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Jul 05, 2023

Werkstoff Titan: Pumpenhersteller richtet eigenen Reinraum für sensible Schweißprozesse ein

Das chemische Injektionspaket zum Pumpen von Natriumhypochloritlösung wurde von LEWA NIKKISO Middle East nach Zirku Island in den Vereinigten Arabischen Emiraten geliefert. Es war Teil einer Bestellung, die Folgendes beinhaltete:

Das chemische Injektionspaket zum Pumpen von Natriumhypochloritlösung wurde von LEWA NIKKISO Middle East nach Zirku Island in den Vereinigten Arabischen Emiraten geliefert. Es war Teil einer Bestellung, die insgesamt 13 Injektionspakete umfasste. (Bildquelle: LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Eine besondere Herausforderung stellte eines der Pakete dar: Es war zum Pumpen von Natriumhypochloritlösung mit einer Temperatur von 85 °C vorgesehen, einer stark korrosiven Flüssigkeit, was bedeutete, dass medienberührte Teile aus Titan gefertigt werden mussten – einem ganz besonderen Material. Aufgrund der strengen Vorgaben des Kunden entschied sich die Tochtergesellschaft der in Deutschland ansässigen LEWA GmbH für den Bau eines eigenen klimatisierten 45 m² großen Reinraums, um eine geeignete Umgebung für das Titanschweißen zu schaffen. Alle relevanten Schweißparameter wie Strom, Gasdurchfluss und Temperatur wurden gemeinsam von hauseigenen Schweißfachingenieuren und beauftragten Schweißern getestet und allen Anforderungen angepasst. Der Kunde wollte die Qualität und Langlebigkeit aller Schweißverbindungen sicherstellen. Dies wurde durch die zusätzliche Anforderung erreicht, dass nach Abschluss jeder Schweißverbindung eine sorgfältige Sichtprüfung durchgeführt werden muss. Besonderes Augenmerk wurde darauf gelegt, mögliche Oberflächenkontaminationen in den Wärmeeinflusszonen zu verhindern. 98,82 Prozent aller Schweißverbindungen bestanden die strengen Sicht- und Durchstrahlungsprüfungen. Das Titan-Chemikalien-Injektionspaket wurde im Januar 2019 erfolgreich angenommen und geliefert.

Das für das Pumpen von Natriumhypochloritlösung (NaClO) entwickelte und gebaute chemische Injektionspaket wurde von LEWA NIKKISO Middle East nach Zirku Island in den Vereinigten Arabischen Emiraten geliefert. Es war Teil einer Bestellung, die insgesamt 13 Injektionspakete umfasste. Der Natriumhypochlorittank mit zwei Kammern bestand aus glasfaserverstärktem Kunststoff (FRP). Alle anderen medienberührenden Teile wurden aus korrosionsbeständigem Titanmaterial gefertigt. Dieses Material eignet sich besonders gut für das Fördermedium bei der Auslegungstemperatur von 85 °C. Neben zwei API 675-konformen NaClO-Dosierpumpen ist das Paket vollständig mit Titanventilen, Sieben und einem kompletten Instrumentensatz ausgestattet.

Bei diesen Pumpen handelt es sich um hydraulisch betätigte Membrandosierpumpen vom Typ Ecoflow LDC1 von LEWA. Dank ihrer robusten Bauweise und der daraus resultierenden Langlebigkeit können sie auch bei schwierigen Einsatzbedingungen und Flüssigkeiten eingesetzt werden. Darüber hinaus sind die Pumpen hermetisch dicht, um einen sicheren Umgang mit gefährlichen Flüssigkeiten zu gewährleisten. „Für das Projekt in den Vereinigten Arabischen Emiraten haben wir die medienberührten Teile – wie Pumpenköpfe und Rohrleitungen – aus Titan gefertigt, um die Widerstandsfähigkeit der Einheiten weiter zu erhöhen“, erklärt Senthil Nathan, Projektmanager bei LEWA NIKKISO Middle East. Das für die Rohrleitungen verwendete Material ist Titanmaterial (Klasse 2). Insgesamt wurden 58 Meter Rohre mit einem Durchmesser von ½ bis 2 Zoll und 339 Schweißverbindungen fertiggestellt.

