Die größten Herausforderungen der Flüssigkeitsregelung

Armaturen, Dichtungen und Füllstandsmessinstrumente entwickeln sich stetig weiter und tragen so zu einem effizienten Betrieb, zur Sicherheit und zum Umweltschutz bei. Sie stellen mit Präzisionssteuerung und Dichtungseigenschaften sicher, dass der Fluss und die Aufbewahrung von Flüssigkeiten und anderen Medien unter Kontrolle gehalten wird – was sie besonders wichtig für die Funktionalität und Verlässlichkeit von Flüssigkeitssystemen macht.

In diesem Beitrag stehen die wichtigsten Industriezweige der ACHEMA im Fokus: chemische Industrie, Fernwärme, Wasserstoff, Geothermie und Services – die alle ihren individuellen Herausforderungen gegenüberstehen.

Chemische Industrie

In der chemischen Industrie steht der Kampf gegen Korrosion und chemische Reaktionen im Vordergrund. Materialien wie Edelstahl und PTFE werden daher für ihre Widerstandsfähigkeit verwendet, was gerade im Einsatz mit aggressiven Substanzen für Langlebigkeit und Sicherheit bürgt. Strengere Umweltauflagen, steigende Kosten für Energie und Rohstoffe, sowie die Handhabung von anspruchsvollen Medien und sicherheitsrelevanten Prozessen zählen zu den vorherrschenden Herausforderungen in der Branche. Mit Produkten, die auf den Kunden und dessen Prozesse zugeschnitten sind, lässt sich nicht nur die Anlageneffizienz steigern, sondern auch die Erfüllung von Umweltauflagen vorantreiben.

• Hohe Temperatur- und Druckbeständigkeit: Industriearmaturen und Dichtungen müssen in der Lage sein, den hohen Temperatur- und Druckniveaus der chemischen Industrie standzuhalten. Armaturen und Dichtungen, die technisch für Hochdruckumgebungen ausgelegt sind, sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Systemintegrität.
• Korrosionsbeständigkeit: Im Umgang mit aggressiven und korrosiven Chemikalien werden Materialien benötigt, die einem chemischen Angriff bis hin zur Zersetzung widerstehen können.  Materialien wie Edelstahl, Hastelloy oder PTFE eignen sich beispielsweise hier aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit gegen chemische und korrosive Prozesse.
• Leckagevermeidung und Sicherheit: Um besonders in der chemischen Industrie und im Wasserstoffbereich einen sicheren Betrieb zu garantieren, braucht es verlässliche Dichtungstechnologien und -materialien. Ihr Einsatz minimiert das Risiko von Leckagen, die zu gefährlichen Situationen führen könnten.
• Materialkompatibilität: Unerwünschte oder ungeplante chemische Reaktionen sind eine Gefahr für die Systemintegrität. Um das zu vermeiden, werden ausschließlich Werkstoffe ausgewählt, die für den Kontakt zmit chemischen Substanzen geeignet sind.
• Einhaltung der geltenden Industriestandards: Standards und Normen, wie z.B. EN und ASME, stellen sicher, dass die Anlagen die Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Umweltschutz erfüllen.
• Flüchtige Emissionen: Zur Vermeidung flüchtiger Emissionen und zum Schutz von Menschen und Umwelt, benötigt die chemische Industrie Anlagenkomponenten, welche gemäß des Emissionsstandards der ISO 15848-1 und TA LUFT zertifiziert sind.

Wasserstoff

Wasserstoff ist im Begriff sich über den industriellen Einsatz hinweg auszubreiten und bewegt sich auf den Endkundenbereich zu – Stichwort Wasserstoffbetankung von Fahrzeugen. Daraus ergibt sich ein gesteigerter Bedarf an Sicherheitsmaßnahmen. Die Branche pocht auf die enorme Bedeutung von Materialien, die für die geringe Molekülgröße und das hohe Explosionspotenzial des Wasserstoffs geeignet ist, was gerade in Hochdruckspeichern und am Transportweg sicherheitskritisch ist. Auf dem Markt befinden sich bereits mehrere Materialien, die in Tests hohe Dichtheit in Bezug auf Wasserstoff aufweisen konnten – und nebenbei auch den CO₂-Fußabdruck vieler Produktionsprozesse verringerten. Um die Anlagensicherheit zu gewährleisten, ist die Auswahl von hochqualitativen Armaturen und Dichtungen unerlässlich. Die betreffenden Dichtungen sollten die Vorgaben der „Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft“ (TA-LUFT) der Deutschen Bundesregierung einhalten oder übertreffen, zumal diese Regelung der internationalen ISO 15848-1-Norm zu flüchtigen Emissionen angeglichen wurde.

