EP2236217B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von metallischen Rohren oder anderen langen Bauteilen mit begrenztem Querschnitt - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von metallischen Rohren oder anderen langen Bauteilen mit begrenztem Querschnitt Download PDF

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EP2236217B1
EP2236217B1 EP10157996A EP10157996A EP2236217B1 EP 2236217 B1 EP2236217 B1 EP 2236217B1 EP 10157996 A EP10157996 A EP 10157996A EP 10157996 A EP10157996 A EP 10157996A EP 2236217 B1 EP2236217 B1 EP 2236217B1
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EP
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tube
processing line
coated
coating
tubes
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Babcock Borsig Service GmbH
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    • B05D5/083—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface involving the use of fluoropolymers
    • B05D5/086—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface involving the use of fluoropolymers having an anchoring layer

Definitions

  • the invention relates to a method for coating metallic pipes or other long components of limited cross-section, in particular of tubes for heat exchangers, and to an apparatus for carrying out this method.
  • modified PTFE materials that have properties similar to PFA in the area of acid resistance do not have a melting point in contrast to PFA. For this reason, they can not be melt-extruded processed but only paste-extruded. That is, the material is not fused (as in PFA) but pressed together only in pasty form, which amounts to a sintering.
  • the molecules align only longitudinally to the extrusion direction, although a relatively high strength in the longitudinal direction, in the transverse direction, the creep rupture strength is relatively low.
  • the material has a high cold flow property. That is, the material flows away under pressure over time. Unfortunately, this process can not be stopped so that leaks occur again and again at the sealing points of the hoses in the tubesheets. Otherwise, the same problems apply as with the PFA.
  • Chrome-nickel material "A59” is almost acid-resistant. However, even after a short period of operation, its smooth surface during production changes. The surface becomes rough and thus very susceptible to dirt, which can lead to the blocking of the flue gases. However, since "A59” has a high strength, pipes with a larger diameter can be used, which in turn partially counteracts the contamination. The biggest disadvantage of the "A59", however, is the high price. The costs for a heat exchanger of the same power are about twice as high for the "A59” as for the PFA.
  • the invention is therefore based on the object mentioned above and described in more detail above method and a corresponding device for coating of metallic components and further develop that even relatively long components can be mechanically coated under temporally and economically optimal conditions. In particular, it should be possible to continuously coat the components.
  • a corresponding device for carrying out the method achieves the object according to the invention by a first processing line with a first drive, a first preheater, a device for applying the primer layer and at least one oven for curing and drying and a second processing line with a second drive, a second preheater , an extruder with a crosshead for applying the coating, an induction furnace and a curing oven.
  • tube When the term "tube” is referred to in the following, it is intended to encompass all possible components to be coated whose length exceeds the extent and the cross section by a multiple. Since the coating takes place from the outside, the tubes or other hollow components can also be closed on one side.
  • the first and second processing line are operated separately.
  • the separate embodiment will generally be the preferred one, since on the one hand the length of the processing lines otherwise becomes relatively large and it is possible by the division to perform the coating with adhesive primer and the later actual fluoroplastic coating at different times and at different locations.
  • the standstill of a line does not immediately stop the entire system.
  • a further embodiment of the invention provides that the pipes to be coated are connected before each processing line with suitable pipe connection elements and the treatment process proceeds continuously. In this way, so to speak, it is possible to coat "endless" components, which is particularly expedient from an economic point of view.
  • the components to be treated are to be degreased before being fed into the first processing line and / or sandblasted in order to ensure a secure connection between primer layer and component. If “sandblasting” is mentioned here, this also means the irradiation with corundum, glass bodies or the like.
  • the tube is transported not only axially in the first processing line, but at the same time about its longitudinal axis rotated so that its surface undergoes a sense of a helical movement.
  • the application of the primer layer can be carried out by spraying, wherein the range of spraying in the axial direction can be relatively short, when the rotational speed is adjusted in relation to the feed speed accordingly.
  • the adhesive primer is so to speak "helical" applied to the component to be coated.
  • the preheating of the component in the first processing line is effected by means of hot air.
  • a preheated tube allows better primer-to-tube contact when applying the primer layer, which is essential for even coating.
  • Another teaching of the invention provides that the preheating of the component takes place in the second processing line by means of hot air. Preheating is of particular importance here since the fluoroplastic applied in liquid form in the extruder would otherwise crosslink prematurely on the cold metal surface of the component and, in extreme cases, even lead to dripping of the fluoroplastic after leaving the extruder crosshead. Of course, the preheating can also be done by other suitable measures.
