Wissen über das Zerspringen von Glas-Emaillierungs-Reaktoren und deren Reparatur

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yinkuilin6868 am 17.11.2015 um 20:33 geändert. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Emailleschicht in den Glas-Emaille-Reaktoren entsteht eine Brüchigkeit sowie eine mangelnde Widerstandsfähigkeit gegen Stöße. Durch unsachgemäßen Gebrauch durch die Nutzer kann es zu lokalen Beschädigungen der Emailleschicht kommen. Es gibt keinen Grund zur Panik – man sollte einfach den Reaktor sofort stoppen und die Schäden beheben. Das ist ähnlich wie bei einem neuen Auto, bei dem man versehentlich die Lackierung beschädigt. Im Folgenden werden die Ursachen für das Zerbrechen der Emaille in Glasreaktoren sowie die entsprechenden Lösungsansätze erläutert. Welche Ursachen führen zum Zerbersten von Keramik in Glasfaserverstärkten Reaktoren? Fall von Glasbruch in Reaktoren: Aufgrund der Anforderungen des Produktionsprozesses benötigte eine Chemiefabrik zahlreiche Glaslinervereister-Reaktoren sowie Glaslinervereister-Rohrleitungen und andere mit Glasliner ausgestattete Geräte. Ein normal genutzter 2000-Liter-Elektroheizreaktor aus Glasemaille, bei dem als Kühlmedium Wärmeträgeröl verwendet wird und die Temperatur bei etwa 250 Grad liegt. Das Reaktionsmedium im Reaktor ist Schwefelsäure mit einer Konzentration von 75 %. Laut den Anforderungen des Prozesses soll die Reaktionstemperatur bei etwa 180 Grad liegen. In letzter Zeit kommt es im Reaktor häufig zu großflächigen Rissen im Glas! Nach einer Inspektion vor Ort durch Fachleute für Glasbeschichtungsanlagen stellte sich heraus, dass der Zeitabstand zwischen dem Einbringen der beiden Materialchargen recht kurz war. Nachdem die vorherige Charge abgelassen worden war, lag die Temperatur im Glasbehälter immer noch auf hohem Niveau. Die Konzentration der anschließend eingefügten Schwefelsäure betrug 75 %, und ihre Temperatur lag bei etwa 70 Grad. Daraus lässt sich schließen, dass das Zerspringen des Reaktorkörpers auf einen Temperaturwechsel zurückzuführen ist. 　　Analyse des Porzellansplitters und empfohlene Behandlungsmethoden: In dem Fall betrug die Temperatur des Wärmetransferöls in der Umhüllung des Reaktors 250 Grad. Nach dem Entnehmen der Substanz sollte die Temperatur des Reaktorkörpers 180 Grad über der Reaktionstemperatur liegen. Der aktuelle Grenzwert für die Belastbarkeit des Emaille-Reaktors gegenüber Temperaturschwankungen beträgt jedoch 110 Grad Celsius. Obwohl die erneut zugeführte Schwefelsäure auf 70 Grad vorgeheizt wird, liegt die Temperaturdifferenz zwischen der Substanz und dem Reaktorkörper vermutlich über 110 Grad – dadurch kommt es zum Porzellansplitter. Es wird empfohlen, den Zeitabstand zwischen den beiden Zutatenzuführungen zu vergrößern und die Vorkühltemperatur der Schwefelsäure zu erhöhen, um ein Zerspringen des Glases zu vermeiden. 　　Wenn bei Glasliner-Reaktoren im täglichen Gebrauch ein Bruch auftritt, wird dies die normale Funktionsfähigkeit des gesamten Reaktors beeinträchtigen. Dadurch wird die Produktion gestört, was zu direkten wirtschaftlichen Verlusten führt. 　　Porzellanbruch bedeutet, dass im Glasliner-Reaktor das wichtigste Material des Glasliners zerbricht. Dadurch wird der Glasliner unvollständig, was dazu führt, dass beim Durchführen von Reaktionen der Hauptkörper des Reaktors korrodiert. 　　Die Hauptursachen für das Zerplatzen von Keramik sind zwei: Erstens kommt es während des Betriebs zu einer ungleichmäßigen Erwärmung – es gibt starke Temperaturänderungen in kurzer Zeit. Dadurch dehnt sich die Glasur stark aus und zieht sich wieder zusammen, was zum Zerplatzen der Keramik führt. Dieses Zerspringen des Porzellans kann kontrolliert werden – und es ist auch vermeidbar. 　　Der zweite Punkt ist, dass es während des Brennvorgangs Mängel gibt, wodurch Schuppenbildung auftritt. Die Hauptgründe sind die Qualität des Metallrohlings, die Zusammensetzung sowie die Gleichmäßigkeit der Keramikschicht, außerdem Faktoren wie die Zeit der Säuberung im Brennvorgang, die Brenndauer und die Brenntemperatur. Der Hauptursache ist dabei das Wasserstoffelement. 　　