Entwicklung des passiven Korrosions- schutzes von ...

1 150. JAHRGANG Rohrnetz Entwicklung des passiven Korrosions- schutzes von Stahlrohrleitungen Rohrnetz, passiver Korrosionsschutz, thermoplastische Umh llung, duroplastische Umh llung, Hochleistungskunststoffe Michael Brecht und Hans-J rgen Kocks Ein effektiver und wirtschaftlicher Korrosionsschutz Development of Corrosion Protection Coatings for erdverlegter Rohrleitungen beinhaltet auch nach Ein- Steel Pipelines f hrung des kathodischen Korrosionsschutzes An- Even after implementation of cathodic protection in fang der 60er Jahre immer auch einen wirksamen the early 1960s, an effective and economic corrosion passiven Korrosionsschutz in Form einer elektrisch protection for steel pipelines has always included isolierenden und diffusionsdichten Umh llung. Der protection by an electrically insulating and imperme- technischen Entwicklung der hierf r in Frage kom- able coating.

2 Following the technical progress of suit- menden Werkstoffe folgend hat deshalb bis heute able coating materials the coating performance has stets eine kontinuierliche Weiterentwicklung des pas- steadily improved. With a focus on the last 25 years, siven Korrosionsschutzes stattgefunden. In diesem this article describes the technical development of Beitrag wird ber die technische Entwicklung der both factory and eld applied coatings. werksseitig und der bauseitig aufgebrachten Umh l- lungen berichtet. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung der letzten 25 Jahre. 1. Einleitung Anfangs wurde der passive Korrosionsschutz aus- Der Korrosionsschutz von Stahlrohrleitungen beinhaltet schlie lich eingesetzt. Seit den sp ten 50er bis fr hen seit seinen Anf ngen den passiven Korrosionsschutz, 60er Jahren wird er durch den kathodischen Korrosi- also den Schutz der Stahloberfl che vor korrosivem onsschutz erg nzt [2].

3 Mit der Einf hrung dieser zus tz- Abtrag durch Umh llung oder Ummantelung. Eine lichen Schutzma nahme, die auf den ersten Blick das Funktion des passiven schutzes ist es dabei, den Zutritt Entstehen bzw. Vorhandensein von Umh llungsfehl- des korrosiven Mediums zur Stahloberfl che und damit stellen hinnehmbar erscheinen l sst, nahmen die den kathodischen Ast der Korrosionsreaktion zu verhin- Anforderungen an den passiven Korrosionsschutz dern. Dar ber hinaus muss eine Korrosionsschutzum- jedoch keineswegs ab. Vielmehr waren insbesondere h llung elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen, ab ca. 1960 eine stetige Verbesserung der mechani- um die Bildung von Korrosionselementen zu verhin- schen Widerstandsf higkeit der Umh llungswerkstoffe dern (siehe z. B. [1]). und damit eine Verringerung der Umh llungsbesch di- Diese Funktionen wurden und werden erf llt durch gungen w hrend Verlegung und Betrieb zu beobach- Einsatz wasserabweisender und nahezu diffusionsdich- ten.

4 Diese Vermeidung von Fehlstellen in der Rohrum- ter Werkstoffe. Bis Anfang der 60er Jahre wurden hierf r h llung trotz deren Sch tzbarkeit ist wesentlich der fast ausschlie lich Destillationsprodukte fossiler Roh- Notwendigkeit zur Vermeidung der unzul ssigen stoffe (Teer, Vaseline oder Bitumen) eingesetzt. Mit der Beeinflussung von Fremdinstallationen sowie der Entwicklung geeigneter technischer Kunststoffe, allen angestrebten Minimierung des Schutzstrombedarfs voran das Polyethylen, hielt deren Verwendung ab geschuldet. Dar ber hinaus hatte die Einf hrung des ca. 1960 auch im Bereich des Korrosionsschutzes von kathodischen Korrosionsschutzes auch neue Anforde- Stahlrohren Einzug. rungen an den passiven Korrosionsschutz zur Folge [3]. Neben der Verbesserung der Werkstoffe waren in Die Notwendigkeit einer hierunter fallenden m glichst den letzten Jahren und Jahrzehnten auch die durch gra- geringen kathodischen Enthaftung der Umh llung im benlose Verlegeverfahren erh hten Anforderungen an Bereich von Umh llungsfehlstellen ist allerdings die Umh llungen sowie die in Teilanwendungen immer umstritten [4].

5 Weiter erh hten Dauerbetriebstemperaturen eine Trieb- Die wesentlichen Entwicklungsschritte sowie die kraft der Entwicklung . spezifischen Eigenschaften der einzelnen Umh llungs- G 14 Jubil umsausgabe 2009. gwf-Gas Erdgas Rohrnetz 150. JAHRGANG. arten, differenziert nach Werks- und Nachumh llungen, werden im Folgenden n her beschrieben. 2. Werksumh llungen Im Bereich der Werksumh llung von Stahlrohren und Formteilen wird bez glich der verwendeten Materialien blicherweise zwischen thermoplastischen und duro- plastischen Umh llungen unterschieden. Die beiden Materialgruppen besitzen grunds tzlich unterschiedli- che Verarbeitungseigenschaften, welche Sie jeweils f r bestimmte Anwendungen pr destinieren. So werden die im geschmolzenen Zustand weichplastischen Eigen- schaften thermoplastischer Materialien seit jeher genutzt, um rotationssymmetrische Bauteile (wie Rohre) zu beschichten.

