Chemische Prozessanlagen können Materialien anspruchsvollen korrosiven Umgebungen aussetzen. Säuren, Laugen, Lösungsmittel, Feuchtigkeit und Temperaturänderungen können sowohl konventionelle Werkstoffe als auch Verbundwerkstoffe beeinflussen. Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) wird in bestimmten Bereichen der chemischen Verarbeitung eingesetzt, weil sich die Polymermatrix und die Verstärkung an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpassen lassen und die Glasfasern selbst nicht rosten.

Dieser Beitrag erläutert den Einsatz von GFK in chemischen Prozessumgebungen, den Zusammenhang zwischen Harzauswahl und chemischer Beanspruchung sowie die Faktoren, die Ingenieure typischerweise vor der Auswahl eines GFK-Produkts berücksichtigen. Der Inhalt beschreibt allgemeines Branchenwissen und nicht die Leistung einer bestimmten HotFRP-Produktkonfiguration.

Chemische Beanspruchung in Prozessanlagen

Werkstoffe können in einer chemischen Anlage mit Säuren, alkalischen Lösungen, Lösungsmitteln, Prozesswasser, Reinigungsmitteln und wechselnden Temperaturen in Kontakt kommen. Die Bedingungen können von Bereich zu Bereich unterschiedlich sein und beispielsweise Folgendes umfassen:

  • Saure Umgebungen: Schwefelsäure, Salzsäure, Phosphorsäure und organische Säuren können in unterschiedlichen Prozessanwendungen vorkommen.
  • Alkalische Umgebungen: Natriumhydroxid, Ammoniaklösungen und alkalische Reinigungslösungen werden in bestimmten Prozessen eingesetzt.
  • Lösungsmittelexposition: Bestimmte Lösungsmittel können für einzelne GFK-Harzsysteme aggressiv sein.
  • Temperaturänderungen: Der Wechsel zwischen heißen Prozessbedingungen und kühleren Wasch- oder Spülvorgängen ist ein weiterer Faktor bei der Werkstoffauswahl.

Daher sollte ein Wert oder eine Angabe zur chemischen Beständigkeit für eine definierte chemische Bedingung nicht automatisch als Leistungsnachweis für ein anderes Mischmedium oder einen anderen Temperaturbereich verstanden werden. Entscheidend ist das gesamte Expositionsprofil.

Wie die Harzauswahl die Korrosionsbeständigkeit von GFK beeinflusst

Bei korrosionsbeständigem GFK ist das Harzsystem ein wichtiger Bestandteil der Werkstoffauslegung, da es die Polymerphase um die Verstärkungsfasern bildet. GFK-Konstruktionen für korrosive Einsatzbedingungen können zusätzlich eine speziell ausgelegte korrosionsbeständige Oberflächen- oder Barriereschicht enthalten. Harz und Laminataufbau wirken daher gemeinsam daran, die Verstärkung vor der chemischen Einwirkung zu schützen.

Zu den Harzfamilien, die für korrosionsbeständige GFK-Anwendungen häufig berücksichtigt werden, gehören:

  • Isophthalsäure-Polyester: häufig in allgemeinen GFK-Anwendungen eingesetzt, wenn die gewählte Formulierung für die chemische Umgebung geeignet ist.
  • Vinylester: wird häufig für anspruchsvollere chemische Einsatzbedingungen betrachtet, da bestimmte Vinylesterformulierungen eine breitere chemische Beständigkeit als Standard-Polyestersysteme bieten können.

Diese Kategorien sollten nicht als universelle Leistungsstufen verstanden werden. Die chemische Beständigkeit kann von der konkreten Harzformulierung, der Konzentration der Chemikalie, der Temperatur, den Expositionsbedingungen und dem GFK-Aufbau abhängen. Die Harzauswahl ist daher eine Entscheidung auf Basis der Einsatzbedingungen und nicht einfach eine Rangfolge verschiedener Harztypen.

Typische GFK-Produkte in chemischen Prozessanlagen

GFK-Produkte werden in verschiedenen Bereichen chemischer Prozessanlagen eingesetzt, wenn Korrosion ein wichtiger Faktor bei der Werkstoffauswahl ist. Typische Anwendungen sind:

  • GFK-Gitterroste: für Laufstege, Plattformen und Rinnenabdeckungen in Bereichen, in denen chemische Flüssigkeiten oder Waschwasser auftreten können. Die offene Gitterstruktur kann die Entwässerung unterstützen und Flüssigkeitsansammlungen reduzieren.
  • GFK-Kabeltragsysteme: zur Aufnahme und Führung elektrischer Kabel in Bereichen, in denen Korrosionsbeständigkeit ein wichtiges Auswahlkriterium ist.
  • GFK-Steigleitern mit Rückenschutz und Geländer: für Bereiche an Tanks, Wäschern und Prozessanlagen, in denen Zugangselemente korrosiven Atmosphären ausgesetzt sein können.
  • GFK-Profile und Tragkonstruktionen: für ausgewählte Sekundärstrukturen, Halterungen und ausrüstungsbezogene Rahmenkonstruktionen, wenn die Korrosionsbeanspruchung bei der Werkstoffauswahl berücksichtigt wird.

