vgbe energy journal 7 (2022) - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat

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Forum Technology: Kunststoff ersetzt legiertes Metall Das Herz der Technologie bildet ein entwickeltes Material auf der Basis von Fluorpolymeren, ein Sorbent-Polymerkatalysator (SPC) Verbundmaterial. Das Sorbens in diesem Material scheidet nicht nur elementares und oxidiertes Quecksilber aus dem Rauchgasstrom ab und bindet es. Es entschwefelt zusätzlich den Gasstrom durch die Umwandlung von Schwefeldioxid in flüssige Schwefelsäure. Die Zielsetzung: Herstellung vereinfachen, Metallteile durch Kunststoff ersetzen Damit die GMCS-Module über viele Jahre wartungsfrei betrieben werden können, müssen die eingesetzten Werkstoffe nicht nur hohen chemischen und thermischen, sondern auch mechanischen Belastungen standhalten. Diese können durch die Stapelung der Module oder beim Transport, der Handhabung und der Installation der Module durch Montage- und Betriebspersonal entstehen. Die Konstruktion der Module ist darauf ausgelegt, maximale Stabilität und eine möglichst lange Lebensdauer zu realisieren. Bei der Herstellung der Modulrahmen soll auf schwer zu verarbeitende korrosionsbeständige Metalle verzichtet werden. Dann wäre auch eine Vor-Ort-Montage in weniger entwickelten Ländern oder weit entfernten Standorten möglich. Deshalb arbeiten die Ingenieure bei W. L. Gore & Associates fortlaufend daran, Komponenten und Werkstoffe zu optimieren. Ziel der Zusammenarbeit mit Technoform ist es, mittelfristig Metall durch Komponenten aus widerstandsfähigem Kunststoff zu ersetzen. Gleichzeitig soll eine alternative Lösung aus Kunststoff helfen, Komponenten einfacher zu montieren und flexibler an neue Anforderungen anpassen zu können. Die Herausforderung: Den richtigen Kunststoff für hohe chemische, thermische und mechanische Belastungen finden Um den Anforderungen an die hohen chemischen, thermischen und mechanischen Belastungen in der Rauchgasreinigung zu genügen, bestand das Rahmensystem der GMCS-Module bisher aus korrosionsbeständigem Metall. Die Beständigkeit der Metallelemente gegen Stress-Korrosionsrisse und Säuren wurde durch Nickel-Molybdän-Legierungen sichergestellt. Korrosionsbeständiges Metall zu aufwändig in der Verarbeitung Wegen des vergleichsweise hohen Aufwands bei der Verarbeitung legierter Metalle wurde schon lange nach alternativen Lösungen gesucht. Kunststoff wurde zwar in Betracht gezogen, jedoch ursprünglich wieder verworfen. Er schien für die hohen chemische, thermischen und mechanischen Belastungen in der Rauchgasreinigung nicht geeignet. Thermoplast als vollwertige Alternative Als Ersatz für korrosionsbeständige Metalle in aggressiven Umgebungen bietet sich Polyphenylensulfid (PPS) an. Dabei handelt es sich um einen technischen Thermoplast, der sich durch sehr hohe Chemikalien- und Wärmeformbeständigkeit sowie Steifigkeit auszeichnet und sich daher bestens für den Einsatz im GORE ® Mercury Control System eignet. (B i l d 2 ) Bild 2. PPS ersetzt korrosionsbeständiges Metall im Rahmenprofil. Die Lösung: Kunststoffprofile und -verbindungsmittel für aggressive Umgebungen von Technoform Technoform ist auf die Extrusion von thermoplastischen Kunststoffprofilen spezialisiert. Das Unternehmen liefert nicht nur fertige Kunststoffprodukte, sondern ist auch Entwicklungspartner für individuelle Lösungen und eine Vielzahl von Branchen und Anwendungsbereiche wie z.B. Elektrotechnik, Automotive, Maschinenbau u.v.a.. Gemeinsam mit W. L. Gore & Associates wurden Kunststoffprofile für das GORE® Mercury Control System entwickelt, die die gleiche chemische, thermische und mechanische Beständigkeit aufweisen, wie die ursprünglichen Bauteile aus Metall Legierungen, jedoch in der Montage einfacher zu verarbeiten und anzupassen sind. (B i l d 3 ) Bild 3. Strukturelement mit Rahmenprofilen aus PPS. Neben tragenden Profilen aus PPS GF 40, die wir individuell entwickeln und in hochpräzisen Extrusionsverfahren fertigen, kommen für Eckverbindungen in den GMCS- Modulen von W. L. Gore & Associates auch Spritzgusselemente aus Kunststoff zum Einsatz, die die bisherigen Komponenten aus korrosionsbeständigem Metall ersetzen. Das Ergebnis: Alternative Lösung aus Kunststoff nach nur 12 Monaten Entwicklung im Pilotbetrieb Rapid-Profiling-Verfahren und intensive Tests in Zusammenarbeit mit W. L. Gore & Associates ermöglichten einen extrem schnellen Innovationsprozess: Nur 12 Monate nach dem ersten Austausch über Anforderungen und mögliche Lösungsansätze