Faktoren, die die Korrosionsbeständigkeit von Gasrohren aus Edelstahl beeinflussen

Betriebsumgebungsfaktoren in Edelstahl-Gasleitungen

Bei gasführenden Edelstahlrohren beginnen die schädlichsten Korrosionsszenarien typischerweise, wenn sich an der Rohrwand eine leitfähige flüssige Phase bildet. Ohne einen Elektrolyten (normalerweise Wasser) verlangsamen sich die meisten inneren Korrosionsmechanismen dramatisch.

Wasseranwesenheit und Gastaupunkt

Freies Wasser ist die ermöglichende Bedingung für die meisten inneren Korrosionen. Selbst wenn Gas eine Anlage „trocken“ verlässt, können Temperaturabfälle entlang der Strecke dazu führen, dass Wasser kondensiert, wenn der Wassertaupunkt nicht ausreichend kontrolliert wird. Branchenrichtlinien legen den Schwerpunkt auf die Dehydrierung, um den Gastaupunkt zu senken und korrosionsfördernde Bedingungen zu beseitigen.

• Störungen, die nasses Gas einbringen (oder Kondensation ermöglichen), konzentrieren das Risiko an Tiefpunkten, Totzweigen und stromabwärts der Kühlung.
• Kleine Wassermengen können ausreichen, wenn sie stagnieren und sich Salze, Eisenfeine oder Bakterien ansammeln.

Saure Gase, Sauerstoff und Salze, die einen lokalen Angriff „aktivieren“.

Sobald Wasser vorhanden ist, bestimmen gelöste Spezies den Schweregrad und die Fehlerart:

• Chloride (durch Verschleppung von Produktionswasser, Hydrotestwasser, eindringender Küstenluft oder Reinigungsflüssigkeiten) sind die häufigsten Auslöser für Lochfraß-/Spaltkorrosion und Chlorid-Spannungsrisskorrosion.
• CO₂ senkt den pH-Wert im Kondenswasser (Kohlensäure) und kann das allgemeine Korrosionsrisiko in Mischmetallsystemen erhöhen; Sauerstoffeinbruch kann die Korrosion in feuchten Regionen zusätzlich beschleunigen.
• H₂S verändert die Rissanfälligkeit und die Anforderungen an die Materialqualifikation in sauren Umgebungen; Die Materialverwendung wird üblicherweise durch MR0175/ISO 15156 geregelt.

Praktische Erkenntnis: Kontrollieren Sie den Prozess so, dass die Innenflächen sichtbar sind trockenes Gas und minimale Salzablagerung ; Wenn dies nicht garantiert werden kann (Anfahren, Molchen, Hydrotests oder nicht spezifikationsgerechtes Gas), sind Materialauswahl und Fertigungsqualität entscheidend.

Legierungschemie und Sortenauswahl: Warum „rostfrei“ kein einziges Material ist

Rostfreie Stähle sind korrosionsbeständig, da sich auf der Oberfläche ein dünner passiver Chromoxidfilm bildet. Bei chloridhaltiger Benetzung wird der Unterschied zwischen „ausreichender“ und „hoher“ Beständigkeit häufig durch den Gehalt an Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Stickstoff (N) bestimmt, der üblicherweise mithilfe der Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) verglichen wird.

Verwendung von PREN zum Vergleich des Lochfraß-/Spaltwiderstands

PREN ≈ %Cr (3,3 × %Mo) (16 × %N) . Ein höherer PREN weist im Allgemeinen auf eine verbesserte Beständigkeit gegen chloridbedingte Lochfraß- und Spaltkorrosion hin (ein Hauptproblem, wenn nasses Gas oder salzhaltiges Kondensat möglich ist).

Praktische Erkenntnis: Wenn eine Benetzung mit Chloriden glaubhaft ist (Kondensat, Hydrotest-Rückstände, Küstenexposition, produzierte Wasserverschleppung), sollte die Sortenauswahl auf dieser Grundlage basieren lokalisierte Korrosion und SCC-Rand , nicht nur „Edelstahl vs. Kohlenstoffstahl“.

Temperatur, Chloride und Stress: der SCC-„Stolperdraht“ für Gasleitungen

Chlorid-Spannungsrisskorrosion (Cl-SCC) erfordert drei Bedingungen gleichzeitig: Zugspannung (Restspannung in der Schweißnaht kann ausreichen), Chloride auf einer benetzten Oberfläche und erhöhte Temperatur. In der Praxis ist die Temperatur oft der Faktor, der aus einem überschaubaren Lochfraßrisiko häufig ein Rissrisiko macht.

