Anaconda metalen slangen (deel 2) - Flexibiliteit in roestvast staal Karakteristieke toepassingen

Metalen slangen worden gebruikt voor het transporteren van vloeistoffen en gassen op plaatsen waar de continuïteit van processen en veiligheid van mens en milieu van doorslaggevende betekenis zijn. In dit artikel komen een aantal karakteristieke eigenschappen van metalen slangen aan  de orde, met daarbij behorende toepassingen.

Ing. F.A. Laméris



(artikel gepubliceerd in Roestvast Staal nummer 4, 1987- artikel 64)

Karakteristieke eigenschappen zijn :

• Temperatuurbestendigheid
• Dichtheid
• Knikbestendigheid
• Vlambestendigheid
• Buigbaarheid

De selectie van metalen slangen wordt vaak op grond van een combinatie van deze eigenschappen bepaald. Voor een optimale begripsbepaling wordt hieronder evenwel een toelichting per voornaamste eigenschap gegeven, die aanleiding vormt voor een specifieke toepassing.

Temperatuurbestendigheid

Een van de de markantste eigenschappen van metalen slangen is de goede bestendigheid tegen extreem hoge en lage temperaturen. Op plaatsen waar mediumtemperaturen heersen tot maximaal 800 °C. kunnen roestvast stalen slangen permanent funktioneren om bewegingen op te nemen. Uit hoofde van deze eigenschap worden zij onder meer toegepast als feed-gas slangen in reformers, leidingen voor steam-tracing, branderslangen, uitlaatslangen, enz. Ook op plaatsen waar veel stralingswarmte heerst, zoals in de staalbereidende industrie, vormen zij een voortdurend betrouwbare flexibele verbinding.  In geval van toepassing van metalen slangen bij hogere temperaturen moet rekening gehouden worden met de verminderde sterkte van het materiaal. De temperatuurcorrectie heeft zowel betrekking op de gegolfde slang zelf en met name op de drukdragende omvlechting, als op de bevestigingstechniek en de materiaalkeuze van de aansluitingen. Voor een snelle beoordeling van de mogelijkheden kan de volgende tabel behulpzaam zijn. De grafieken gelden voor temperaturen van het te transporteren medium en niet voor de omgeving, met andere woorden: de grafiek gaat uit van nietgeïsoleerde slangen. Voor een juiste beoordeling van de drukklasse van flenzen, pijpen en overige aansluitingen wordt verwezen naar de betreffende normen.


Afbeelding 1. Temperatuurcorrectie.


Isolatie

Indien de buitenkant van de slang, ter voorkoming van warmteverliezen van het te transporteren medium, met een isolerende mantel wordt uitgevoerd gelden andere, meer pessimistische correctiefactoren. Immers, dan is afkoeling aan de omgeving niet meer mogelijk en zal de drukdragende omvlechting een hogere temperatuur aannemen dan zonder isolatie. In het cryogene gebied worden de mechanische eigenschappen van roestvast staal gunstiger. Dit wordt zelden of nooit in rekening gebracht doch gezien als extra veiligheid. Roestvast stalen gegolfde slangen zijn dan ook uitermate geschikt voor het doorvoeren van vloeibare gassen, zoals LPG, LNG, vloeibare ammoniak, zuurstof, stikstof, ethaan, ethyleen, waterstof, e.d. Ter voorkoming van bevriezingsverschijnselen van personen die dergelijke slangen manipuleren, is een thermische isolatie noodzakelijk. De isolatie kan bestaan uit bijv. keramische vezels die bij deze temperaturen hun flexibiliteit bewaren. Een adequate beschermmantel in de vorm van een roestvast stalen casing completeert het geheel. Bij slangen van kleinere diameter kan volstaan worden met een casing zonder dat isolatiemateriaal wordt toegepast. De sneeuwvorming tussen binnenslang en casing vormt een toereikende isolatie.


Afbeelding 2. Duplex laadarm voorzien van steam-tracing.

Vlambestendigheid

Metalen slangen behouden hun belangrijkste eigenschappen als zij blootgesteld worden aan open vuur. Daarom worden zij regelmatig toegepast in brandblus-installaties voor het doorvoeren van bluswater. Voor automatisch sluitende ramen en branddeuren met hydraulische bediening zijn metalen slangen eveneens zeer goed geschikt en garanderen een goede preventieve werking op het kritieke moment. Flexibele aansluitingen voor automatische halon brandblusinstallaties in computerruimtes zijn om dezelfde redenen met metalen slangen uitgerust. De vlambestendigheid van metalen slangen is in aanwezigheid van onafhankelijke keuringsinstanties getest volgens internationale voorschriften waarbij de open vlamtemperatuur tot 800 °C. opliep,  terwijl het water slechts een temperatuur be'reikte van 80 °C. bij een circulerende waterstroom.

Dichtheid

Een andere, opmerkelijke, eigenschap van metalen slangen is de dichtheid. Terwijl rubber en kunststof slangen altijd een zekere mate van permeabiliteit vertonen, wordt met metalen slangen de hoogste graad van dichtheid bereikt. Dichtheid is geen absolute definitie en moet altijd gerelateerd worden aan de viscositeit van het medium. Een-relatieve dichtheid van een produkt voor bijv. water, garandeert nog niet een dichtheid voor gasvormige media. Zo is het bekend dat kunststof slangverbindingen volledig dicht zijn voor water, doch dat er, vanuit de omgeving tegen de druk in, zuurstofintrede kan plaatsvinden. De toevoer van zuurstof kan aanleiding geven tot lekkage door corrosie en ook wel verstoppingen ten gevolge van magnetietvorming in watersystemen voor centrale verwarmingen en air-conditioning van kantoren en ziekenhuizen . In dat geval worden met succes bronzen slangen toegepast, die hermetisch dicht zijn voor zuurstof.

