Großrohre stellen die Basis moderner Energie- und Rohstoffinfrastrukturen dar. Sie sind das zentrale Element von Pipelines, die Öl, Gas, Wasser oder chemische Produkte über weite Distanzen sicher und wirtschaftlich transportieren. Ihre Rolle in der Industrie ist daher von strategischer Bedeutung: ohne leistungsfähige Rohrsysteme wäre die Versorgung mit Energie und Rohstoffen in globalisierten Märkten nicht denkbar.

Die Herstellung von Großrohren stellt jedoch eine komplexe technologische Aufgabe dar. Neben der Auswahl geeigneter Werkstoffe müssen präzise Fertigungsverfahren eingesetzt werden, um die geforderten mechanischen Eigenschaften und die notwendige Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Besonders herausfordernd sind die Einhaltung enger Toleranzen bei Durchmesser und Rundheit. Darüber hinaus erschweren externe Faktoren wie steigende Anforderungen an Nachhaltigkeit, die Verarbeitung hochfester Stähle und die Integration moderner Prüfverfahren die Produktion. Die Kombination aus technischer Komplexität, wirtschaftlichem Druck und sicherheitsrelevanten Aspekten macht die Herstellung von Großrohren zu einem hochspezialisierten Feld der industriellen Fertigung.

Das Expandieren stellt heute einen entscheidenden Schritt im modernen Fertigungsprozess von längsnahtgeschweißten Großrohren dar. Nach dem Schweißvorgang erfolgt dieser letzte Umformschritt, bei dem das Rohr durch mechanisches Aufweiten in seine endgültige Form gebracht wird. Ziel ist es, die Maßgenauigkeit zu erhöhen und die engen Toleranzen bezüglich der Rundheit und des Durchmessers einzuhalten, die für den Einsatz in Hochdruck-Pipelines unabdingbar sind.

In der Praxis kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz, wobei vollautomatisierte Fullbody-Expander inzwischen den Stand der Technik darstellen. Sie ermöglichen eine gleichmäßige Expansion über die gesamte Rohrlänge und sichern damit eine hohe Prozessstabilität. Besonders anspruchsvoll ist die Verarbeitung hochfester Stähle, da hier die Gefahr von Rissbildung oder ungleichmäßigen Verformungen besteht. Auch die Schweißnähte müssen den hohen Belastungen während des Expandiervorgangs standhalten, was eine präzise Steuerung der Prozessparameter erfordert.

Tribologische Herausforderung

Das Expandieren von Großrohren ist nicht nur ein geometrischer Kalibrierungsschritt, sondern auch ein komplexes tribologisches Problem. Während des Expandierens wirken erhebliche Kontaktkräfte zwischen dem Konus und den äußeren Segmenten des Expanderkopfes. Diese hohen Flächenpressungen können Verschleißerscheinungen hervorrufen, die sowohl dessen Standzeit als auch die Qualität der Rohrinnenoberfläche negativ beeinflussen.

Um diese Belastungen zu kontrollieren, kommen spezielle Expanderschmierstoffe zum Einsatz. Sie bilden einen stabilen Schmierfilm, der die Gleitreibung reduziert und gleichzeitig die Expandersegmente vor Verschleiß schützt. Darüber hinaus tragen sie dazu bei, dass die Innenwand des Rohres technisch glatt bleibt, was für die Medienführung im späteren Betrieb von Bedeutung ist. Eine gleichmäßige Schmierung sorgt zudem für reproduzierbare Expansionskräfte und reduziert so das Risiko von Maßabweichungen, wodurch die Prozessstabilität insgesamt erhöht wird. Darüber hinaus dürfen Expanderöle keine Rückstände hinterlassen, die die nachfolgenden Prüfungen oder den Pipelineeinsatz beeinträchtigen könnten. Ihre thermische Stabilität ist entscheidend, da sie auch unter hohen Umformtemperaturen einen definierten Viskositätsverlauf und Schmierwirkung beibehalten müssen.

