August 2020 - In dem aktuellen World Pipelines Magazin beantworten Michael Schad und Luc Perrad Fragen rund um das Thema Pipeline Beschichtungen. Sie sprechen über die Folgen mangelhafter Verarbeitung, Einhaltung hoher Standards und die Anforderungen für einen langlebigen Korrosionsschutz.
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Wie können innovative Beschichtungen für Korrosionsbeständigkeit sorgen?
Per Definition bezeichnet innovativ etwas, das auf den aktuellsten Entwicklungen auf dem Markt basiert. Bei Beschichtungen für Öl- und Gas-Pipelines sind die neuesten Beschichtungen folgende:
- ● Werksbeschichtungen:
- ○ 3-Lagen-Polyethylen (3LPE)
- ○ 3-Lagen-Polypropylen (3LPP)
- ○ Fusion Bond Epoxy (FBE)
- ● Baustellenbeschichtungen:
- ○ Baustellenverbindungen:
- ▪ 3-Lagen-Schrumpfmanschetten
- ▪ 3-Schicht-Polyethylen-Butyl-Bänder
- ▪ Flüssigbeschichtungen (z. B. Epoxidharze und Polyurethane)
- ○ Rehabilitierung:
- ▪ Flüssigbeschichtungen (z. B. Epoxidharze und Polyurethane)
- ▪ 3-Schicht-Polyethylen-Butyl-Bänder
- ○ Baustellenverbindungen:
Im Allgemeinen muss jede Beschichtung den bestmöglichen Korrosionsschutz bieten und einen hohen Grad an mechanischem Schutz gewährleisten, damit die Beschichtung nicht beschädigt wird. Bei vor Ort aufgetragenen Beschichtungen müssen wir ebenfalls die Anwendungsfreundlichkeit auch bei rauen Bedingungen auf der Baustelle berücksichtigen (Umgebungstemperaturen, Sand, verunreinigte Oberflächen usw.). Beschichtungssysteme müssen die anspruchsvollsten internationalen Normen erfüllen; das beste Zeugnis für ein Beschichtungssystem ist es, wenn die Korrosionsbeständigkeit langfristig gewährleistet ist. Ihre Leistung wurde durch jahrzehntelangen Einsatz nachgewiesen, wobei sie gute Ergebnisse in Sachen Adhäsion, Wasser- und Sauerstoffbeständigkeit, elektrischer Isolation, Beständigkeit gegen kathodische Ablösung und mechanischer Festigkeit aufweisen.
Welche Rolle spielen die Vorbereitung der Pipeline-Oberfläche und das Auftragen der Beschichtung beim Erfolg der Beschichtung?
Diese Frage bezieht sich auf Baustellenbeschichtungen, bei denen die Arbeitsbedingungen nicht vollständig beeinflusst werden können.
Die Oberflächenvorbereitung umfasst Sauberkeit (kein Staub, Schmierfett usw.), Oberflächenprofil (Rauigkeit) und Feuchtigkeit (Regen, Nebel oder Kondensation):
- ● Sauberkeit und Feuchtigkeit beeinflussen die Adhäsion.
- ● Das Oberflächenprofil beeinflusst die kathodische Ablösung.
Die Bedingungen zum Auftragen der Beschichtungen hängen von der Art der Beschichtung ab:
- ● Schrumpfmanschetten erfordern ausreichend Wärme samt Vor- und Nachwärmen. Außerdem darf es unter der Manschette nicht zu Lufteinschlüssen kommen.
- ● Bei flüssigen Beschichtungen müssen das korrekte Mischverhältnis, die korrekte Schichtdicke und genug Aushärtezeit zwischen den einzelnen Durchgängen eingehalten werden.
- ● 3-Schicht-Polyethylen-Butyl-Bänder müssen ausreichend gespannt sein und durchgehend überlappen, was sich für gewöhnlich einfach mit einem Handwickelgerät oder einem motorisierten Wickelgerät wie dem DENSOMAT®-11 erzielen lässt.