  • Another preferred embodiment of the invention provides that the application of the primer layer and the coating in the extruder are each carried out in a single operation. This is for an economic continuous manufacturing operation of particular interest. Attention must be paid to the application and drying process, so that the layer thickness on the component to be coated is the same everywhere. For example, when the primer is applied to a pipe, no "seams" may occur due to too thick or too thin "coating boundary lines".
  • the curing of the coated component takes place in an oven. In this way, it is ensured that a uniform curing of the fluoroplastic layer is made possible.
  • the organic fluoropolymers PFA (perfluoropropyl vinyl ether) or MFA (perfluoromethyl vinyl ether) are preferably used for the coating.
  • the first drive of the first processing line is provided with a rotary feed device.
  • This rotary feed device can be controlled so that axial and rotational movements can be influenced individually in order to allow optimum adaptation to the width of the application zone of the adhesion prime.
  • a spray nozzle is used to apply the adhesive primer layer, which is formed in an advantageous embodiment of the invention as a broad jet nozzle, which extends substantially parallel to the tube longitudinal axis.
  • An arbitrarily long tube 1 preferably made of steel, lies on a roller conveyor 2 and is advanced in rotation by a special rotary feed 3.
  • An endlessly long tube 1 is formed by fastening a tube to the next one by means of connecting elements in order to achieve a continuous process.
  • the rotation of the tube 1 is in a certain ratio to the feed. This ratio is diameter dependent.
  • a tube preheating 4 is switched to preheat the tube, preferably with a hot air blower 5 to a primer specific temperature.
  • a developed spray device 6 After preheating a developed spray device 6 is installed. In cooperation of the tube preheating 4 and spray device 6, it is possible to apply a uniform primer layer with the predetermined layer thickness on the rotating tube 1 in a single operation.
  • the tube 1 is driven by the rotary feed 3 through a drying oven 7, whose length is sized is that it ensures the predetermined residence time in the drying oven 7 in connection with the feed.
  • This residence time must be strictly adhered to in order to complete the polarization, that is to say the connection of the primer to the steel tube 1.
  • the volatiles must be completely expelled from the primer to prevent subsequent blistering in the PFA coating. It must be ensured that the drying takes place uniformly over the layer thickness. If, for example, the outer layer is dried first, microcracks occur in the layer since the residual moisture from the inner layers can no longer escape and therefore ruptures the already dried outer layer.
  • the drying oven 7 is then followed by a polarizing oven 8, in which the polarization, ie the combination of adhesive primer and steel tube 1 takes place.
  • the drying and polarization temperature in the oven 7 and 8 must be chosen and ensured so that, although the polarization temperature is reached and maintained over the full length of the furnaces, the polymerization temperature through which the subsequent connection between primer and PFA or MFA , but not reached.
  • the primer coating is completed. Behind the furnaces 7, 8 then provided with the adhesive primer tube 1 'can be removed and optionally separated. It goes without saying that the ovens 7 and 8, which are shown individually in the exemplary embodiment shown and preferred so far, can also be realized as a common structural unit.
  • a similar line is installed for the second coating with PFA or MFA.
  • the previously coated with primer tube 1 ' is again placed on a roller conveyor 10 and advanced by means of a belt withdrawal 11 at a constant speed.
  • the individual fluoropolymer layers are not applied successively as usual, but are melted by means of an extruder 14 with a crosshead (not shown) in a single operation.
  • the pipe 1' is preheated by means of a special device 12, whereby it must be ensured that the polymerization temperature is not reached.
  • the melt PFA or MFA is then melted in full thickness in one operation on the tube 1 '.
  • the tube 1 ' is heated by induction heat in an induction furnace 15 far above the polymerization. This ensures the connection of primer PFA (or MFA).
  • the furnace length is directly related to the pipe feed.
  • the now coated tube 1 is cooled and driven over a roller conveyor (not shown) for further use.
  • the individual tubes are plugged together with connectors so that an infinitely long tube 1 'is formed and can be coated without interruption.
  • an acid-resistant tube 1 of any length, which is given both by the applied PFA (or MFA) layer and by the acid-resistant primer.
