Ontwerpen, bouwen en onderhouden van RVS leidingwerken

Een goed ontwerp, juiste keuze van het staaltype, goede specificaties en controle over de fabricagemethodes, correcte bestel- en bedrijfspraktijken zorgen gezamenlijk voor een lange levensduur van fabriek of installatie.



De typen 1.4301 (304) en 1.4401/4436 (316) behoren tot de familie van austenitisch roestvast staal en ze zijn te gebruiken voor toepassingen in onder andere de chemie, petrochemie, drinkwatervoorziening, voedings- en genotmiddelen en de farmaceutische industrie. De keuze hangt af van het feit of het staal moet worden gelast, van het chloride of chloreringsniveau van het water en van de mate waarin spleten aanwezig zullen zijn.
De molybdeenhoudende typen 1.440/4436 bezitten een hogere weerstand tegen corrosie dan 1.4301 en ze zijn beter opgewassen tegen hogere chlorideniveaus. Ze hebben ook de voorkeur wanneer er zwaardere spleetcondities worden verwacht of als een hogere mate van veiligheid wordt gevraagd.
 

Keuze staaltype

Onder atmosferische omstandigheden biedt 1.4301 gewoonlijk voldoende weerstand. In kustgebieden, waar de atmosfeer is beladen met zout of in verontreinigde indus­triegebieden, zal 1.4401/4436 zich beter houden en ook zijn glans langer bewaren. Regelmatig schoonspoelen van constructies zal zeker bijdragen aan de levensduur.  Als er wordt voldaan aan de eisen van een goed ontwerp en aan goed vakmanschap, dan kan 1.4301 in de meeste leidingsystemen, waar chlorideniveaus minder zijn dan  200 ppm en bij temperaturen die de omgevingstemperatuur niet te veel ontlopen, met goed gevolg worden gebruikt. Dit staaltype is ook geschikt voor toepassingen, waarbij enige weerstand tegen abrasie en erosie wordt geëist, zoals bij schermen en roosters. De molybdeenhoudende typen 1.4401/4436, met hun hogere weerstand tegen put- en spleetcorrosie, kunnen worden gebruikt voor waterige oplossingen met chlorideniveaus tot 1000 ppm, onder verder dezelfde omstandigheden als golden voor 1.4401. Als de legeringen dienst moeten doen bij hogere chlorideniveaus dan bovengenoemd, dan dient de leverancier de geschiktheid aan te tonen voor het gestelde doel aan de hand van opgedane ervaring in equivalente milieus. Het is belangrijk om in te zien dat er spleetcorrosie kan optreden bij chlorideniveaus die lager liggen dan hiervoor vermeld.


Dit kan het gevolg zijn van een plaatselijk milieu waar zich chloriden hebben kunnen concentreren of waar de beschermende oxidefilm is verzwakt. Een wat voorzichtiger benadering in zulke situaties is het gebruik maken van type 1.4301 tot 50 ppm en van type 1.4401/4436 tot  250 ppm chloride. Er zijn gevallen bekend van goede prestaties bij chlorideniveaus boven 200 ppm met 304 en van 1000 ppm met 316, waarbij goede stroming werd gehandhaafd, het metaaloppervlak schoon werd gehouden en neerslagen en spleten werden vermeden. Het roestvast staal kan nog hogere chlorideniveaus weerstaan als het galvanisch wordt beschermd. Voor chlorideniveaus tot 3.600 ppm kan gebruik worden gemaakt van duplex roestvast staal van het type 1.4462 (2205) en verder van super austenitische typen en super duplextypen. Voor waarden van 3.600 tot 26.000 (zeewater) komen eigenlijk alleen de super duplex en super austenitische typen in aanmerking. De bruikbaarheid als functie van het chlorideniveau kan als volgt worden samengevat:
 

• Zuiver water: 304.
• Waterige oplossingen met <350 ppm Cl-: 304 (geschikt tot 200 ppm Cl-) en 316.
• Waterige oplossingen met <1000 ppm Cl-: 304 (geschikt tot 200 ppm Cl-), 316, 2205, super austenitisch, super duplex.
• Waterige oplossingen met 10.000 - 15.000 ppm Cl-: 2205, super austenitisch en super duplex.
• Waterige oplossingen met 15.000 - 26.000 ppm Cl-  (2,5 - 4% NaCl): super duplex en super austenitisch.

