Konferenzbericht: Der Kampf gegen Korrosion
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Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen |
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STEWARDSHIP in der chemischen Verfahrenstechnik ist ein Prozess, bei dem jemand die Verantwortung hat
sicherzustellen, dass die Anlage ordnungsgemäß funktioniert. |
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NICKEL LEGIERUNG N06059 ist jetzt so weit entwickelt, dass sie kommerziell, wie hier beim
Sondermülltransport genutzt werden kann. |
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LEGIERUNG R20033 wird in diesem Beiztank verwendet. Die Legierung wurde für hochoxidierende Umgebungen
entwickelt. |
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NICKELLEGIERUNGEN lassen sich mittels sog. Mehrstoffschutzgase zweimal so schnell schweißen. |
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Español |
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Verfahrensingenieure diskutieren über Korrosion, Schweißen und den Einsatz neuer Legierungen.
Nickel Magazine, Juli 2004 -- Anlässlich der Jahreskonferenz der NACE International, zu der rund 200 Verfahrensingenieure aus aller Welt nach New Orleans gekommen waren, erläuterten neun Korrosionsschutzfachleute im Rahmen einer Veranstaltung mit dem Titel‚ Process Industry Corrosion in the New Millennium’ die technischen Herausforderungen in der Verfahrenstechnik aus ihrer Sicht. Die Konferenz ist die weltweit größte Zusammenkunft von Korrosionsschutzfachleuten. Die in diesem Beitrag vorgestellten Höhepunkte der Konferenz unterstreichen die führende Rolle nickelhaltiger Werkstoffe in der Verfahrenstechnik.
Verbesserte Legierungen
Für bestimmte verfahrenstechnische Anlagen schreiben Spezifikationen immer häufiger nickelhaltige Legierungen vor. So auch bei Bayer, einem der größten Unternehmen der Chemiebranche. Laut Chak M. Wong von Bayer Corp. wurden in den Betrieben der US-Tochter Anlagenkomponenten wie z.B. Kondensatoren und Wärmetauscher aufgrund verschiedener korrosionsbedingter Probleme mit Rohrleitungen aus Edelstahl Rostfrei S31603 nachgerüstet.
Eines der größten Probleme am Golf von Mexiko im Süden der USA sind Legionärsbakterien, sagt Wong. Um diese Bakterien abzutöten setzen viele Anlagenbetreiber dem Prozess Chlor hinzu. Sie nehmen lieber etwas Korrosion als diese Bakterien in Kauf. Doch dies hat verschiedene Folgen für die Instandhaltung.
Wong berichtete von vier Fällen, in denen wichtige Anlagenteile zum Schutz gegen chlorbedingte Korrosion mit Leitungen aus S31603 Edelstahl Rostfrei nachgerüstet wurden.
Hoher Standard, Niedrige Kosten
Können große Chemieunternehmen Geld sparen, indem sie nur einen Typ von Schweißelektroden im Lager halten statt einer ganzen Palette, die Korrosionsschutz in den verschiedenen Anlagenbereichen gewährleisten?
Auf diese Frage ging Josef Heinemann von UTP Schweißmaterial GmbH nicht ein. Allerdings konnte er darlegen, dass in einer Reihe von Versuchen beim Verschweißen verschiedener Grundwerkstoffe eine bestimmte Nickellegierung (N06059) in Bezug auf Korrosionsfestigkeit die besten Ergebnisse erzielte.
In New Orleans stellte er die Ergebnisse einer Reihe von ASTM-Korrosionsversuchen vor, die er mit den Schweißzusätzen N06022, N06059, W86022 und W86059 an verschiedenen verschweißten Grundwerkstoffen durchgeführt hatte. Er kam zu dem Schluss, dass N06059 für seine Kombination aus Grundwerkstoffen der beste Schweißzusatz ist. Doch er ging noch einen Schritt weiter mit der Aussage, dass N06059 und W86059 auch zum Schweißen aller anderen Grundwerkstoffe auf NiCrMoFe-Basis und für legierte austenitische Stähle verwendet werden können.
Zwar wurde deutlich, dass dieser Schweißzusatzwerkstoff die korrosionstechnisch besten Ergebnisse liefert, abzuwarten bleibt jedoch, ob sich bei Verwendung nur dieses einen Zusatzwerkstoffs in einem Großunternehmen auch tatsächlich Kosten sparen lassen. Natürlich müsste jedes Unternehmen neue Schweißverfahren definieren, damit dieses Zusatzmetall auch in den verschiedenen Grundwerkstoffkombinationen eingesetzt werden kann.
