Bei der Planung und dem Bau von Abwasserwiederverwendungssystemen ist die Materialauswahl für Hochdruckpumpen und unterstützende Rohrleitungen von entscheidender Bedeutung, um einen langfristigen, stabilen Betrieb sicherzustellen. Da solche Systeme häufig komplexen Wasserbedingungen ausgesetzt sind, insbesondere dem Vorhandensein korrosiver Komponenten wie Salz- und Chloridionen, bestimmt die Korrosionsbeständigkeit der Materialien direkt die Lebensdauer und Wartungskosten der Ausrüstung.
Um ein Gleichgewicht zwischen technischer und wirtschaftlicher Leistung zu erreichen, müssen Designer geeignete Metallmaterialien auf der Grundlage des spezifischen Gesamtgehalts an gelösten Feststoffen (TDS) des Rohwassers wissenschaftlich auswählen.
Für herkömmliche Wasserquellen (TDS unter 2000 mg/L) ist Edelstahl AISI 304 ein bevorzugtes Material für Hochdruckpumpen und Rohrleitungen. Dieser austenitische Edelstahl erfüllt mit seiner hervorragenden Formbarkeit und mäßigen Korrosionsbeständigkeit die Anforderungen allgemeiner Betriebsbedingungen zu relativ überschaubaren Kosten.
Wenn der Salzgehalt des Rohwassers auf 2000–5000 mg/L ansteigt, steigt das elektrochemische Korrosionspotenzial des Wassers deutlich an, was ein Upgrade auf Edelstahl AISI 316 erforderlich macht. Sein Hauptvorteil liegt im Zusatz von 2–3 % Molybdän, der die Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion wirksam verbessert. Es ist wichtig zu beachten, dass der Kohlenstoffgehalt dieses Materials streng auf unter 0,08 % gehalten werden muss, um das Risiko einer interkristallinen Korrosion durch Karbidausfällung beim Schweißen zu vermeiden.
Wenn das System Abwasser mit einem TDS von 5.000-7.000 mg/L behandelt, ist AISI 316L-Edelstahl mit extrem niedrigem-Kohlenstoffgehalt erforderlich. Durch die Reduzierung des Kohlenstoffgehalts auf unter 0,03 % wird die Sensibilisierung in der Schweißwärmeeinflusszone (HAZ) vollständig eliminiert, wodurch eine stabile Korrosionsbeständigkeit über einen langfristigen Betrieb gewährleistet wird.
Für extreme Betriebsbedingungen mit höherem Salzgehalt (TDS 7.000–30.000 mg/L) reichen herkömmliche Materialien der Serie 316 nicht aus. In diesen Fällen ist Spezialedelstahl 904L mit einem Molybdängehalt von 4–5 % erforderlich. Seine hohe Legierungszusammensetzung (23 % Nickel, 20 % Chrom und 4,5 % Molybdän) widersteht nicht nur Angriffen durch hohe Chloridkonzentrationen, sondern widersteht auch komplexen Wasserumgebungen mit schwach sauren Medien.
Bei der Verarbeitung von Wasser mit hohem Salzgehalt und einem TDS von mehr als 32.000 mg/L erfordert die Materialauswahl einen höheren Grad an Verfeinerung. Beispielsweise weist super-austenitischer Edelstahl 254SMO einen Molybdängehalt von mehr als 6 % auf und ist mit 0,2 % Stickstoff verstärkt, wodurch eine dichte passive Filmstruktur entsteht. Dieses Material verfügt über einen Lochkorrosionsbeständigkeitsäquivalentwert von über 45 und übersteht anspruchsvolle Umgebungen wie Entsalzung und chemische Abwasserbehandlung effektiv.
Neben der chemischen Zusammensetzung wirkt sich auch die Standardisierung der Verarbeitungstechniken auf die Materialleistung aus. Beispielsweise müssen die Spannungsentlastung nach der Kaltumformung und die präzise Steuerung der Schweißparameter strikt den einschlägigen Industriestandards entsprechen. Darüber hinaus sollten Konstrukteure Korrosionszuschläge basierend auf schwankender Wasserqualität berücksichtigen und durch regelmäßige Wanddickenprüfungen einen dynamischen Wartungsmechanismus einrichten.