Edelstahl Rostfreier Edelstahl – der Werkstoff für den Tankschiffbau

Autor / Redakteur: Ursula Herrling-Tusch / M.A. Frauke Finus

Tankschiffe transportieren flüssige Güter über die Weltmeere. Alle Waren erfordern eine spezielle Auslegung der Tanks, die während des Trans- ports extremen Belastungen ausgesetzt sind.

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Laut Umweltbundesamt waren 2019 über 90.000 Schiffe unterschiedlicher Größen und Typen auf den Weltmeeren unterwegs – neben Containerschiffen vor allem Öl-, Gas- und Chemikalientanker.
Laut Umweltbundesamt waren 2019 über 90.000 Schiffe unterschiedlicher Größen und Typen auf den Weltmeeren unterwegs – neben Containerschiffen vor allem Öl-, Gas- und Chemikalientanker.
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Laut Umweltbundesamt waren 2019 über 90.000 Schiffe unterschiedlicher Größen und Typen auf den Weltmeeren unterwegs – neben Containerschiffen vor allem Öl-, Gas- und Chemikalientanker. Rund 90 % des weltweiten Warenverkehrs werden durch diese schwimmenden Giganten transportiert. Die größten unter den Tankschiff-Riesen sind Öltanker – sowohl in der Länge als auch in der Transportkapazität: Mit bis zu 380 m Länge, 68 m Breite, 34 m Seitenhöhe und über 500.000 t Transportvolumen führen sie die Tankerriege an. Ihre Größe ist jedoch zugleich auch ihre Schwäche: Mit diesen Dimensionen können sie enge oder in ihrer Tiefe begrenzte Routen wie den Panamakanal oder den Suezkanal nicht befahren. Um im harten internationalen Markt bestehen zu können, setzen Reedereien für den Transport flüssiger Güter deshalb vermehrt auf kleinere, dafür aber flexibel nutzbare Tanker mit mehreren Tanks. Sie ermöglichen bei Bedarf den gleichzeitigen Transport unterschiedlicher Flüssigkeiten.

Angesichts der sensiblen und potenziell umweltgefährdenden Ladung gelten für Tankschiffe höchste Sicherheitsstandards. Für Tanker mit mehr als 5.000 t Zuladung schreibt die Internationale Seeschifffahrtsorganisation der Vereinten Nationen (IMO) weltweit eine Doppelhülle vor. Diese zweite Haut verhindert bei einer Havarie, dass Ladung austreten oder Wasser in den Schiffskörper eindringen kann. Stützelemente im Hohlraum zwischen Außen- und Innenhülle ermöglichen zudem durch eine gezielte Perforation, dass sich die innere Stahlhülle von ihnen – ohne zu reißen – lösen und frei verformen kann. Dadurch bleibt der im mittleren Schiffsbereich liegende Laderaum bei einem Crash unversehrt. Er wird zusätzlich durch wasser- und gasdichte Doppelschotts aus profilierten Edelstahlblechen zu den angrenzenden Bereichen im Schiff abgetrennt. Diese gewellten Bleche aus nichtrostendem austenitischem oder Duplex-Stahl erhöhen die Steifigkeit der lastbeanspruchten Bauteile und erleichtern durch ihre vertikale Wellung auch die Reinigung nach jeder Ladung. Mit Innenwänden, im Fachjargon Schotten, aus solchen Wellblechen werden auch mehrere aneinander gereihte Laderäume getrennt, die typisch für Chemietanker sind.