Ein praktischer Grenzwert: 60 °C (150 °F) Richtwert

Wenn rostfreie Stähle vollständig eingetaucht sind, ist es selten, dass Chlorid-SCC unter etwa 60 °C (150 °F) auftritt. . Oberhalb dieses Bereichs steigt die Anfälligkeit stark an und selbst relativ niedrige Chloridwerte können problematisch werden – insbesondere bei Nass-/Trockenwechseln, bei denen sich Salze an der Oberfläche konzentrieren.

Steuerungen, die in realen Rohrleitungssystemen funktionieren

• Halten Sie die Metalltemperaturen nach Möglichkeit unter dem SCC-empfindlichen Bereich (Isolierungsdesign, Verlegung und Vermeidung von Hotspots).
• Reduzieren Sie die Chloridbelastung während des Hydrotests/der Inbetriebnahme und sorgen Sie für eine gründliche Entleerung und Trocknung (Restfilme können zu Löchern führen, die sich später zu Rissen entwickeln).
• Wenn Temperatur und nasse Chloride nicht zuverlässig vermieden werden können, spezifizieren Sie Duplex-/Super-Duplex-Materialien oder höher legierte Materialien (und qualifizieren Sie sie gegebenenfalls gemäß den geltenden Sauer-/Service-Standards).

Schweißen, Hitzetönung und Oberflächenzustand: Wie die Fertigung die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen kann

Bei Edelstahlrohren für Gas lassen sich viele „mysteriöse“ Korrosionsprobleme auf die Herstellung zurückführen: Anlauffarben, eingelagertes Eisen, schlechte Innenreinigung, grobe Endbearbeitung und unvollständige Reinigung/Passivierung. Diese Probleme führen zu Schwachstellen, an denen die Passivschicht beschädigt ist oder sich nicht gleichmäßig neu bilden kann.

Hitzeverfärbung und Oxidschicht nach dem Schweißen

Hitzetönung ist mehr als nur eine Verfärbung: Sie weist auf eine oxidierte Oberfläche und oft auf eine chromarme Schicht an der Oberfläche hin. Wenn es an Ort und Stelle belassen wird, kann es die lokale Korrosionsbeständigkeit genau dort, wo die Eigenspannungen am höchsten sind (Wärmeeinflusszone und Schweißnaht), deutlich verringern.

Beizen und Passivieren (und warum beides wichtig ist)

Durch Beizen werden Schweißzunder/Anlauffarben und die beschädigte Oberflächenschicht entfernt; Passivierung fördert einen robusten Passivfilm. Standards wie ASTM A380 (Reinigungs-/Entkalkungs-/Passivierungspraktiken) und ASTM A967 (chemische Passivierungsbehandlungen) werden häufig verwendet, um akzeptable Prozesse und Überprüfungen zu definieren.

• Verwenden Sie eine ordnungsgemäße Innenspülung, um starke innere Oxidation an den Schweißwurzeln der Rohre zu verhindern (besonders wichtig bei Gasleitungen, bei denen der interne Zugang nach der Montage eingeschränkt ist).
• Entfernen Sie Eisenverunreinigungen von Schleifwerkzeugen oder Kontakt mit Kohlenstoffstahl (Eisenaufnahme kann auf der Oberfläche „rosten“ und einen Angriff unter Ablagerungen auslösen).
• Geben Sie Akzeptanzkriterien für die Schweißnahtoberfläche an (glatte Übergänge, minimale Spalten), da die Geometrie die Spaltchemie und die Ablagerungsretention beeinflusst.

Design- und Installationsdetails, die die Korrosionsleistung steigern

Auch bei der richtigen Sorte und guter Schweißung entscheiden Konstruktionsdetails darüber, ob sich korrosive Flüssigkeiten und Ablagerungen ansammeln, ob Sauerstoff eindringen kann und ob galvanische Paare den Angriff beschleunigen.

Vermeiden Sie Spalten, Toträume und Flüssigkeitsfallen

• Gefällelinien sind praktisch und bieten Abflusspunkte an niedrigen Stellen, um stehendes Kondensat zu verhindern.
• Minimieren Sie tote Zweige und verkappte Äste. Stagniertes Wasser ist eine häufige Ursache für mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC).
• Verwenden Sie Dichtungs-/Verbindungskonstruktionen, die keine hartnäckigen Spalten erzeugen, in denen sich chloridreiche Solen ansammeln.

