Corrosiepreventie en -monitoringlasgroepregionoord.be/wordpress/wp-content/uploads/... · Lasgroep...

Lasgroep Noord Presentatie bijeenkomst 20/04/2017

© Materials Consult bvba, 2017

© Materials Consult bvba, 2017, all rights reserved 1

Corrosiepreventie en -monitoring

sleutel tot duurzaamheid

Dr. ir. Frans VosZaakvoerder Materials Consult bvbaGastdocent KU Leuven


INLEIDINGCorrosie?




Materiaal- en systeemeigenschappen

Een materiaaleigenschap is enkel en alleen afhankelijk van het materiaal op zich: samenstelling, sterkte, hardheid, …

In een systeem is een materiaal slechts één van de componenten, die allemaal samen het gedrag van het materiaal zullen bepalen: corrosie, oxidatie, slijtage, vormgeheugengedrag, …

INLEIDING


ROEST = Corrosie ?

Roest is geen corrosie

Roest is het gevolg van corrosie !!!

CORROSIE




Basisprincipes corrosie

M+ e- e- M+

M+ e- e- M+

M+ e- e- M+

M+ e- e- M+

Basisprincipes

Elektroliet

M M

M M

M M

M M

M M

M+ e- e- M+

M M

M+ e- e- M+

neMM n


De corrosiecel

KATHODE

ANODE

e-

+ ionen

- ionen

Basisprincipes

4 basiskenmerken

1. anode reactie / oxidatie2. transport van elektronen3. kathodische reactie / reductie4. ionische geleiding

Als één van de vier wegvalt, stopt het corrosieproces !!!

EN/OF

Controleer en beheers !!!




Anodische + Kathodische reactiesEen voorbeeld

Basisprincipes

eFeFe

eFeFe

eFeFe

3

2

3

32

2

OHeOHO 442 22

OHFeOHOFe 124634 322

solidOHFeOHFe ))(4(124 3

3

A

K

Carosserie

• el. geleider• anode en kathode


Voorbeeld

GALVANISCHE CORROSIE




M+ e- e- M+

M+ e- e- M+

M+ e- e- M+

M+ e- e- M+

E0-reeks

Zn + Fe Zn corrodeert

Cu + Fe Fe corrodeert

Ag + Au Ag corrodeert

Cu lost niet op t.o.v. H2-reactie, maar wel t.o.v. “O2 + H+ H2O”

In deze lijst is t.o.v. “O2 + H+ H2O” enkel Au stabiel

halfreactie standaard elektrodepotentiaal(Volt t.o.v. standaard waterstofelektrode)

Au3+ + 3 e- Au 1.49

2 O2 + 4 H+ + 4 e- 2 H2O 1.23

Pt2+ + 2 e- Pt 1.18

Ag+ + e- Ag 0.80

Fe3+ + e- Fe2+ 0.77

Cu2+ + 2 e- Cu 0.34

2 H+ + 2 e- H2 0.00

Pb2+ + 2 e- Pb -0.13

Sn2+ + 2 e- Sn -0.14

Ni2+ + 2 e- Ni -0.23

Co2+ + 2 e- Co -0.28

Cd2+ + 2 e- Cd -0.40

Fe2+ + 2 e- Fe -0.44

Zn2+ + 2 e- Zn -0.76

Al3+ + 3 e- Al -1.66

Li++e- Li -3.04

Ca++e- Ca -3.80

EDEL

ONEDEL

M+ e- e- M+

M+ e- e- M+

M+ e- e- M+

M+ e- e- M+


Voorbeeld Galvanische corrosie: ontwerp, uitvoering, onderhoud

Corrosietypes




PASSIVATIELAGEN


E-pH diagramma (Pourbaix)

Basisprincipes

t.o

.v.

H+/H

2

HFeO2-

CorrosieImmuniteit

Fe+++

(IV) FeO4--

(II)

Passiviteit

Corrosie (III) Fe(OH)3

Fe++

(I) (VII)

Fe (V)(VI)




POLARISATIE


Corrosiesnelheid

Uitgangspunt: elektrische stroom

Vgl. Ohm: V = R*I

V = spanning = potentiaalI = stroom = massaoverdrachtR = weerstand = f(…) Anode- en kathodemateriaal Elektrolyt Oppervlakteweerstanden

Monitoring:

elektrische weerstand anode

KATHODE

ANODE

e-

+ ionen

- ionen

Basisprincipes




CorrosiesnelheidPolarisatiemeting

HULPEL.

