Alles over de verschillende soorten corrosie in pijpleidingen

Corrosie van stalen pijpleidingen

Dit artikel legt uit wat corrosie is, beschrijft de tien soorten die stalen pijpleidingen aantasten en hoe je ze herkent, en schetst hoe pijpleidingcorrosie wordt beheerst en gerepareerd.

Corrosie van stalen pijpleidingen is een veelvoorkomend proces dat moeilijk volledig te stoppen is. Om pijpleidingen in goede staat te houden, moet corrosie op tijd worden opgespoord en verwijderd. Wanneer corrosie te ver is gevorderd, moet een deel of zelfs de hele pijpleiding worden vervangen, een veeleisende en dure klus. Over alle industrieën heen schatte NACE International de wereldwijde kosten van corrosie op US$ 2,5 biljoen, ongeveer 3,4% van het wereldwijde bbp (2013), en dezelfde studie schatte dat 15–35% van die kosten kon worden bespaard met beschikbare corrosiebeheersingsmaatregelen.

Er zijn verschillende soorten corrosie in pijpleidingen. Elk type heeft zijn eigen kenmerken en manieren om het te bestrijden. Maar wat is corrosie precies? Hoe ontstaat corrosie in pijpleidingen? En welke soorten kunnen we onderscheiden?

Wat is corrosie?

Corrosie is de aantasting van een metaal door een elektrochemische reactie met zijn omgeving. Er is een anode nodig, waar het metaal oplost, een kathode en een elektrolyt zoals water of vochtige grond die ze verbindt. Corrosie wordt vaak verward met roest. Corrosie is echter een breder begrip dan roest. Roest is specifiek het ijzeroxide dat ontstaat wanneer ijzer of staal reageert met zuurstof in aanwezigheid van vocht; het is de bekende bruine laag op het metaaloppervlak. Corrosie omvat elke vorm van deze aantasting, op elk metaal, ongeacht de oorzaak. Voor een bredere inleiding, zie wat is corrosie: soorten, oorzaken en preventie en roest versus corrosie.

Er zijn verschillende vormen van corrosie in pijpleidingen. Wat zijn de meest voorkomende, en wat kenmerkt ze?

De soorten corrosie in pijpleidingen

Zuurstofcorrosie

Zuurstofcorrosie is het proces dat roest veroorzaakt. Het is de meest voorkomende en meest zichtbare vorm van corrosie in stalen pijpleidingen. Het wordt veroorzaakt door de reactie van staal met zuurstof en water of een andere vorm van vocht. De ontstane ijzeroxidelaag, de bruine roest die we kennen, is poreus en beschermt het metaal niet: zuurstof en water blijven het staal eronder bereiken, waardoor het staal langzaam maar gestaag corrodeert. Roestvast staal en aluminium gedragen zich anders omdat ze een dunne, dichte en hechtende oxidefilm (een passieve laag) vormen die het onderliggende metaal beschermt, en daarom worden ze gebruikt in toepassingen waar zuurstofcorrosie moet worden voorkomen.

Gelijkmatige corrosie

Gelijkmatige (algemene) corrosie is nauw verwant aan zuurstofcorrosie en ontstaat ook door de reactie van staal met vocht en zuurstof. Zoals de naam zegt, wordt ze gekenmerkt door een gelijkmatige verdeling van de corrosie over het hele staaloppervlak. Gelijkmatige corrosie wordt over het algemeen beschouwd als de minst gevaarlijke vorm. Door metingen te doen, of op basis van eerdere ervaring, kunnen de snelheid en omvang van de corrosie vaak goed worden voorspeld, zodat wandverlies kan worden ingepland met een corrosietoeslag en inspectie-intervallen.

Zuurcorrosie

Bij zuurcorrosie reageert een zuur met het metaal tot een metaalzout en waterstofgas. Een zuur is een oplossing met een pH onder 7; hoe lager de pH, hoe agressiever. Of een metaal wordt aangetast, hangt af van zijn elektrodepotentiaal: metalen met een standaardpotentiaal onder die van waterstof, waaronder ijzer en dus koolstofstaal, lossen op in zuren onder vrijkomen van waterstof. In pijpleidingen ontstaan zure omstandigheden bijvoorbeeld door opgelost koolstofdioxide (sweet corrosion) of waterstofsulfide (sour corrosion) in geproduceerde vloeistoffen.