Breites Güterspektrum auf Chemietankern

Nach Rohöltankern sind Chemietanker in der Welthandelsflotte am häufigsten vertreten. 5.734 Schiffe dieser Kategorie transportierten im Jahr 2019 (Quelle: Statista) chemische und petrochemische Produkte sowie flüssige Lebensmittel wie Pflanzenöle oder Melasse über die Ozeane. Mit separaten, mehrschaligen Tanks – in der Regel 10 m breit, 12 m lang, 11,5 m hoch und mit einem Fassungsvermögen von 1.400 m3 – ermöglichen sie das unabhängige Be- und Entladen sowie den gleichzeitigen Transport verschiedener Chemikalien. Die Konstruktion dieser Tanks unterliegt strengen gesetzlichen Bestimmungen, zu deren Einhaltung maximale Korrosionsbeständigkeit der Tankwände und eine möglichst hohe Streckgrenze des für die Schotten eingesetzten Werkstoffs maßgeblich beitragen. Werkstoff der Wahl ist hier Edelstahl Rostfrei mit Qualitätssiegel in anwendungsspezifischer Legierung. Parallel zur Korrosionsbeständigkeit von höher legierten Edelstählen steigen auch die Bandbreite der Ladung und damit der potenzielle Kundenkreis. Die Streckgrenze des gewählten nichtrostenden Stahls definiert die Belastungsgrenzen der Tankwände, um mechanisches Versagen zu verhindern. Lange Zeit kamen vor allem austenitische Sorten wie 1.4406 und 1.4434 oder der hoch legierte 1.4439 zum Einsatz, sodass heute noch in vielen Chemietankern Behälter aus diesen Güten anzutreffen sind. Verstärkt an Bedeutung als Standard-Edelstahl für Chemietanks gewinnt jedoch Duplex Stahl der Güte 1.4462. Für ihn spricht, dass er durch – verglichen mit den austenitischen Sorten – dünnere Querschnitte Gewichtseinsparungen bei gleicher Steifigkeit ermöglicht. Damit steigt auch die zulässige Gesamtfracht. Zudem ist dieser austenitisch-ferritische Stahl hoch widerstandsfähig gegen Loch- und Spaltkorrosion, was ihm eine besondere Beständigkeit gegen aggressive Flüssigkeiten wie Phosphorsäure oder organische Säuren verleiht.

Hygiene als oberstes Gebot auf Safttankern

Ein weiteres großes Einsatzfeld für Tankschiffe ist der Transport von frischen Fruchtsäften oder Fruchtsaftkonzentraten. In der Regel kombinieren Safttanker mehrere Solo- oder Doppelfunktionstanks für Direktsaft (Not From Concentrate, NFC) und Orangensaftkonzentrat (Frozen Concentrated Orange Juice, FCOJ), um beide Güter flexibel transportieren zu können. Diese meist zylinderförmigen Tanks aus hochwertigem Edelstahl Rostfrei stehen in isolierten Laderäumen. Sie verfügen über eine ausgeklügelte aseptische Tanktechnik, die auch alle Rohre, Ventile, Flansche und Armaturen umfasst. Lebensmittelkonforme, hochglatt polierte porenfreie Innenflächen der Tanks sowie Schweißnähte, die nach den Vorgaben des ASME-Codes mit Rauheitswerten kleiner als 0,8 μm angefertigt werden, verhindern die Ansiedlung von Bakterien und Keimen. Eine weitere Besonderheit der Tanks für NFC und FCOJ ist ihr kegelförmiger Boden. An seinem tiefsten Punkt sind die Rohrleitungen angeschlossen, um eine vollständige Entleerung zu ermöglichen. Während des Transports von Direktsaft gewährleisten Propeller-Rührwerke aus nichtrostendem Stahl, dass der Tankinhalt immer in Bewegung bleibt. Außerdem überwachen Füllstandsanzeigen und Temperatursensoren aus Edelstahl das Transportgut permanent. Sobald der Füllstand in den Tanks oder Rohrleitungen auf hoher See oder auch beim Löschen des Safts sinkt, wird der entstehende Luftraum mit Stickstoff aus separaten Stickstofftanks aufgefüllt, um die Saftqualität zu sichern. Da bei naturbelassenen Direktsäften und Saftkonzentraten auf den Einsatz von Konservierungsmitteln und hohe Temperaturen zur Haltbarmachung verzichtet wird, sind auch bei den Ventilen und Flanschen auf den Tankschiffen höchste hygienische Standards unverzichtbar. Aseptische Ventile mit Gehäusen aus Edelstahl Rostfrei der Güte 1.4408, speziellen Membranen und Dichtungen sowie totraumfreie Flansche aus 1.4404 oder höherlegierten Edelstahlausführungen verhindern die Kontaminierung des fruchtigen Transportgutes durch Keime oder Bakterien. Auch bei den Ladesystemen mit integrierten CIP und SIP-Systemen zur Reinigung und Sterilisation vertrauen die Reedereien bei Rohren und Rohrverteilern auf den in Hygienefragen ungeschlagenen Werkstoff Edelstahl Rostfrei.

