/ Verfahren sieht die Einrichtung besonderer Jalousien zwecks Regelung
des Wärmeaustauschs des wärmeisolierten Raums mit der umgebenden Atmosphäre vor,
wodurch man die erforderliche Temperatur aufrechterhalten kann.
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Auf diese Welse ermöglicht es das vorgeschlabene Verfahren, den Vorgang
der Herstellung von Polymerüberzügen auf der Oberfläche der Metallrohre ohne zusätzlichen
energetischen Aufwand durch die maximale Ausnutzung der Warme erfolgen zu lassen,
die im Metallrohr bel der ersten Erwärmung aufgespeichert wird. Au3erdem entsteht
bel der Verwirklichung einer kontinuierlichen Fließfertigung der Rohr isolation
nach einem bekannten Verfahren die Notwendigkeit einer starken Abkühlung der Rohre
mit dem Überzug, damit man die Möglichkeit hat, diese Rohre weiter zu transportieren.
Es ist aber bekannt, daß eine starke Abkühlung des Überzugs das Zustandekommen starker
innerer Spannuten herbeifahrt. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, eine
starke
Abkühlung des Rohrs mit dem Überzug zu vermeiden, weil die
aus härtung des Polymerdeckstoffes während einer lagnsamen Rohrabkühlung vor sich
geht. Die dabei entstehenden Spannungen sind bedeutend niedriger, als bel einer
schnellen Abkühlung. Das ruft eine Verbessert der Überzuggüte hervor.
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Beispiel Die Herstellung eines Überzugs aus elnem Polymer auf der
Epoxydharzbasis auf Metallrohren von einem großen Durchmesser.
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Nach einem Sandstrahlen wird das Metallrohr mit dem Durchmesser 1220
mm und mit der Wanddicke 10 mm durch einen elektrischen Ringofen befördert, in welchem
die Temperatur von 650°C aufrechterhalten wird. Die Geschwindigkeit der Rohrbewegung
beträgt 10 m/h.
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Nachdem der Deckstoff aufgetragen und im wärmeisolierten Raum im Laufe
von 15 min bei der Temperatur 50°C ausgehalten worden ist, hat man einen voll ausgehärteten
Überzug erhalten.