Roestvast staal is bestand tegen tal van chemicaliën, maar sommigen kunnen in aanwezigheid van hoge gehaltes aan chloride en ferrichloride buitengewoon agressief zijn. De aanwezigheid van het oxidatiemiddel chloor vergroot de mogelijkheid van spleetcorrosie bij een gegeven chloride­niveau in waterige oplossingen. Hoge chloorniveaus gedurende korte periodes voor desinfectiedoeleinden (bijvoorbeeld 25 ppm gedurende 24 uur) kunnen worden getolereerd, maar het is van essentieel belang dat er direct na afloop van de behandeling grondig wordt gespoeld. Op plaatsen in het systeem, waar zich vochtige chloordampen kunnen verzamelen en concentreren, kan er vlekvorming en lokale putcorrosie optreden. Onder zulke omstandigheden moet er goed worden geventileerd en van tijd tot tijd spoeling plaatsvinden om opzameling van chemicaliën tegen te gaan en indien zo’n maatregel niet mogelijk is moet er worden gekozen voor een bestendiger staaltype. Een goed ontwerp van het systeem, goede fabricagepraktijk en operationeel onderhoud zijn noodzakelijk om te komen tot optimale prestaties van het roestvast staal, ongeacht het type. Er zijn speciale typen leverbaar voor ongebruikelijke milieus en toepassingen waarvoor hoge sterkte wordt geëist. Voor temperaturen boven 50°C, waar scheurvormende chloride spanningscorrosie een risico vormt, voldoen de typen 1.4301/1.4401/4436 doorgaans niet meer. Gebruik van duplex, super austenitisch en ferritisch roestvast staal dient dan te worden overwogen.

Constructie

Het ontwerp moet voorzien in voldoende sterkte om de bedrijfsomstandigheden het hoofd te kunnen bieden. Er moet dus worden voorzien in voldoende sterkte, stabiliteit, stijfheid, duurzaamheid, enzovoort. Daarnaast moet er in het ontwerp worden tegemoetgekomen aan de geldende codes en standaarden, contractspecificaties, uitbestedingen en overdracht. Waar mogelijk moet er voor worden gezorgd dat er sprake is van onbelemmerde vloeistofstroming, dat wil zeggen dat er zo min mogelijke plaatsen zijn waar stagnatie kan optreden en er verder geen dode uiteinden voorkomen, de stromingssnelheid niet te hoog is en er geen opzameling van neerslag kan optreden. Daar waar de stroming regelmatig wordt onderbroken, dienen horizontale leidingdelen en tankbodems enige helling te vertonen om volledige lediging mogelijk te maken. Waar dunwandig leidingwerk wordt gebruikt, dienen de bevestigingsmethodes zodanig te zijn uitgevoerd dat ze drukschommelingen accoustisch kunnen dempen. Accoustische demping kan profiteren van het gebruik van dubbel geveegde T-stukken waarmee scherpe inwendige randen in het leidingwerk waarachter wervelstromen optreden worden voorkomen. Zorg er verder voor dat er verzamelplaatsen aanwezig zijn voor neerslagen en dat spleten zo veel als mogelijk worden geëlimineerd.


Kies lasprocedures die geschikt zijn voor het betreffende ontwerp en gebruikte staaltypen. Maak dat de montagevolgorde makkelijke toegang voor laswerk toestaat, om te komen tot een optimale geometrie van de lassen en gemak bij het geven van een laatste afwerking of ter vermijding van de vorming van aanloopkleur. Zorg voor condities die volledige doorlassing van lasverbindingen mogelijk maken met gladde contouren en lasprofielen. Vermijd de vorming van galvanische koppels en tref voorzorgsmaatregelen als dergelijke koppels niet kunnen worden voorkomen. Als neerslagvorming niet is te vermijden, moet plaatselijke ontmanteling mogelijk zijn of er moet worden gezorgd voor reinigingspunten (er moeten schema’s worden gespecificeerd met het oog op doorspoelmogelijkheid). Dergelijke plaatsen kunnen zich voordoen waar meetflenzen, roosters of zeven zijn gemonteerd. Hier moeten voorzieningen zijn getroffen voor periodiek spoelen en schoonspuiten. Er moeten schema’s worden gespecificeerd voor langdurige bedrijfsstops. Om bijvoorbeeld de vorming van corrosieve neerslagen tegen te gaan als gevolg van opdroging, moet worden voorgeschreven dat het leidingwerk nat wordt gehouden door water te laten circuleren gedurende een minimum periode van een uur om de twee dagen, of dat het leidingwerk wordt gespoeld met schoon water, waarna het geheel wordt geledigd en drooggeblazen.