Expanderschmierstoffe

Lange Zeit machten Ihre ausgezeichnete Schmierfähigkeit und das natürliche Rohstoffprofil esterbasierte Expanderöle zum industriellen Standard, weshalb sie insbesondere im Hinblick auf die Nachhaltigkeit weiterhin zu den gängigen Produkten in der Großrohrfertigung gehören. Mineralölbasierte Expanderöle gehören heutzutage ebenso zum Stand der Technik und gelten als leistungsfähige Alternative, da die Weiterentwicklung der mineralölbasierten Formulierungen im Laufe der Zeit insbesondere darauf abzielte, jene Eigenschaften zu verbessern, die bei esterbasierten Produkten unter Umständen zu einem erhöhtem Reinigungsaufwand führen konnten.

Ein grundlegendes Problem esterbasierter Expanderöle ist eine gewisse Verharzungsneigung. Die natürlichen Triglyceride reagieren bei hohen Temperaturen und Druckbelastungen, wie sie während des Umformprozesses auftreten können, oxidativ. Unter bestimmten Bedingungen können so harzartige, klebrige Rückstände entstehen, die sich dann an Expanderköpfen, Maschinenkomponenten und Rohrinnenflächen anlagern und zu Verschmutzungen führen können. Der daraus resultierende erhöhte Reinigungs- und Zeitaufwand wirkt sich unmittelbar auf die Anlagenverfügbarkeit und damit auf die Wirtschaftlichkeit des Produktionsprozesses aus.

Mineralölbasierte Expanderöle hingegen weisen aufgrund ihrer gesättigten Kohlenwasserstoffstruktur eine deutlich geringere Tendenz zu solchen Polymerisations- und Oxidationsreaktionen auf. In der industriellen Praxis äußert sich dies in saubereren Anlagen und einer konstanten Prozessstabilität.

Unmittelbar mit der Verharzungsneigung verbunden ist die Abwaschbarkeit der Ölreste von den Rohroberflächen. Oxidativ veränderte Esterkomponenten sind tendenziell schlechter löslich und lassen sich gegebenenfalls nur mit einem erhöhtem Reinigungsaufwand entfernen. Da eine saubere Rohroberfläche eine wesentliche Voraussetzung für nachfolgende Prozessschritte wie Innenbeschichtungen, Korrosionsschutzsysteme oder das Verschweißen der Rohre ist, beeinträchtigt die reduzierte Abwaschbarkeit unter Umständen den Prozessablauf. Demgegenüber bleiben mineralölbasierte Expanderöle auch nach hoher Beanspruchung und längerer Lagerung gut abwaschbar. Ihre höhere Oxidationsstabilität verhindert das Eindicken oder Verkleben des Öls, sodass sie sich leichter ausspülen lassen und die Oberflächenqualität konstant bleibt.

In der Praxis erfolgt die Reinigung meist durch mehrstufige Spülzyklen mit Wasser bzw. niedrig konzentrierter Schmierstoff-Wasser-Emulsion, die direkt in die Produktionslinie integriert sind. Zunächst wird das Rohrinnere mit Hochdruckdüsen ausgespült, um Schmierstoffreste und Partikel zu entfernen. Anschließend folgen Spülungen mit temperiertem Wasser, das die Bildung von Öl-Wasser-Emulsionen unterstützt und die Ablösung der Schmierstoffe von der Metalloberfläche erleichtert. Dazu sind den Expanderschmierstoffen Emulgatoren zugesetzt, die den Ölanteil in fein verteilte Tröpfchen überführen und so eine vollständige Reinigung ermöglichen. Für die Expanderköpfe selbst kommen häufig Sprühsysteme zum Einsatz, die Ablagerungen verhindern.

Esterbasierte Emulsionen zeigen mitunter eine leicht erhöhte Neigung zur Phasentrennung. Dadurch können freie Öltröpfchen auf den Rohrinnen- und -außenflächen verbleiben, was bei unzureichender Reinigung das Risiko von Haftungsstörungen in späteren Beschichtungsprozessen erhöht.

Mineralölbasierte Expanderöle verfügen hingegen über optimierte Emulgatorsysteme, die auch bei schwankenden Prozessparametern, wechselnden Wasserqualitäten und hohen Temperaturen eine stabile Emulsion gewährleisten. Dies sorgt für eine gleichmäßige Benetzung der Rohre, reduziert Ölabscheidungen und erhöht die Prozesssicherheit in nachfolgenden Fertigungsschritten.

Wasserrückgewinnung durch Emulsionsspaltung

Allerdings stellen die so entstehenden Öl-Wasser-Emulsionen sowohl ein ökologisches als auch ein ökonomisches Problem dar, da sie nicht unbehandelt entsorgt werden dürfen.