Wenn Metall emailliert wird, befindet sich das nach dem Brennen entstandene Metallgut im Austenitzustand. In diesem Zustand kann Wasserstoff leicht aufgenommen werden – das bedeutet, dass bereits während des Brennvorgangs viel Wasserstoff vom Metallgut aufgenommen wird. Während des Abkühlungsprozesses wandelt sich das Austenit allmählich in einen anderen Zustand um – nämlich in Ferrit. In dieser Phase nimmt die Fähigkeit des Metalls, Wasserstoff aufzunehmen, ab. Der zuvor gelöste Wasserstoff wird allmählich freigesetzt. Aufgrund der Trennschicht aus Emaille kann sich dieser Wasserstoff nur in den Vertiefungen zwischen der Emailleschicht und dem Metallkörper ansammeln. Mit der Umwandlung des Metallkörpers entsteht immer mehr Wasserstoff. Je mehr Wasserstoff vorhanden ist, desto größer wird der Druck auf den Metallkörper und die Emailleschicht. Wenn der durch den Wasserstoff erzeugte Druck so groß wird, dass er die physikalische Festigkeit der Emailleschicht übersteigt, können bereits sehr geringe mechanische Einwirkungen dazu führen, dass der Wasserstoffdruck nach innen entweicht. Das zeigt sich dann in Form eines Zerberstens der Emailleschicht. Sondermethoden zur Reparatur von Glasliner-Reaktoren Zu den üblichen Methoden zur Reparatur von Glasliner-Reaktoren gehören die Glasurenbeschichtungsmethode, die Reparatur mit korrosionsbeständigen Metallen sowie die Mischung verschiedener korrosionsbeständiger Metallfarben. Hier werden spezielle Reparaturmethoden vorgestellt – nämlich die Reparatur mit Nichtmetallen. 　　Synthetische Harzmaterialien weisen eine hohe chemische Stabilität sowie gute physikalisch-mechanische Eigenschaften auf. Die Reparatur von Chemie-Emailliergeräten mit diesen Materialien ist einfach, kostengünstig, erfordert wenig Zeit und zeichnet sich zudem durch Korrosions- und Abnutzungsbeständigkeit aus. 　　Allgemein weisen synthetische Harzmaterialien eine geringe Haftkraft auf Oberflächen aus Emaille auf. Beispielsweise beträgt die Haftkraft von Phenolharzen bei Raumtemperatur 1,7 MPa. In einem Emaille-Reaktor hingegen erreichen die durch Temperaturunterschiede entstehenden Spannungen bei 100 °C bereits 1,5 MPa. Daher erfordert die Reparatur von Emaille-Reaktoren mit Klebstoffen die Lösung zweier Probleme, nämlich die Steigerung der eigenen Haftfestigkeit und die Verringerung der Temperaturunterschiedsbelastungen. 　　1. Erhöhung der eigenen Haftfestigkeit – Zunächst müssen die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Klebstoffs verbessert werden. Bei der Reparatur von Glasfaserverbundbehältern wird häufig eine Mischung aus Epoxid- und Phenolharz verwendet. Dabei spielt die Tatsache eine Rolle, dass Phenolharz als aktiver Weichmacher für Epoxidharze fungieren kann und somit die Temperatur- sowie Korrosionsbeständigkeit des Klebstoffs erhöht. Zur Verbesserung der Flexibilität des Mörtels wird 17 % bis 20 % Butylkautschuk oder Acrylnitrilkautschuk in den Mörtel eingefügt. Um die Viskosität des Klebstoffs zu verringern und unter Berücksichtigung der Verdunstung des Verdünners, werden stattdessen aktive Verdünner wie 690 oder 501 verwendet. Zudem wird 5–8 % Aluminiumoxidpulver hinzugefügt, wodurch die Haftkraft des Harzes verbessert wird. 　　2. Verringerung der Temperaturunterschiedsbelastungen: Bei hohen Temperaturen festigt sich das Harz weiter und es entstehen Schrumpfkräfte. Dadurch nimmt die Haftfestigkeit erheblich ab. Durch den Einsatz von Vorspannkraft kann man die Temperaturunterschiedsbelastungen verringern – mit guten Ergebnissen. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer der Reparaturen um mehr als 4 Monate. Die sogenannte Vorspannungsverarbeitung ist eine Methode, bei der die Bauteile vor dem Verkleben vorgeheizt werden. 　　So entsteht, wenn das Gerät auf Raumtemperatur abkühlt, aufgrund der unterschiedlichen Schrumpfungskoeffizienten des Gehäuses und des Klebstoffs eine bestimmte Spannung – eine Vorspannung. Wenn sich die Temperatur der Glasüberzugsanlagen während der Nutzung ändert, wird zunächst dieser Stress ausgeglichen. Mit weiterer Erhöhung der Temperatur sind die neu entstehenden Spannungen relativ gering, wodurch der Einfluss der Temperaturunterschiedsspannungen verringert wird. 　　Bei kleinen Schäden am Emaillebelag kann in den meisten Fällen eine Reparatur mit Kleber durchgeführt werden. Die beschädigten Stellen sollten in der Regel gereinigt werden – Rost, Öl und Staub müssen entfernt werden. Wenn beim Schaden Metall sichtbar wird, kann ein alkalisch aushärtender Epoxidharz als Trennschicht verwendet werden. Anschließend wird die Ausrüstung auf 40–60 °C erhitzt. Danach wird eine korrosionsbeständige Masse nach der in der Beschreibung des gewählten Klebstoffs angegebenen Rezeptur hergestellt. Diese Masse wird in dünnen Schichten auf die beschädigten Stellen aufgetragen. Danach wird alles getrocknet – wiederholtes Auftragen und Trocknen, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Schließlich wird der Reaktor allmählich auf eine Temperatur erhitzt, die 20 °C über seine Betriebstemperatur liegt, und anschließend 24 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten. Diese Methode weist niedrige Reparaturkosten auf und hat große Anwendungsmöglichkeiten in der Chemieindustrie.