Leidingsystemen

Er kan gebruik worden gemaakt van een aantal roestvaststalen procesleidingsystemen, die allemaal zijn opgebouwd met de belangrijkste staaltypen die overeenkomen met 1.4301 en 1.4436 en die allen zo hun eigen voordelen en attributen hebben. Er zijn echter ook nog andere standaarden in gebruik voor de diverse procesindustrieën. Zo zijn daar:
 

• ANSI: Traditioneel overal ter wereld in gebruik als de standaard voor procesleidingwerk. Oorspronkelijk ontwikkeld voor Amerikaans koolstofstaal en voor gebruik bij hoge druk en temperatuur.
• ISO: De internationale standaard voor procesleidingwerk, waarbij gebruik wordt gemaakt van ANSI-uitwendige diameters maar met geschiktere wanddiktes waaruit de sterkte en corrosieweerstand van roestvast staal naar voren komt.
• Zowel het ANSI- als het ISO-systeem beperken zich tot het gebruik van las- of schroefdraadverbindingen.
• Zweden: Het Zweedse metrische systeem wordt gekenmerkt door een uniforme binnendiameter van buizen en fittingen voor elke gespecificeerde buisafmeting vanaf
• 4 mm tot aan 1200 mm inwendige diameter, met wanddiktes van 1,2 mm of 3 mm. Het systeem biedt een lichtgewicht ontwerp indien vrije stroming wordt geëist van vloeistoffen en semi-vaste stoffen bij drukken tot
• 16 bar. Verbinding vindt gewoonlijk plaats middels stompe lassen. Dit systeem is afgestemd op Zweeds materiaal, ontwerp, afmetingen en beproevingsstandaarden. De voornaamste staaltypen die worden gebruikt komen overeen met 1.4301 en 1.4436.
• BS 4127: Het BS 4127-systeem biedt de meeste verbindingstechnieken. Het geeft eisen voor dunwandige RVS-pijpen, voornamelijk voor watertoepassingen, die geschikt zijn voor capillaire fittingen (lijm of zilversoldeer), persfittingen, of lassen onder inert gasbescherming. De afmetingen lopen van 6 mm tot 159 mm uitwendige diameter, met wanddiktes van 0,6 mm tot 2 mm. Dit systeem is uitgebreid als een Europese Standaard (BS EN 10312), waarin een uitgebreide combinatie van uitwendige diameters en wanddikten is opgenomen, alsmede persfittingen. De staaltypen 1.4301 en 1.4436 zijn standaard, maar er is gespecificeerd dat ook andere typen kunnen worden gebruikt.
   

Ontwerp

Het principe van ontwerpen voor bouw is dat de contractspecificaties worden omgezet in een ontwerp, dat op efficiënte wijze kan worden gebouwd. Dit raakt aan alle aspecten van het bouwen, waaronder documentatie en het houdt verzekering in dat het onderhanden werk efficiënt en gestaag wordt voortgezet. Aangezien dunwandige constructies onacceptabele knikdeformatie kunnen ondervinden, moet het ontwerp ook rekening houden met spanningen die tijdens fabricage en montage kunnen optreden. Verder mogen vlamrichttechnieken, die wel bruikbaar zijn voor koolstofstaal, niet worden toegepast op het corrigeren van vervormingen bij roestvast staal. Correcte fabricage vanaf het begin is cruciaal.

