Tantalbarren in korrosionsbeständigen Gaskompressorkomponenten

Die Materialauswahl für die verschiedenen Komponenten von Gaskompressoren ist wichtig für die Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und Effizienz über einen langen Zeitraum. Bei Bauteilen, die durch aggressive Medien angegriffen werden, haben sich Tantalblöcke aufgrund ihrer außergewöhnlichen Korrosionsbeständigkeit in Verbindung mit ihrer Hochtemperaturstabilität als erste Wahl erwiesen.

Abb. 1 Diagramm eines Gaskompressors [1]

Warum Tantal in korrosiven Umgebungen verwenden?

1. Außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit

Tantal ist eines der korrosionsbeständigsten Metalle, vor allem in stark sauren Medien und aggressiven chemischen Reagenzien. Tatsächlich ist es wie kein anderes Element gegen saure Gase und Flüssigkeiten beständig, was es für Gaskompressoren mit möglichen korrosiven Anteilen in der Luft oder im Gas geeignet macht. In petrochemischen Raffinerien beispielsweise kann ein schwefelhaltiges Gas weniger widerstandsfähige Materialien innerhalb weniger Stunden zerstören. Durch die Bildung einer stabilen, schützenden Oxidschicht auf seiner Oberfläche verhindert Tantal weitere Korrosion; dies erhöht die Lebensdauer der Kompressorteile und verringert die Stillstandszeiten.

Weiterführende Lektüre: Korrosionsbeständigkeit von Tantal gegenüber Wasser, wässrigen Lösungen und Nicht-Metallen

2. Hervorragende Leistung bei hohen Temperaturen

Die meisten Gaskompressoren sind hohen Temperaturen ausgesetzt, insbesondere in der Energiewirtschaft. Tantal kann aufgrund seines unglaublich hohen Schmelzpunkts von 3.017°C (5.463°F) bei extrem hohen Temperaturen eingesetzt werden. Daher werden Tantalbarren als ideal für die Herstellung von Kompressorteilen wie Rotoren und Kolben angesehen, die bei hohen Temperaturen arbeiten und eine maximale Effizienz gewährleisten.

3. Überragende Haltbarkeit und Festigkeit

Aufgrund seiner inhärenten Festigkeit und Haltbarkeit eignet sich Tantal hervorragend für Bauteile, die einer ständigen mechanischen Belastung ausgesetzt sind. In Gaskompressoren sind Teile wie Rotoren und Ventile sehr hohen Scherkräften und mechanischem Verschleiß ausgesetzt. Die ausgezeichnete Zugfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit von Tantal minimieren den Verschleiß, so dass die Bauteile auch unter extremen Betriebsbedingungen länger halten.

Häufige Anwendungen von Tantal in Gaskompressoren

1. Rotoren und Schaufeln von Verdichtern

Die Rotoren und Schaufeln in Gaskompressoren sind aufgrund der Hochgeschwindigkeitsrotation und des ständigen Beschusses durch abrasive Partikel im Gasstrom einem ständigen Verschleiß ausgesetzt. Da Tantal sehr abriebfest ist, wird es in den Rotoren und Schaufeln eingesetzt, die gleichzeitig Korrosion und mechanischen Belastungen standhalten müssen. Der hohe Schmelzpunkt von Tantal sorgt dafür, dass diese Komponenten ihre strukturelle Integrität behalten, selbst in Kompressoren, die bei hohen Temperaturen arbeiten.

2. Dichtungen und Ventilkomponenten

Die Dichtungen und Ventile von Gaskompressoren sorgen für die nötige Dichtheit, um den Druck zu halten und Gasaustritt zu vermeiden. Viele korrosive Umgebungen führen dazu, dass diese Komponenten beschädigt werden, in der Regel durch die Gase, für die die Dichtungen ausgelegt sind. Tantal wird für die Herstellung von Dichtungen, Ventilsitzen und Ventilgehäusen verwendet; seine Beständigkeit gegen korrosive Gase ermöglicht eine lange Lebensdauer und verhindert Leckagen oder Ausfälle. Seine Verformbarkeit und Formbarkeit ermöglichen die Präzisionsfertigung komplexer Geometrien, die in den heutigen Kompressorsystemen erforderlich sind.

3. Hochdruck-Komponenten

Gaskompressoren arbeiten unter sehr hohem Druck, wodurch Teile wie Kompressionskammern, Flansche und Zylinderköpfe sehr hohen Belastungen ausgesetzt sind. Die Verformungsbeständigkeit von Tantal in Verbindung mit seiner Fähigkeit, extremen Druckschwankungen standzuhalten, macht es für solche kritischen Teile sehr geeignet. Anwendungen, die normalerweise aufgrund von Materialspannungen oder Korrosion versagen würden, können durch den Einsatz von Tantal ihre strukturelle Integrität und Langlebigkeit erhalten.

4. Komponenten eines Wärmetauschers

Gaskompressoren werden in vielen Industriezweigen, in denen während oder nach der Verdichtung Temperaturänderungen auftreten können, in Verbindung mit Wärmetauschern eingesetzt. Die Rohre und Leitbleche von Wärmetauschern, die mit korrosiven Heißgasen in Berührung kommen, profitieren von der außergewöhnlichen Korrosionsbeständigkeit von Tantal in Verbindung mit seiner guten Temperaturwechselbeständigkeit. Dies gewährleistet die strukturelle Integrität und zuverlässige Wärmeübertragungsleistung bei aggressiven Temperaturwechseln, bei denen andere Materialien durch Korrosion geschädigt würden.

Korrosionsbeständigkeit: Tantal und andere Werkstoffe

Obwohl Edelstahl, Titan und Nickelbasislegierungen in Gasverdichtern weit verbreitet sind, können sie sich in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturstabilität nicht mit Tantal messen. Nachstehend finden Sie einen kurzen Vergleich zwischen Tantal und anderen Materialien. Weitere Metallprodukte finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Schlussfolgerung

Tantalblöcke bieten den größten Nutzen bei Kompressoranwendungen, die eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen erfordern. Andere Werkstoffe, einschließlich Edelstahl und Titan, haben ihre Berechtigung, aber Tantal bleibt der wichtigste Werkstoff für sehr raue industrielle Umgebungen, in denen hohe Leistung, Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer entscheidend sind.

Referenz:

[1] Eugene "Buddy" Broerman, Tim Manthey, Jürgen Wennemar, Justin Hollingsworth, Chapter 6 - Screw Compressors, Editor(s): Klaus Brun, Rainer Kurz, Compression Machinery for Oil and Gas, Gulf Professional Publishing, 2019, Seiten 253-307, ISBN 9780128146835.