Produktspezifische Informationen finden Sie auf den Seiten zu GFK-Gitterrosten, GFK-Kabeltragsystemen und GFK-Steigleitern mit Rückenschutz.

Daten für Einzelchemikalien und chemische Mischströme

Angaben zur chemischen Beständigkeit beziehen sich in der Regel auf definierte Bedingungen hinsichtlich Werkstoff, Chemikalie, Konzentration und Temperatur. Ein Ergebnis oder eine Einstufung für eine bestimmte chemische Umgebung sollte nicht automatisch auf einen Prozessstrom mit mehreren Chemikalien oder deutlich abweichenden Betriebsbedingungen übertragen werden.

Grenze bei chemischen Mischströmen: Angaben zur Beständigkeit unter einer definierten chemischen Beanspruchung belegen allein nicht die Eignung für einen gemischten Chemikalienstrom, wechselnde Temperaturen oder eine wesentlich andere Einsatzbedingung. Bei der Auswahl des GFK-Systems ist das tatsächliche Expositionsprofil zu berücksichtigen.

Diese Unterscheidung ist besonders relevant, wenn mehrere Chemikalien gleichzeitig vorhanden sind. Ein für eine bestimmte Chemikalie ausgewähltes Harzsystem kann in einer anderen Mischung, Konzentration oder Temperatur eine andere Beständigkeit aufweisen.

Wichtige Auswahlfaktoren für chemische Umgebungen

Bei der Auswahl von GFK für eine chemische Prozessanlage betrachten Ingenieure typischerweise mehrere Faktoren:

  • Chemische Umgebung: vorhandene Chemikalien, ungefähre Konzentrationsbereiche und die Frage, ob die Beanspruchung kontinuierlich, intermittierend oder beispielsweise durch Verschüttungen und Reinigung entsteht.
  • Temperatur: Betriebs- und Reinigungstemperatur berücksichtigen, da sich die chemische Beständigkeit mit der Temperatur verändern kann.
  • Harz und GFK-Aufbau: ein Harzsystem und einen korrosionsbeständigen Aufbau passend zur vorgesehenen Beanspruchung auswählen, anstatt sich allein auf die Bezeichnung der Harzfamilie zu stützen.
  • Mechanische Anforderungen: Spannweite, Last, Steifigkeit, Stoßbeanspruchung und weitere statische Anforderungen zusammen mit der Korrosionsbeständigkeit betrachten.
  • Montage und Änderungen vor Ort: Wenn durch Schneiden oder Bohren Laminat- oder korrosionsbeständige Oberflächenschichten freigelegt werden, kann eine geeignete Versiegelung oder Reparatur entsprechend dem jeweiligen GFK-Aufbau erforderlich sein.
  • Gesamtwirtschaftlichkeit des Projekts: Die Werkstoffauswahl kann Anschaffungskosten, konstruktive Anforderungen, Montage, Wartungsaspekte und die Beanspruchung der Einsatzumgebung berücksichtigen.

Keine einzelne GFK-Konfiguration ist für jede chemische Prozessumgebung geeignet. Eine sinnvolle Ausgangsbasis ist eine klare Beschreibung der chemischen Beanspruchung, Konzentration, Temperatur, mechanischen Anforderungen und des vorgesehenen GFK-Aufbaus.

Zusammenfassung

GFK wird in chemischen Prozessanlagen unter anderem für Gitterroste, Kabeltragsysteme, Leitern, Geländer und ausgewählte Bauteile eingesetzt, wenn die Korrosionsbeanspruchung ein wichtiger Faktor bei der Auslegung ist. Die Harzauswahl ist dabei ein wesentlicher Bestandteil, aber die Harzfamilie allein bestimmt nicht die Eigenschaften des fertigen GFK-Systems.

Eine geeignete Auswahl berücksichtigt die gesamten Einsatzbedingungen, darunter Art und Konzentration der Chemikalien, Temperatur, Expositionsbedingungen, mechanische Anforderungen und den GFK-Aufbau. Verfügbare Beständigkeitsdaten für eine definierte chemische Bedingung sollten nicht auf wesentlich andere Prozessbedingungen oder chemische Mischungen verallgemeinert werden.