Bouw

Er moet in het algemeen voor worden gezorgd dat er niet op de leidingen die al zijn gelegd wordt gelopen, noch dat ze aan enige andere ongewenste spanningen worden blootgesteld. Uiteinden van pijpen en buizen moeten worden afgesloten met kappen en andere onderdelen moeten tijdens de bouw zoveel mogelijk worden beschermd. De wanddikte van de meeste roestvaststalen onderdelen en leidingen wordt bepaald door de heersende bouw- en installatieoverwegingen. Vanwege de afwezigheid van corrosietoeslagen, wordt de minimum wanddikte eerder bepaald door de noodzaak om vervorming te weerstaan alsmede inslagschade, dan door belasting tijdens bedrijf. Geschikte kwaliteitsborging en controleroutines moeten tijdens alle stadia van de bouw worden gebruikt. De eisen voor duplex en hogergelegeerd austenitisch roestvast staal komen sterk overeen met die van standaard austenitisch roestvast staal, maar vragen iets meer aandacht voor details. Specialistisch advies, is zeker nodig om te komen tot optimale corrosie en sterkte karakteristieken van deze staaltypen.

Materiaalbehandeling

Voor roestvast staal mag gebruik worden gemaakt van thermische (met uitzondering van oxy-acetyleen en bij voorkeur met plasma of laser) en koude snijtechnieken. Het staal kan afgekort met standaardmachinerie. Koudvervormen met standaardapparatuur is in het algemeen geschikt voor wanddiktes tot ongeveer 8 mm. Bij buigen, knippen en guillotineren, moet de machinecapaciteit ongeveer 50% tot 60% lager worden genomen, vanwege de deformatiehardingskenmerken van austenitisch roestvast staal.  Hoewel austenitisch roestvast staal zijn ductiliteit na vervorming in hogere mate behoudt dan koolstofstaal, moet rekening worden gehouden met het feit dat duplex roestvast staal hogere rekgrens bezit en minder geschikt is voor extensieve koudbewerking. Bij de diverse bewerkingen moet contact worden vermeden met ijzerdeeltjes. Op de bouwplaats kan gebruik worden gemaakt van plakband om het roestvast staal tijdelijk te beschermen totdat de nodige werkzaamheden zijn voltooid. Voor het plakband geldt vanzelfsprekend dat de kleefstof geen chloriden bevat. Het buigen van pijpen en buizen en andere fabricagewerkzaamheden op de bouwplaats moeten zoveel mogelijk worden vermeden. Rechte pijpsegmenten kunnen op normale wijze worden verbonden met bochtstukken. Spooling heeft de voorkeur.

Lassen

De combinatie van gaszuiverheid en gebruikt gasspoelsysteem moeten niveaus van grondnaadoxidatie verzekeren, zoals vereist in de ontwerpspecificatie, zoals wordt verwezen in EN 1011, Section 7.3 ter plaatse van de las (inclusief hechtlassen). Het lasproces moet worden uitgekozen om factoren af te wegen zoals het staaltype en corrosieweerstand, wanddikte, vakmanschap en tempo waarin de verbindingen tot stand komen. De belangrijkste lasmethodes zijn TIG, MIG en hun varianten, plasma, beklede elektrode. Dunwandig werk wordt vaak gelast met TIG. De factoren die bij het lassen van roestvast staal in ogenschouw moeten worden genomen zijn:

 

• Lasprocedure
Proces; lastoevoegmetaal; afschuiningen; opstelling; tegengas; lastechniek.

• Warmteïnbreng
Grondnaad; vul- en sluitlagen; stops/starts; lasvolume; neersmeltsnelheid; laspositie.

• Temperatuur
Voorwarmen; tussenwarmen; warmtebehandeling na lassen.

• Reinheid
Laskantvoorbereiding (ontvetten en mechanisch reinigen); lastoevoegmetaal; beschermgas; tegengas.