WERKEL.

REF

V

A

Basisprincipes


Corrosiesnelheid: Polarisatiemeting

vb. monitoring via polarisatieweerstandsprobe

Basisprincipes




UNIFORME CORROSIE

VERSUS

LOKALE CORROSIE

CORROSIETOESLAG

MASSAVERLIES


Uniforme corrosie

• Gelijkmatige aantasting

Gelijkmatig over volledig oppervlakQuasi uniforme corrosiesnelheid

Corrosietoeslag bij ontwerp

VOORSPELBAAR FALEN

Corrosietypes




Uniforme corrosie

• Isocorrosie diagrammen• Pourbaix diagrammen• Polarisatiecurven (icorr) • Wet Faraday

Corrosietoeslag bij ontwerp

VOORSPELBAAR FALEN

Corrosietypes


Lokale corrosie

Penetratiepositie?Penetratiesnelheid?

ONVOORSPELBAAR!!!

falen

Monitoring?




Lokale corrosie Putcorrosie

Hoe uitgebreid?

Initiatie: doorbreken passieve film

Propagatie: autokatalytisch proces

Corrosietypes



Corrosietypes





• Verankering gevelpanelen

• RVS 304L

• Reiniging gevelpanelen

• Verneveling product

• Niet-gesloten kader

• Product bevatte Chlorides

• Via opconcentratie Cl- naar putcorrosie

Corrosietypes


Lokale corrosie Intergranulaire corrosie (bij lassen)

Weld Decay

Knife Line Attack

Corrosietypes




Lokale corrosie Intergranulaire corrosie

• Autoclaaf • Stoomsterilisatie voeding• Geen gedeminiraliseerd water• Reinigingsproduct met o.a. NaOH• Lassen verkleurd = oververhit• Oververhit = gesensitiseerd• Gesensitiseerd = gevoelig voor IGC• Welke monitoring?

Corrosietypes


Lokale corrosie Spanningscorrosie

Vals plafond zwembad

• RVS ophangbeugels

• Condensatie Cl-rijk vocht

aan verankeringspunten

• Spanning ex- en intern

• Welke monitoring?

Corrosietypes




CorrosiepreventieBasismechanismen

Materiaalkeuze en design Uitvoering

Vervoer en bescherming

Galvanische bescherming• Zinkhoudende primer (verf)• Verzinken = Galvaniseren• Opofferingsanodes = Anodische protectie

Elektrische stroom• Elektrisch isoleren• Stroom opdrukken = kathodische protectie

Controle van de eigenschappen van het elektrolyt

• Waterbehandeling• Controle elektrolytvorming

Contact met een elektrolyt tegengaan

• Vermijden aanwezigheid elektrolyten• Verven en tapes

Operationele parameters

Herstellingen en onderhoud

Inspectie en monitoring

Externe bronnen

Schade-analyses

Corrosiepreventie


Voorbeeld materiaalselectie

ROESTVAST STALEN




ROESTVAST STALEN5 basistypes metaalstructuren

> 12% Cr toevoegen aan staal anticorrosie Basis: Fe + C + Cr + …

Ferritisch RVS Austenitisch RVS Duplex RVS = Austeniet + Ferriet Martensitisch Precipitatiegehard

Ni Mo Mn

Ti Nb Si

N Al Cu

thermomechanischevormgeving


Austenitisch RVS

• Cr + > 8% Ni austeniet

• Niet magnetisch als ontlaten !!

• Lasbaar en vervormbaar

• Niet thermisch hardbaar

• Thermische eign. niet gunstig

• Superieure KSW bij lage T

• Roestvastheid in versch. gradaties

Roestvast stalen




Austenitisch RVS

• Gevoelig aan SCC

• Basis: AISI 304 (18-8)

• Risico put- en spleetcorrosie +Mo : 316

Chemische industrie, marine condities

• Risico lasgevoeligheid (IGC): remedie 1L-soorten = < 0,03% C : 304L, 316L, …

• Risico lasgevoeligheid (IGC): remedie 2

Gestabiliseerde soorten = met carbide-vormers Ti, Nb, … : 321, 347, 316Nb

Roestvast stalen


Duplex RVS

• Austeniet + Ferriet (50/50)• Corrosievastheid F +

Verwerkbaarheid A

• Relatief hoge sterkte

• Lasbaarheid !!!!!• T < 280°C !!!!!