  • Primer and PFA / MFA can not be infiltrated and detached by corrosion products
  • the pressure-resistant support tube can handle temperatures and pressures of any size, and the diameter of the pipes can be chosen as required by the overall process of the power plant it is possible to bend the tubes coated with the method according to the invention, for example coated U-tubes, such as those used in heat exchangers, can be produced.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von metallischen Rohren oder anderen langen Bauteilen begrenzten Querschnitts, insbesondere von Rohren für Wärmetauscher sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Für die Kraftwerksindustrie werden große Wärmetauscher benötigt, welche in den Rauchgaskanälen eingebaut werden. Das Rauchgas verlässt den Kessel und den nachgeschalteten Luftvorwärmer, kurz LUVO genannt, mit etwa 130 bis 170° C. Diese Temperatur richtet sich nach der Brennstoffart und liegt auf jedem Fall weit über dem Säuretaupunkt des Rauchgases. Würde man die Rauchgase im LUVO unter den Säuretaupunkt abkühlen, würde dieser und die nachgeschalteteten Bauteile durch den Säurefraß zerstört. Aus diesem Grund muss die Rauchgastemperatur an der kältesten Stelle des LUVOs sicher über dem Säuretaupunkt liegen.
  • In der dem LUVO nachgeschalteten Rauchgasentschwefelungsanlage, kurz REA genannt, werden jedoch je nach Fahrweise der REA nur Rauchgastemperaturen kleiner als 100 und 110° C benötigt. Diese Temperatursenke zwischen LUVO und REA von > 30 K kann zur Steigerung des Kraftwerkswirkungsgrades und damit zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes oder aber zur Wiederaufheizung der Rauchgase hinter der REA genutzt werden. Um diese Energie zu nutzen, benötigt man jedoch säurebeständige Wärmetauscher, welche in den Rauchgasstrom geschaltet werden und mittels eines Wärmeträgermediums die Wärme abführen können. Auch aus der Automobilindustrie ist es bekannt, beschichtete Rohre herzustellen, wobei seit dem Jahre 2003 von der Automobilindustrie chromfreie Rohre gefordert werden. In der EP 1 384 523 A1 ist eine Außenbeschichtung von Rohren durch Wirbelsintern beschrieben, wobei Mittelfrequenz-Induktionsspulen zum Einbrennen des Primers zur Vorwärmung der Rohre und zum Aufbringen des Beschichtungsmittels eingesetzt werden. Eine weitere Mittelfrequenz-Induktionsspule dient zur Glättung der nicht komplett aufgeschmolzenen Beschichtung.
  • Es ist auch bereits bekannt, die zuvor beschriebenen säurefesten Wärmetauscher entweder aus Fluorkunststoffen wie zum Beispiel "PFA", "MFA" oder "TFM" zu bauen oder aber aus hochwertigem Chrom-Nickel Werkstoff wie zum Beispiel "A59". Zeitweise sind auch emaillierte Rohre zum Einsatz gekommen, welche sich jedoch schlecht bewährt haben und nur unter ganz bestimmten Voraussetzungen eingesetzt werden können.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin so genannte "gelinerte Rohre" einzusetzen. Bei diesem Verfahren wird eine "PFA" Schicht, der so genannte "Liner", ohne festen Verbund auf ein Rohr, insbesondere auf ein Stahlrohr aufgebracht und dient so als Korrosionsschutz, Alle anderen Materialien haben sich nicht bewährt und mussten verworfen werden.
  • Die Vor- und Nachteile der bekannten verwendeten Materialien werden nachfolgend kurz beschrieben:
    • PFA (Perfluorpropylvinylether)
    • PFA ist absolut säurebeständig. Selbst nach vielen Betriebsjahren ist keinerlei Säurefraß nachweisbar. Es gibt jedoch bestimmte Nachteile. Zum einen ist das Material sehr teuer, so dass man bemüht sein muss, die Wandstärke der Schläuche (man spricht hier auch von Rohren) so gering wie möglich zu halten. Hinzu kommt die schlechte Wärmeleitfähigkeit, welche ebenfalls zu geringen Wandstärken zwingt. Demgegenüber steht die im Vergleich zu Stahl sehr geringe Festigkeit, welche bei höheren Temperaturen noch stark nachlässt und damit entweder zu starken Wandstärken oder zu geringen Schlauchdurchmessern führt. Hohe Wandstärken führen gemeinsam mit den schlechten Leitfähigkeiten zu hohen Kosten und geringe Durchmesser der Schläuche auch zu engen Gassen für den Rauchgasdurchlass, was wiederum zu Verschmutzungen der Wärmetauscher führen kann. In den Turbulenzbereichen des Rauchgases können die Schläuche aneinander schlagen, wodurch mechanische Schäden auftreten können.