Die Beschichtungssysteme müssen die höchsten internationalen Normen erfüllen; Beschichtungsversagen vor Ort wird meist nicht durch Versagen bei den Materialeigenschaften hervorgerufen, sondern durch die inkorrekte Oberflächenvorbereitung und ein unsachgemäßes Auftragen der Beschichtung. Darum müssen wir den menschlichen Faktor beim Beschichtungsversagen minimieren, indem wir Beschichtungen entwickeln, die leicht aufzutragen sind und eine geringe Anfälligkeit für Versagen aufweisen. Ein Beschichtungssystem, das während der Anwendung einfach korrigiert oder angepasst werden kann (auch mit einer Maschine), hat die größten Erfolgsaussichten.
Wie beeinflussen Beschichtungen die Durchflusseffizienz?
Dieses Thema bezieht sich auf Gas-Pipelines. Innere Beschichtungen (dünne Schicht aus Epoxidharz, die durch die Verdunstung der Lösungsmittel aushärtet) reduzieren die Reibung zwischen der Innenwand der Pipeline und dem geförderten Gas. Durch eine innere Beschichtung des Rohrs kann die Durchflusseffizienz um über 20 % gesteigert werden. Die innere Beschichtung liefert eine glatte Oberfläche, die Turbulenzen und Reibung im Rohr deutlich reduzieren. Als Folge werden Druckabfälle (oder -verluste) im Rohr ebenfalls reduziert, wodurch die Zahl der Kompressorstationen entlang der Pipeline verringert werden kann. Die finanziellen Vorteile durch die verringerte Anzahl an Kompressorstationen gleichen die Kosten der Innenbeschichtung größtenteils aus. Die Hauptfunktion der Innenbeschichtung ist ein verbesserter Produktdurchfluss und nicht so sehr der Schutz der Pipeline-Innenwände vor Korrosion. Dies ist bei Rohöl-Pipelines anders, wo Bakterienbefall im Rohr auftreten und Korrosion verursachen kann. Dieses Phänomen wird als mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (Microbiological Influenced Corrosion, MIC) bezeichnet.
Können Sie einige aktuelle innovative Entwicklungen im Bereich der Pipeline-Beschichtungen nennen?
Wie bereits angesprochen ist die Oberflächenvorbereitung von größter Bedeutung für die Leistung der Beschichtung, besonders in puncto Adhäsion. Der Schutz der Stahloberfläche im Freien gegen Feuchtigkeit (Regen oder Nebel) lässt sich leicht durch geeignete Ummantelungen erzielen. Jedoch ist es deutlich schwieriger und häufig sehr kostspielig, die Kondensationsfeuchte zu entfernen, die durch Luftfeuchtigkeit verursacht wird (Substrattemperatur unter Taupunkt). Dies tritt für gewöhnlich bei Pipelines auf, bei denen die Temperatur des geförderten Produkts niedrig ist. Viele Pipeline-Betreiber möchten den Produktdurchfluss während dem Auftragen der Beschichtung nicht reduzieren oder unterbrechen (Profitverlust). Sie sind auch finanziell nicht darauf vorbereitet, die Baustelle vollständig mit klimatisierter Luft abzudichten.
Die effizienteste Alternative ist dann ein Beschichtungssystem, das auf feuchten Oberflächen aufgetragen werden kann und gleichzeitig die erforderliche Leistung aufweist, um das Substrat gegen Korrosion zu schützen. Diese Art von Beschichtung wurde vor kurzem durch die Kombination von zwei Bändern, einem Petrolatum-Band und einem Polyethylen-Butyl-Band, entwickelt, die stark aneinanderhaften (und somit ein kohäsives Versagen beim Peel-Test aufweisen). Im Gegensatz zu Epoxidharzen für feuchte Oberflächen muss nicht für Reinheitsgrad SA 2½ gestrahlt werden.
Welche internationalen und nationalen Normen sind wichtig?
Die Antwort hängt vor allem vom geographischen Standort der Pipeline-Betreiber ab.