• Sicherheitsanforderungen: Physiologische Gefahren (darunter Erfrierungen durch Kontakt mit kryogenen Komponenten oder Erstickung durch Sauerstoffmangel), chemische Gefahren (wie Verbrennungen oder Explosionen) und physische Gefahren (z.B. Versprödung und Materialversagen) zählen zu den Risiken im Umgang mit Wasserstoff. Für die Lagerung unter Hochdruck ist daher besondere Vorsicht geboten.
• Materialauswahl: Die Reaktion von Wasserstoff auf Materialien, besonders auf Metalle, kann zu wasserstoffinduzierten Brüchen führen. Um das zu vermeiden, muss auf sorgfältige Materialauswahl gesetzt werden. Dabei müssen Faktoren wie Befüllmethode, Wasserstoffdruck, Temperatur und Materialstärke einkalkuliert werden. Das weit verbreitete Problem der Wasserstoffversprödung geht auf Wasserstoffatome zurück, die durch Metalle diffundieren und so potenziell katastrophale Konsequenzen mit sich ziehen. Leitfäden zur Materialauswahl legen daher nahe, austenitische rostfreie Stähle, Aluminiumlegierungen oder Kupferlegierungen zu verwenden, während Nickel- und Titanlegierungen vermieden werden sollten.
• Temperatureinfluss: Bei der Speicherung von Wasserstoff – besonders in flüssiger Form – hat die Temperatur einen gewichtigen Einfluss auf die Materialeigenschaften. Bestimmte Edelstähle behalten ihre Verformbarkeit (Duktilität) auch bei kryogenen Temperaturen, was für die Systemintegrität von Wasserstoffspeichern besonders wichtig ist.

Geothermie

Die natürliche Wärme der Erde und ihre mineralstoffreichen Untergrundgewässer geraten zunehmend in den Fokus. Die Nutzung von Thermalwasser aus tiefen Erdschichten ist in den letzten Jahrzehnten enorm angestiegen. Als CO₂-neutrale Energiequelle zur Stromerzeugung und für Fernwärme wird Geothermie immer gefragter – auch im Kontext der Klimaerwärmung. Thermalwasser enthält große Mengen an Wärmeenergie und eine breite Palette an Substanzen wie Öl, Mineralstoffe, Festkörper sowie Kalk und Kieselsäure.

• Temperatur und Mineralgehalt: Thermalwasser aus tiefen Erdschichten kann Temperaturen von 100° bis 370° C aufweisen und beinhaltet Mineralien wie Kalk und Kieselsäure, was zu Ablagerungen führen und die Funktion der Armaturen beeinträchtigen kann. Armaturen müssen daher hohen Temperaturen standhalten und Ablagerungen abweisen können, um die Systemeffizienz aufrechtzuerhalten und Schäden zu vermeiden.
• Druckschwankungen: Geothermische Anlagen stehen unter wechselndem Druck, der sich negativ auf Armaturen auswirken kann. Um die Systemintegrität und Effizienz aufrecht zu erhalten, müssen Armaturen den Druckschwankungen standhalten können, ohne dabei signifikante Verluste beim Medium zu verursachen.
• Kieselsäureablagerungen: Zu den größten Herausforderungen der Geothermie zählen die Ablagerungen der Kieselsäure, die zu Leckagen und Schäden bei Armaturen führen können. Deshalb müssen unbedingt Armaturen eingesetzt werden, die der Kieselsäure und anderen Verschmutzungen standhalten können.
• Materialauswahl: Aufgrund der korrosiven Eigenschaften von Thermalwasser müssen widerstandsfähige Materialien verwendet werden, um vor Korrosion und Ablagerungen zu schützen. Dabei sollten sowohl das Armaturen- sowie das Dichtungsmaterial mitbedacht werden. Verschiedene Mineralien können zu einer Kristallbildung im Medium führen, was die Verstopfung des Rohrleitungssystems zur Folge haben kann. Die Herausforderung an das Armaturenmaterial besteht darin, die Kristallbildung zu minimieren und gleichzeitig Festkörper abzuweisen.
• Wartung und Zuverlässigkeit: Angesichts der anspruchsvollen Anforderungen der Geothermie empfiehlt es sich, langlebige Armaturen mit geringem Wartungsaufwand den Vorzug zu geben, was einen bedeutenden Einfluss auf die Verfügbarkeit und Verlässlichkeit von Geothermieanlagen ausübt.
• Neue Technologien: Die Geothermie-Branche beschäftigt sich auch mit geschlossenen Systemkreisläufen, in denen ein Wärmeträger durch ein Leitungssystem zirkuliert, anstatt Wasser aus der Erde zu pumpen. Diese noch junge Technologie stellt das Armaturen- und Instrumentationsdesign vor neue Herausforderungen.
• Superkritische Ressourcen: In der Erkundung von superkritischen oder extrem heißen Ressourcen der Geothermie ergeben sich neue Herausforderungen hinsichtlich Exploration, Kennzeichnung und technische Anforderungen für den Einsatz bei extremen Bedingungen.

