Rostfreier Stahl in der Abwasserbehandlung: Werkstoffauswahl für Pumpen, Filter und abrasive Schlämme

Rostfreier Stahl in der Abwasserbehandlung: Werkstoffauswahl für Pumpen, Filter und abrasive Schlämme

Kläranlagen gehören zu den korrosivsten und abrasivsten industriellen Umgebungen. Die Ausrüstung steht ständig unter Beschuss durch Chloride, Sulfide, saure Verbindungen, schwankende pH-Werte und Schwebstoffe. Die Wahl des Materials für wesentliche Komponenten wie Pumpen, Filter und Schlamm-Handlingsysteme ist nicht nur eine Kostenfrage, sondern eine entscheidende Entscheidung, die die Betriebssicherheit, Wartungshäufigkeit und die Gesamtlebensdauerkosten bestimmt.

Edelstahl ist aufgrund seiner inhärenten Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit das bevorzugte Material für diese Anwendungen. Allerdings sind nicht alle Edelstahlsorten gleich. Die falsche Wahl der Qualität kann zu katastrophalen, schnellen Ausfällen führen. Dieser Leitfaden bietet ein gezieltes Raster zur Auswahl der optimalen Edelstahlsorte für die harten Bedingungen innerhalb einer Kläranlage.

Die Umweltbelastung: Mehr als nur Wasser

Die korrosive Natur von Abwasser rührt von mehreren Faktoren:

• Chloridinduzierte Loch- und Spaltkorrosion: Der Hauptverursacher von Schäden an rostfreiem Stahl. Chloride, die in Abwässern und industriellen Abläufen weit verbreitet sind, zerstören die schützende Passivschicht auf dem rostfreien Stahl und führen so zu stark lokalisierten und tiefgreifenden Angriffen.

• Mikrobiell beeinflusste Korrosion (MIC): Bakterien, insbesondere sulfatreduzierende Bakterien (SRB), gedeihen in anaeroben Zonen (z. B. unter Ablagerungen, in Spalten). Die Stoffwechselprodukte dieser Bakterien erzeugen stark lokalisierte saure Bedingungen, die die Korrosion beschleunigen.

• Abrasive Verschleißerscheinungen: Schwebstoffe – Sand, Schlick und andere Partikel – wirken als abrasive Suspension und verschleißen Metallflächen, wodurch der Verschleiß in Pumpen und Rohrleitungen beschleunigt wird.

• Chemischer Angriff: Wasserstoffsupfidgehaltige Gase (H₂S), insbesondere in Leitungsköpfen und bei der Schlammbehandlung, können Schwefelsäure bilden und damit stark korrosive Bedingungen erzeugen.

Leitfaden zur Werkstoffauswahl für wichtige Anwendungen

Die folgende Tabelle bietet eine Übersicht zur schnellen Werkstoffauswahl basierend auf der Anwendung und der Schwere der Umgebungsbedingungen.

Detaillierte Analyse der wichtigsten Stahlsorten

1. Austenitisch 316/316L (UNS S31600/S31603)

• Rolle: Der Standard für „guten“ Edelstahl. Er zeigt akzeptable Leistungsfähigkeit an vielen Stellen einer Aufbereitungsanlage, insbesondere bei atmosphärischer Belastung und in wässrigen Medien mit geringem Chloridgehalt.

• Einschränkungen: Seine Achillesferse ist chloridspannungsrisskorrosion (CSRC) , insbesondere in wärmeren Umgebungen (typischerweise >60°C / 140°F) und unter Zugbelastung. Zudem ist er anfällig für Lochfraß unter Ablagerungen. Häufig ist dies die minimum empfohlene Stahlsorte für nassbelastete Komponenten.

2. Duplex 2205 (UNS S32205/S31803)

• Rolle: Die arbeitspferd für den schweren Dienst . Dies ist die häufigste Upgrade-Variante von 316L für kritische Komponenten.

• Vorteile:

  • doppelte Streckgrenze von 316L, wodurch eine Erhöhung des Druckbereichs oder eine Gewichtsreduktion ermöglicht wird.

