Dichtungstechnik Dichtungen in Wärmetauschern – Prozessunterbrechungen dauerhaft vermeiden

Autor / Redakteur: Andreas Voß / Dr. Jörg Kempf

Die Wahl geeigneter Dichtungsmaterialien und -einbauräume ist maßgebend verantwortlich für die Lebensdauer und Standzeit von Wärmetauschern.

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Wärmetauscher übertragen thermische Energie oder „Wärme“ von einem Stoffstrom auf einen anderen. Die Anwendungsbereiche und Ausführungen der Wärmetauscher sind dabei besonders vielfältig. Beispielsweise müssen Wärmetauscher in der Prozessindustrie besonders beständig sein, aus diesem Grund werden hier Materialien, wie spezielle Kunststoffe, Glas oder Siliciumcarbid, verwendet.

Allen Anwendungen gemeinsam sind die Forderungen nach Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Wärmetauscher, da Ausfälle Unterbrechungen in Herstellungsprozessen bedeuten. Neben diesen führen aufwändige Instandsetzungsarbeiten zu hohen Kosten. Ausfallursache, also Gründe für Leckagen, sind in den meisten Fällen durch Alterung zerstörte oder chemisch angegriffene Dichtungen. Diesen Ursachen kann man natürlich schon bei der Auswahl der zu verwendenden Dichtungsmaterialien und Auslegung der Einbauräume entgegenwirken. Verbreitet eingesetzte Flanschdichtungen in Form von Flachdichtungen aus Faserverbundmaterialien weisen die typischen Nachteile auf: hohe Montagekräfte und ein nur sehr geringes bis gar kein Rückstellverhalten. Auch die Einhaltung der TA-Luft ist nicht immer einfach.

Anders stellt sich dies bei Elastomeren dar. Elastomere Dichtungswerkstoffe haben sich zur Abdichtung von Wärmetauschern bewährt. Insbesondere zur Abdichtung des Rohr- und Mantelraums bei Rohrbündelwärmetauschern bieten konventionelle O-Ringe eine gute und einfach umzusetzende Lösung.

Bei der Wahl eines geeigneten Elastomers zählt neben der chemischen Beständigkeit gegenüber den abzudichtenden Medien eine ausreichend thermische Beständigkeit sowie auch ein dauerhaft gutes elastomeres Rückstellvermögen. Wird letzteres vor allem bei dynamischen Einsatzbedingungen dringend empfohlen, profitieren statische Abdichtsituationen gleichermaßen von einer deutlich erhöhten Standzeit.

Hochwertige peroxydisch vernetzte EPDM-Qualitäten mit einem geringen Weichmacheranteil und einem für die Lebensdauer besonders wichtigen niedrigen Druckverformungsrest leisten in der Langzeitabdichtung gegenüber Heißwasser und Wasserdampf gute Dienste. Temperaturen bis +150 °C und auch mehr sind möglich. Vor allem, wenn eine Sauerstoffzufuhr nahezu ausgeschlossen wird, wie sie z.B. auch durch die Umgebungsluft verursacht wird.

Für Hochaggressives gewappnet

Wärmetauscher-Anwendungen in der chemischen Prozessindustrie stellen vielfach weitaus höhere Anforderungen an das Dichtungsmaterial, da neben Temperaturen hochaggressive Medien an der Leistungsfähigkeit der Dichtung zehren. Spezielle Kalrez-Perfluorelastomere von DuPont Performance Elastomers bieten hier eine optimale Leistungsfähigkeit, da sie eine nahezu universelle chemische Beständigkeit, vergleichbar mit der des thermoplastischen Polytetrafluorethylens (PTFE) und die Elastizität sowie das gute Rückstellvermögen eines Elastomers verbinden. Je nach Compound sind Dauereinsatztemperaturen bis +327 °C und ein extrem geringer Druckverformungsrest oder eine besonders breite, universelle chemische Beständigkeit möglich. Wichtig hierbei ist die korrekte Auslegung der Einbausituation, da solche Hochleistungs-Elastomere gegenüber herkömmlichen Elastomeren einen deutlich höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Eriks unterstützt als autorisierter Distributor für Kalrez-Perfluorelastomerteile Anwender und Konstrukteure.

Als günstige Alternative zu O-Ringen aus Kalrez-Vollelastomeren werden zur Deckel-/Mantelabdichtung von Rohrbündelwärmetauschern häufig nahtlos FEP- oder PFA-ummantelte Teflex O-Ringe mit Silikon- oder FKM-Kern verwendet. Diese bieten universelle chemische Beständigkeit des Fluorpolymer-Mantelmaterials, vergleichbar mit der von PTFE. Die (elastomere) Vorspannung der Teflex-Ringe erfolgt durch das Elastomer-Kernmaterial. Je nach Materialkombination kann ein Temperaturspektrum von –60 °C bis +260 °C abgedeckt werden. Da der FEP-/PFA-Mantel jedoch eine Permeabilität gegenüber Gasen oder leicht flüchtigen Medien aufweist, bieten diese Dichtungen nur eine bedingte Langzeittauglichkeit. Auch besitzen sie im Vergleich zu O-Ringen aus Vollelastomer geringere Rückstellkräfte und einen höheren Druckverformungsrest und lassen sich zu Montagezwecken nur unter großem Aufwand aufweiten.

Der Autor ist Projektmanager Division Dichtungstechnik bei der Eriks GmbH, Bielefeld.

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