Werkstoff Titan: Pumpenhersteller richtet eigens einen Reinraum für sensible Schweißprozesse ein

Das Chemical Injection Package für die Förderung von Natriumhypochlorit-Lösung wurde von LEWA NIKKISO Middle East im Rahmen eines Auftrags mit insgesamt 13 Injection Packages auf die Zirku Island in den Vereinigten Arabischen Emiraten geliefert. (Quelle: LEWA NIKKISO Middle East FZE) / The chemical injection package for pumping sodium hypochlorite solution was delivered by LEWA NIKKISO Middle East to Zirku Island in the United Arab Emirates. It was part of an order that included a total of 13 injection packages. (Source: LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Der Zweikammer-Natriumhypochlorit-Tank wurde aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Alle anderen medienberührten Teile wurden aus korrosionsbeständigem Titanmaterial hergestellt. Dieser Werkstoff ist bei der Auslegungstemperatur von 85 °C besonders gut für das Fördermedium geeignet. (Quelle: LEWA NIKKISO Middle East FZE) / The two-compartment sodium hypochlorite tank was made of fiberglass-reinforced plastic (FRP) All other wetted parts were made from corrosion-resistant titanium material. This material is especially well-suited for the pumped fluid at the design temperature of 85 °C. (Source: LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Beim Material für die Rohrleitungen handelt es sich um Titanwerkstoff (Grade 2); insgesamt um 58 m Rohrlänge von ½ bis 2 Zoll Durchmesser. 339 Schweißverbindungen wurden fertiggestellt. Um die hohen Anforderungen an die Qualität der Schweißnähte zu erfüllen, baute LEWA NIKKISO Middle East eigens einen Reinraum. (Quelle: LEWA NIKKISO Middle East FZE) / The material used for piping is titanium material (Grade 2), in total 58 meters of pipe ranging from ½ to 2 inches diameter with 339 welded joints have been completed. To meet the stringent requirements for welding joint quality, LEWA NIKKISO Middle East built its own clean room. (Source: LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Während des Schweißens hielt ein Hilfsschweißer den Schilddiffusor und sorgte so für eine optimale Abdeckung der wärmebeeinflussten Bereiche mit reinem Argongas. (Quelle: LEWA NIKKISO Middle East FZE) / During welding, an auxiliary welder held the shield diffuser, ensuring optimum coverage of the heat-affected zones with pure argon gas. (Source: LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Durch geduldiges Üben und Feinabstimmen der Schweißparameter in der Frühphase erreichten die Schweißer einen außergewöhnlich hohen Anteil an einwandfreien Schweißverbindungen (98,82 %). (Quelle: LEWA NIKKISO Middle East FZE) / As a result of patiently practicing and fine-tuning welding parameters in the early stages, the welders reached an outstandingly high proportion of flawless welding joints (98.82 %). (Source: LEWA NIKKISO Middle East FZE)

„Das Schweißen von Titan unterscheidet sich deutlich vom Schweißen anderer Materialien“, erläutert Senthil Nathan, Projektleiter bei LEWA NIKKISO Middle East. „Während des Schweißprozesses ist der Werkstoff extrem empfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen, insbesondere gegenüber Temperatur und Sauberkeit. Darüber hinaus ist die Schutzgasatmosphäre um den Schweißpunkt herum sehr spezifisch und erfordert ständige Aufmerksamkeit, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen.“ (Quelle: LEWA NIKKISO Middle East FZE) / "Welding titanium is very different from welding any other material," explains Nathan, Project Manager at LEWA NIKKISO Middle East. "The material is extremely sensitive to surrounding conditions during welding process, in particular temperature and cleanliness. In addition, the inert gas atmosphere around the welding point is very specific and requires constant attention in order to obtain a satisfactory result." (Source: LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Sylvain Latuilerie, Managing Director von LEWA NIKKISO Middle East, zur Herausforderung “Titanium Package” und zum Wachstumsmarkt Chemical Injection Packages im Mittleren Osten. / Sylvain Latuilerie, Managing Director of LEWA NIKKISO Middle East, on the titanium package challenge and the growth market Chemical Injection Packages in the Middle East.

Im Juni 2016 fragte der Betreiber einer Schwefelrückgewinnungsanlage in den Vereinigten Arabischen Emiraten 13 Chemical Injection Packages bei den Experten von LEWA NIKKISO Middle East an. Eine besondere Herausforderung stellte dabei eines der Packages dar: Es war für das Pumpen einer Natriumhypochlorit-Lösung bei einer Temperatur von 85 °C vorgesehen, so dass aufgrund der hohen Korrosivität, medienberührte Bauteile aus dem anspruchsvollen Werkstoff Titan hergestellt werden mussten. Basierend auf den strengen Vorgaben des Auftraggebers entschied sich das Tochterunternehmen der deutschen LEWA GmbH für den Bau eines eigenen 45 m² großen, klimatisierten Reinraums, um eine geeignete Umgebung für das Titanschweißen zu schaffen. Alle relevanten Schweißparameter wie Stromstärke, Gasdurchfluss und Temperatur wurden gemeinsam von hauseigenen Schweißingenieuren und beauftragten Schweißern geprüft und auf die Anforderungen abgestimmt. Der Auftraggeber wollte die Qualität und Langlebigkeit aller Schweißverbindungen sicherstellen. Dies geschah durch die zusätzliche Anforderung, dass nach Fertigstellung jeder Schweißverbindung eine sorgfältige Sichtprüfung durchgeführt werden muss. Besonderes Augenmerk wurde auf die Vermeidung einer möglichen Oberflächenkontamination in den Wärmeeinflusszonen gelegt. 98,82 Prozent aller Schweißverbindungen bestanden die strengen Sicht- und Röntgenprüfungen. Das Chemical Injection Package aus Titan wurde erfolgreich abgenommen und im Januar 2019 ausgeliefert.

