Rohrleitungen – Eignung für den Betrieb (FFS)

1. Einführung

Zuverlässigkeitsbasierte Inspektion ist eine Bewertungstechnik, die verwendet wird, um Geräte zu identifizieren, die am wahrscheinlichsten zuerst ausfallen. Dies hilft, Geräteinspektionen während eines Stillstands zu priorisieren.

In modernen Wartungsstrategien wird nicht jedes Gerät während eines Stillstands zur Inspektion geöffnet. Stattdessen nutzt die zuverlässigkeitsbasierte Inspektion bestehende Inspektionsberichte, Eignungsprüfungen und Bewertungen des Betriebspersonals, um verschiedene Geräte zu bewerten. Geräte, die niedrig eingestuft werden, werden während eines Stillstands nicht geöffnet. Dies führt zu erheblichen Einsparungen bei Ressourcen.

Die Bestimmung der Restlebensdauer einer Komponente ist nicht immer einfach, insbesondere in Situationen, in denen keine Daten zur Korrosionsrate oder zuverlässige Risswachstumsraten vorliegen. Manchmal sind keine Daten zur Korrosionsrate oder zuverlässige Daten zur Risswachstumsrate verfügbar. In solchen Fällen werden Überwachung oder Sanierung eingesetzt, um die Unsicherheit zu managen. Wenn eine Komponente nur noch wenig oder keine Restlebensdauer hat, ist eine Reparatur die notwendige Maßnahme.

2. Sanierung

Sanierung ist erforderlich in Situationen, in denen:

• Ein Mangel in einer Komponente in ihrem aktuellen Zustand als unakzeptabel angesehen wird
• Wenn die Restlebensdauer der Komponente minimal oder unsicher ist,
• Wenn aktuelle Bewertungsmethoden unzureichend sind, um das Verhalten des Mangels vorherzusagen.

Verschiedene Sanierungsmethoden können eingesetzt werden, um diese Probleme zu beheben und den fortgesetzten sicheren Betrieb der Ausrüstung zu gewährleisten. Einige gängige Sanierungsmethoden umfassen:

• Ausschleifen von Rissen auf Schweißauflagen: Dies beinhaltet das Entfernen von Rissen aus dem geschweißten Bereich einer Komponente durch Schleifen. Es beseitigt die geschwächten oder beschädigten Teile der Schweißnaht.
• Aufschweißen von Hülsen oder Pads: Diese Methode beinhaltet das Hinzufügen von zusätzlichem Material, wie Hülsen oder Pads, zum betroffenen Bereich, um ihn zu verstärken und seine Integrität wiederherzustellen.
• Überwachung des Zustands der Komponente: Dies dient dazu, den Fortschritt der Schäden zu bewerten und zukünftige Wartungsmaßnahmen zu informieren. Dazu gehören:
  • Korrosionssonden: Geräte, die verwendet werden, um die Rate und das Ausmaß der Korrosion in einer Komponente zu messen, um ihre Restlebensdauer vorherzusagen und zu erkennen, wann ein Eingriff erforderlich ist.
  • Wasserstoffsonden: Werden speziell verwendet, um das Eindringen von Wasserstoff in Materialien zu erkennen und zu messen, was eine häufige Ursache für Risse ist.
  • Kupons und physikalische Sonden: Dies sind Materialstücke, die in die Betriebsumgebung der Ausrüstung platziert werden. Im Laufe der Zeit sind sie denselben Bedingungen ausgesetzt wie die Ausrüstung, und ihre Untersuchung liefert Einblicke in die Rate und Art der auftretenden Degradation.
  • UT (Ultraschallprüfung) Messungen und Scannen: Eine zerstörungsfreie Prüfmethode, die verwendet wird, um interne Mängel zu erkennen, die Dicke von Materialien zu messen und Veränderungen im Laufe der Zeit zu überwachen, um den Zustand der Komponente zu bewerten.

3. Schadensmechanismen

Vor der Durchführung einer Eignungsprüfung (FFS) ist es wichtig, zunächst den Schadensmechanismus zu identifizieren. Ein Mangel an Schadensmechanismus kann zu falschen Schlussfolgerungen über den Spannungszustand der Komponente führen und möglicherweise zu einem Versagen führen. Der Identifikationsprozess umfasst die Verwendung der geeigneten zerstörungsfreien Prüfmethode (NDE), die Schätzung zukünftiger Schadensraten zur Bestimmung der Restlebensdauer und die Anwendung geeigneter Überwachungs- und Mitigationsmethoden.