Da große Tankschiffe wegen ihres Tiefgangs nicht bis ans Ufer fahren können, werden kilometerlange Lade- und Löschleitungen aus mit Beton ummanteltem Stahlrohr aufs Meer hinausgelegt, die die Exportterminals auf dem Festland mit den Ladesystemen an Bord verbinden. Den eigentlichen Transport der empfindlichen Ladung leisten in ihrem Inneren längsnahtgeschweißte Rohre aus Edelstahl Rostfrei. Nach dem Löschen der Fruchtsaftladung kommen auf den Schiffen kundenspezifisch ausgelegte Tankreinigungssysteme zum Einsatz. Das dafür benötigte Frischwasser wird aus separaten Edelstahltanks bereitgestellt. Dank der guten Reinigungseigenschaften der eingesetzten nichtrostenden Stähle ist die gebotene Hygiene jahrzehntelang gewährleistet. Nach der Säuberung werden die leeren Tanks sofort mit Stickstoff gefüllt, um bis zur nächsten Beladung die nötige Sterilität der Behälter zu bewahren.

Wachsende Bedeutung der Gastanker

Zahlenmäßig sind Gastankschiffe noch die kleinste Gruppe unter den Tankschiffen: Im Jahr 2019 waren 1.980 Gastanker (Quelle: Statista) auf den Weltmeeren unterwegs. Der Transport von Flüssigerdgas (Liquefied Natural Gas, LNG), Flüssiggas (Liquefied Petroleum Gas, LPG) oder auch Wasserstoff ist jedoch ein Industriezweig, der nach Expertenmeinung stark an Bedeutung gewinnen wird. Gastankschiffe unterscheiden sich allerdings durch die Vielfalt der Ladungen stark in Design, Konstruktion und Betrieb. Allen gemeinsam ist, dass sie die Ladung unter Überdruck halten müssen, um das Eindringen von Luft in die Ladetanks oder ein Entweichen der Gase zu verhindern. Tiefkühltanker transportieren bis zu 140.000 m3 Flüssiggas und sogar bis 260.000 m3 Flüssigerdgas. Drei verschiedene selbsttragende Tanktypen – und davon abhängige Ladungsbehältersysteme – sind auf ihnen anzutreffen: Der Tanktyp A ist ein Zylindertank mit konventioneller Innenversteifung und Schaumisolierung. Er benötigt eine komplette zweite Barriere um den Einzeltank oder die Gesamtvorrichtung zur Ladungslagerung herum. Diese zweite Barriere muss eine ausgelaufene Tankladung für 15 Tage leckagefrei aufnehmen können. Gefertigt wird sie deshalb aus Edelstahl, da dieser Werkstoff auch den hier herrschenden Tieftemperaturen zuverlässig standhält. Der Tanktyp B ist kugelförmig und wird nahezu ausschließlich auf LNG-Tankern eingesetzt. Die Außenwand dieser Tanks ist isoliert. Als zweite Barriere benötigen sie lediglich eine Auffangschale. Tanktyp C ist ein Tiefkühldrucktank, der die Ladung bei Umgebungstemperatur und einem Arbeitsdruck von Tanks und Anlagen von 18 bar befördert. Seine kugel- oder zylinderförmigen Druckbehälter werden nach den entsprechenden Vorschriften ausgelegt und benötigen keine zweite Barriere. Allerdings sind sie nur auf Gastankschiffen anzutreffen, deren Doppelhüllenrumpf gleichzeitig die Tanks bildet – sogenannte Glattdecker mit außenliegenden Verstärkungen des Decks. In jedem der genannten Druckbehältertypen befinden sich zwei Hauptpumpen zum Entladen und vier Sprühpumpen. LNG entsteht, wenn Erdgas durch Hauptverdampfer auf dem Schiff auf minus 162 Grad Celsius gekühlt wird und dadurch auf ein Sechshundertstel des Ausgangsvolumens schrumpft.

