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Kryogene Armaturen trotzen klirrender Kälte Den Job eiskalt erledigen

19.07.2018

Tieftemperaturarmaturen widerstehen selbst niedrigsten Celsius-Graden – eine Stärke, die nicht nur für die Medizin- und Lebensmittelindustrie unverzichtbar ist. Die boomende Flüssigerdgas-Branche kurbelt die Nachfrage zusätzlich an. Ergeben Investitionen in die Entwicklung von Tieftemperaturarmaturen also wortwörtlich einen tieferen Sinn?

„Ja, es gibt einen Trend zu Tieftemperaturarmaturen“, bestätigt René Speckmaier, Produktmanager bei Goetze Armaturen. Denn jährlich steige der Verbrauch von technischen Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff, Argon sowie den Edelgasen Xenon und Krypton, die aus der Luft gewonnen werden. Die dazu notwendige Zerlegung der Luft in einzelne Bestandteile gelingt nur durch ein thermisches Trennverfahren wirtschaftlich sinnvoll. Eine wichtige Komponente für die kryogene Luftzerlegung sind Tieftemperaturarmaturen.

Medizintechnik als Motor

Wasserstoff-Mobilität, Medizintechnik sowie der globale Bedarf an Energie und Nahrung erweisen sich als Motor für die Nachfrage nach Komponenten eines kryogenen Verfahrens. Anwendungen wie die Kryotherapie, also der gezielte Einsatz von Kälte, um einen therapeutischen Effekt beispielsweise gegen Krebs zu bewirken, erschließen den Anlagenherstellern neue Geschäftsfelder. Laut dem Statistik-Portal Statista gehören Deutschland, die USA und Japan derzeit zu den führenden Produzenten von Medizintechnik.

Auch die Ernährungsindustrie bleibt für Hersteller und Anbieter von Tieftemperaturarmaturen attraktiv. In Deutschland beispielsweise kletterte der Umsatz von 116,9 Milliarden Euro in 1998 auf 168,6 Milliarden Euro in 2016; unterm Strich ein Umsatzwachstum von 44 Prozent. Womit die Ernährungsindustrie einen Anteil von 9,4 Prozent am Gesamtumsatz des Verarbeitenden Gewerbes besitzt.

Vom Mahlverfahren bis zur Bodenvereisung

Ein Trend bei der Nutzung von Tieftemperaturarmaturen ist die Kryozerspanung: Um einen hohen Werkzeugverschleiß durch sehr hohe Prozesstemperaturen beispielsweise in der Energiebranche, im Automobilbau und in der Luftfahrt zu vermeiden, können kryogene Verfahren eingesetzt werden. Hinzu kommen die Anwendungen in Tunnelgefrieranlagen, Trockeneisstrahlanlagen, bei der Flüssigstickstoffdosierung, in Tieftemperatur-Mahlverfahren, Bodenvereisungsanlagen, bei N2 für Food- und Pharmaanwendungen, in Anlagen der Kältetechnik und der Halbleiter-Industrie.

Benötigt werden Armaturen in kryogenen Verfahren dabei in verschiedenster Form, beispielsweise als Absperrarmaturen und Regelventile mit pneumatischen, elektrischen und Handantrieben. Die Liste setzt sich fort: Auch Sitzventile, Klappenarmaturen, Kugelhähne, Schieber und zahlreiche weitere zählen zu den Einsatzvarianten.

Klirrend kalte Gase

Die Herausforderungen für Armaturen bei kryogenen Verfahren sind jedoch groß. Sie müssen für flüssige interne Gase, Sauerstoff und Flüssigerdgas (LNG) Temperaturen bis zu -200 °C widerstehen; bei Lithium und Helium sind Armaturen gar -269 °C ausgesetzt. Verbreitet seien allerdings Anwendungen bis zur tiefsten Anwendungstemperatur von -196 °C, sagt Olaf Schulenberg, Entwicklungsleiter bei Goetze Armaturen. Das ist die Temperatur von tiefkalt verflüssigtem Stickstoff. Andere Luftgase wie Sauerstoff, Argon, Kohlendioxid sowie auch LNG würden bereits bei höheren Graden flüssig. „Daher sind die meisten Armaturen bis -200 °C ausgelegt", so Schulenberg.

Die Größe der Armaturen reicht je nach Bauart von DN6 bis DN300 und größer. Der Druck kann zwischen 0,2 und mehr als 500 bar rangieren. Entscheidend für die Dimensionierung ist die Anwendung. Schulenberg erklärt, dass die Armatur bei der Lagerung tiefkalt verflüssigter Gase bis maximal 40 bar Druck ausgelegt sei, bei Kohlendioxid auch bis 80 bar und bei LNG sogar darüber hinaus.

Der Grad der Standardisierung von Anlagen für tiefkalte Gase nimmt zu. Denn Fehler bei der Armaturenauslegung können insbesondere durch ein falsch ausgelegtes Sicherheitsventil oder eine zu gering dimensionierte Zuleitung gravierende Folgen haben, betont der Armaturenhersteller Herose. Fatal seien die Kosten, wenn aufgrund eines falsch dimensionierten Ventils eine nicht geplante Austauschaktion erforderlich würde.

Schiffe umweltfreundlich antreiben

LNG ist die Zukunft von Tieftemperaturarmaturen – das sagen nicht wenige Experten. Weltweit betrug die Kapazität 2016 rund 275 Millionen Tonnen. Zu erwarten ist, dass bis 2018 noch weitere 65 Millionen Tonnen hinzukommen. Bis 2030 werde das LNG-Wachstum zwischen vier und fünf Prozent pro Jahr liegen und damit doppelt so schnell steigen wie die Nachfrage nach Erdgas, prognostiziert Maarten Wetselaar, Integrated Gas and New Energies Director von Shell. China und Indien waren die beiden Käufer mit der höchsten LNG-Zunahme und werden auch weiterhin der Motor hinter dem Nachfragewachstum sein.

Diese günstigen Aussichten kommt nicht von ungefähr. Flüssiges Erdgas hat ein 600-mal geringeres Volumen als gasförmiges. Es kann daher effizienter befördert und gelagert werden und eignet sich als Kraftstoff für Schiffe und Lkw. Dabei zeichnet sich Flüssigerdgas durch seine Umweltfreundlichkeit gegenüber übrigen fossilen Brennstoffen aus. „LNG enthält weder Schwefel noch Schwermetalle und reduziert den CO2-Ausstoß um 20 bis 30 Prozent", berichtet der Armaturenhersteller Herose. Der NOX-Ausstoß, also die Emission von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, sei sogar um rund 90 Prozent geringer als bei Schweröl.

Auch wenn es Nachholbedarf beim Aufbau einer flächendeckenden LNG-Infrastruktur gebe und es zum Beispiel noch an einer ausreichenden Zahl von Tankstellen für Schiff fehle, „gehört dem Bau LNG-betriebener Schiffe die Zukunft.“ Auch die Nutzung als Treibstoff für Lkw steigt. So sind Europa zurzeit über 900 LNG-betriebene Lkw im Betrieb.

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