    Modifiziertes PTFE (Polytetrafluorethylen)
  • Modifizierte PTFE-Werkstoffe, welche im Bereich der Säurefestigkeit ähnliche Eigenschaften wie PFA aufweisen haben jedoch im Gegensatz zu PFA keinen Schmelzpunkt. Aus diesem Grund können sie auch nicht schmelzextrudiert verarbeitet werden sondern lediglich pastenextrudiert. Das heißt, das Material wird nicht verschmolzen (wie bei PFA) sonder lediglich in pastöser Form zusammengepresst, welches einer Sinterung gleichkommt. Da sich die Moleküle zudem nur längs zur Extrusionsrichtung ausrichten, entsteht zwar eine relativ hohe Festigkeit in Längsrichtung, in Querrichtung ist die Dauerstandfestigkeit jedoch verhältnismäßig gering. Zudem weist das Material eine hohe Kaltflusseigenschaft auf. Das heißt, das Material fließt im Laufe der Zeit unter Druck weg. Dieser Prozess ist leider nicht zu stoppen, so dass an den Eindichtungsstellen der Schläuche in den Rohrböden immer wieder Leckagen auftreten. Ansonsten gelten die gleichen Probleme wie auch beim PFA.
    • Chrom-Nickel Werkstoff
  • Chrom-Nickel Werkstoff "A59" ist nahezu säurebeständig. Bereits nach geringer Betriebszeit ändert sich jedoch seine bei der Fertigung glatte Oberfläche. Die Oberfläche wird rau und damit sehr schmutzanfällig, was zur Blockierung der Rauchgase führen kann. Da "A59" jedoch eine hohe Festigkeit aufweist, können Rohre mit größerem Durchmesser verwendet werden, was der Verschmutzung wiederum teilweise entgegenwirkt. Der größte Nachteil des "A59" ist jedoch der hohe Preis. Die Kosten für einen Wärmetauscher gleicher Leistung liegen beim "A59" etwa doppelt so hoch wie beim PFA.
    • Emaillierte Rohre
  • Emaillierte Rohre haben sich in der Praxis zu einem großen Teil nicht bewährt. Zwischen Stahlrohr und Emailschicht bildet sich Wasserstoff, welcher die Emailschicht aufplatzen lässt und somit zur Zerstörung der Rohre führt. Die Ursache der Wasserstoffbildung ist noch nicht genau geklärt. Entsprechende Untersuchungen werden zurzeit bei den Emailherstellern durchgeführt. Ein Ergebnis liegt jedoch noch nicht vor.
    • Rohre mit Liner
  • "Gelinerte" Rohre haben den Vorteil, dass sie als Druckkörper ein Stahlrohr verwenden. Hierdurch dient die PFA Schicht lediglich als Korrosionsschutz, und kann somit in geringer Wandstärke auf das Druckrohr aufgezogen werden. Dies führ zu einer starken Kostenreduzierung. Nachteilig ist jedoch, dass die Säure wegen des Parzialdruckgefälles durch die "Linerung" hinurchdiffundiert und zwischen Druckrohr und "Liner" zu Korrosionsprodukten führt. Hierdurch platzt der "Liner" auf, was wiederum zur Zerstörung des Rohres durch Säure führt. Zudem ist der "Liner" mechanisch sehr anfällig. Bei Schlägen gegen die Rohre, ob gewollt beim Reinigen oder ungewollt bei anderen Reparaturarbeiten, wird der "Liner" oft unbeabsichtigt und unbemerkt durch kleinste Löcher beschädigt, welches beim anschließenden Betrieb bald zu Korrosionsschäden führt.
  • Die Beschichtung von Maschinenbauteilen mit organischen Fluorpolymeren ist in vielerlei Ausgestaltungen bekannt. Sie erfolgt immer dann, wenn Antihaftbeschichtungen benötigt werden, welche auch unter dem Markennamen Teflon® bekannt geworden sind oder aber wenn es gilt, die Bauteile vor äußeren Einflüssen zu schützen. Entsprechende Auskleidungen bzw. Beschichtungen gibt es beispielsweise in vielen Bereichen des chemischen Anlagenbaus. Allgemein gesagt ist eine Beschichtung dann von Nöten, wenn die Gefahr besteht, dass die metallischen Bauteile durch Korrosion beschädigt und damit die zugehörigen Anlagen hinsichtlich ihrer Standzeit beeinträchtigt sind. So werden beispielsweise Pumpenlaufräder oder Rührwerkskomponenten seit Jahren mit organischen Fluorpolymeren beschichtet.