Hohe Kundenanforderungen an Titankomponenten

Die größte Herausforderung bei diesem Projekt war die Herstellung des Rohrleitungssystems aus Titan. „Das Schweißen von Titan unterscheidet sich stark vom Schweißen anderer Materialien“, erklärt Nathan. „Während des Schweißvorgangs reagiert das Material äußerst empfindlich auf Umgebungsbedingungen, insbesondere auf Temperatur und Sauberkeit. Darüber hinaus ist die erforderliche Schutzgasatmosphäre rund um die Schweißstelle sehr spezifisch und erfordert ständige Aufmerksamkeit, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen.“ Allerdings hatte der deutsche Pumpenhersteller und Systemintegrator LEWA bereits in der Vergangenheit das nötige Know-how im Umgang mit Titan erworben Projekte. Im Jahr 2015 verwendete LEWA Titanmaterialien zum Bau von Pumpen und Rohrleitungssystemen für das größte Chemikalieninjektionsmodul in der Unternehmensgeschichte, das auf einem schwimmenden Produktions-, Lager- und Entladeschiff (FPSO) zum Einsatz kam. „Für das Schwefelrückgewinnungsanlagenprojekt haben wir darauf aufgebaut „Wir haben dieses Know-how genutzt und die eigene Herstellung von Titanrohren zum Portfolio der LEWA-eigenen Kompetenzen hinzugefügt“, erklärt Nathan.

Der Kunde wünschte sich eine Anlage, die für die Natriumhypochlorit-Anwendung geeignet ist und stellte daher sehr hohe Anforderungen an die Fertigung der Komponenten. „Alle Titanschweißprozesse mussten in einem separaten Schweißraum mit eigener Spezialklimatisierung durchgeführt werden“, sagt Nishar Parakkunnath, Produktionsleiter bei LEWA NIKKISO Middle East. „Die zu verschweißenden Flächen sollten eine Temperatur von mindestens 15 °C und höchstens 90 °C aufweisen. Nach dem Schweißen mussten alle Schweißverbindungen vor jeder Reinigung durch eine Sichtkontrolle überprüft werden.“ Der Schwerpunkt der Inspektion lag insbesondere auf den Wärmeeinflusszonen (WEZ) und auf möglichen Oberflächenverunreinigungen der Schweißverbindung. „Aufgrund früherer Erfahrungen mit anderen Herstellern hatte der Kunde sehr strenge Akzeptanzkriterien hinsichtlich der Verfärbung der Verbindung festgelegt beim Schweißen“, erklärt Venkatesh Chidambaram, QC-Manager bei LEWA NIKKISO Middle East. „Aus diesem Grund mussten die Verbindungen vor dem Bürsten eine reine Silberfarbe haben.“

Umfangreiche Anpassung der Produktion an das anspruchsvolle Material

Um die geforderten Kriterien zu erfüllen, baute LEWA NIKKISO Middle East in seinem Werk in den Vereinigten Arabischen Emiraten einen eigenen 45 m² großen Reinraum. Darüber hinaus erwarb das Unternehmen spezielle Schweißgeräte und Zubehör für den Titanschweißprozess. „Danach haben wir die direkten und indirekten Schweißparameter für das verwendete Schutzgas-Wolfram-Lichtbogenschweißverfahren angepasst“, sagt Parakkunnath. „Zu diesen Parametern gehörten der Energieeintrag, die Fahrgeschwindigkeit, die Gasdurchflussmenge für Inert-, Rück- und Folgegas sowie die Vorwärm- und Zwischenvorlauftemperatur.“

Besonderes Augenmerk legten die Schweißer auf den Gasschutz rund um die Verbindung. Ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen wird Titanmaterial direkt aus der Atmosphäre verunreinigt. „Diese Art von Kontamination verringert möglicherweise die Lebensdauer des Schweiß- und Grundmaterials. Unser Kunde wollte dies verhindern, indem er strenge Spezifikationen vorgab“, erklärt Chidambaram. Aus diesem Grund war es von entscheidender Bedeutung, das Schweißbad angemessen zu schützen, indem die Gasabschirmung konsequent aufrechterhalten wurde, um Metalloberflächen abzukühlen und das Eindringen von Sauerstoff zu verhindern.

Hochwertige Schweißergebnisse

Die Ergebnisse dieser Schweißprüfungen wurden jeweils durch den Schweißaufsichtsbeamten und Qualitätsprüfer überwacht. Basierend auf diesen Ergebnissen erarbeitete LEWA NIKKISO Middle East Verbesserungskriterien, um die erforderliche Schweißverbindungsqualität zu erreichen. Dadurch erreichte das Unternehmen anschließend einen so herausragend hohen Anteil an einwandfreien Schweißverbindungen: 335 von 339 im Projekt. „Nach Abschluss aller Kontrollen belief sich die Gesamt-Ausschlussquote lediglich auf 1,18 Prozent“, sagt Chidambaram. „Dieses Ergebnis wurde von unseren Kunden anerkannt und bestätigt.“ Die Titanschweißarbeiten wurden in einem Zeitrahmen von 30 Tagen abgeschlossen und das komplette Chemikalieninjektionspaket wurde Anfang 2019 geliefert. Das Paket wird 2020 vollständig in Betrieb gehen.

Quelle: LEWA GmbH