Neben enormen wirtschaftlichen Schäden kann Korrosion die Sicherheit von Mensch und Umwelt gefährden. Das gilt in besonderem Maße bei Pipelines und Industriebehältern aus Stahl, die Erdöl oder -gas, Wasserstoff und andere flüssige oder gasförmige, teilweise hochentzündliche oder gewässergefährdende Stoffe transportieren.
Korrosion entsteht, wenn aufgrund eines Potenzialunterschieds Strom zwischen dem metallischen Bauteil und seiner elektrisch leitfähigen Umgebung fließt. Die elektrochemische Reaktion an der Oberfläche des Werkstoffs verändert die atomare Gitterstruktur. Bei eisenhaltigen Werkstoffen kann dadurch, je nach Stromdichte, bis zu 1,2 mm des Materials abgetragen werden. Da sich Korrosion nicht völlig vermeiden lässt, muss es Ziel sein, den Materialabtrag so weit zu reduzieren, dass keine Schäden am Bauteil auftreten , die beispielsweise zu Leckagen führen könnten.
Neben der Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils und der Leitfähigkeit seiner Umgebung ist das Elektrodenpotenzial dazwischen maßgeblich für das Korrosionsrisiko und die Abtragrate verantwortlich. Daraus ergeben sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten des Korrosionsschutzes: ein passiver Schutz, bei dem eine Ummantelung das Bauteil von seiner Umgebung elektrisch
isoliert und ein aktiver Schutz, bei dem ein Schutzstrom den Potenzialunterschied ausgleicht.
Schutzmaßnahmen kombinieren
Schäden an der Isolierung von metallischen unterirdisch verlegten Rohrleitungen oder Behältern entstehen entweder bereits bei den Bau- bzw. Verlegearbeiten, im Zuge der Überdeckung oder während der Betriebsphase durch Bewegungen des Erdreichs oder der Anlage selbst. Da sich solche Schäden nicht ganz ausschließen lassen, sollten passive Schutzmaßnahmen immer durch aktive ergänzt werden.
Bei kleineren metallischen Behältern oder Anlagen kann der Potenzialausgleich durch Anschluss einer Opferanode erreicht werden. Der erforderliche Schutzstrom entsteht durch den Potenzialunterschied zwischen dem Schutzobjekt und der Anode. Sie besteht aus einem unedleren Metall, z. B. Magnesium, und korrodiert anstelle des Schutzobjekts. Voraussetzung ist, dass Kathode und Anode durch eine Elektrolytphase verbunden sind. Bei ausgedehnten Anlagen wie Pipelines oder sehr großen Stahltanks reicht das Schutzpotenzial einer Opferanode nicht aus. Hier wird Fremdstrom aus einer externen Gleichstromquelle über die Anode eingespeist.Bei Rohrleitungen werden dazu über die gesamte Strecke verteilt Anoden angeschlossen. Abstand und Anordnung hängen vom spezifischen Widerstand des Erdreichs ab. Die Anoden bestehen z. B. aus Eisensilizium und haben eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren.
Messstellen überwachen die Schutzpotenziale, Rohrströme, Widerstände und Beeinflussungen in regelmäßigen Abständen. Die Verfahren sind in DIN EN 13509 und DIN EN ISO 15589-1 vorgegeben. Die passive Isolationsschicht hilft, den angelegten Schutzstrom zu verringern. Dennoch können „vagabundierende“ Streuströme von Fremdanlagen die KKS-Anlage beeinflussen – beispielsweise von elektrifizierten Eisenbahnanlagen oder Hochspannungsleitungen. Das muss bei der Auslegung der Anlage berücksichtigt und während des Betriebs durch Messungen überwacht werden. Die Messmethoden müssen dann eventuell angepasst werden. Während die sogenannte Ausschaltpotenzuial messung seit langem etabliert ist, sind die IFO (Intensive Fehlstellenortung) und Intensivmessungen relativ neu.