  • Die bekannte Vorgehensweise zur Beschichtung von größeren Bauteilen geschieht wie folgt:
    • Zunächst wird das Werkstück entfettet und gesandstrahlt und dann eine Haftgrundierung der sogenannte Haftprimer aufgebracht. Auf diesen Haftprimer wird anschließend die Fluorkunststoffschicht aufgebracht. Dazu werden die einzelnen Werkstücke bei vorgegebener Temperatur in einen Ofen gefahren und dort eine bestimmte Zeit belassen, bis sie ihre Beschichtungstemperatur erreicht haben. Dann werden sie aus dem Ofen entfernt und mit Haftprimer beschichtet. Anschließend werden sie erneut eine vorbestimmte Zeit in den Ofen gefahren, um die Haftprimerschicht mit dem metallischen Bauteil zu verbinden (sog. Polarisation). Anschließend werden sie wiederum aus dem Ofen geholt und mit der ersten Fluorkunststoffschicht beschichtet. Dieser Prozess wiederholt sich mehrere Male, da beim herkömmlichen Verfahren in jedem Beschichtungsvorgang nur etwa eine Schichtstärke von 500 µm aufgebracht werden kann und das Werkstück ca. fünf Mal in den Ofen hinein und wieder aus dem Ofen herausgefahren werden muss. Zudem unterliegt das bekannte Verfahren Einschränkungen hinsichtlich der Größe der Werkstücke, da die Werkstücke nicht größer als der Ofen sein dürfen. Der weltweit größte uns bekannte Ofen für diese Zwecke hat eine Länge von etwa 11 m. Dies bedeutet, dass mit dem bekannten Beschichtungsverfahren nur kürzere Bauteile beschichtet werden können.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde das eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Beschichten von metallischen Bauteilen so auszugestalten und weiterzubilden, dass auch relativ lange Bauteile unter zeitlich und wirtschaftlich optimalen Bedingungen maschinell beschichtet werden können. Insbesondere soll es ermöglicht werden, die Bauteile kontinuierlich zu beschichten.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht zu nächst in einem Verfahren zum Beschichten von metallischen Rohren oder anderen langen Bauteilen begrenzten Querschnitts mit säurebeständigen Korrosionsschutzschichten, welches durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
    • Zuführen des zu beschichtenden Rohres in eine erste Bearbeitungslinie, in der das Rohr axial transportiert wird,
    • Vorwärmen des Rohres oder eines Rohrabschnittes,
    • Aufbringen einer Haftgrundschicht,
    • Erwärmen des Rohres zum Erreichen einer Polarisation zwischen Haftgrund und Rohr,
    • Trocknen des Rohres zum vollständigen Austreiben aller löslicher Bestandteile,
    • Zuführen des Rohres in eine zweite Bearbeitungslinie, in der das Rohr axial transportiert wird,
    • Vorwärmen des Rohres,
    • Aufbringen der Beschichtung in einem Extruder mit Querkopf,
    • Aufheizen des Rohres in einem Induktionsofen,
    • Aushärten des beschichteten Rohres und
    • Abkühlen des beschichteten Rohres.
  • Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens löst die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine erste Bearbeitungslinie mit einem ersten Antrieb, einer ersten Vorwärmeinrichtung, einer Einrichtung zur Aufbringung der Haftgrundschicht und wenigstens einem Ofen zum Aushärten und Trocknen sowie einer zweiten Bearbeitungslinie mit einem zweiten Antrieb, einer zweiten Vorwärmeinrichtung, einem Extruder mit Querkopf zum Aufbringen der Beschichtung, einem Induktionsofen und einem Ofen zum Aushärten.
  • Wenn im Folgenden kurz von 'Rohr' die Rede ist, sollen davon alle möglichen zu beschichtenden Bauteile umfasst sein, deren Länge die Ausdehnung und den Querschnitt um eine Vielfaches übersteigen. Da die Beschichtung von außen erfolgt, können die Rohre oder andere hohle Bauteile auch einseitig verschlossen sein.
  • Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist es möglich, dass die erste und zweite Bearbeitungslinie getrennt voneinander betrieben werden. Alternativ ist es auch denkbar, sie hintereinander gemeinsam zu betreiben. Die getrennte Ausführung wird jedoch im Allgemeinen die bevorzugte sein, da einerseits die Länge der Bearbeitungslinien sonst relativ groß wird und es durch die Aufteilung möglich ist, die Beschichtung mit Haftprimer und die spätere eigentliche Fluorkunststoffbeschichtung zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten durchzuführen. Insbesondere führt bei getrennten Linien der Stillstand einer Linie nicht sofort zum Stillstand der gesamten Anlage.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zu beschichtenden Rohre vor jeder Bearbeitungslinie mit geeigneten Rohrverbindungselementen verbunden werden und der Behandlungsprozess kontinuierlich abläuft. Auf diese Weise ist es also gewissermaßen möglich "endlose" Bauteile zu beschichten, was aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten besonders zweckdienlich ist.