• Betere bestendigheid tegenSCC in halidemilieus

Put- en spleetcorrosie

• Risico selectieve uitloging

Roestvast stalen




Beitsen en passiveren Verwijderen van tijdens warmtebehandelingen of lassen ontstane

oxiden op het metaaloppervlak + bekomen ‘goede’ oxidelaag

Roestvast stalen


EXTERNE bronnen

Corrosiepreventie




CorrosietypesBesmettingscorrosie

• aanwezigheid roestdeeltjes op het oppervlak

• Roestdeeltjes verlagen lokaal Cr2O3 gehalte van de passivatielaag doorbreken passivatielaag pitting

• roestdeeltjes kathodisch vs. RVS anodisch


Externe bronnen

Vreemde substanties

• Milieuvervuiling

• Zand / druppels• Gassen• Chlorides etc. • Corrosie elders (veelal upstream)

Procesaanpassingen

• Verhoogde snelheden

• Temperatuurwijziging • Wijziging samenstelling• Fluïdum beladen met deeltjes• Fluïdum beladen met druppels (bv.

druppelslagerosie)

Verpakking

• Condensatie

• Beschermfilmen (bv. siliconen op nog te coaten onderdelen)

Stockage

• Besmettingscorrosie

• Condensatie• Stapeling

Inspectie en onderhoud

• Aarding

• Reiniging • (Herstel)lassen• Black box leveringen

Monitoren




Vervoer en bescherming

Vb. met wat mag je op metaal schrijven?

Vb. invloed verpakking en opslag

Black-box aankopen

Corrosiepreventie


Markeren van metalen

Met wat?

• Lijm?

• Markeerstiften?

• Potlood?

• Luchtdrukpen?

• …

Waar?

• Lijm?

• Luchtdrukpen?

• …

Corrosiepreventie




Verpakking en opslag

• Risico condensvorming?

• Opstapeling water?

• White stain Zn?

• Beschermfolies

• Oliën

• CUI

• Blackbox

• …•

Corrosiepreventie


Vb. Blackbox

• RVS Autoclaaf

• Stoomsterilisatie voeding

• Geen gedeminiraliseerd water

• Reinigingsproduct met o.a. NaOH

• Lassen verkleurd = oververhit

• Oververhit = gesensitiseerd

• Gesensitiseerd = gevoelig voor IGC

• Rol inspectieprocedure?

Corrosiepreventie




Ontwerp, design

Vb. White stain

Vb. Stoomklep

Atmosferische corrosie / CUI

Corrosiepreventie


White stain

Verzinkt staal

Vocht

Bij verlaagd zuurstofgehalte

Gelijkenissen spleetcorrosie

In opslag, montage …

Ontwerpfout? Planning?

Corrosiepreventie




Vb. stoomklep

Batchproces

Stoominjectie in reactorkuip

Dubbele klep (cf. sas)

Aantasting flens en klep aan reactorzijde

Wat ligt aan de basis? (en/of)• Design dubbel klepsysteem?

• Design nozzle-verbinding met reactor?

• Procedure start stoominjectie?

• …

Corrosiepreventie


Atmosferische corrosie / CUIWordt bevorderd door …

Klimatologische condities

Wandtemperatuur

Type isolatie

Ontwerp en constructie

Bedrijfscultuur

Corrosiepreventie




Atmosferische corrosie / CUIPreventie bij opbouw en onderhoud (1)

• schade aan of lekken in de isolatie (fout overlap)

• bochten aan het laagste punt bij vertikale leidingen

• ondersteuningen en doorboringen van de isolatie

• begin- en eindpunten van de isolatie vooral bij vertikale leidingen

• dode eind stukken zoals monsterpunten en afblaasleidingen

• locaties in de overheersende windrichting van koeltorens

• locaties waar veel wordt gespoeld of waar sprinklersystemen worden getest



Atmosferische corrosie / CUIPreventie bij opbouw en onderhoud (2)

• laagste punt van hellende leidingstukken• isolatie rond afsluiters en passtukken• bijkomende koeling van de mantels van koelers• inspectie na lassen in het veld• alle gebieden waar abnormale fenomenen worden waargenomen, zoals

mosgroei, of ijsvorming• lekke trace leidingen• Strooizout: ureum i.p.v NaCl





Atmosferische corrosie / CUIMonitoring?