Doppelte Schweißgeschwindigkeit
Legierungen auf Nickelbasis lassen sich mittels Metall-Schutzgas- bzw. Metall-Lichtbogenverfahren in Kombination mit Mehrstoffschutzgasen anstelle reiner Schutzgase wie z.B. reinem Argon deutlich besser verschweißen.
Zu diesem Schluss kam jüngst eine Untersuchung der Linde AG.
Thomas Amman von Linde stellte in seinem Vortrag ein neu entwickeltes und geprüftes Mehrstoffschutzgas vor, das einen stabilen Bogen gewährleistet, hervorragende Benetzungseigenschaften aufweist und eine höhere Schweißgeschwindigkeit ermöglicht.
Das Gas wird in Europa vertrieben, ist aber auch in den USA auf Bestellung erhältlich. Es besteht aus Argon (als Grundgas), 0,05% Kohlendioxid zur Stabilisierung des Lichtbogens sowie 30% Helium, dessen Wärmeeffekt hervorragende Benetzungseigenschaften ermöglicht. Ferner enthält es 2% Wasserstoff, was die Schweißgeschwindigkeit auf bis zu 50 cm pro Sekunde erhöht und damit gegenüber reinem Argon verdoppelt. Argon-Helium-Gemische werden für gewöhnlich zum Schweißen von Nickellegierungen verwendet. Durch dieses Gas wird das Verfahren offensichtlich noch weiter verbessert.
Das Gas eignet sich allerdings nicht zum Schweißen von Edelstahl Rostfrei.
Noch Fragen zur wärmebedingten Verfärbung?
Korrosionsfachleute sind sich noch immer uneins, inwieweit sich das durch die Wärme des Schweißvorgangs bedingte leichte Verfärben eines Metalls im Bereich der Schweißnaht negativ auf die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl Rostfrei oder Nickellegierungen auswirkt.
Es gibt einfache, allgemein bekannte Verfahren (z.B. das Tauch- oder Sprühbeizen oder die Verwendung von Beizpaste), mit denen sich diese Verfärbung entfernen lässt. Allerdings werden hierbei relativ giftige Chemikalien eingesetzt. Doch müssen diese Verfärbungen überhaupt entfernt werden? Könnte man die Kosten rechtfertigen? Und wie ließe sich prüfen, ob die passive Schicht tatsächlich beschädigt wurde?
Es gibt einen Korrosionsschutzfachmann, der davon überzeugt ist, dass diese Verfärbungen entfernt werden müssen: Rudolf Morach von Ciba Spezialitätenchemie. Er hat einen einfachen kugelschreibergroßen elektrochemischen Messfühler entwickelt, mit dem die durch die Verfärbung bedingte lokale Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit um den Schweißpunkt gemessen werden kann. Mit diesem Messfühler führte Morach ein umfangreiches Testprogramm an verschweißten Stücken aus Edelstählen und Nickellegierungen durch.
Die Ergebnisse waren eindeutig: Beizen bringt eine große Verbesserung. Das Nickel Institute hat nie die Ansicht vertreten, dass Verfärbungen immer gebeizt werden müssten. Doch ist man der Meinung, dass dies bei vielen (aber nicht allen) Korrosionsschutzmaßnahmen vorteilhaft ist. Vielen Dank Herr Morach.
Stewardship für Anlagen
Um die Freisetzungen gefährlicher Stoffe in Fertigungsbetrieben zu reduzieren, muss bei verfahrenstechnischen Anlagen die Führungsverantwortung (Stewardship) geregelt sein.
Dies ist laut Robert E. Smallwood von der Det Norske Veritas (USA) Inc. für Betreiber chemischer Anlagen nur eine von vielen Möglichkeiten, mit denen die Zahl der durch Freisetzungen bedingten Personenschäden inner- und außerhalb des Betriebsgeländes verringert werden kann.
Stewardship bedeutet, dass jemand befugt ist, die ordnungsgemäße Funktion einer Anlage sicherzustellen. "Würden Verantwortung und Befugnisse stärker an Einzelne delegiert", meint Smallwood, "so würde mechanische Integrität bei der Projektierung verfahrenstechnischer Anlagen eine größere Rolle spielen." Smallwood schätzt, dass mindestens 10-15% aller prozesstechnischen Anlagen nicht den Normen entsprechend gebaut werden.