Dezelfde principes gelden ook voor het lassen van duplex of hogergelegeerd austenitisch roestvast staal, de aandacht voor details kan echter verschillen. In tegenstelling tot koolstofstaal en gelegeerd staal, kan austenitisch roestvast staal worden gelast bij kamertemperatuur en vereist doorgaans geen voorwarming. Lage warmteïnbreng is wenselijk voor austenitisch roestvast staal terwijl gecontroleerde warmtecondities vereist zijn voor duplex roestvast staal. De interpasstemperatuur is de maximum temperatuur van de laszone die is toegestaan onmiddellijk voor het begin van een opvolgende lasgang en wordt doorgaans gemeten met een contact-pyrometer. temperatuurkrijt/potlood mag alleen worden gebruikt met grote omzichtigheid omdat ze verontreinigingen kunnen achterlaten in de laszone. Een maximum interpasstemperatuur van 150°C is geschikt voor 1.4301 en 1.4401/4436. Een warmtebehandeling na het lassen is normaal gesproken niet nodig voor austenitisch of duplex roestvast staal. Beschermgas en -gasmengsels voor gebruik bij roestvast staal omvatten argon, argon-zuurstof en geschikte mengsels (bijvoorbeeld van argon, helium, stikstof en kooldioxide). De laatste twee hebben de voorkeur voor het MIG-proces, omdat ze de boogstabiliteit bevorderen en de bevochtiging van het lasmetaal. Argon wordt normaal voorgeschreven als tegengas, hoewel 90%N-10%H2-mengsel ook kan worden gebruikt. Waar toegang aan de achterkant van een las moeilijk is, is spoelen nog altijd mogelijk, bijvoorbeeld met wateroplosbare kragen. In gevallen waarbij de integriteit van de las niet kan worden gegarandeerd, is een boutverbinding te prefereren boven een lasverbinding.

Reiniging na lassen

Voor optimale prestaties moeten zowel de aanloopkleuren als eventuele chroomarme lagen daaronder worden verwijderd van het lasgebied. De mate waarin aanloopkleuren dienen te worden verwijderd voor het werkstuk in bedrijf wordt gesteld wordt gedicteerd door het soort werkstuk en het milieu. In het ideale geval wordt alle aanloopkleur verwijderd, maar in de praktijk geldt dat alle aanloopkleuren anders dan bleek geel dient te worden verwijderd. Aanloopkleuren verlopen van bleek geel via bruin naar zwart naarmate de dikte van de hoge-temperatuurs­oxidelaag toeneemt. Aanloopkleur kan worden verwijderd met mechanische of chemische middelen. Borstelen met roestvaststalen borstels, stralen met diverse voor dit doel geëigende straalmiddelen en slijpen zijn in uiteenlopende mate effectief. Mechanisch reinigen houdt schuren in tot en met tenminste een 180-grit afwerking. Beitsen zou moeten volgen op mechanisch reinigen, maar kan ook op zichzelf worden toegepast als alternatief voor mechanisch reinigen. Mengsels van salpeterzuur en waterstoffluoridezuur worden aangebracht door middel van dompelen, sproeien, of plaatselijk als pasta. Grondig spoelen is van essentieel belang en er moet worden opgepast voor overbeitsen. Veilige werkmethodes moeten worden gehanteerd. Het is van groot belang dat alle beitsresten worden verwijderd door middel van grondig afspoelen met water. Voor bepaalde hygiënische doeleinden is een fijnere mechanische polijst behandeling, gevolgd door elektrochemisch beitsen noodzakelijk. Elektrochemisch reinigen/polijsten is een alternatieve procedure, waarvoor speciale energiebronnen en gereedschap nodig is. Reinigen en passiveren van roestvast staal wordt beschreven door de specificatie ASTM A 380 -99 ‘Cleaning, descaling and passivation of stainless steel parts, equipment and systems’.

Beitsen en passiveren

Beitsen is een proces waarmee aanloopkleuren kunnen worden verwijderd en verder ingebedde ijzerdeeltjes en andere oppervlakteverontreinigingen die tijdens fabricage zijn geproduceerd. Met een mengsel van salpeterzuur en waterstoffluoridezuur wordt de oxidelaag verwijderd alsmede een dunne laag van het onderliggende metaal waarbij een uniform schoon oppervlak tevoorschijn komt. Tijdens en na spoelen met water, herstelt de normale beschermende oxidelaag zich gelijkmatig over het behandelde metaal­oppervlak. Beitsen kan worden uitgevoerd door middel van onderdompelen, door sproeien als de werkstukken te groot zijn voor onderdompeling, of met behulp van zuurhoudende pasta voor lokale behandeling van lasverbindingen. Passiveren is het proces waarbij roestvast staal spontaan een chemisch inactieve oppervlaktelaag vormt bij blootstelling aan lucht. De beschermende aard van de oppervlaktelaag kan worden versterkt door toepassing van salpeterzuur of niet-agressieve organische zuren. Een dergelijke behandeling vindt vaak plaats als een aparte behandeling na beitsen.