Galvanische corrosie

Elektrodepotentialen, genoemd bij zuurcorrosie, spelen ook een grote rol bij galvanische corrosie. Dit type corrosie kan optreden wanneer twee verschillende metalen elektrisch contact met elkaar hebben en worden verbonden door water, vochtige grond of een andere elektrolyt. Het minder edele metaal, dat met de negatievere potentiaal, wordt de anode en corrodeert sneller, terwijl het edelere metaal wordt beschermd. Een kleine anode die is verbonden met een grote kathode corrodeert bijzonder snel. Hetzelfde principe wordt bewust toegepast in zinkrijke primers en opofferingsanoden; zie galvanische corrosie en zinkrijke primers.

Spanningscorrosie

In tegenstelling tot zuurstofcorrosie is spanningscorrosie (stress corrosion cracking, SCC) zeer moeilijk te voorspellen en wordt ze vaak pas in een laat stadium ontdekt. SCC treedt op wanneer drie voorwaarden tegelijk aanwezig zijn: een trekspanning boven een drempelwaarde, vaak met een cyclische component (door bedrijfsdruk, deuken of restspanning bij lassen); een gevoelig materiaal; en een krachtige scheurvormende omgeving. Bij ingegraven stalen pijpleidingen zijn twee vormen bekend: SCC bij hoge pH in geconcentreerde carbonaat-bicarbonaatoplossingen, vaker bij hogere temperaturen nabij compressor- of pompstations, en SCC bij bijna-neutrale pH in verdund grondwater met opgelost koolstofdioxide. Beide ontwikkelen zich waar de coating is losgeraakt; SCC komt niet voor onder een intacte coating. Bij roestvast staal is chloridespanningscorrosie bij verhoogde temperaturen de bekendste vorm, en daarom kan roestvast staal, hoewel bestand tegen zuurstof- en gelijkmatige corrosie, gevoeliger zijn voor SCC. Meer in spanningscorrosie: preventie en coatings.

Zwerfstroomcorrosie

Zwerfstroomcorrosie is verwant aan galvanische corrosie. Zwerfstromen zijn elektrische stromen die langs onbedoelde paden door de grond lopen, bijvoorbeeld van gelijkstroomtractiesystemen van het spoor of van het kathodische beschermingssysteem van een naburige constructie. Waar zo'n stroom een pijpleiding binnenkomt, wordt het staal beschermd; waar hij de pijpleiding verlaat om via de grond terug te keren, fungeert het staal als anode en corrodeert het, soms zeer snel. Het verschil met galvanische corrosie is dat de drijvende kracht niet een tweede metaal is maar een externe stroombron.

Putcorrosie

Putcorrosie is een lokale aantasting die begint waar een beschermende oxidefilm of coating lokaal beschadigd raakt of faalt, vaak bevorderd door chloride-ionen. Het kleine blootgestelde oppervlak fungeert als anode tegenover de grote omringende kathode, waardoor de corrosie zich daar concentreert en kleine, diepe putten in het staal vormt. Deze zijn op het eerste gezicht vaak nauwelijks zichtbaar, maar kunnen de leidingwand veel sneller doordringen dan gelijkmatige corrosie. Zie putcorrosie en oppervlaktevoorbereiding.

Spleetcorrosie

Spleetcorrosie lijkt op putcorrosie, maar treedt op in smalle, afgeschermde spleten: onder pakkingen, flenzen en klemmen, onder afzettingen of onder losgeraakte coating. In de spleet raakt zuurstof uitgeput en wordt de ingesloten vloeistof zuurder en rijker aan chloriden dan de omgeving, zodat het metaal in de spleet de anode wordt. Net als bij putcorrosie heeft de aantasting de neiging te versnellen zodra ze is begonnen, en wordt de spleet dieper.

Intergranulaire corrosie

Intergranulaire corrosie is een van de verraderlijkste vormen van corrosie. Ze tast de korrelgrenzen van het metaal aan in plaats van de korrels zelf, waardoor ze met het blote oog nauwelijks zichtbaar is. Het oppervlak kan weinig of geen corrosie vertonen terwijl het materiaal van binnenuit wordt verzwakt. Het metaal wordt steeds brosser, verliest zijn cohesie en kan uiteindelijk bezwijken. Een bekend voorbeeld is gesensibiliseerd roestvast staal, waarbij chroomcarbiden ontstaan op de korrelgrenzen na lassen of warmtebehandeling.

