Bild: TÜV Süd; iStock, Matthias Lindner

Monitoring in Chemieanlagen Korrosion lieber gezielt vorbeugen

04.07.2018

Hohe Anlagenverfügbarkeit und niedrige Instandhaltungskosten sind wesentliche Voraussetzungen für den wirtschaftlichen Betrieb einer Chemieanlage. Entscheidend ist deshalb, Korrosion an Bauteilen frühzeitig zu entdecken, diese zu vermeiden oder zu kontrollieren. Lagert man Korrosionsproben aus, ist es möglich, Anlagenwerkstoffe im laufenden Betrieb zu prüfen und parallel Alternativen zu testen.

Korrosion verursacht hohe Kosten. Es lohnt sich also, diese zu reduzieren. Auf circa vier Prozent des Umsatzes der deutschen chemischen Industrie werden die korrosionsbedingten Kosten geschätzt. Dies entspricht einem Verlustvolumen von 7,4 Milliarden Euro – bezogen auf das Jahr 2016. Vom Prinzip her sind Anlagenwerkstoffe aus nichtrostendem Stahl durch ihre Passivschicht gut vor Korrosion geschützt. Vermehrt anzutreffende, raue Produktionsbedingungen bringen jedoch die eingesetzten Werkstoffe an die Grenze ihrer Beständigkeit.

Dazu zählt vor allem die Chloridbelastung. Verstärkt durch niedrige pH-Werte kann sie zu Loch-, Spalt- oder Spannungsrisskorrosion führen. Aber auch verfahrenstechnische Optimierungen zur Steigerung der Produktivität erhöhen die Werkstoffbelastung. Denn die größere Ausbeute wird oft erst möglich, indem man Temperatur und Druck in der Prozessführung anhebt. Und auch der häufigere Einsatz von Multipurpose-Anlagen rückt die Frage nach der Korrosionsbeständigkeit der eingesetzten Werkstoffe zusätzlich in den Blick. Denn hier müssen die Werkstoffe besonders sorgfältig abgestimmt sein auf die zum Teil sehr unterschiedlichen Produktionsaufgaben und -bedingungen. Eines dabei gilt für alle Anlagen: Bleiben Korrosionsangriffe unentdeckt, drohen Produktionsausfälle und hohe Aufwendungen für die Instandhaltung.

Überwachung rentiert sich

Das Auslagern von Korrosionsproben ist eine leicht zu handhabende Untersuchungsmethode, die kritische Bedingungen für die eingesetzten Werkstoffe und drohende Schäden frühzeitig aufdeckt. Ein weiterer Vorteil: Sämtliche Werkstoffe können im laufenden Betrieb getestet werden. Dazu befestigt TÜV Süd Chemie Service gewogene, eindeutig gekennzeichnete Korrosionsproben elektrisch isoliert auf einem Halter. Diese werden anschließend vom Betrieb in eine Anlage, einen Behälter oder eine Rohrleitung eingebracht und für einen definierten Zeitraum den Bedingungen an der Auslagerungsstelle ausgesetzt.

Für den Betriebsingenieur beschränkt sich der Aufwand auf den Ein- und Ausbau des Probenhalters. Beim Fahren der Anlage sind keine weiteren Maßnahmen nötig. Die Proben zeigen die Spuren der gesamten während der Auslagerungsperiode erlebten chemischen Belastung. Nach der Auswertung durch TÜV Süd Chemie Service sind klare Aussagen zum Korrosionsverhalten der Werkstoffe möglich, und man kann notwendige Maßnahmen ergreifen. Das senkt das Risiko für ungeplante Stillstände und aufwendige Reparaturen. Betreiber steigern so die Verfügbarkeit, Produktivität und Sicherheit ihrer Anlage und sparen gleichzeitig Kosten ein.

Montageort richtig auswählen

Für die Korrosionsüberwachung sind Stellen auszusuchen, an denen die kritischsten Bedingungen für den Werkstoff zu erwarten sind. Dazu gehören Orte mit höchstem Chloridgehalt, höchster Temperatur oder größter Strömungsgeschwindigkeit. Liegen im Betrieb keine Erfahrungswerte dazu vor, lassen sich die Auslagerungsstellen auch anhand von RI-Diagrammen festlegen. Bei älteren Anlagen machen sich die zu überwachenden Stellen durch Auffälligkeiten bei den Inspektionen bemerkbar.