Water test

De mate van dichtheid kan aangetoond worden door middel van verschillende testen. Een dichtheidstest met water als testmedium heeft een nauwkeurigheid van 100 ml. per uur. Deze maatstaf geldt vanzelfsprekend voor media met een vergelijkbare of hogere viscositeit als water.

Stikstof test

Een meer nauwkeurige testmethode geschiedt met stikstof als testmedium, terwijl het produkt onder water gedompeld wordt. Deze methode heeft een nauwkeurigheid van 2 x 10-7 n m3/uur.

Helium-lek test

De gevoeligste meetmethode wordt bereikt met helium als testmedium, dat met behulp van massa-spectrometrie wordt gedetecteerd.Helium moleculen die een eventueel lek passeren worden elektronisch gemeten, waarmee een maximale nauwkeurigheid kan worden bereikt van 1 st. cc. helium per 317 jaar.


Afbeelding 3. Overzicht dichtheidstesten.


Aangezien helium het kleinste molecuul is dat wij kennen zal een slang die voldoet aan een helium-lek test volledig dicht zijn voor media met een grotere molecuulstructuur. Metalen slangen kunnen aan de hoogste eisen van dichtheid voldoen. Een voorbeeld, waarbij deze eisen van toepassing zijn, is het transport van gasvormig, radio-actief hexafluoride bij de verrijking van uranium in het ultra-centrifuge procédé. Een andere karakteristieke toepassing, waarbij het noodzakelijk is de slangen te testen op de hoogste graad van dichtheid, is het transport van chloor. Voor chloortransport en -verlading worden metalen slangen uit het materiaal MONEL-400 toegepast. Dit materiaal vertoont de storende eigenschap dat het nogal gevoelig is voor warmtescheuren tijdens het lassen. Het is daarom noodzakelijk een uitgebalanceerde lasconfiguratie toe te passen bij het opbouwen van slangsamenstellingen. Teneinde zeker te zijn van de heliumdichtheid van MONEL-slangen is een helium-lek test na elk lasproces vereist.  De nieuwste ontwikkelingen op het gebied van chloorslangen betreffen dubbelwandige, flexibele componenten met inert-gastracing onder hoge druk. In geval van calamiteiten kan ervoor gezorgd worden dat, in plaats van ontwijken van het schadelijke medium door een eventueel optredend lek, er een gasinjectie plaatsvindt in het leidingsysteem.


Afbeelding 4. Monel verbindingsslangen in cnloorsuppletiestation.


Afbeelding 5. Chloorlaadarm voorzien van 4 monelslangen.


Inspuitleidingen

Hogedruk brandstofinspuitleidingen van dieselmotoren bevinden zich in de omgeving van het hete uitlaatspruitstuk. Indien een dergelijke leiding bezwijkt zijn explosies vaak het gevolg. Een om manteling van gegloeide gegolfde RVS-slang of een beschermslang van gewikkelde RVS-slang voorkomt deze gevaren. Bij het toepassen van het gegolfde materiaal wordt een hermetische afsluiting tot stand gebracht, waardoor de veiligheid optimaal is en lekdetectie in combinatie met een alarmsysteem tot de mogelijkheden behoort. Dubbelwandige inspuitleidingen worden op voorschrift van verzekeraars in onbemande machinekamers van koopvaardijschepen gemonteerd en volgens de regels van onafhankelijke keuringsinstanties geassembleerd, getest en in bedrijf gesteld.


Afbeelding 6. Dubbelwandige inspuitleidingen op dieselmoter.
 

Buigbaarheid

Een zacht gegloeide gegolfde metalen slang heeft slechts zeer weinig kracht nodig om te worden gebogen. De buigzaamheid is erg groot, zonder dat daarbij het gevaar bestaat dat de leiding knikt. De radiale stijfheid die bereikt wordt door het golfvormige profiel, zorgt ervoor dat de circulaire doorlaat gehandhaafd blijft. Eén van de bekendste en meest verbreide toepassingen, waarbij van deze eigenschappen gebruik gemaakt wordt, is wel de buigbare gasmeteraansluiting. De reactiekrachten aan het einde van de aansluiting blijven beneden 40 N, zodat de krachten op het meterhuis bij het monteren van de gasleiding tot een minimum worden beperkt.

Knikbestendigheid

Metalen slangen hebben een uitzonderlijke weerstand tegen radiale indrukking. Deze wordt bereikt door het grote weerstandsmoment in radiale zin ten gevolge van het golfvormige profiel. De maximale drukcapaciteit bij het aanbrengen van uitwendige druk is tenminste gelijk aan die van de inwendige druk. Van deze eigenschap wordt gebruik gemaakt bij het ontwerpen van flexibele aansluitingen in ondergrondse gastransportleidingen.  In gebieden waar grondverzakking optreedt zouden hoge materiaalspanningen in dergelijke leidingsystemen kunnen ontstaan, indien geen flexibele componenten worden toegepast. Met name op plaatsen waar sprake is van een verbinding met onderheide gebouwen. Dit is het geval bij drukverdeelstations, bruggen en andere grote bouwwerken.


Afbeelding 7. Gasmeteraansluiting, buigen maar niet barsten en doorlaat blijft gehandhaafd (alleen ter illustratie).


Afbeelding 8. Flexibele aardgasleidingen. Als spanningsreducerende aansluitingen bij gasverdeelstation


Afbeelding 9. hetzelfde als afb. 8.


Afbeelding 10. hetzelfde als afb. 8.