Über die Edelstahl-Sprühköpfe an der Tankoberseite wird das auf seinen Siedepunkt gebrachte Gas zunächst in die mit Luft gefüllten Tanks gesprüht. Dort verdampft es und kühlt die Behälter ab. Sobald die Tanks die Temperatur von minus 140 °C erreicht haben, wird die restliche Menge an LNG hineingepumpt. Am Zielort verdampft das Flüssiggas an speziellen LNG-Entladeterminals wieder und wird ins Netz eingespeist. Der Markt für Flüssigerdgas ist international durch eine stark steigende Nachfrage gekennzeichnet. So wird LNG heute vermehrt auch als alternativer Schiffstreibstoff eingesetzt, um das bisher eingesetzte Schweröl oder Marinediesel zu ersetzen. Beide Treibstoffe emittieren in hohem Maße Luftschadstoffe. Um die Klimaziele zu erreichen, gilt jedoch langfristig mit regenerativen Energien erzeugter grüner Wasserstoff als favorisierter Energieträger – für Verkehrswesen und Industrie gleichermaßen. Er entsteht durch Elektrolyse, die Wasser mit riesigen Mengen an erneuerbarem Strom zu Wasser- und Sauerstoff zerlegt. Da in vielen Ländern Wind und Sonne nicht genügend Energie liefern, um den künftig enormen Bedarf an grünem Wasserstoff zu decken, soll er in wind- und sonnenreichen Ländern wie Afrika produziert werden. Von dort wird er entweder durch Pipelines oder auf weiteren Distanzen per Flüssiggastanker über die Weltmeere transportiert. Wasserstoff ist jedoch ein hoch flüchtiges Gas, das bei -253 °C verflüssigt wird. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Dichtigkeit der Tanksysteme für den Transport auf hoher See. Hier kommen nahtlose Edelstahl-Druckbehälter sowie Rohre und Ventile aus nichtrostendem Stahl der Güten 1.4306, 1.4541, 1.4571, 1.4429 und 1.4404 zum Einsatz. Noch ist die regenerative Wasserstoffproduktion extrem teuer. Weltweit sind Experten aber überzeugt, dass er – sobald die Kosten sinken – eine zentrale Rolle bei der Energiewende übernehmen wird. Dann soll er in gewaltigen Mengen mit Flüssiggastankern nach Asien und Europa verschifft werden, um den Energiehunger auf diesen Kontinenten zu beantworten.

Ob Gas-, Saft- oder Chemietanker: Tanklagerbälge brauchen sie alle. Diese flexiblen Verbindungen zwischen Lagertanks und Verteilern nehmen während der Fahrt sowie bei der Be- und Entladung Setzbewegungen der Behälter auf und vermeiden so unerwünschte Leckagen. Individuell gefertigt aus Edelstahl Rostfrei, sind diese Kompensatoren während der gesamten Tanklebensdauer die Gewähr für einen sicheren Stand der Tanks. Heute schon sind Tankschiffe aller Art im internationalen Warenverkehr nicht mehr wegzudenken. Ihre Bedeutung und Anzahl werden bald nochmals deutlich steigen. Mit Edelstahl Rostfrei an Bord sind Tanker eine sichere Sache für Reedereien, Mannschaft, Produkte und Umwelt.

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