  • Nach weiteren Lehren der Erfindung sollen die zu behandelnden Bauteile vor Zufuhr in die erste Bearbeitungslinie entfettet und/oder gesandstrahlt werden, um eine sichere Verbindung zwischen Haftgrundschicht und Bauteil zu gewährleisten. Wenn hier von "Sandstrahlen" die Rede ist, soll darunter auch die Bestrahlung mit Korund-, Glaskörpern oder dergleichen verstanden werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Rohr in der ersten Bearbeitungslinie nicht nur axial transportiert, sondern gleichzeitig um seine Längsachse gedreht, so dass seine Oberfläche gewissermaßen eine schraubenlinienförmige Bewegung erfährt. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Aufbringen der Haftgrundschicht durch Aufsprühen erfolgen kann, wobei der Bereich des Aufsprühens in axialer Richtung relativ kurz ausfallen kann, wenn die Drehgeschwindigkeit in Bezug auf die Vorschubgeschwindigkeit entsprechend abgestimmt ist. Der Haftprimer wird also gewissermaßen "wendelförmig" auf das zu beschichtende Bauteil aufgetragen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, das Vorwärmen des Bauteils in der ersten Bearbeitungslinie mittels Heißluft erfolgt. Ein vorgewärmtes Rohr erlaubt bei der Aufbringung der Haftgrundschicht einen besseren Kontakt zwischen Haftprimer und Rohr, was für eine gleichmäßige Beschichtung unerlässlich ist.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Vorwärmen des Bauteiles auch in der zweiten Bearbeitungslinie mittels Heißluft erfolgt. Hier ist eine Vorwärmung von besonderer Wichtigkeit, da der im Extruder flüssig aufgebrachte Fluorkunststoff sonst an der kalten Metalloberfläche des Bauteiles vorschnell vernetzen würde und es im Extremfall sogar zum Abtropfen des Fluorkunststoffs nach Verlassen des Extruderquerkopfes kommen könnte. Natürlich kann die Vorwärmung auch durch andere geeignete Maßnahmen erfolgen.
  • Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Aufbringen der Haftgrundschicht und auch die Beschichtung im Extruder jeweils in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen. Dies ist für einen wirtschaftlichen kontinuierlichen Fertigungsbetrieb von besonderem Interesse. Dabei muss dem Aufbring- und Trocknungsprozess eine erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt werden, damit die Schichtdicke auf dem zu beschichtenden Bauteil überall gleich dick ist. So dürfen beim Aufbringen der Haftgrundierung auf ein Rohr beispielsweise keine "Nähte" durch zu dicke oder zu dünne "Beschichtungsgrenzlinien" auftreten.
  • Nach einer weiteren Lehre der Erfindung erfolgt das Aushärten des beschichteten Bauteiles in einem Ofen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass eine gleichmäßige Aushärtung der Fluorkunststoffschicht ermöglich wird.
  • Bevorzugt werden als Bauteile Rohre und dort insbesondere Stahlrohre verwendet. Für die Beschichtung werden bevorzugt die organischen Fluorpolymere PFA (Perfluorpropylvinylether)oder MFA (Perfluormethylvinylether) eingesetzt.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer entsprechenden Vorrichtung zum Beschichten von Rohren der erste Antrieb der ersten Bearbeitungslinie mit einer Drehvorschubeinrichtung versehen. Diese Drehvorschubeinrichtung lässt sich so regeln, dass axiale und rotatorische Bewegungen einzeln beeinflusst werden können, um eine optimale Anpassung an die Breite der Aufbringzone des Haftprimes zu ermöglichen. Bevorzugt wird zum Aufbringen der Haftprimerschicht eine Sprühdüse verwendet, welche in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung als Breitstrahldüse ausgebildet ist, die sich im Wesentlichen parallel zur Rohrlängsachse erstreckt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend einer lediglich ein bevorzugtes Einführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
    • Fig. 1
    schematisch, die Komponenten einer ersten erfindungsgemäßen Bearbeitungslinie und
    Fig. 2
    schematisch, die Komponenten einer zweiten erfindungsgemäßen Bearbeitungslinie.
  • Für die Beschichtung wurde eine Art "On Line" Verfahren entwickelt. Ein beliebig langes Rohr 1, bevorzugt aus Stahl, liegt auf einem Rollengang 2 und wird durch einen speziellen Drehvorschub 3 drehend vorgeschoben. Ein endlos langes Rohr 1 entsteht dabei dadurch, dass mittels Verbindungselementen ein Rohr am nächsten befestigt wird, um einen kontinuierlichen Prozess zu erreichen. Hierbei steht die Umdrehung des Rohres 1 in einem bestimmten Verhältnis zum Vorschub. Dieses Verhältnis ist durchmesserabhängig.