In der Praxis werden daher Spaltanlagen zur Aufbereitung der Emulsionen eingesetzt, um die enthaltenen Phasen getrennt einer weiteren Nutzung zuzuführen. Diese Spaltanlagen arbeiten nach dem Prinzip der chemisch-physikalischen Trennung. Durch Zugabe von Spaltmitteln, wie beispielsweise Eisen- oder Aluminiumsalzen sowie Flockungshilfsmitteln, wird die Stabilität der Emulsion aufgehoben. Die Ölphase koaguliert und trennt sich vom Wasser. Anschließend erfolgt eine Sedimentation bzw. Flotation, sodass zwei klar unterscheidbare Phasen entstehen: gereinigtes Wasser und Ölflocken.

Das aufbereitete Wasser weist nach der Behandlung eine deutlich reduzierte Belastung mit organischen und anorganischen Stoffen auf und kann als Spülwasser in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden. Dadurch wird der Frischwasserbedarf erheblich gesenkt, was sowohl ökologische Vorteile durch Ressourcenschonung als auch ökonomische Einsparungen mit sich bringt.

Vergleichbare Spaltergebnisse lassen sich durch die Verwendung organischer Spaltmittel erzielen, die wässrige Phase weist jedoch eine erhöhte Belastung durch die eingesetzten Spaltmedien auf, sodass sie nicht in den Prozess zurückgeführt werden kann.

Die abgetrennte Ölphase enthält konzentrierte organische Bestandteile, die einen hohen Brennwert besitzen. Anstatt diese als Sonderabfall zu entsorgen, kann die Ölphase einer thermischen Verwertung zugeführt werden. In geeigneten Verbrennungsanlagen dient sie als Ersatzbrennstoff, wodurch fossile Energieträger substituiert werden. Dies trägt zur Energieeffizienz der Gesamtproduktion bei und verbessert die CO?-Bilanz.

Expanderschmierstoffe mit Easy-splitting Technology

Ein von Master Fluid Solutions neu entwickeltes Formulierungskonzept für Expanderschmierstoffe stellt einen signifikanten Fortschritt in der effizienten Spaltung von Expanderölemulsionen dar. Kern der Easy-splitting Technology ist die Integration einer funktionalen „Sollbruchstelle“ in die molekulare Struktur des eingesetzten Emulgators. Dadurch lässt sich der Bedarf an speziell formulierten Spaltmedien, deren Wirkmechanismus exakt auf das neue Schmierstoffkonzept abgestimmt ist, auf ein Minimum reduzieren. Gleichzeitig wird eine nahezu vollständige Separation der Öl- und Wasserphase erreicht, die deutlich über das Leistungsniveau konventioneller Systeme hinausgeht. Das abgeschiedene Wasser zeigt eine außergewöhnlich hohe optische Klarheit und ist frei von sichtbaren Rückständen, was seine unmittelbare Rückführung in den Prozesskreislauf ermöglicht.

Fazit

Moderne Expanderschmierstoffe bilden einen stabilen Schmierfilm, der die Gleitreibung reduziert und so die Expandersegmente vor Verschleiß schützt sowie technisch glatte Innenwände der Rohre sicherstellt. Durch reproduzierbare Expansionskräfte wird das Risiko von Maßabweichungen reduziert und die Prozessstabilität insgesamt erhöht. Mineralölbasierte Expanderschmierstoffe lassen sich zudem dank optimierter Emulgatorsysteme leicht mit Wasser abreinigen und das Wasser in Spaltanlagen teilweise zurückgewinnen. Mithilfe der Wedolit Easy-Splitting Technology wird bei minimalem Einsatz von Spaltmedien eine praktisch vollständige Separation der Öl- und Wasserphase erreicht, wodurch das zurückgewonnene Wasser dem Prozesskreislauf unmittelbar wieder zugeführt werden kann und den Frischwasserbedarf drastisch reduziert.

Damit verbinden Wedolit-Expanderschmierstoffe mit Easy-Splitting Technology technische Leistungsfähigkeit, Prozesssicherheit und Ressourceneffizienz zu einem zukunftsorientierten Gesamtkonzept für die Großrohrfertigung.

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