Für das Einbringen der Korrosionsproben gibt es Erfahrungen mit zahlreichen Standardkonstruktionen: Probenmontagen auf Blindflanschen, Zwischenflanschmontagen im Rohr, Befestigungen mit einer Schelle auf einer Rührwelle oder um ein Einleitrohr sowie Montagen auf rückziehbaren Systemen. Um die Montage oder Demontage zu erleichtern, liefert TÜV Süd Chemie Service fertig konfigurierte Basisprobenhalter, auf denen nach Kundenanforderung Korrosionsproben montiert werden. Diese kann man einfach mit einer korrosionsbeständigen Schraube an einem im Betrieb angeschweißten Adapter befestigen. Verfügbar sind Adapter aus rostfreiem Stahl oder einer Nickelbasislegierung.

Soll die Korrosionsprobe als einzige Aufgabe der Überwachung dienen, so muss der Werkstoff dem des Bauteils entsprechen. Dabei ist die Verwendung von einer beziehungsweise höchstens zwei Proben vollkommen ausreichend. In der Regel ist es nicht nötig, die gleiche Werkstoffcharge zu benutzen. Rechenförmige Probenhalter erlauben die Parallelbefestigung verschiedener Proben. Alternative Werkstoffe können so unter Praxisbedingungen direkt mitgetestet werden. Die Auswahl dafür sollte man nach Medienanforderungen treffen.

Materialauswahl und Vorbehandlung

Vom Prinzip her sind alle Werkstoffe in Probenform herstellbar und für die Auslagerung geeignet. Auch Proben mit gehärteten Oberflächen, einer Beschichtung, Spaltproben oder geschweißte Proben lassen sich testen. Wichtig ist, Proben zu verwenden, deren Oberflächen nach der Auslagerung gut zu bewerten sind. Daher setzt TÜV Süd Chemie Service ausschließlich Probenstreifen ein, deren Oberfläche auf mindestens einer Seite glatt genug ist, auch kleinste lokale Angriffe nach der Auslagerung zu finden.

Manche Proben benötigen eine Vorbehandlung. Um beispielsweise durch die Auslagerung chloridbedingte Spannungsrisskorrosion aufzudecken, muss die Oberfläche zuvor scharf angeschliffen werden, um Zugspannungen einzubringen. Auch Proben aus Email kann man auslagern. Nach einer Auslagerungszeit von mindestens zwei Wochen wird der Werkstoffprobenhalter vom Betrieb ausgebaut und an das TÜV-Süd-Korrosionslabor geschickt. Jetzt können klare Aussagen zum Korrosionsverhalten des Werkstoffs unter realen Anlagenbedingungen gemacht werden. Die Bestimmung des Masseverlustes der Probe erlaubt die Berechnung der Korrosionsgeschwindigkeit des Werkstoffs. Zudem ist lokale Korrosion in Form von Loch-, Spalt- oder Spannungsrisskorrosion visuell aufzufinden.

Eine Messung der Tiefe des Angriffs macht das Ausmaß von Loch- und Spaltkorrosion deutlich. Zum Nachweis von Spannungsrisskorrosion werden die Probenstreifen gebogen; bereits vorhandene Risse weiten sich so auf und werden gut sichtbar. Auch Beläge und Korrosionsprodukte auf der Probe lassen sich analysieren. Als Ergebnis wird ein Bericht oder Zertifikat erstellt.

Die Experten von TÜV Süd Chemie Service unterstützen mit ihrer langjährigen Expertise im Umgang mit Korrosion in Chemieanlagen bei allen Fragen zur Werkstoffauswahl, übernehmen das Monitoring bis hin zur Schadensanalyse und die Erstellung von Gutachten.

Betreiber erhält mehr Planungssicherheit

Die Korrosionsüberwachung leistet einen wertvollen Beitrag zur vorausschauenden Instandhaltung von Chemieanlagen. Betreiber können die Ergebnisse gut nutzen, um gesetzlich vorgeschriebene Inspektion zu ergänzen. Sollen neue Produkte in vorhandenen Anlagen hergestellt werden, ist es möglich, die Auswirkung unbekannter Medien auf die Beständigkeit der Werkstoffe zuverlässig zu beurteilen. Werkstoffalternativen können in der Praxis getestet werden.

Ergänzend zu Laboruntersuchungen nutzt dies der sicheren Werkstoffauswahl – zum Beispiel bei der Neubeschaffung einer Anlage. Und schließlich ermöglicht die Korrosionsüberwachung das Nachstellen von Schadensfällen und liefert Hinweise dazu, ob die Bedingungen, die zum Schaden führten, erneut auftreten können.

Bildergalerie

  • Schadensfall: Rohr aus nichtrostendem Stahl mit chloridbedingter Spannungsrisskorrosion.

    Bild: TÜV Süd

  • Elektrisch isolierte und auf einem Probenhalter montierte Korrosionsproben zur Verschraubung an einem in der Anlage angeschweißten Adapter.

    Bild: TÜV Süd

Firmen zu diesem Artikel
Verwandte Artikel