Blog Ko Buijs - Tips voor de installatie van titaan leidingsystemen
De tips in deze blog zullen hopelijk een gunstige invloed hebben in het toenemende gebruik van het unieke metaal titaan in leidingsystemen. Titaan wordt nog wel eens over het hoofd gezien om toe te passen in dit marktsegment vanwege onbegrip of onkunde.
Door Ko Buijs - Innomet Consultancy BV
Voor een optimale installatie van titaan leidingsystemen is het noodzakelijk om vooral acht te slaan op de mechanische eigenschappen, corrosiebestendigheid en oppervlaktekarakteristieken van dit metaal, die op zich uniek te noemen zijn. I.v.m. de relatief lage elasticiteitsmodulus van titaan moeten er voldoende ondersteuningen geplaatst worden onder de leidingen om de vormvastheid van het systeem te garanderen. Op plaatsen waar men wrijving kan verwachten of waar dragende delen ten opzichte van elkaar kunnen bewegen, dienen de contactvlakken behandeld te worden. In dit geval is het raadzaam om speciale deklagen aan te brengen op die plaatsen waar vonken gevaar kunnen opleveren. Breng nooit titaan in contact met andere metalen die een geringere corrosiebestendigheid hebben. Als dat toch moet dan dient men ter plaatste een isolatie aan te brengen.
Titaan is een zeer geschikt materiaal voor pijpsystemen in zeewater. Sterker nog, titaan is de enige effectieve oplossing bij het gebruik van leidingen in zeewatermilieus. Titaan is volledig immuun voor putcorrosie en erosie tot snelheden die op kunnen lopen tot 30 meter per seconde. Titaan gaat de afzetting van maritieme fouling tegen want boven snelheden van 2,7 meter per seconde worden kleine zeepokken gedood. Op afbeelding 1 is de maximale snelheid van zeewater te zien dat door de leidingen stroomt van verschillende metalen met gelijke druk en diameter. Duidelijk is de superioriteit van titaan op dit gebied te zien. Indien er gechloreerd moet worden, levert dat geen enkel probleem op voor titaan. Tijdens het ontwerpen van een systeem kan men de kleinst praktische doorlaat kiezen gecombineerd met de dunste wanddikte, teneinde de kosten en gewicht tot een minimum te beperken. Dit concept is al toegepast in zeewaterballastsystemen op diverse offshore modulen in o.a. Noorwegen, Engeland en Canada.
Afbeelding 1: maximale snelheid van doorstromend zeewater in verschillende metalen (bron “The 7thScandinavian Corrosion Congress”.
Het backen tijdens het TIG-lassen van reactieve metalen, zoals titaan en zirkoon vraagt ook om speciale maatregelen. Metalen zoals titaan, zirkoon, molybdeen, niobium, tantaal en wolfraam moeten worden gelast met een zeer goede gasbescherming. Reeds bij 300°C kunnen deze metalen ongewenste verbindingen aangaan met gassen uit de omgevingslucht. Zeker in de vloeibare fase hebben de genoemde metalen een grote affiniteit tot waterstof, zuurstof en stikstof. Dat betekent dat ze eigenlijk niet lasbaar zijn met de gewone voorzieningen als een lastoorts en een simpele voorziening voor backinggas. Contact van deze metalen boven 300°C met de lucht moet dus volledig worden uitgesloten. Vindt er toch een opname van zuurstof, stikstof of waterstof plaats, dan is een desastreuze verbrossing van het metaal het gevolg. Dat betekent dat er moet worden gelast met zeer geavanceerde gasbacking. Verder moet een verlengd gasmondstuk worden toegepast, waardoor de afkoelende las wordt beschermd. Nog beter is het om deze metalen te lassen in een volledig afgesloten ruimte, welke geheel met het beschermgas is gevuld. Dat wordt ook wel een couveuse of een 'glove box' genoemd. Van te voren worden de te lassen oppervlakken goed gereinigd en ontvet. Bij titaan kan voor het verwijderen van de oxidelaag een oplossing van waterstoffluoridezuur (2%) plus salpeterzuur worden gebruikt. Voor het mechanisch reinigen, gebruikt men borstels van roestvast staal of zelfs borstels van titaan.
Het beitsen van het metaal titaan kan in bepaalde gevallen zeer wenselijk zijn. De dunne stabiele en taaie oxidehuid van titaan is een beperking om goede oppervlaktebehandelingen te kunnen geven. Daarom dient deze oxidehuid eerst verwijderd te worden. Deze huid, die juist de basis is van alle bescherming, is gelijktijdig een sta in de weg voor allerlei oppervlaktebehandelingen. Om bijvoorbeeld de hechtingskracht te vergroten kan men zowel mechanisch (bijvoorbeeld stralen en glasparelstralen) als chemisch (beitsen) het oppervlak verruwen. Onderdelen van titaan die op hogere temperatuur aan de lucht zijn blootgesteld, hebben een dikkere oxidehuid, die zeker verwijderd moet worden. De reden hiervan is dat deze door allerlei contaminaties geen hoge corrosieprestaties kan leveren en bovendien storend zal uitwerken voor allerlei oppervlaktetechnieken. Om dit te kunnen bereiken zal men na het glasparelstralen ook nog het oppervlakte moeten beitsen omdat deze oxidehuid uit meerdere laagjes bestaat. Het beitsen gebeurt in een mengsel van salpeterzuur en waterstoffluoride Een hogere concentratie aan salpeterzuur (tot 40%) en een lagere temperatuur van het beitsbad, zal leiden tot een minder ruw oppervlak, terwijl teveel waterstoffluoride zelfs waterstofopname kan veroorzaken hetgeen schadelijk is. Na het beitsen moet men intensief spoelen met water. Soms spoelt men ook eerst na met een alkalische vloeistof i.v.m. de neutralisatie van het zuur. Ook kent men tegenwoordig speciale gepatenteerde etsende zoutoplossingen, die ook zeer goed de primaire thermische oxides kunnen verwijderen. Hierna moet men beitsen zoals hierboven beschreven is.
