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1. Einleitung
Als kritische Anlagenkomponente in der chemischen Industrie sind Elektrolyseure aufgrund der langfristigen Einwirkung chemischer Medien korrosionsanfällig. Dies beeinträchtigt ihre Leistung und Lebensdauer und gefährdet insbesondere die Produktionssicherheit. Daher ist die Implementierung wirksamer Korrosionsschutzmaßnahmen unerlässlich. Derzeit verwenden einige Unternehmen Materialien wie Gummi-Kunststoff-Verbundwerkstoffe oder vulkanisierten Butylkautschuk zum Schutz, die Ergebnisse sind jedoch oft unbefriedigend. Zwar ist der Korrosionsschutz anfänglich wirksam, verschlechtert sich aber nach ein bis zwei Jahren deutlich, was zu erheblichen Schäden führt. Unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Faktoren ist glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) als korrosionsbeständiges Material für Elektrolyseure ideal. Neben seinen hervorragenden mechanischen Eigenschaften…GFRP-BewehrungsstahlEs weist zudem eine hervorragende chemische Korrosionsbeständigkeit auf und findet daher breite Beachtung in der Chloralkali-Industrie. Als eines der am häufigsten verwendeten korrosionsbeständigen Materialien eignet es sich besonders für Anlagen, die Medien wie Chlor, Laugen, Salzsäure, Sole und Wasser ausgesetzt sind. Dieser Artikel beschreibt primär die Anwendung von GFK-Bewehrungsstäben in Elektrolyseuren, wobei Glasfasern als Verstärkung und Epoxidharz als Matrix dienen.

2. Analyse der Korrosionsschädigungsfaktoren in Elektrolyseuren
Abgesehen von den Eigenschaften des Elektrolyseurs selbst, wie Material, Struktur und Konstruktionstechnik, wird Korrosion primär durch externe korrosive Medien verursacht. Dazu gehören feuchtes Chlorgas bei hohen Temperaturen, Natriumchloridlösung bei hohen Temperaturen, chlorhaltige Lauge und gesättigter Chlordampf bei hohen Temperaturen. Darüber hinaus können Streuströme, die während der Elektrolyse entstehen, die Korrosion beschleunigen. Das in der Anodenkammer erzeugte feuchte Chlorgas bei hohen Temperaturen enthält eine erhebliche Menge Wasserdampf. Durch Hydrolyse von Chlorgas entstehen hochkorrosive Salzsäure und stark oxidierende Hypochlorige Säure. Die Zersetzung der Hypochlorigen Säure setzt Sauerstoff frei. Diese Medien sind chemisch hochreaktiv, und mit Ausnahme von Titan korrodieren die meisten metallischen und nichtmetallischen Werkstoffe in dieser Umgebung stark. Unsere Anlage verwendete ursprünglich Stahlgehäuse mit einer Auskleidung aus Naturkautschuk zum Korrosionsschutz. Deren Temperaturbeständigkeit lag jedoch nur bei 0–80 °C und damit unterhalb der Umgebungstemperatur der korrosiven Medien. Zudem ist Naturkautschuk nicht beständig gegen die Korrosion durch Hypochlorige Säure. Die Auskleidung war in Dampf-Flüssigkeits-Umgebungen anfällig für Beschädigungen, was zu korrosiver Perforation der Metallhülle führte.

3. Anwendung von GFRP-Bewehrungsstahl in Elektrolyseuren
3.1 Merkmale vonGFRP-Bewehrungsstahl
GFRP-Bewehrungsstahl ist ein neuartiger Verbundwerkstoff, der im Pultrusionsverfahren hergestellt wird. Dabei dienen Glasfasern als Verstärkung und Epoxidharz als Matrix. Anschließend erfolgt die Aushärtung bei hohen Temperaturen und eine spezielle Oberflächenbehandlung. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften und eine ausgezeichnete chemische Korrosionsbeständigkeit aus und übertrifft insbesondere die meisten Faserprodukte hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen. Darüber hinaus ist er nichtleitend, nicht wärmeleitend, besitzt einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und weist eine gute Elastizität und Zähigkeit auf. Die Kombination von Glasfaser und Harz verbessert die Korrosionsbeständigkeit zusätzlich. Genau diese herausragenden chemischen Eigenschaften machen ihn zum bevorzugten Material für den Korrosionsschutz in Elektrolyseuren.

Im Elektrolyseur sind GFK-Bewehrungsstäbe parallel in den Tankwänden angeordnet und mit Vinylesterharzbeton ausgegossen. Nach dem Aushärten bildet sich eine homogene Struktur. Diese Konstruktion verbessert die Robustheit des Tankkörpers, seine Beständigkeit gegen Säure- und Laugenkorrosion sowie seine Isolationseigenschaften deutlich. Zudem vergrößert sie den Innenraum des Tanks, reduziert den Wartungsaufwand und verlängert die Lebensdauer. Sie eignet sich besonders für Elektrolyseprozesse, die hohe Festigkeit und Zugfestigkeit erfordern.

3.3 Vorteile der Verwendung von GFRP-Bewehrungsstahl in Elektrolyseuren
Herkömmliche Verfahren zum Korrosionsschutz von Elektrolyseuren basieren häufig auf Gießharzbeton. Betonbehälter sind jedoch schwer, benötigen lange Aushärtezeiten, was die Baueffizienz vor Ort beeinträchtigt und zu Blasenbildung und unebenen Oberflächen führt. Dies kann Elektrolytverluste, Korrosion des Behälterkörpers, Produktionsausfälle, Umweltbelastungen und hohe Wartungskosten zur Folge haben. Der Einsatz von GFRP-Bewehrungsstahl als Korrosionsschutzmaterial überwindet diese Nachteile effektiv: Der Behälterkörper ist leicht, weist eine hohe Tragfähigkeit, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sowie hervorragende Biege- und Zugeigenschaften auf. Gleichzeitig bietet er Vorteile wie ein großes Fassungsvermögen, eine lange Lebensdauer, minimalen Wartungsaufwand und einfaches Heben und Transportieren.

4. Zusammenfassung
EpoxidbasiertGFRP-BewehrungsstahlEs vereint die hervorragenden mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften beider Komponenten. Es findet breite Anwendung zur Lösung von Korrosionsproblemen in der Chloralkali-Industrie und in Betonbauwerken wie Tunneln, Fahrbahnen und Brückendecks. Die Praxis hat gezeigt, dass der Einsatz dieses Materials die Korrosionsbeständigkeit und Lebensdauer von Elektrolyseuren deutlich verbessert und somit die Produktionssicherheit erhöht. Bei einer angemessenen Konstruktion, geeigneter Materialauswahl und -zusammensetzung sowie einem standardisierten Bauprozess kann GFRP-Bewehrungsstahl die Korrosionsbeständigkeit von Elektrolyseuren erheblich steigern. Daher bietet diese Technologie vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten und verdient eine breite Förderung.