Bauteile aus nichtrostendem Stahl sind in Chemieanlagen rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Besonders unter Chlorideinwirkung, verstärkt durch einen niedrigen pH-Wert, führt dies immer wieder zu Loch-, Spalt- oder Spannungsrisskorrosion – mit weitreichenden Folgen. In der deutschen chemischen Industrie werden die korrosionsbedingten Kosten auf etwa 4 % des Umsatzes geschätzt. Dies entspricht einem Volumen von 7,4 Mrd. Euro für das Jahr 2016.
Dazu kommt folgender Trend: Getrieben durch Effizienzsteigerungen gibt es vermehrt Bedingungen, die Werkstoffe zusätzlich an die Grenze ihrer Beständigkeit führen. Verfahrenstechnische Optimierungen für mehr Produktivität können die Ursache sein. Denn die größere Ausbeute erfordert oft eine Erhöhung der Temperatur und des Drucks in der Prozessführung. Aber auch
die zunehmende Chloridbelastung und eine Veränderung des Mediums durch oxidierende Stoffe können damit einhergehen. Und schließlich wachsen die Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe weiter, da Betreiber aus Wettbewerbsgründen immer mehr Anlagen einsetzen, die verschiedene Produkte herstellen. Die Werkstoffe müssen daher sorgfältig abgestimmt sein auf die spezifischen Produktionsbedingungen in Multipurpose-Anlagen.
Im laufenden Betrieb getestet
Benötigt wird ein einfach zu handhabendes Monitoring, das kritische Bedingungen für die eingesetzten Werkstoffe und drohende Schäden frühzeitig erkennt. Das Auslagern von Korrosionsproben erfüllt diese Anforderungen, da sämtliche Werkstoffe im laufenden Betrieb zu testen sind. Dazu werden gewogene, eindeutig gekennzeichnete Korrosionsproben von TÜV SÜD Chemie Service elektrisch isoliert auf einem Halter befestigt, anschließend vom Betrieb in eine Anlage, einen Behälter oder eine Rohrleitung eingebracht und für einen definierten Zeitraum den Bedingungen an der Auslagerungsstelle ausgesetzt. Der Aufwand ist relativ gering, für den Betriebsingenieur beschränkt er sich lediglich auf Ein- und Ausbau des Halters mit den montierten Proben. Während des Fahrens der Anlage sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich. Die Proben zeigen die Spuren der gesamten während der Auslagerungsperiode erlebten chemischen Belastung. Nach der Auswertung der Korrosionsproben durch TÜV SÜD Chemie Service sind umfassende Aussagen zum Korrosionsverhalten der Werkstoffe möglich – entsprechende Maßnahmen können ergriffen werden. Damit sinkt das Risiko für ungeplante Anlagenstillstände, aufwendige Reparaturen und Instandhaltungen. Der Betreiber profitiert in mehrfacher Hinsicht: Er steigert die Verfügbarkeit, Produktivität und Sicherheit seiner Anlage und spart dabei Kosten ein.
Einfache Montage
Zur weiteren Vereinfachung liefert TÜV SÜD fertig konfigurierte Basisprobenhalter, auf denen nach Kundenanforderung Korrosionsproben montiert werden. Diese können einfach mit einer Schraube an einen im Betrieb angeschweißten Adapter befestigt werden. Das erleichtert die Montage bzw. Demontage der Proben zusätzlich. Verfügbar sind Adapter aus unterschiedlichen Werkstoffen. Für die Korrosionsüberwachung sollten Stellen ausgewählt werden, an denen die kritischsten Bedingungen für den Werkstoff zu erwarten sind. Dazu gehören beispielsweise Orte mit höchstem Chloridgehalt, höchster Temperatur oder größter Strömungsgeschwindigkeit. Kann der Betrieb nicht auf Erfahrungswerte zurückgreifen, so ist eine Auswahl der Stellen anhand von RI-Diagrammen sinnvoll. Bei älteren Anlagen machen sich die zu überwachenden Stellen durch Auffälligkeiten bei den Inspektionen bemerkbar. Erfahrungen mit folgenden Standardkonstruktionen liegen vor: Probenmontagen auf Blindflanschen, Zwischenflanschmontagen im Rohr, Befestigungen mit einer Schelle auf einer Rührwelle oder um ein Einleitrohr sowie Montagen auf rückziehbaren Systemen. Auf Wunsch werden auch Sonderanfertigungen realisiert.