Stewardship in der Verfahrenstechnik würde dazu führen, dass Behälter aus korrosionsbeständigen Legierungen hergestellt würden und somit nicht mehr zu Inspektionszwecken begehbar sein müssten, sagt Smallwood. Die höheren Kosten der Legierungen würden sich schnell amortisieren.
Neue Legierungen
Es ist interessant, die Entwicklung neuer Legierungen in den verschiedenen Phasen vom ersten Labortest bis hin zu einer breiten Vermarktung mitzuverfolgen. Vier dieser Legierungen auf Nickelbasis wurden in New Orleans vorgestellt.
Chlorhaltige Phosphorsäure in Hochtemperaturprozessen ist ein sehr aggressives Medium, besonders wenn sie abrasive Feststoffe enthält. Bei der Gewinnung von Phosphorsäure aus Phosphatgestein spielt sie jedoch eine wichtige Rolle. Säurehersteller sind ständig auf der Such nach Legierungen, die eine längere Standzeit ihrer Anlagen gewährleisten. Martin Caruso beschreibt in seinem Beitrag, wie bei Haynes International die Nickellegierung N06035, die einen hohen Anteil an Chrom und Molybdän besitzt, genau für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurde. Nachdem die Eignung dieser Legierung in Autoclav-Tests bestätigt werden konnte, wird sie inzwischen in der Praxis eingesetzt. Bei anderen Säuren ist die Verwendung dieser Legierung ebenfalls denkbar.
Larry Paul von ThyssenKruppVDM stellte eine Reihe von Ergebnissen aus praktischen Versuchen mit der Legierung R20033 vor. Sie besteht aus ca. 33% Chrom, 33% Nickel, 0,5% Stickstoff aber nur zu 1% aus Molybdän und wurde speziell für stark oxidierende Umgebungen entwickelt, wie sie etwa bei Salpeter- und einigen Schwefelsäureanwendungen auftreten. Die Legierung wurde bereits erfolgreich in einem Hochtemperaturprozess als Auftragwerkstoff bei Kesselrohren eingesetzt, einem Bereich, für den sie ursprünglich gar nicht entwickelt wurde.
In einem weiteren Beitrag von ThyssenKrupp VDM stellte Helen Alves eine Fallstudie zur Herstellung von Vitamin C vor. Da hierbei mehrere Chemikalien zum Einsatz kommen, mussten die besten Legierungen in Labortests ermittelt werden. Dabei erwies sich N06059, eine Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung aus dem oberen Bereich der C-Legierungen, als die beste Legierung. N06059 ist inzwischen auf dem Markt erhältlich.
Lee Pike und Dwaine Klarstrom von Haynes International gingen auf eine neue, unter dem Markennahmen C-22HS [TM] bekannte hochfeste Legierung ein, die sich in punkto Korrosionsbeständigkeit mit N06022 vergleichen lässt, im ausgehärteten Zustand aber fast die doppelte Stärke aufweist.
FOTOS: Tim Pelling/Nickel Institute, ThyssenKrupp VDM.
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Weitere Informationen zu diesen Berichten entnehmen Sie bitte den Beiträgen, die bei der Corrosion NACExpo
2004 präsentiert wurden. Diese erhalten Sie im PDF-Format von NACE International. Die jeweilige Katalogsnummer ist in Klammern angegeben.
2. Corrosion and Damage in Cooling Water Systems - Some Case Histories (04216), by Chak M. Wong. 3. A New Nickel Alloy Resistant to "Wet Process" Phosphoric Acid (04221), by Paul Crook and Martin Caruso. 4. Investigation Concerning the Application of the Weld Filler Metals FM 59 and FM 22 for Welding of Nickel Alloys of the C-Series (NiCrMo Alloys) in Chemical Process Industry (04224), by Josef Heinemann. 5. Alloy 33: A versatile Alloy for Concentrated Mineral Acid and Other Applications (04226), by Larry D. Paul. 6. Analysis of Welded Stainless Steels and Nickel Base Alloys Using a Locally Resolving Electrochemical Sensor (04232), by Rudolf Morach and Markus Buechler. 7. Alloy Selection for Organic Environments with Small Additions of H2SO4 or HCl (04235), by Helena Alves and Helmut Werner. 8. Influence of Shielding Gases on Corrosion Properties of Nickel Alloy Weldments (04237), by Josef Heinemann and Thomas Ammann. 9. A New Corrosion Resistant Ni-Cr-Mo Alloy with High Strength (04239), by Lee M. Pike and Dwaine L. Klarstrom. |