Installatie, onderhoud en inspectie

Voorgefabriceerde constructiedelen moeten worden beschermd tegen stof, mechanische schade en het binnendringen van verontreinigingen met behulp van afdekkingen en eindkappen in afwachting van de uiteindelijke assemblage. Vooral het slepen van steigermateriaal over het leidingwerk moet worden vermeden, vanwege het tweeledig risico van ijzerverontreiniging en zinkcontaminatie. Mocht er toch nog ijzerverontreiniging optreden dan kan dat worden verwijderd met een reinigingsmiddel op basis van salpeterzuur en als het dieper zit met een beitspasta.  Als er sprake is van hevige verontreiniging met stof dan moet de constructie grondig worden afgespoeld tijdens de bouw. Aan het slot van de bouwfase moet er worden afgespoeld met water van goede kwaliteit, zoals drinkwater. Leidingen moeten worden doorgespoeld om neerslagen te verwijderen en als oplevering nog op zich laat wachten, moet er worden doorgespoeld met water van goede kwaliteit en dan worden gedroogd. Leidingwerk dient te worden gespoold. Spoolstukken en drukvaten met roestvaststalen aansluitingen dienen via boutverbindingen met compatibele roestvaststalen bouten te worden verbonden.

Inspectie

Het is zeer onwaarschijnlijk dat zich bij roestvast staal problemen voordoen in de vorm van uniforme corrosie. Wanddiktemetingen met ultrasone apparatuur zijn dan ook alleen noodzakelijk op plaatsen die onderhevig zijn aan abrasieve slijtage. Het hoofddoel van inspectie dient te zijn controle op enige vorm van lokale corrosie op kritische plaatsen. Dergelijke plaatsen doen zich voor daar waar vuil zich kan opzamelen en plaatsen die zijn blootgesteld aan verdampende vloeistoffen als gevolg van lekken en morsen. Verder opsporen en verhelpen van bruine vlekken, omdat hier sprake is van ijzerverontreiniging. Als dergelijke vlekken zijn verwijderd, keren ze niet meer terug. Herhaaldelijk terugkeren van zulke vlekken op steeds dezelfde plaats duidt op de aanwezigheid van een corrosieve stof, zoals de combinatie van chloorgas en vocht. Als de vlek is verwijderd kan worden gecontroleerd of er putvormige aantasting aanwezig is. Dit kan worden gedaan met een handloep met een vergroting van 10X of 20X. Met een voor dit doel ontwikkelde draagbare microscoop is het ook mogelijk om een goede schatting te maken van de putdiepten. Indien er flensverbindingen in het systeem aanwezig zijn met pakkingen en het medium dat door het systeem stroomt corrosief van aard is, dan dient er periodieke inspectie op spleetcorrosie plaats te vinden. Plaatsen waar veel wrijving en abrasie kunnen optreden dienen eveneens periodiek te worden geïnspecteerd.

Onderhoud

Roestvast staal vergt weliswaar weinig onderhoud, maar opzameling van vuil en het ontstaan van spleten zowel aan de binnen- als de buitenzijde moeten worden voorkomen, dit geldt zeker in kust- en industriegebieden. Dit kan plaatsvinden door regelmatig in- en/of uitwendig spoelen met schoon water met een laag chloridegehalte. Op landelijker plaatsen zorgt vallend regenwater al voor voldoende spoelende werking, maar op gezette tijden spoelen met schoon water van delen die enigszins in de ‘schaduw’ liggen en plaatsen waar veel wordt gemorst blijft noodzakelijk. Voor het onderhoud van het inwendige van het leiding­systeem gelden de gangbare reinigingsmethodes, waaronder het gebruik van CIP-systemen.

Fotomateriaal: Multinal, Heineken, Heleon en Tecson.