6 Das Umh llungsmaterial wird dabei entweder als geschmolzenes Band (Bitumen). oder als extrudierte bandf rmige Schmelze (PE/PP) um Bild 1. Rohrbeschichtung mit geschmolzenem Teer (um 1935). das rotierende Rohr gewickelt bzw. als extrudierte schlauchf rmige Schmelze auf das Rohr aufgebracht (PE/PP) (Bilder 1 bis 3). Komplexer geformte Bauteile k nnen nicht in der beschriebenen Art beschichtet werden. Auf Rohrb gen und Formteilen kann PE aber als Pulverbeschichtung auf das zuvor auf ca. 300 C erw rmte Bauteil aufge- schmolzen werden (Sinterverfahren). Duroplastische Beschichtungen (Polyurethane oder Epoxidharze) werden in der Regel als Zweikomponen- ten-Spritzbeschichtung auf das zu sch tzende Bauteil aufgebracht. Im Verarbeitungszustand sind die Materia- lien fl ssig und k nnen deshalb besonders einfach f r die Beschichtung komplex geformter Bauteile (Rohr- b gen, Formteile und Armaturen) verwendet werden (Bild 4).

7 Entsprechende Materialen werden seit den fr - hen 70er Jahren im Rohrleitungsbau eingesetzt und seitdem stetig weiterentwickelt. Als Alternative zum Bild 2. Wickelextrusion von PE. Fl ssig-Epoxidharz werden seit Mitte der 70er Jahre Epoxidharz-Pulverbeschichtungen verwendet. Eine bersicht ber die Einsatzzeitr ume der wesentlichen f r Werksumh llungen eingesetzten Materialien liefert Bild 5 (siehe hierzu auch [5] und [6]). Dabei ist zu ber cksichtigen, dass die Einsatzzeitr ume und Materialien in unterschiedlichen Regionen und M rkten deutliche Variationen aufweisen k nnen. Die grobe Abfolge der Entwicklungen wird in dem Dia- gramm aber zutreffend wiedergegeben. Nachfolgend erfolgt eine detaillierte Betrachtung der Entwicklung der einzelnen Umh llungsarten, wobei auch auf regio- nale Unterschiede bez glich der berwiegend einge- setzten Materialien eingegangen wird.

8 Bitumen Teerpech aus Steinkohleteer war der erste gro tech- nisch verwendete, auf fossilen Rohstoffen basierende Rohrumh llungs-Werkstoff. Wegen der mit der Verar- beitung verbundenen Geruchsbel stigung wurde Teer Bild 3. Schlauchextrusion von PE. als Umh llungswerkstoff etwa ab 1930 allm hlich von Jubil umsausgabe 2009. gwf-Gas Erdas 15 G. 150. JAHRGANG Rohrnetz Umh llungen mit entsprechend einer oder zwei Lagen Tr gergewebe und bis zu 5,5 mm Dicke. Trotz des deutlich zur ckgegangenen Einsatzes ist die Bitumenumh llung nach wie vor normseitig beschrieben. Die bis 2006 g ltige und wohl auch bekanntere DIN 30673 [8] wurde zwischenzeitlich durch DIN EN 10300 [9] ersetzt. Auf eine detaillierte Diskussion der Anforderungen soll wegen der untergeordneten Bedeutung der Bitumen-Werksumh llung an dieser Stelle verzichtet werden. Polyethylenumh llungen (PE).

9 Eigenschaften und Entwicklung Der Einsatz von Polyolefinen zur Umh llung von Stahl- rohren ist heute anerkannter Stand der Technik. Ein wesentlicher Vorteil dieser Materialien liegt in der che- Bild 4. Spritzbeschichtung von Rohrb gen mit mischen Best ndigkeit, die den Einsatz dieser Rohrum- Polyurethan. h llungen in allen Bodenaggressivit tsstufen erm g- licht. Ende der 50er Jahre wurde die Polyethylenumh l- lung als Korrosionsschutz erdverlegter Stahlrohre eingef hrt und hat sp testens seit Anfang der 70er Jahre das fr her standardm ig eingesetzte Bitumen vollst ndig verdr ngt. Im Vergleich zum Bitumen zeich- net sich das Polyethylen vor allem durch eine deutlich h here mechanische Festigkeit, den deutlich gr eren elektrischen Umh llungswiderstand (d. h. geringere Schutzstromdichte) sowie eine deutlich h here Alte- rungsbest ndigkeit aus.

10 In der Folge k nnen heute ber 100 km Pipeline mit nur einer Anlage f r den kathodi- schen Schutz gesch tzt werden. Die ersten Polyethylenumh llungen wurden im Sin- terverfahren hergestellt [10], das heute bei den Roh- rumh llungen nur noch eine untergeordnete Rolle spielt. Hier werden Einzelrohre oder Formteile umh llt, deren Herstellung in einer Durchlaufanlage nicht mehr wirtschaftlich oder wie im Falle der Formteile erst gar nicht durchf hrbar ist. Zur Umh llung im Sinterver- fahren rieselte ein Polyethylenpulver auf die etwa Bild 5. Historische Entwicklung von 300 C warme Oberfl che des sich drehenden Stahlroh- Werksumh llungen f r Stahlrohrleitungen von res. Eine zweite Verfahrensvariante ist das Wirbelsinter- 1930 bis heute. verfahren, bei dem beispielsweise an den Enden verschlossene Formteile in ein Bad aus Polyethylen- pulver getaucht werden, bis auf der zuvor erw rmten Bitumen substituiert.