In Europa, Afrika, dem Nahen Osten und Westasien werden vor allem internationale Normen der EN- und ISO-Organisationen genutzt. Bei Beschichtungen sind die relevantesten internationalen Normen ISO 21809-3 für Baustellen-Verbindungsbeschichtungen und ISO 21809-1/2 für Werksbeschichtungen. Die Europäische Norm EN 12068 ist weiterhin renommiert und sehr beliebt für Verbindungen vor Ort, die mit Bändern oder Schrumpfmanschetten ausgeführt werden, da bei dieser Norm die praktischen Aspekte von verschiedenen Spannungsbelastungen am Standort berücksichtigt werden. Im Allgemeinen sollten sich alle Normen auf Spannungsbelastungen beziehen und lastfallabhängig sein und sich nicht bloß auf eine materialbasierte Auswahl beziehen.
- ● In Nordamerika sind die NACE-Normen für Öl- und Gas-Pipelines und die AWWA-Normen für Wasser-Pipelines die wichtigsten Normen.
- ● In Russland und den Mitgliedern der GUS sind die GOST-Normen am wichtigsten.
Nationale Normen spielen eine immer kleinere Rolle.
Wie verhindert man Beschichtungsversagen?
Es ist in der Pipeline-Industrie bekannt und allgemein anerkannt, dass der Großteil der Fälle von Beschichtungsversagen die Folge von schlechten Beschichtungsbedingungen ist. Diese Bedingungen beziehen sich für gewöhnlich auf Oberflächenbehandlung, Witterungsbedingungen, Kondensation und Salzverunreinigung. Hinzu kommt die Nichtbeachtung der Herstellerempfehlungen. Ein weiterer Grund für Beschichtungsversagen ist die falsche Beschichtungsauswahl: Parameter wie die Betriebstemperaturen der Pipeline, Rohrdurchmesser, Verfüllmaterialien und mechanische Schläge müssen bei der Auswahl des richtigen Beschichtungssystems unbedingt berücksichtigt werden. Das beste Gegenmittel gegen Beschichtungsversagen ist die Berücksichtigung aller oben genannter Parameter.
Wie und warum führen sie Beschichtungsrehabilitierung durch?
Die Rehabilitierung von Rohrbeschichtungen ist notwendig.
Die Rehabilitierung der Rohrbeschichtung sollte erwogen werden, wenn die bestehende Beschichtung die Integrität der Pipeline beeinträchtigt. Es gibt keine allgemein anerkannte Richtlinie oder Norm, die die Beschichtungsbedingungen definiert, bei denen die Integrität der Pipeline gefährdet sein könnte. Jeder Betreiber übernimmt selbst die volle Verantwortung, ob er seine Beschichtung rehabilitiert oder nicht. Diese Entscheidung wird durch wirtschaftliche und Umweltfaktoren beeinflusst: Die Beschichtungsrehabilitierung einer Wasser-Pipeline unterliegt nicht denselben Kriterien wie eine Hochdruck-Pipeline zur Förderung von Gas.
Wichtige Schritte bei der Rehabilitierung von Rohrbeschichtungen:
- 1. Ausgraben des Pipeline-Abschnitts.
- 2. Entfernen der vorhandenen Beschichtung.
- 3. Oberflächenvorbereitung: Oberflächenprofil und Reinigung (Staub, Fett, Salz).
- 4. Auftragen der neuen Beschichtung und Aushärten.
- 5. Inspektion der neuen Beschichtung und mögliche Reparatur.
- 6. Verfüllen.
Die Beschichtungsrehabilitierung ist erforderlich, wenn die Werksbeschichtung nach 30 oder 35 Jahren im Dienst nachgibt oder spröde wird. Besonders Kohlenteer- und Bitumenbeschichtungen tendieren zu Sprödigkeit und müssen ersetzt werden. Nachdem die alte Werksbeschichtung durch Sand- oder Wasserstrahlen entfernt wurde, kann die neue Beschichtung vor Ort aufgetragen werden.