gelangte das GORE® Mercury Control System mit unseren neuen Kunststoffprofilen und Verbindungselementen in den Pilotbetrieb in Industrieanlagen in Europa und in den USA. Die für diese Art Innovationsprojekt sehr kurze Entwicklungszeit ist unter anderem der Tatsache zu verdanken, dass hier zwei Unternehmen zusammenarbeiten, die nach agilen Prinzipien sehr ergebnisorientiert und in kleinen flexiblen Teams mit kurzen Entscheidungs- und Kommunikationswegen arbeiten. Auf diese Weise können wir schnell auf neue Anforderungen im Projektverlauf reagieren und den Kurs bei Bedarf neu justieren. Fazit: Kunststoff als leistungsstarke Alternative zu Metall Thermoplaste sind wahre Allrounder und eignen sich selbst für Anwendungen unter extremen Bedingungen wie in der Rauchgasreinigung. Das Beispiel GORE® Mercury Control Systems zeigt, dass das auch dort der Fall ist, wo auf den ersten Blick kein Weg an extrem hochwertigen Metallen als Werkstoff für Systemkomponenten vorbei zu gehen scheint. In weniger als einem Jahr haben wir gemeinsam mit W. L. Gore & Associates eine alternative Lösung für das Rahmensystem der Filtermodule entwickelt, das ganz ohne Metall auskommt und trotzdem die Anforderungen an die Beständigkeit gegenüber chemischen, thermischen und mechanischen Belastungen in der Rauchgasreinigung zu 100 Prozent erfüllt. Durch den Einsatz von technischem Kunststoff konnte die Montage der Rahmenprofile vereinfacht werden. Gute Lösungen liegen oft näher, als man denkt. l 76 | vgbe energy journal 7 · 2022
Forum Technology: DIN 28177: Erste Norm für Strukturrohre veröffentlicht DIN 28177: Erste Norm für Strukturrohre veröffentlicht Dimple Tubes lassen Anlagen und Apparate drastisch schrumpfen Udo Hellwig Abstract DIN 28177: First standard for structural tubes published Dimple tubes drastically shrink plant and equipment DIN 28177, published in February by the German Institute for Standardisation, defines a normative standard for dimensions and materials of so-called dimple tubes or structural tubes for heat transfer in process engineering apparatus. Such tubes made of unalloyed, alloyed or stainless steels are characterised by regular spheroidal indentations (RSE), which are created by targeted mechanical forming. The seamless or welded tubes are particularly suitable for the production of shell-and-tube heat exchangers and for use in pressure applications. l Einen normativen Standard für Maße und Werkstoffe sogenannter Dimple Tubes oder Strukturrohre zur Wärmeübertragung an verfahrenstechnischen Apparaten definiert die im Februar vom Deutschen Institut für Normung veröffentlichte DIN 28177. Solche Tubes aus unlegierten, legierten oder nichtrostenden Stählen sind durch regelmäßige spheroidische Einprägungen (RSE) gekennzeichnet, die durch gezielte mechanische Umformung entstehen. Die nahtlosen oder geschweißten Rohre sind besonders für die Produktion von Rohrbündel-Wärmeübertragern und den Einsatz in Druckanwendungen geeignet. In Form, Abmessung und Tiefe nach dem jeweiligen Anwendungszeck auslegbar, bewirkten die strukturierten Rohrwände Turbulenzen im Strömungsmedium und verbesserten so gegenüber Glattrohren die Wärmeübertragungsleistung ohne Druckverlusterhöhung drastisch, sagt Prof. Udo Hellwig, Geschäftsführer der Berliner ERK Eckrohrkessel GmbH. Als Resultat des um bis zum Faktor 3 höheren Wärmeübergangs schrumpften die Abmessungen von Anlagen und Apparaten bei gleicher Leistung um die Hälfte bis zwei Drittel, ebenso Materialbedarf und Produktionsaufwand. Diese Wirkung sei inzwischen durch mehr als 1000 Referenzen bei Konvektionsheizflächen in unterschiedlichen Anwendungsbereichen nachgewiesen. Zudem seien nach seinen Worten selbst bei starker Partikelbeladung von Rauchgasen durch die geringere Verschmutzungsneigung der Rohr-Oberflächen im Vergleich bis zu sechsfach längere Standzeiten zu erreichen. Akzeptanzhemmungen hinfällig ERK war in die zweijährige Arbeit des regelmäßig tagenden DIN-Ausschusses aus Wissenschaftlern, Industrieexperten und Anlagenbauern intensiv eingebunden. Das Traditionsunternehmen sicherte umfangreiche Analysen zur Festigkeit dünnwandiger Rohre für diverse Geometrien, zur Begründung der geometrischen Präge-Formen sowie zum Funktionsnachweis der Tubes in prakti- Autor Prof. Dr.-Ing. Udo Hellwig ERK Eckrohrkessel GmbH Berlin, Deutschland Bild 1. Flexibel für unterschiedliche Anforderungen gestaltbar: Verschiedene Querschnitte und Wandstärken von ERK-Tubes. vgbe energy journal 7 · 2022 | 77
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