Galvanische Wechselwirkungen und Mischmetalle

Wenn Edelstahl mit weniger edlen Metallen (z. B. Kohlenstoffstahl) elektrisch verbunden ist und ein Elektrolyt vorhanden ist, kann galvanische Korrosion den Angriff auf die weniger edle Komponente beschleunigen und Ablagerungen an der Verbindungsstelle konzentrieren, was auch für Edelstahl ein lokales Korrosionsrisiko darstellt. Isolationsstrategien (dielektrische Verbindungen, sorgfältige Erdungskonstruktion und Vermeidung „nasser“ Verbindungen) verringern dieses Risiko.

Betrieb, Hydrotest und MIC: die „verborgenen“ Faktoren, die über die langfristige Beständigkeit entscheiden

Viele Korrosionsausfälle an rostfreien Gasleitungen werden nicht während des stationären Betriebs ausgelöst, sondern während der Inbetriebnahme, bei Hydrotests, bei Abschaltungen oder bei Prozessstörungen, bei denen Wasser eindringt und Rückstände zurückbleiben.

Hydrotest-Wasserqualität und Trocknungsdisziplin

Hydrotest und Spülwasser können Chloride und Mikroben einbringen. Praktische Branchenrichtlinien empfehlen häufig Wasser mit niedrigem Chloridgehalt (häufig). ~50 ppm Chlorid als konservativer Maßstab) und legt Wert auf Reinigung, Entleerung und Trocknung, damit kein stehendes Wasser im Rohr verbleibt.

MIC-Risiko, wenn Wasser stagniert

Mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC) kann in stehenden Gewässern auftreten – selbst bei relativ geringen Chloridwerten – und wurde in Edelstahlsystemen dokumentiert, in denen die Leitungen nach der Hydrotestung nicht entwässert wurden. Die unmittelbare Kontrolle ist betriebsbereit: Hinterlassen Sie keine stehenden Wasserfilme und vermeiden Sie lange stehende Wasserfilme ohne Biozid-/Kontrollmaßnahmen, sofern Ihr Prozess und Ihre Vorschriften dies zulassen.

1. Definieren Sie eine Inbetriebnahmesequenz, die mit der vollständigen Entleerung, dem Abblasen des trockenen Gases (oder einem gleichwertigen Verfahren) und der Überprüfung der Trockenheit endet.
2. Kontrollieren Sie den Sauerstoffeintritt während der Ausfallzeit (Abdeckung, dichte Isolierung und Leckagemanagement), da Sauerstoff in feuchten Bereichen den Angriff beschleunigt.
3. Untersuchen Sie zuerst die am stärksten gefährdeten Stellen: Tiefpunkte, Totzweige, hinter Kühlern und Spulen mit starker Schweißnaht.

Praktische Entscheidungstabelle: Faktor, Fehlermodus und was man dagegen tun kann

Letzter Imbiss: Gasrohre aus Edelstahl erzielen die beste Leistung, wenn Sie die Korrosionsbeständigkeit als Systemeigenschaft betrachten – Prozesstrockenheit, Chloridmanagement, Legierungsauswahl (PREN/SCC-Marge), Fertigungsqualität und Flüssigkeitsmanagementdesign müssen alle aufeinander abgestimmt sein.

Referenzen, die für Datenpunkte und Schwellenwerte verwendet werden

• SSINA: Spannungsrisskorrosion durch Chlorid (selten unter ~60 °C bei vollständigem Eintauchen).
• Einheitliche Legierungen: PREN-Formel und Beispiel-PREN-Bereiche (PREN-Gleichung und typische Bereiche für gängige Qualitäten).
• PHMSA-Bericht: Pipeline-Korrosion (Austrocknung und Taupunktkontrolle zur Beseitigung korrosionsfördernder Bedingungen).
• GRI: Direkte Bewertung der internen Korrosion von Gaspipelines (Taupunktdefinition und Wasserkondensationsmechanismus).
• TWI: Wiederherstellung der Korrosionseigenschaften nach dem Schweißen (Einbrennoxid und chromhaltige Schicht entfernen).
• Technischer Hinweis des Nickel Institute: Beizen und Passivieren (ASTM A380/A967 Referenzen und Zweck).
• Nickel Institute: MIC-Gehäusebeispiele aus Edelstahl nach Hydrotest (Stagniertes Wasser als Ursache).
• NACE MR0175 / ISO 15156-1 (Sauerdienstkontext und H₂S-bezogener Vorsichtsmaßnahmenrahmen).