  • Hinter dem Drehvorschub 3 ist eine Rohrvorwärmung 4 geschaltet, um das Rohr, bevorzugt mit einem Heißluftgebläse 5 auf eine primerspezifische Temperatur vorzuwärmen.
  • Nach der Vorwärmung ist eine entwickelte Spritzvorrichtung 6 installiert. Im Zusammenwirken der Rohrvorwärmung 4 und Spritzvorrichtung 6 ist es möglich, eine gleichmäßige Primerschicht mit der vorgegebenen Schichtdicke auf das sich drehende Rohr 1 in einem einzigen Arbeitsgang aufzutragen.
  • Anschließend wird das Rohr 1 durch den Drehvorschub 3 durch einen Trocknungsofen 7 gefahren, dessen Länge so bemessen ist, dass er in Verbindung mit dem Vorschub die vorgegebene Verweilzeit im Trockenofen 7 gewährleistet. Diese Verweilzeit ist unbedingt einzuhalten, um die Polarisation, das heißt die Verbindung des Primers mit dem Stahlrohr 1, abschließen zu lassen. Außerdem müssen in dieser Zeit die flüchtigen Bestandteile vollständig aus dem Primer ausgetrieben werden, um eine spätere Blasenbildung bei der PFA-Beschichtung zu verhindern. Es muss sichergestellt werden, dass die Trocknung über die Schichtstärke gleichmäßig erfolgt. Wird beispielsweise zuerst die äußere Schicht getrocknet, kommt es zu Mikrorissen in der Schicht, da die Restfeuchte aus den inneren Schichten nicht mehr entweichen kann und deshalb die bereits getrocknete äußere Schicht aufreißt.
  • Dem Trocknungsofen 7 schließt sich dann ein Polarisationsofen 8 an, in dem die Polarisation, also die Verbindung von Haftprimer und Stahlrohr 1 erfolgt. Die Trocknungs- und Polarisationstemperatur in dem Ofen 7 und 8 muss dabei so gewählt und sichergestellt werden, dass zwar die Polarisationstemperatur über die volle Länge der Öfen erreicht und beibehalten wird, die Polymerisationstemperatur, durch die die spätere Verbindung zwischen Primer und PFA bzw. MFA erfolgt, jedoch nicht erreicht wird. Nach Durchfahren des Trocknungs- und Polarisationsofens 7 und 8 ist die Primerbeschichtung abgeschlossen. Hinter den Öfen 7, 8 kann dann das mit dem Haftprimer versehene Rohr 1' entnommen und ggf. vereinzelt werden. Es versteht sich, dass die im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel einzeln dargestellten Öfen 7 und 8 auch als gemeinsame Baueinheit realisiert werden könne.
  • Neben der Beschichtungslinie für den Primer ist eine ähnliche Linie für die zweite Beschichtung mit PFA oder MFA installiert. Bei dieser Linie wird das zuvor mit Primer beschichtete Rohr 1' wiederum auf einen Rollengang 10 gelegt und mittels eines Bandabzuges 11 mit konstanter Geschwindigkeit vorgeschoben. Erfindungsgemäß werden die einzelnen Fluorpolymer-Schichten nicht wie üblich nacheinander aufgetragen, sondern mit Hilfe eines Extruders 14 mit Querkopf (nicht dargestellt) in einem einzigen Vorgang aufgeschmolzen. Um das kalte Rohr 1' nicht in den mehrere Grad heißen Querkopf zu fahren, wird das Rohr 1' mittels einer speziellen Einrichtung 12 vorgewärmt, wobei genau darauf zu achten ist, dass die Polymerisationstemperatur nicht erreicht wird.
  • Mit Hilfe des Extruders 14 wird dann das in Schmelze befindliche PFA oder MFA in voller Schichtstärke in einem Arbeitsgang auf das Rohr 1' aufgeschmolzen. Erst nach Aufbringen der Schmelze wird das Rohr 1' mittels Induktionswärme in einem Induktionsofen 15 weit über den Polymerisationspunkt aufgewärmt. Hierdurch wird die Verbindung Primer-PFA (bzw. MFA) gewährleistet. In einem nachgeschalteten Ofen 16 wird diese Temperatur so lange gehalten, bis die Polymerisation abgeschlossen ist. Auch hier steht wie bei der Primerbeschichtung die Ofenlänge im direkten Zusammenhang zum Rohrvorschub. Nach Verlassen des Ofens 16 wird das nun fertig beschichtete Rohr 1" gekühlt und über einen Rollengang (nicht dargestellt) zur weiteren Verwendung gefahren. Wie bei der Primerlinie werden auch hier die einzelnen Rohre mit Verbindern zusammengesteckt, so dass ein unendlich langes Rohr 1' entsteht und ohne Unterbrechung beschichtet werden kann.
