Welche Materialien können bei der Rohrverarbeitung und -fertigung verwendet werden?

Eisenhaltige Metalle: Die Robustheit und Hochleistungsfähigkeit der Rohrverarbeitung in der Fertigung

Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle: Der Standard in der Öl- und Gasindustrie sowie in der Energieerzeugung

P91 und kriechbeständige Hochtemperaturlegierungen für die Rohrverarbeitungs- und Fertigung

Ferritische und duplexe Edelstähle

Während der Verarbeitung von Rohren in Gegenwart aggressiverer Medien wie Chloriden, organischer Säuren und Meerwasser ermöglichen Legierungselemente wie Chrom und Molybdän in Edelstählen, Duplex- und Superduplex-Stählen, dass sich die Stähle rasch passivieren und – wie berichtet – selbstheilend gegen Loch- und Spaltkorrosion schützen. Insbesondere Duplex-Edelstähle, die die Zähigkeit der austenitischen Mikrostruktur mit der Festigkeit der ferritischen Mikrostruktur kombinieren, weisen im Vergleich zu 316L-Edelstählen eine deutlich geringere Anfälligkeit für chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion (SCC) auf – bis zu 65 % weniger, wie jüngste, den NACE-Richtlinien entsprechende Feldstudien zeigen. Ihre ausgewogene zweiphasige Mikrostruktur verleiht ihnen zudem eine höhere Streckgrenze und bessere Schweißbarkeit, wodurch Duplex-Edelstähle eine ausgezeichnete Wahl für hochbelastbare Verbindungen in Entsalzungsanlagen, Offshore-Plattformen und chemischen Förderleitungen darstellen. Jede Sorte wird entsprechend der Schwere der Umgebungsbedingungen ausgewählt: So kann 316L in Umgebungen mit mäßigen Chloridkonzentrationen eingesetzt werden, während Superduplex-Legierungen in extremen Umgebungen mit Chloridgehalten über 30.000 ppm teure Oberflächenbehandlungen und Konservierungsmittel ersetzen können.

Nickelbasierte Hochtemperaturlegierungen und Titan für den Einsatz in aggressiven chemischen Medien und Meerwasser

Unter den korrosivsten und höchsten Temperaturbedingungen kommen nickelbasierte HochleistungslEGierungen und Titan zum Einsatz. Solche Bedingungen können beispielsweise beim Transport von Schwefelsäure, bei Tiefsee-Aufstiegsrohren (deep-sea risers) oder während der Förderung saurer Erdölvorkommen (sour oil extraction) auftreten. Ein Beispiel für eine nickelbasierte HochleistungslEGierung ist Inconel 625 oder auch Hastelloy C-276. Diese Bedingungen erfordern zudem den Einsatz von Titan; Beispiele hierfür sind Werkstoffklasse 2 und Werkstoffklasse 7. Bei konzentrierter Schwefelsäure behält Hastelloy C-276 über 95 % seiner Korrosionsbeständigkeit bei. Meerwasser führt zu verschiedenen Korrosionsarten, darunter Lochfraß und Spaltkorrosion, die als besonders aggressiv gelten. Daher ist es schwierig, Werkstoffe zu entwickeln, die über lange Zeiträume hinweg einer Korrosion standhalten. In Meerwasser bildet sich eine Titanschicht (Titanoxid), die außerordentlich wirksam gegen Korrosion schützt und somit eine nachhaltige Lösung darstellt. Ein Beispiel hierfür ist die 40-jährige Betriebsdauer von Titan in Kühlsystemen. Inconel 625 ist anderen Werkstoffen hinsichtlich der sulfidinduzierten Spannungsrisskorrosion (sulfide stress cracking) in Kohlenwasserstoffströmen überlegen. Nickelbasierte HochleistungslEGierungen und Titan tragen daher dazu bei, eine hohe Gesamtbetriebskosten-Effizienz (Total Cost of Ownership) sicherzustellen und gleichzeitig den störungsfreien Betrieb missionkritischer Systeme zu gewährleisten.

