Die 'richtigen' Werkstoffe für Wärmetauscher

Die Wahl geeigneter Dichtungsmaterialien und –einbauräume ist hinsichtlich einer Beständigkeit gegenüber Temperaturen und Medien maßgeblich verantwortlich für die Lebensdauer und Standzeit von Wärmetauschern.

Wärmetauscher übertragen thermische Energie oder „Wärme“ von einem Stoffstrom auf einen anderen. Die Anwendungsbereiche und Ausführungen der Wärmetauscher wie auch deren Materialien sind dabei besonders vielfältig. Kommen in allgemeinen industriellen Anwendungen Wärmetauscher aus vorzugsweise Stahl beziehungsweise Edelstahl zum Einsatz, reichen diese Materialien für die hohen Beständigkeitsanforderungen der chemischen Prozessindustrie oft nicht aus. Hier müssen Wärmetauscher aus speziellen Kunststoffen, Glas oder Siliciumcarbid verwendet werden.

Allen Anwendungen gemein 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 Leckageursache, sind in den meisten Fällen durch Alterung zerstörte oder chemisch angegriffene Dichtungen.

Diesen Ursachen entgegenwirken kann natürlich schon bei der Auswahl der zu verwendenden Dichtungsmaterialien und Auslegung der Einbauräume. Verbreitet eingesetzte Flanschdichtungen in Form von Flachdichtungen  aus Faserverbundmaterialien weisen die typischen Nachteile auf: hohe notwendige Montagekräfte und ein nur äußerst 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 sehr 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 hervorragende Dienste. Temperaturen bis 150° Celsius und auch mehr sind möglich. Vor allem, wenn eine Sauerstoffzufuhr wie sie zum Beispiel auch durch die Umgebungsluft verursacht wird, nahezu ausgeschlossen wird.

Wärmetauscher-Anwendungen in der chemischen Prozessindustrie bedürfen vielfach weitaus höhere Anforderungen an das Dichtungsmaterial, da neben Temperaturen hochaggressive Medien an der Leistungsfähigkeit der Dichtung zehren. Spezielle Kalrez® Perfluorelastomere der Firma 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 von bis zu +327° Celsius 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 deutlich höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. ERIKS als autorisierter Distributor für Kalrez® Perfluorelastomerteile unterstützt Anwender und Konstrukteure.

Als günstige Alternative zu O-Ringen aus Kalrez®-Vollelastomeren werden zur Deckel-/Mantelabdichtung von Rohrbündelwärmetauschern häufig nahtlos FEP- oder PFA-ummantelte ERIKS Teflex O-Ringe mit Silikon- oder FKM-Kern verwendet. Diese bieten die sehr gute universelle chemische Beständigkeit des Fluorpolymer-Mantelmaterials, welche ebenfalls vergleichbar mit der von PTFE ist. Die (elastomere) Vorspannung der ERIKS Teflex-Ringe erfolgt durch das Elastomer-Kernmaterial. Je nach Materialkombination kann ein Temperaturspektrum von -60° bis +260° Celsius abgedeckt werden. Da der FEP-/PFA-Mantel jedoch eine Permeabilität gegenüber Gase oder leicht flüchtige 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 Montagezwecke nur unter großem Aufwand aufweiten.

Die ERIKS Anwendungsberater stehen Ihnen für Ihre individuellen Fragen gerne zur Verfügung.

Weitere Informationen zu diesem und anderen Themen finden Sie auch unter www.eriks.de und per eMail an dichtungstechnik@eriks.de.

Elastomereigenschaften

	EPDM 70 ERIKS 55111	EPDM 70 ERIKS 55914PC	Kalrez® 6221/6230	Kalrez® Spectrum 6375	Kalrez® Spectrum 7075	ERIKS Teflex FKM/FEP	ERIKS Teflex VMQ/ PFA
Härte (Shore A)	70	70	70/75	75	75	entspr. ca. 95	entspr. ca. 95
Temperaturbereich °C	-55/+150	-55/+150	-20/+260	-20/+275	-20/+327	-20/+200	-60/+260
Druckverformungsrest	++	+	+/0	+/0	++/+	0	-
Gas- durchlässigkeit	gering	gering	gering	gering	gering	hoch	hoch
Alkohole	++	++	++	++	++	+	+
Amine	+/0	+/0	+	++	+	+	+
Ketone	+	+	+	+	+	+	+
Kohlenwasserstoffe, aliphatische aromatische Halogen	- - -	- - -	++ ++ ++	++ ++ ++	++ ++ ++	+ + +	+ + +
Mineralöle	-	-	++	++	++	+	+
Säuren	+	+	++	++	++	+	+
Wasser/ Dampf	++	++	++	++	+	+	+
Besonder- heit	intern. Zulassungen für Pharma- & Foodsowie Gas- und Trinkwasseranwendungen, weichmacherfrei	peroxidisch vernetzte Standard Qualität	FCN 00101 (FDA & USP Class VI)	breiteste chem. Beständigkeit, Heißwasser-/ Dampfanwendungen (>150°C)	bestmögliche thermische Beständigkeit	sehr gute breite chemische Beständigkeit; starr, d.h. nur bedingt aufdehnbar	sehr gute breite chemische Beständigkeit; starr, d.h. nur bedingt aufdehnbar

Je nach spezifischer Anwendung weitere Compounds aus z.B. HNBR möglich.

++ sehr gut | + gut | 0 bedingt | - schlecht

Chemische Beständigkeit der Teflex-Ringe generell „+“ aufgrund des FEP-/PFA-Mantels.

Vor- und Nachteile Teflex O-Ringe gegenüber O-Ringe aus Vollelastomer:

• + breite chemische Beständigkeit des FEP-/PFA-Mantels
• + preisgünstig

• - Aufdehnung für Montagezwecke nicht möglich
• - Mantelmaterial ist permeabel; Elastomerkern kann durch diffundierendes Medium angegriffen werden
• - Oberfläche empfindlich gegenüber Beschädigungen
• - nicht dynamisch einsetzbar

   
Schnittbild eines bleibend verformten EPDM O-Rings  Falsch ausgelegter, zerstörter VMQ O-Ring mit
 (Einsatz in Aseptiknut).                                           PFA-Ummantelung.