Wahl und Vorbereitung der Proben
Grundsätzlich sind alle Werkstoffe in Probenform herstellbar, beispielsweise auch Proben mit gehärteten Oberflächen, einer Beschichtung, Spaltproben oder geschweißte Proben. Wichtig ist, Proben einzusetzen, deren Oberflächen nach der Auslagerung gut zu beurteilen sind. Aus diesem Grunde verwendet TÜV SÜD nur Probenstreifen, deren Oberfläche auf mindestens einer Seite glatt genug ist. Das erleichtert die Identifizierung von kleinen lokalen Angriffen. Scharf geschliffene Oberflächen werden benötigt, um nach der Auslagerung chloridbedingte Spannungsrisskorrosion aufdecken zu können. Auslagerungen von Proben aus Email sind ebenfalls möglich.
Hat die Korrosionsprobe als einzige Aufgabe die Überwachung, so muss der Werkstoff möglichst genau dem des Bauteils entsprechen. Die Verwendung von einer bzw. höchstens zwei Proben ist vollkommen ausreichend. In der Regel ist es nicht nötig, die gleiche Werkstoffcharge zu benutzen. Rechenförmige Probenhalter erlauben die Parallelbefestigung verschiedener Proben, sodass auch alternative Werkstoffe unter Praxisbedingungen mitgetestet werden können. Diese Auswahl sollte nach Medienanforderungen getroffen werden.
Auswertung der Proben
Nach einer Auslagerungszeit von mindestens zwei Wochen wird der Werkstoffprobenhalter ausgebaut und an das TÜV-SÜD-Korrosionslabor geschickt. Nun sind umfassende Aussagen zum Korrosionsverhalten des Werkstoffs unter realen Anlagenbedingungen möglich. Durch Bestimmung des Masseverlustes kann die Korrosionsgeschwindigkeit des Werkstoffs berechnet werden. Die Auswertung ermöglicht zudem das visuelle Auffinden lokaler Korrosion in Form von Loch-, Spalt- oder Spannungsrisskorrosion. Durch Messung der Tiefe des Angriffs wird das Ausmaß von Loch- und Spaltkorrosion ersichtlich. Auch Beläge und Korrosionsprodukte auf der Probe können analysiert werden. Zum Nachweis von Spannungsrisskorrosion werden die Probenstreifen gebogen. Dadurch weiten sich vorhandene Risse auf und werden gut sichtbar. Als Ergebnis wird ein Bericht oder Zertifikat erstellt. Die TÜV-SÜD-Experten unterstützen mit ihrer Erfahrung auch bei der Werkstoffauswahl, übernehmen das Monitoring bis hin zur Schadensanalyse und die Erstellung von Gutachten.
Mehr Planungssicherheit
Die Korrosionsüberwachung leistet – ergänzend zur gesetzlich vorgeschriebenen Inspektion – einen wichtigen Beitrag zur vorausschauenden Instandhaltung. Sollen neue Produkte in vorhandenen Anlagen hergestellt werden, kann die Auswirkung unbekannter Medien auf die Beständigkeit der Werkstoffe beurteilt werden. Darüber hinaus lassen sich Werkstoffalternativen in der Praxis testen und schließlich ermöglicht die Korrosionsüberwachung das Nachstellen von Schadensfällen und gibt Hinweise dazu, ob solche Schäden wiederholt auftreten könnten.
Suchwort: cav0618tüvsüd
Halle 9.1, Stand C39
Autorin: Dr. Helga Leonhard
Prüfingenieurin Materials Eng. & Testing,
TÜV SÜD Chemie Service