Vochtdetectie in isolatie Diktemetingen Floorscan via magnetic flux leakage Via het verbruik van de anodes Via gedrag CP In erge gevallen KAN JE HET ZIEN !!! Bedrijfscultuur !!! …



Uitvoering

CUI – zie voorgaande

Gesoldeerd leidingwerk

Organische coatings

Corrosiepreventie




Gesoldeerde leidingen

• Leidingnetwerk in koperleg.

• Sanitair warm water

• Gebrekkige afschuining/ontbraming

• Gebrekkige soldering

• Opstapelplaatsen voor kalk etc.

• Leidt tot cavitatie en spleetcorrosie

Corrosiepreventie


Verven en tapes

Kwaliteit coating = f (…)

• Type coating (materiaalkeuze !!!)

• Voorbehandeling

• Aanbrengtechniek en –kwaliteit

Corrosiepreventie




Aandachtspunten coatings

Type coating: de selectie moet rekening houden met:constructie materiaalmetaal temperatuurde omgeving (ondergronds, bovengronds, onder water)aanwezigheid van en interactie met een isolatie

Voorbehandeling van het oppervlaklasspetters verwijderenscherpe randen rond makenstralen heeft de voorkeur boven manueel ontroesten met behulp van draagbare gereedschappen.

Aanbrengtechniek en -kwaliteitProduct specificaties volgen (temperatuur en vochtigheid,..)Supervisie en eindinspecties zijn belangrijk (o.a. afvonken)

Corrosiepreventie


Preventie bij onderhoud

Onderhoud coating !!!

Inspectie: visueel en afvonken

Risico beschadiging coating bij plaatsen/verwijderen isolatie herstellen

Contact met water en andere solventen vermijden

Deterioratie coating ifv de tijd = f(type, tijd, T, UV, …)

Corrosiepreventie




Anodische bescherming

Opofferingsanodes

Galvanisatie

Corrosiepreventie


Anodische protectie

Mg, Zn, Al beschermen staal

Corrosiepreventie




Verzinken = Galvaniseren

Corrosiepreventie

Discontinu thermisch verzinken

Continu thermisch verzinken

Elektrolytisch verzinken

Zinkrijke verf

Metallisatie

Opofferanodes


CorrosiepreventieVerzinken = Galvaniseren

Zink beschermt staal

Figuur: in zeewater, 10-30°C

wit: 2-4 m/s en geagiteerd, zwart: stilstaand en niet geagiteerd




Kathodische bescherming

(Opofferingsanodes)

Opgedrukte stroom

Corrosiepreventie


Kathodische protectie

Via een externe stroombron en gelijkrichter wordt de richting van de elektrische stroom omgekeerd Bescherming structuur

• Complementair met een coating

• Inerte anode

• Regelmatige controle EKB = -850 mV t.o.v. Cu/CuSO4, IKB =0.005 tot 5mA/m2

• Risico lekstromen

• Risico vorming OH- witte neerslag en SCC

• Risico waterstofvorming onthechting coating

Corrosiepreventie




Bedrijfsvoering

Normale operatie

Transiënten

Zuiverheid medium

Onderhoud / wijzigingen installatie

Herstellingen

Corrosiepreventie


Normale operatieVb. reactorkuip pharma Batchproces zonder water

Maar toch roestafzettingen?

Van IGC van de wand • Elektrolytvorming?

• Positie injectiepunt?

Corrosiepreventie




TransiëntenPassivatie behouden

• Potentiaal / Zuurtegraad

• Polarisatie

• Injectie (water)conditionering

• Stoppen roerder/pompen

Te warm / te koud• Sensitisatie lassen

• Viscositeit

Te hoge/lage snelheid • Erosie(corrosie)

• Afzettingen

Onverwachte reacties

enz.

Corrosiepreventie


Operationale parameters

Zuiverheid Oliën

• zwavel, chlorides, …

• Afzettingen

Afvalstromen • vb. Bezinkingstank in RVS?

• Milieuverontreiniging

• Samenstelling en temperatuur

(verbrandings)gassen?

Enz.