Das für die Förderung von Natriumhypochlorit-Lösung (NaClO) konzipierte und gebaute Chemical Injection Package wurde von LEWA NIKKISO Middle East auf Zirku Island in den Vereinigten Arabischen Emiraten geliefert. Es war Teil eines Auftrags, der insgesamt 13 Injection Packages umfasste. Der Zweikammer-NaClO-Tank wurde aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) hergestellt. Alle anderen medienberührten Teile wurden aus korrosionsbeständigem Titanmaterial hergestellt. Dieser Werkstoff ist bei der Auslegungstemperatur von 85 °C besonders gut für das Fördermedium geeignet. Zusätzlich zu zwei API 675-konformen NaClO-Dosierpumpen ist die Anlage vollständig mit Titanventilen, Filtern und einem kompletten Instrumentensatz ausgestattet.

Bei den Pumpen handelt es sich um hydraulisch angelenkte Membrandosierpumpen vom Typ Ecoflow LDC1 von LEWA. Aufgrund ihrer robusten Bauweise und der daraus resultierenden Langlebigkeit können sie für anspruchsvolle Einsatzbedingungen und Fluide genutzt werden. Darüber hinaus sind die Pumpen hermetisch dicht und stellen so den sicheren Umgang mit gefährlichen Fluiden sicher. „Für das Projekt in den Vereinigten Arabischen Emiraten haben wir die fluidberührten Teile – wie beispielsweise Pumpenköpfe und Rohrleitungen – aus Titan gefertigt, um die Widerstandsfähigkeit der Aggregate weiter zu erhöhen“, erklärt Senthil Nathan, Projektleiter bei LEWA NIKKISO Middle East. Beim Material für die Rohrleitungen handelt es sich um Titanwerkstoff (Grade 2); insgesamt um 58 m Rohrlänge von ½ bis 2 Zoll Durchmesser. 339 Schweißverbindungen wurden fertiggestellt.

Hohe Anforderungen des Auftraggebers an Titan-Komponenten

Die Herstellung des Rohrleitungssystems aus Titan war die größte Herausforderung bei diesem Projekt. „Das Schweißen von Titan unterscheidet sich deutlich vom Schweißen anderer Materialien“, erklärt Nathan. „Während des Schweißprozesses ist der Werkstoff extrem empfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen, insbesondere gegenüber Temperatur und Sauberkeit. Darüber hinaus ist die erforderliche Schutzgasatmosphäre um den Schweißpunkt herum sehr spezifisch und erfordert ständige Aufmerksamkeit, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen.“ Der deutsche Pumpenhersteller und Systemintegrator LEWA hatte sich jedoch bereits in vergangenen Projekten das notwendige Know-how im Umgang mit Titan angeeignet. Im Jahr 2015 baute LEWA aus Titanwerkstoffen Pumpen und Rohrleitungssysteme für das größte Chemical Injection Package in der Unternehmensgeschichte, das auf einer Schwimmende Produktions- und Lagereinheit (FPSO) eingesetzt wird. „Für das Projekt der Schwefelrückgewinnungsanlage haben wir auf dieser Expertise aufgebaut und die Titanrohrfertigung in das Portfolio der LEWA-eigenen Kompetenzen aufgenommen“, erklärt Nathan.

Der Auftraggeber wünschte sich ein System, das für die Natriumhypochlorit-Anwendung geeignet ist, so dass sehr hohe Anforderungen an die Herstellung der Komponenten gestellt wurden. „Sämtliche Titanschweißprozesse mussten in einem separaten Schweißraum mit eigener, spezieller Klimatisierung durchgeführt werden“, so Nishar Parakkunnath, Produktionsleiter bei LEWA NIKKISO Middle East. „Die zu verschweißenden Oberflächen sollten eine Temperatur von mindestens 15 °C und höchstens 90 °C aufweisen. Nach dem Schweißen, aber vor irgendeiner Art von Reinigung mussten alle Schweißnähte mittels Sichtprüfung kontrolliert werden.“ Die Prüfung konzentrierte sich insbesondere auf die Wärmeeinflusszonen und auf die mögliche Oberflächenkontamination der Schweißverbindung. „Der Kunde hatte aufgrund bisheriger Erfahrungen mit anderen Herstellern sehr strenge Abnahmekriterien in Bezug auf die Anlauffarbe der Naht während des Schweißens festgelegt“, erklärt Venkatesh Chidambaram, Quality Control-Manager bei LEWA NIKKISO Middle East. „Aus diesem Grund mussten die Schweißnähte vor dem Bürsten rein silberfarben sein.“