  • Hervorragender Widerstand gegen Chloridlochbildung und Spannungsrisskorrosion aufgrund des hohen Chromgehalts (22 %), Molybdäng Gehalts (3 %) und Stickstoffgehalts.

  • Gute Erosions- und Abrasionsbeständigkeit aufgrund seiner hohen Festigkeit.

  • Bietet oft das beste Kosten-Leistungs-Verhältnis für anspruchsvolle Anwendungen.

3. Super Duplex 2507 (UNS S32750)

• Rolle: Die Premium-Lösung für die aggressivsten Umgebungen.

• Vorteile:

  • Noch höherer Legierungsgehalt (25 % Cr, 4 % Mo, 0,3 % N) bietet außergewöhnlichen Widerstand gegen Lochkorrosion und Spaltkorrosion .

  • Höchste mechanische Festigkeit der Standard-Duplex-Sorten.

  • Eingesetzt für Komponenten, die Meerwasser, hochchloridhaltigen Sole oder stark oxidierenden Säuren ausgesetzt sind.

4. Hochleistungs-Austenite (904L, 254 SMO®)

• Rolle: Speziallösungen für Anwendungen, bei denen Duplexstähle nicht geeignet sind (z. B. für sehr komplexe gefertigte Teile, bei denen das Schweißen von Duplex ein Problem darstellt).

• Vorteile:

  • Sehr hoher Molybdän- (4,5 %+), Chrom- und Stickstoffgehalt sorgen für Lochkorrosionsbeständigkeit, vergleichbar mit Super-Duplex.

  • Ausgezeichnete Beständigkeit gegen Schwefelsäure .

  • Oft teurer als Duplex-Werkstoffe und weisen eine geringere mechanische Festigkeit auf.

Über die Werkstoffauswahl hinaus: Kritische Aspekte

• Fertigung und Schweißen: Duplex-Stähle erfordern eine strenge Kontrolle der Schweißverfahren (Wärmeeinbringung, Zwischenlagen-Temperatur), um eine ausgewogene Mikrostruktur beizubehalten und die Bildung schädlicher Phasen zu vermeiden. Stets qualifizierte Schweißer und Verfahren verwenden.

• Design: Vermeiden Sie Spalten (stehende Bereiche) in der Konstruktion. Verwenden Sie Schweißnähte mit vollständiger Durchschweißung statt Überlappungsverbindungen und stellen Sie eine gute Entwässerung sicher. Spalte können Chloride ansammeln und selbst bei fortschrittlichen Werkstoffen Korrosion verursachen.

• Beschichtungen und kathodischer Schutz: Für Baustahl-Konstruktionen (z. B. Betonstahl, Tanks) sind Beschichtungen in Kombination mit kathodischem Schutz üblich. Bei Edelstahlbauteilen ist das Material selbst iS das Korrosionsschutzsystem.

• Gesamtkosten (TCO): Obwohl die Anschaffungskosten von 2205 höher sind als die von 316L, führen die längere Lebensdauer, reduzierte Stillstandszeiten und geringeren Wartungsanforderungen fast immer zu deutlich niedrigeren Gesamtkosten (TCO) für kritische Anwendungen.

Fazit

Bei der Abwasserbehandlung ist die Werkstoffauswahl die erste Verteidigungslinie gegen Versagen. Während 316L seinen Zweck erfüllt, macht die schwere und abrasive Natur der meisten Umgebungen Duplex 2205 zur Standardwahl für kritische, mit Medien in Kontakt stehende Komponenten wie Pumpen, Filter und Schlammleitungen. Für die extremsten Bedingungen sind Super duplex 2507 oder spezielle austenitische Stähle erforderlich.

Die Investition in die richtige Qualität von rostfreiem Stahl von Anfang an ist keine Ausgabe; sie ist eine Investition in die Zuverlässigkeit, Sicherheit und langfristige Wirtschaftlichkeit Ihrer Anlage. Ziehen Sie stets Werkstoffingenieure und renommierte Lieferanten hinzu, um die Auswahl für Ihre spezifischen Einsatzbedingungen zu validieren.