Corrosiepreventie




Onderhoud / wijzigingen

vb. sluiten mangat tijdens shutdown

vb. onderhoud filters

vb. reinigingen met NaOH

vb. ankerhaken muurpanelen(indirecte schade via reiniging muurpanelen)

vb. connectie stookolietank:

corrosie retour na heraanleg oprit

Corrosiepreventie


HerstellingenVb. oplassen / solderen

• Voorbereiding

• Procedure? – cf. WPS

• Invloed WBZ Lassen: WBZ op WBZ !!!= telkens extra sensitisatie

• Afwerking

• Risico’s Afzettingen (spleetcorrosie, …)Scheurvorming VervormingenOververhitting Overmatige sensitisatie

Corrosiepreventie




Inspectie en monitoring:

Traceerbaarheid

Inspectieprocedure?

Corrosiepreventie


Traceerbaarheid: het start met … materiaalcertificaten (EN 10204)

Corrosiepreventie

Cert. nr. Testen Validatie

Type 2.1 Neen Fabrikant

Type 2.2 Niet-specifiek Fabrikant

Type 3.1 Specifiek NoBo fabrikant

Type 3.2 Specifiek Nobo’s fabrikant + klant




Materiaal-

certificaten

Volgens de regels van de kunst


Overstempelen en traceringCorrect en volledig

1. Aanduiding versnijdingTekening en/of fotografischOverzicht en detail

2. Versnijding en bewerking Vermijd besmetting (bv. RVS of Cu-legering op CS) Alle stukken coderenAlle stukken een eigen, unieke code, verwijzend naar het dossier met verdere gegevens (constructiedossier)Linken met certificaat en testdossier

3. StockageKlassementsysteem?Stockagecondities = DROOG, kamertemperatuur, val- en schokveilig

Corrosiepreventie




Bv. Inspectie

• RVS Autoclaaf

• Stoomsterilisatie voeding

• Geen gedeminiraliseerd water

• Reinigingsproduct met o.a. NaOH

• Lassen verkleurd = oververhit

• Oververhit = gesensitiseerd

• Gesensitiseerd = gevoelig voor IGC

• Rol inspectieprocedure?

Corrosiepreventie


CORROSIEMONITORING

= Technieken + Databeheer + ?




Monitoring: Technieken:

Monitoring ontwerp- en uitvoeringsproces

Monitoring productieparameters

Monitoring transities (start, shutdown, incidenten, …)

Inspectie (is slechts een deel van monitoring)

Onrechtstreekse parameters (watereigenschappen, vervuilingen analyseren, trillingen, …)

Corrosiecoupons (massaverlies), al dan niet gecombineerd met

Elektrische weerstandprobes (ER)

NDO technieken (dikte, Eddy Current, US, AE, Magnetic Flux Leakage, …)

Lineaire polarisatieweerstandprobe (LPR)

Electrical Noise

Via anodeverbruik of via reactie CP systeem

Lekdetectiesystemen voor bv. CUI

Enz.


Monitoring: Databeheer

Geüniformiseerde proceduresCoherente databases en programma’sPeriodiek of via RBI ?Voorspelbaarheid? (uniform versus lokaal / parametervariaties / …)

Monitoring: een taak van IEDEREEN

TeamwerkRegistratiemotivatiePermanente training…Bedrijfscultuur




Monitoring samengevat

Materiaalkeuze, ontwerp en nieuwbouwinspectie zijn key

Voor bestaande installaties en voor nieuwbouw:• Inspectie is slechts een deel van monitoring• Onrechtstreekse monitoringmogelijkheden• Rechtstreeks monitoring• Opvolging + inspectie/maintenance planning• Databeheer en -onderhoud

!!! Enorm veel mogelijkheden om op te volgen !!!

DOEN


Conclusie

Corrosiepreventie




Onderhoud

Inspectie-methodes en

-rapporten

Corrosiecontrole

Materiaalkeuze en -certificaten

WPS

WPQR

TekeningenOntwerp

Proces-voering

Oplevering

Transiënten• start-stop• excursies• incidenten• accidenten• upgrade

Herstellingen

…

Corrosiepreventie en -monitoringlasgroepregionoord.be/wordpress/wp-content/uploads/... · Lasgroep...

Documents

Transcript of Corrosiepreventie en -monitoringlasgroepregionoord.be/wordpress/wp-content/uploads/... · Lasgroep...