Zu bevorzugen sind selbstverschweißende 3-Schicht-Polyethylen-Butyl-Bänder oder flüssige Beschichtungen auf Epoxidharz- oder Polyurethanbasis. Für selbstverschweißende Bänder gibt es nachweisbare Erfolge für eine Einsatzdauer von über 40 Jahren. Diese Rohrabschnitte wurden ausgegraben und in Laboren getestet. Es wurden auch nach dieser langen Einsatzdauer hervorragende Ergebnisse erzielt: Selbst nach über 40 Jahren übertreffen sie die Anforderungen der aktuellen Normen ISO 21809-3 und EN 12068 Belastungsklasse C50 bei weitem.
Was sind aktuell die Einschränkungen der Beschichtungstechnologie?
Das ultimative Beschichtungssystem sollte eine Universallösung zum Schutz gegen Einflussfaktoren für alle Anwendungen sein – und es sollte einfach anzuwenden sein und gleichzeitig menschliches Versagen ausschließen oder zumindest erheblich reduzieren. Ist das denn überhaupt möglich? Bislang noch nicht, da es eine große Bandbreite an Einflussfaktoren gibt, auf die alle Materialeigenschaften abgestimmt werden müssen. Die ideale Eignung eines Produkts für eine bestimmte Anforderung ist möglicherweise für eine andere Anforderung oder eine andere Anwendung nicht so günstig. Es gibt verschiedene Anforderungen, die ein Beschichtungssystem erfüllen muss.
Das Alterungsverhalten einer Beschichtung ist ebenfalls eine wichtige Einschränkung bei allen Beschichtungssystemen: Selbst wenn eine Beschichtung in den ersten Jahren hervorragende Leistung aufweist, kann diese nach einer bestimmten Zeit nachlassen. Es ist darum von größter Wichtigkeit, eine Beschichtung auszuwählen, die nicht nur eine große Ausdauer verspricht, sondern sich auch über Jahrzehnte im Einsatz bewährt hat.
Die Auswahl der richtigen Beschichtung sollte anhand von belastbaren, objektiven Daten erfolgen, mit denen das beste System für die spezifischen Anforderungen des Standorts gewählt wird. Anstelle sich auf die Eigenschaften des Roh- oder Werkstoffs des Beschichtungssystems zu konzentrieren, sollten die erwarteten Belastungen wie Temperatur, Korrosion, Schlagbelastung, Onshore/Offshore usw. entscheidend für die Auswahl des richtigen Beschichtungssystems sein. Diese Kriterien sollten durch eine unabhängige Stelle geprüft werden. Zudem müssen die Anwender regelmäßig geschult werden, um sich mit den neuesten Beschichtungsverfahren vertraut zu machen.
Eine Kette ist nur so stark wie ihr schwächstes Glied. Dies gilt auch bei der Pipeline-Beschichtung. Die Lebensdauer einer Pipeline hängt maßgeblich von der richtigen Baustellen-Verbindungsbeschichtung ab. Bei einer neu installierten Pipeline macht die Baustellen-Verbindungsbeschichtung nur einen Bruchteil der Gesamtkosten aus. Selbst die Rehabilitierung einer bestehenden Pipeline ist deutlich günstiger als der Bau einer neuen – besonders, wenn man bedenkt, dass die Pipeline auch während der Rehabilitierung in Betrieb bleiben kann.
Wenn die Preise für Baustellenbeschichtungen so stark gedrückt werden, dass nur noch billige Materialien mit schlechter Qualität eingesetzt werden, wird das schwächste Glied der Kette noch schwächer.
DENSO Group Germany
Die DENSO Group Germany steht seit einem Jahrhundert für Qualität und wegweisende Lösungen für Dichtungstechnologie und Korrosionsschutz. DENSO Produkte – Made in Germany – schützen zuverlässig Straßen, Gebäude, Pipelines und Stationen. Mit Niederlassungen in sechs europäischen Ländern ist DENSO Group Germany Marktführer auf den wichtigsten zentraleuropäischen Märkten und setzt sein dynamisches Wachstum in Osteuropa, Asien, Afrika und Südamerika fort – mit Vertriebspartnern in über 100 Ländern auf der ganzen Welt.
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