Schäden erkennen
GSM-gestützte Funktechnik ermöglicht eine Fernauslesung der Messstellen im laufenden Betrieb. Anstelle einer aufwendigen, monatlichen Begehung der Anlage, können alle für die Messungen nötigen Regelungen ferngesteuert und die relevanten Werte täglich abgefragt werden. Zudem lassen sich über die sensiblen Messfühler Fehlstellen orten. Die Kontrolle des Schutzpotenzials in regelmäßigen Abständen macht Beschädigungen des Rohrmaterials oder Fehler in der Ummantelung deutlich, die dann über Intensivmessungen exakt lokalisiert werden können.
Angepasste Messstellen ermöglichen sogar eine Früherkennung. Wenn etwa Maschinen im Rahmen von Bauarbeiten der Leitung zu nahekommen und sie berühren, nehmen die Sensoren bereits kleinste Beschädigungen sofort wahr und übermitteln diese unmittelbar. Die Arbeiten können sofort gestoppt und Leckagen an den Rohrleitungen vermieden werden.
Maßnahmen individuell anpassen
Ganz spezielle Prüfmethoden setzt TÜV SÜD bei einem großen deutschen Pipelineprojekt ein. Die europäische Gasanbindungsleitung Eugal verläuft über eine Strecke von 480 km von der Ostsee bis an die deutsch-tschechische Grenze. Die beiden parallel verlaufenden Rohrstränge haben eine Gesamtlänge von über 800 km. Die einzelnen Rohrelemente mit einem Durchmesser von 1,4 m und rund 15 t Gewicht sind mit PE ummantelt. Ihr spezifischer Widerstand macht Wechselstromableiter für den Personenschutz notwendig. Sie begrenzen das Rohrpotenzial gegen gefährliche Beeinflussungs- und Berührungsspannungen. Das Schutzpotenzial kann dadurch jedoch nicht mit herkömmlichen Verfahren nachgewiesen werden. Stattdessen setzt man spezielle, vergleichende Verfahren ein.
Entlang der Rohrleitung werden Probebleche in den Boden eingebracht. Die Messproben mit 1 oder 10 cm2 Durchmesser simulieren Fehlstellen in der Pipeline. An den Proben wird zuerst das freie Korrosionspotenzial registriert. Anschließend werden sie mit der Pipeline verbunden und simulieren so Fehlstellen. Der Verlauf der Einschaltpotenziale, also der Schutzobjektpotenziale bei fließendem Schutzstrom wird gemessen. Die Prüfer unterbrechen die Verbindung zur Pipeline dann wiederholt kurz und messen so den Verlauf der Ausschaltpotenziale, d. h. die Schutzobjektpotenziale unmittelbar nach dem ausschalten des Schutzstroms. Schließlich messen sie den Verlauf der Schutz- und Wechselströme und die jeweils errechneten Stromdichten.Mit dem Wenner-Verfahren misst man die spezifischen elektrischen Widerstände des Erdreichs.
Die Bewertung der Schutzpotenziale geschieht nach den Kriterien der DIN EN ISO 15589-1. Voraussetzung ist, dass die Isolierung der Rohre intakt ist bzw. dass mögliche Schäden kleiner sind als die Messproben. Ob die Funktion des KKS einwandfrei gewährleistet ist, belegen die Ergebnisse der Polarisationsmessung und der Nachweis des erforderlichen Einschaltpotenzials über den gesamten Prüfabschnitt hinweg.
TÜV SÜD Industrie Service GmbH, München
Autor: Bernhard Köberlein
Sachverständiger für den
kathodischen Korrosionsschutz,
TÜV SÜD Industrie Service
Autor: Yannik Seldschopf
Sachverständiger für den
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TÜV SÜD Industrie Service
Autoren:
Bernhard Köberlein
Sachverständiger für den
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TÜV SÜD Industrie Service
Yannik Seldschopf
Sachverständiger für den kathodischen Korrosionsschutz,
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