Fernwärme

Fernwärmenetze versorgen große urbane Gebiete mit einer konstanten Wärmeabgabe. Angebot und Nachfrage in Balance zu halten, zählt zu den wichtigsten Herausforderungen der Fernwärmetechnologie. Zu den weiteren Herausforderungen zählen die Integration von erneuerbaren Energiequellen, Infrastrukturkosten, Systemeffizienz, Wartung sowie die Erneuerung von lang gedienten Anlagen – von der Leckagevermeidung ganz zu schweigen.

• Temperaturschwankungen können zu Materialbelastung und potenziellem Materialversagen führen.
• Druckschwankungen erfordern ein robustes Design, um Leckagen zu vermeiden und Sicherheit zu gewährlisten.
• Chemische Beständigkeit braucht es vor allem in Anlagen, die Zusätze verwenden oder beim Einsatz von aufbereitetem Wasser, um der Korrosion vorzubeugen.
• Thermische Expansion und Kontraktion verlangen den Einsatz von Kompensatoren und flexiblen Materialien, um die Bewegungen auszugleichen.
• Abnutzung aufgrund von durchgängigem Betrieb wirkt sich auf die Lebensdauer und Zuverlässigkeit aus.
• Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit an System-Upgrades oder Ausbau müssen gewährleistet sein. Dazu braucht es Komponenten, die getauscht oder eingebaut werden können, ohne dabei den Betrieb zu unterbrechen.

Die Betreiber von Anlagen haben vor allem mit einer in die Jahre gekommenen Rohrleitungsinfrastruktur zu kämpfen, die im System zu hohen Zug-, Druck- und Torsionskräften aufgrund von Wärme und Verunreinigungen durch Feststoffe führen. Um die Betriebssicherheit zu verbessern, steigen die Anforderungen an Absperrarmaturen in Fernwärmeanwendungen. Daher ist es künftig unausweichlich, auf den Einsatz von Spezialarmaturen mit besonders festem und unverformbaren Gehäuse zu setzen. Verlässliche Dichtungssysteme, doppelt gelagerte Kugelhähne und Armaturen mit vollem Durchgang sind zwingend erforderlich. In der Norm EN 488:2019 sind die technischen Anforderungen und Testmethoden für unterirdische Absperrarmaturen genau festgelegt. Damit soll eine lange Funktionsdauer der Armaturen im Fernwärmenetz sichergestellt werden.

Services

Raffinerien und Kraftwerke zählen zu den Industriebereichen, in denen Anlagenstillstände und Revisionen regelmäßig durchgeführt werden. Hier liegt der Fokus auf minimalen Standzeiten und raschen sowie sicheren Wartungsabläufen, bei denen zuverlässige Dichtungs- und Flüssigkeitsregelungssysteme unverzichtbar sind.

Besondere Herausforderungen bestehen bei:

• dem beträchtlichen finanziellen Aufwand aufgrund der Komplexität von Anlagenstillstand und Revisionen.
• dem Druck aufgrund enger Zeitpläne, limitierter Ressourcen und Qualitätsansprüche.
• der Erfüllung von zunehmenden Auflagen für Sicherheit und Umweltschutz.

Effektive Wartung:

• Die Anwendung von Flansch-Management gewährleistet die Integrität von Flanschverbindungen.
• Der Einsatz von Personal, das nach DIN EN 1591-4 qualifiziert ist, sorgt für Expertise bei der Flansch-Qualitätssicherung.
• Die lückenlose Dokumentation aller Prozesse ist grundlegend.

Zur Verbesserung der Anlagensicherheit konzentrieren sich Trainingsprogramme vor allem auf die Montage, bei der es auf die Auswahl des richtigen Dichtungsmaterials sowie die korrekte Installationstechnik ankommt. Zusätzliche Technikkurse vertiefen das Verständnis von Dichtungstechnologie und Kalkulationen.

Wir halten die Dinge im Fluss

KLINGER nimmt sich all diesen Herausforderungen für die Industrie an vorderster Front an. Überzeugen kann man sich davon auf der ACHEMA 2024 – in der Halle 8.0 am Stand B4, wo die KLINGER Group innovative Lösungen präsentiert, die auf die anspruchsvollen Anforderungen in diesen Sektoren zugeschnitten sind. Sie stehen für eine vielversprechende Zukunft, in der Flüssigkeitsregelung auf eine neue Ebene gehoben wird. Unser Versprechen: Wir halten die Dinge im Fluss.