Microbiologisch beïnvloede corrosie (MIC)

Microbiologisch beïnvloede corrosie is een van de minder bekende vormen van corrosie. Toch is ze zeer relevant voor stalen pijpleidingen, zowel aan de binnenkant, waar water zich ophoopt op lage punten, als aan de buitenkant onder losgeraakte coatings. Veel van de betrokken bacteriën, zoals sulfaatreducerende bacteriën, gedijen in zuurstofvrije omstandigheden. De corrosie wordt veroorzaakt door de stoffen die de bacteriën produceren, zoals waterstofsulfide en organische zuren, die het staal aantasten. MIC is daarom vergelijkbaar met zuurcorrosie, maar het corrosieve middel wordt door de bacteriën geproduceerd. Meer in MIC-corrosie uitgelegd.

Hoe pijpleidingcorrosie wordt beheerst en gerepareerd

Pijpleidingexploitanten combineren meerdere beschermingslagen:

• Externe coatings zoals fusion-bonded epoxy, drielaags polyethyleen of polypropyleen, en veldverbindingscoatings bij de rondlassen.
• Kathodische bescherming voor ingegraven en ondergedompelde delen, waarbij de leiding de kathode wordt, zodat coatingdefecten niet corroderen.
• Interne maatregelen zoals inhibitoren, ontwatering en reinigingspigs tegen interne corrosie en MIC.
• Inspectie en monitoring, waaronder in-line inspectie, coatingsurveys en zwerfstroomsurveys.

Wanneer corrosie wordt gevonden en de resterende wanddikte acceptabel is, wordt het beschadigde gebied schoongemaakt tot blank staal en opnieuw gecoat. De reparatiecoating presteert alleen als het oppervlak goed is voorbereid: corrosieproducten, oude coating en zouten verwijderd, en een ankerprofiel gecreëerd voor hechting. Veldverbindingen en gecorrodeerde lassen zijn een typisch geval; zie oppervlaktevoorbereiding voor veldverbindingen van pijpleidingen.

Ter plaatse verwijdert de Bristle Blaster® van MontiPower® roest en coating en creëert hij in één gang het ankerprofiel, zonder abrasief medium. In gedocumenteerde tests op API 5L-pijpleidingstaal levert hij een reinheid vergelijkbaar met ISO 8501-1 Sa 2½ / SSPC-SP 10 met een ankerprofiel van 65–85 µm Rz; de resultaten variëren met staalsoort, roestgraad, band en techniek. Lees meer op onze pagina over olie, gas en pijpleidingen en in hoe je roest van een metalen pijp verwijdert.

Veelgestelde vragen

Wat is het meest voorkomende type corrosie in pijpleidingen?

Gelijkmatige of algemene corrosie van koolstofstaal, het bekende roest veroorzaakt door zuurstof en vocht, is de meest voorkomende en meest zichtbare vorm. Het is ook de meest voorspelbare. Lokale vormen zoals putcorrosie, spleetcorrosie, MIC en spanningscorrosie komen minder vaak voor maar zijn gevaarlijker, omdat ze de wand kunnen doorboren met weinig zichtbare waarschuwing.

Wat veroorzaakt spanningscorrosie in pijpleidingen?

Spanningscorrosie vereist drie voorwaarden tegelijk: een trekspanning boven een drempelwaarde, een gevoelig materiaal en een krachtige scheurvormende omgeving. Bij ingegraven pijpleidingen komt het voor als SCC bij hoge pH in carbonaat-bicarbonaatoplossingen en SCC bij bijna-neutrale pH in verdund grondwater, beide doorgaans waar de coating is losgeraakt en kathodische bescherming het staal niet kan bereiken.

Hoe voorkom je corrosie in stalen pijpleidingen?

Pijpleidingen worden beschermd door een extern coatingsysteem, kathodische bescherming voor ingegraven of ondergedompelde delen, interne maatregelen zoals inhibitoren en reinigingspigs, en regelmatige inspectie. Waar corrosie wordt gevonden, wordt die verwijderd en wordt het staal voorbereid tot de reinheid en het ankerprofiel die de reparatiecoating vereist, en vervolgens opnieuw gecoat, of wordt het leidingdeel gerepareerd of vervangen als het wandverlies te groot is.

Hoe wordt corrosie verwijderd voordat een pijpleiding opnieuw wordt gecoat?

Abrasief stralen is de traditionele methode. Voor veldverbindingen, spotreparaties en leidingen in bedrijf kan een bristle-blastinggereedschap roest en coating verwijderen en in één gang een ankerprofiel creëren, met een reinheid vergelijkbaar met Sa 2½ / SSPC-SP 10 en een Rz-profiel van 65–85 µm in gedocumenteerde tests op API 5L-staal. De resultaten variëren met staal, roestgraad en techniek.