Wirtschaftliche Fertigung von Rohrleitungen mit niedrigem Druck unter Verwendung von Polymer- und nichtmetallischen Rohren

HDPE, PVC, CPVC und PEX: Welches ist die optimale Balance zwischen Kosten, Installationsaufwand und chemischer Unverträglichkeit

Bei der Herstellung von Rohrleitungen für Niederdruckanwendungen mit geringer Sicherheitsrelevanz – insbesondere für die kommunale Wasserversorgung, Bewässerungssysteme und chemische Abwasserleitungen – bieten polymere Werkstoffe sowohl erhebliche wirtschaftliche Vorteile als auch logistische Benefits. HDPE-, PVC-, CPVC- und PEX-Rohrsysteme sind leichtgewichtig und korrosionsfrei. Zudem erfordern sie weder Gewindeschneiden noch Schweißen, wodurch sich der Installationsaufwand und die Montagezeit im Vergleich zu metallischen Systemen um bis zu 40 Prozent reduzieren. HDPE-Rohre eignen sich am besten für Gas- und Wasserverteilungsleitungen sowie für vergrabene Gas- und Wasserverteilungsleitungen. HDPE ist flexibel und ermöglicht nahtlose Schweißverbindungen durch Warmluft- oder Elektrofusionsverfahren. PVC-Rohre weisen eine gute Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen auf. CPVC besitzt eine hohe Beständigkeit und kann Wasser mit Temperaturen über 200 °F aushalten. PEX-Rohre zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Biegsamkeit aus und eignen sich ideal für Sanitärinstallationen. Alle genannten Materialien weisen jedoch auch Schwächen auf: So wird PVC bei Frosttemperaturen spröde, während CPVC nach UV-Bestrahlung altersbedingt abbaut. Auch thermische und druckbedingte Abschläge (Derating) sind bei der Auswahl des Rohrwerkstoffs entscheidend. Flexible Rohrmaterialien müssen daher stets unter Berücksichtigung der chemischen Umgebungsbedingungen ausgewählt werden.

Anwendung von Design und Konstruktion für die Rohrverarbeitungsstruktur

Ein methodischer und systematischer Ansatz ist unerlässlich, um das für die Herstellung von Rohrleitungsanlagen zu verwendende Material festzulegen. Bei der Förderung von Flüssigkeiten müssen Rohre widerstandsfähig gegenüber dampfender, fettiger und saurer Abwasserflüssigkeit aus Raffinerien sein. Die Aufrechterhaltung eines ungehinderten Durchflusses sowie die Integrität der geförderten Medien stellt die grundlegendste Anforderung dar. ASME B31.3 legt fest, dass der erwartete Betriebsdruck und die Betriebsbedingungen eingehalten werden müssen. Das bedeutet, dass der Druck in den Rohren maximal 30 % über dem erwarteten Betriebsdruck liegen darf, während die Temperatur nicht höher als 400 Grad Celsius gehalten werden darf. P91 liegt innerhalb dieses Bereichs. Zu den Betriebsbedingungen zählen zudem die Temperatur des Fördermediums und der Einfluss des Windes. Die Komponenten müssen außerdem korrosionsbeständig sein und mit den geförderten Flüssigkeiten verträglich. Hochwertigere Legierungen sind zwar kostspieliger, doch lohnt sich der zusätzliche Aufwand. Viele Legierungen werden an den Flanschen korrosionsanfälliger Rohre eingesetzt. Daraus folgt, dass je größer der Durchfluss ist, desto kosteneffizienter die Komponente wird. So gelingt ein reibungsloser Betrieb bei gleichzeitig solider finanzieller Bilanz. Die Integration dieser Kriterien führt zu fundierten Entscheidungen, die die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz von Rohrleitungssystemen erhöhen sowie Kosten bei der Rohrverarbeitung senken.

Häufig gestellte Fragen

Welche Vorteile bieten Kohlenstoffstahl und niedriglegierter Stahl?

Kohlenstoffstahl und niedriglegierter Stahl weisen zahlreiche Vorteile auf. Sie verfügen über ein sehr gutes Verhältnis von Festigkeit zu Kosten. Sie können beim Bau von Rohrleitungen für Kraftwerke sowie für Öl- und Gasanlagen eingesetzt werden. Zudem weisen sie eine sehr gute Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen sowie gegenüber sulfidhaltigen („sour“) Umgebungen auf.

Warum werden diese Legierungen bei korrosiven Bedingungen eingesetzt?

Legierungen wie Duplex-Stähle und Edelstähle weisen eine höhere Korrosionsbeständigkeit auf, da sich im Rahmen ihres Korrosionsprozesses eine schützende Oxidschicht bildet – wodurch sie ideal für den Einsatz bei Chloriden, organischen Säuren und sogar Meerwasser geeignet sind.

Wie schneiden Polymere im Vergleich zu Metallen bei der Herstellung von Rohren ab?

Werkstoffe wie HDPE, PVC, CPVC und PEX weisen gegenüber metallischen Werkstoffen mehrere Vorteile auf, beispielsweise geringes Gewicht und Korrosionsfreiheit, was insbesondere bei der Verlegung von Rohren für Niederdruck- und nicht-kritische Anwendungen erhebliche wirtschaftliche und logistische Vorteile bietet.