  • Durch das erfindungsgemäße dieses Beschichtungsverfahrens ist es gelungen, ein säurefestes Rohr 1" beliebiger Länge herzustellen. Die Säurefestigkeit ist sowohl durch die aufgebrachte PFA-(bzw. MFA-)Schicht gegeben als auch durch den säurefesten Primer. Durch die feste unlösbare Verbindung zwischen Rohr, Primer und PFA/MFA können die Schichten nicht durch Korrosionsprodukte unterwandert und abgelöst werden. Durch das druckfeste Trägerrohr werden Temperaturen und Drücke beliebiger Größe beherrscht. Auch die Durchmesser der Rohre können so gewählt werden wie es das Gesamtverfahren des jeweiligen Kraftwerks erfordern. Schließlich ist es auch möglich die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Rohre zu biegen. So lassen sich beispielsweise beschichtete U-Rohre herstellen, wie sie in Wärmetauschern Verwendung finden.

Claims (22)

  1. Verfahren zum Beschichten von metallischen Rohren oder anderen langen Bauteilen begrenzten Querschnitts, insbesondere von Rohren für Wärmetauscher, mit einer säurebeständigen Korrosionsschutzschicht, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    Zuführen des zu beschichtenden Rohres in eine erste Bearbeitungslinie, in der das Rohr axial transportiert wird,
    - Vorwärmen des Rohres oder eines Rohrabschnittes,
    - Aufbringen einer Haftgrundschicht,
    - Erwärmen des Rohres zum Erreichen einer Polarisation zwischen Haftgrund und Rohr,
    - Trocknen des Rohres zum vollständigen Austreiben aller löslicher Bestandteile,
    - Zuführen des Rohres in eine zweite Bearbeitungslinie, in der das Rohr axial transportiert wird,
    - Vorwärmen des Rohres,
    - Aufbringen der Beschichtung in einem Extruder mit Querkopf,
    - Aufheizen des Rohres in einem Induktionsofen,
    - Aushärten des beschichteten Rohres und
    - Abkühlen des beschichteten Rohres.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Bearbeitungslinie getrennt voneinander betrieben werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass dass die erste und zweite Bearbeitungslinie gemeinsam betrieben werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtenden Rohre vor jeder Bearbeitungslinie mit geeigneten Rohrverbindungselementen verbunden werden und der Behandlungsprozess kontinuierlich abläuft.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass, die zu beschichtenden Rohre vor der ersten Bearbeitungslinie entfettet werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtenden Rohre vor der ersten Bearbeitungslinie gesandstrahlt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass, das Rohr in der ersten Bearbeitungslinie axial und drehend transportiert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Haftgrundschicht durch Aufsprühen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmen des Rohres in der ersten Bearbeitungslinie mittels Heißluft erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass Vorwärmen des Rohres in der zweiten Bearbeitungslinie mittels Heißluft erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen der Haftgrundschicht und/oder die Beschichtung im Extruder in einem einzigen Arbeitsgang erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass Aushärten des beschichteten Rohres in einem Ofen erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Rohre Stahlrohre verwendet werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass für die Beschichtung organische Fluorpolymere PFA (Perfluorpropylvinylether)oder MFA (Perfluormethylvinylether) verwendet werden.
  15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine erste Bearbeitungslinie mit einem ersten Antrieb (3), einer ersten Vorwärmeinrichtung (4), einer Einrichtung (6) zur Aufbringung der Haftgrundschicht und wenigstens einem Ofen (7, 8) zum Aushärten und Trocknen sowie einer zweiten Bearbeitungslinie mit einem zweiten Antrieb (11), einer zweiten Vorwärmeinrichtung (12), einem Extruder (14) mit Querkopf zum Aufbringen der Beschichtung, einem Induktionsofen (15) und einem Ofen (16) zum Aushärten.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass dass der erste Antrieb (3) eine Drehvorschubeinrichtung ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass, die erste Vorwärmeinrichtung (4) ein Heißluftgebläse (5) aufweist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass, die zweite Vorwärmeinrichtung (12) ein Heißluftgebläse (13) aufweist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung (6) zum Aufbringen der Haftgrundschicht eine Sprühdüse verwendet wird.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüse als Breitstrahldüse ausgebildet ist.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Bearbeitungslinie eine Einrichtung (9) zum Entfetten und/oder Sandstrahlen vorgeschaltet ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet, dass beide Bearbeitungslinien zu einer Gesamtlinie zusammengeschaltet sind.
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