Umfassende Anpassung der Produktion an den anspruchsvollen Werkstoff

Um die geforderten Kriterien zu erfüllen, baute LEWA NIKKISO Middle East in seinem Werk in den Vereinigten Arabischen Emiraten einen eigenen, 45 m² großen Reinraum. Darüber hinaus schaffte das Unternehmen spezielle Schweißgeräte und Zubehör für den Titan-Schweißprozess an. „Im Anschluss haben wir die direkten und indirekten Schweißparameter für das verwendete Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) angepasst, bis wir das geforderte Ergebnis erzielen konnten“, sagt Parakkunnath. „Zu diesen Parametern gehörten Energieeintrag, Schweißgeschwindigkeit, Gasdurchflussmenge für Schutz-, Rück- und Nachlaufgas sowie Vorwärm- und mittlere Vorlauftemperatur.“

Die Schweißer achteten besonders auf den Gasschutz um die Verbindung herum. Ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen oxidiert das Titanmaterial durch die Atmosphäre unmittelbar. „Diese Art der Kontamination reduziert potenziell die Lebensdauer des Schweiß- und Grundwerkstoffs. Unser Kunde wollte das durch strenge Vorgaben ausschließen“, erklärt Chidambaram. Aus diesem Grund war es wichtig, die Schweißzone angemessen zu schützen, indem man den Gasschutz konsequent aufrechterhielt, um Metalloberflächen abzukühlen und das Eindringen von Sauerstoff zu verhindern.

Hochqualitatives Schweißergebnis

Die Ergebnisse dieser Schweißversuche wurden jeweils von der Schweißaufsicht und den Qualitätsprüfern überwacht. Auf Basis dieser Tests konnte LEWA NIKKISO Middle East Verbesserungskriterien zur Erreichung der geforderten Schweißnahtqualität erarbeiten. So erzielte das Unternehmen einen außergewöhnlich hohen Anteil an einwandfreien Schweißverbindungen: 335 von 339 im Projekt. „Nachdem alle Inspektionen durchgeführt waren, betrug die Ausschussrate insgesamt nur noch 1,18 Prozent“, so Chidambaram. „Dieses Ergebnis wurde von unseren Kunden anerkannt und bestätigt.“ Die Titan-Schweißarbeiten wurden in einem Zeitrahmen von 30 Tagen ausgeführt und das komplette Chemical Injection Package Anfang 2019 geliefert. Das Package wird 2020 in vollem Umfang in Betrieb sein.

Kurz nachgefragt:

Sylvain Latuilerie, Managing Director von LEWA NIKKISO Middle East, zur Herausforderung “Titanium Package” und zum Wachstumsmarkt Chemical Injection Packages im Mittleren Osten.

Herr Latuilerie, LEWA NIKKISO Middle East ist eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der deutschen LEWA GmbH und auf die Entwicklung und Fertigung von Chemical Injection Packages spezialisiert. Wie viele Injection Packages produzieren Sie derzeit an Ihrem Standort in den Vereinigten Arabischen Emiraten?

„Wir liefern derzeit 150 bis 200 Packages pro Jahr, die wir aus verschiedenen Materialien wie PVC-C und PVDF, Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Superduplex-Edelstähle, Inconel, Hastelloy und Titan herstellen. Für alle diese Materialien haben wir eigene Schweißqualifikationen und -verfahren entwickelt und sind nach ASME U-, U2- und R-Stamp zertifiziert. Obwohl unsere Hauptverantwortungsbereiche der Mittlere Osten und Indien sind, entwerfen und bauen wir auch Packages für andere Unternehmen der LEWA-Gruppe, was uns immer wieder großartige Chancen bietet.“

2016 haben Sie die Anfrage nach dem Titanium Package für die Schwefelrückgewinnungsanlage erhalten. War das die erste Anfrage dieser Art an Ihr Unternehmen? Wenn ja, wie kam es zur Entscheidung, das Package intern herzustellen?

„Die LEWA-Gruppe hat bereits vor 2016 Erfahrungen mit Titanium Packages gesammelt und dabei mit Subunternehmern zusammengearbeitet. Für uns als Spezialisten für Chemical Injection Packages war dies tatsächlich die erste Anfrage dieser Art. Dafür haben wir zuerst den lokalen Markt analysiert und nach bestehenden Unternehmen gesucht, die sich mit dem Schweißen von Titan beschäftigen. Nach einigen erfolglosen Audits haben wir uns entschieden, die Herausforderung selbst anzunehmen und das Projekt intern umzusetzen. Wir haben viel Zeit investiert, um uns die spezifischen Kompetenzen rund um den Umgang mit Titan anzueignen – am Ende haben uns die Flexibilität, Professionalität und Ausdauer unseres Teams zum Erfolg geführt. Wir haben ein Package geliefert, das allen Anforderungen und Erwartungen unseres Kunden entspricht.“