Umfassende Informationen über die betreffenden Materialien sind für die Schadensbewertung unerlässlich. Dazu gehören Daten zur Wärmebehandlung, chemischen Zusammensetzung und Festigkeitsstufe. Diese Faktoren sind entscheidend, um zu verstehen, wie ein Material unter verschiedenen Bedingungen reagiert und wie anfällig es für verschiedene Arten von Schäden ist.

• Materialzähigkeit und Wärmebehandlung: Die Materialzähigkeit wird maßgeblich durch die Korngröße beeinflusst, die wiederum durch den Wärmebehandlungsprozess bestimmt wird. Verschiedene Wärmebehandlungsmethoden können die Eigenschaften des Materials verändern und seine Widerstandsfähigkeit gegen Schäden beeinflussen.
• Chemisch abhängige Schadensmechanismen: Die meisten Schadensmechanismen werden durch die chemische Zusammensetzung des Materials beeinflusst. Zum Beispiel können bestimmte Legierungen je nach ihrer chemischen Zusammensetzung anfälliger für bestimmte Arten von Korrosion oder Spannungsrissen sein.
• Korrosionsrate: Eine allgemeine Richtlinie für tolerierbare Korrosion ist eine Rate von 5 mils pro Jahr. Das Überschreiten dieser Rate kann die Verwendung einer höherwertigen Legierung erforderlich machen, die korrosionsbeständiger ist.
• Korrosion während betrieblicher Abweichungen: Korrosion beschleunigt sich oft während betrieblicher Anomalien oder Störungen. Es ist kein binäres (an-aus) Phänomen, sondern variiert in Intensität und Rate unter verschiedenen Bedingungen.
• Betriebsbelastung und betriebliche Faktoren: Allgemeine und spezifische Betriebsbelastungen, sowohl unter normalen als auch unter gestörten Bedingungen, können Spuren von Korrosionsmitteln einführen. Betriebszyklen, undichte Ventile und menschliche Faktoren beeinflussen die Korrosionsraten erheblich.
• Übertragung von Korrosionsmitteln: Nicht alle Chemikalien werden während der Reinigungsprozesse vollständig entfernt, was bedeutet, dass Korrosionsmittel in andere betriebliche Einheiten übertragen werden können. Dies ist besonders problematisch bei Substanzen wie Ätzmitteln, die schwer zu dekontaminieren sind und über Dampf und andere Medien transportiert werden können. Ätzende Substanzen, die unter Umgebungsbedingungen relativ harmlos sind, werden bei hohen Temperaturen stark korrosiv, insbesondere in Einheiten, die nicht dafür ausgelegt sind, sie zu handhaben.

4. Kategorien von Schäden

Schadensmechanismen in Materialien und Ausrüstung können grob in zwei Haupttypen unterteilt werden: Schäden vor Inbetriebnahme und Schäden während des Betriebs:

4.1 Schäden vor Inbetriebnahme

• Materialfehler aus der Produktion: Dazu gehören Probleme wie Laminierungen, Hohlräume, Schrumpfungen und Risse, die während des Materialherstellungsprozesses auftreten.
• Schweißbedingte Fehler: Probleme wie Schweißunterkühlung aufgrund unzureichender Durchdringung und Verschmelzung, Schweißporosität und wasserstoffinduzierte Rissbildung fallen in diese Kategorie.
• Fertigungspassungsfehler: Diese beziehen sich auf Probleme wie Unrundheit und lamellare Risse, die während der Montage oder Fertigung von Komponenten auftreten.
• Wärmebehandlungsfehler, die zu Versprödung führen: Diese Fehler können durch Nachwärmerisse, Sigma-Phasen-Versprödung, 885°F-Versprödung und Sensibilisierung verursacht werden. Sensibilisierung tritt speziell bei austenitischen Edelstählen auf, wenn Karbide während der Wärmebehandlung an den Korngrenzen ausfallen.

4.2 Schäden während des Betriebs

1. Allgemeine Korrosion: Dies führt zu einer gleichmäßigen Verdünnung der freiliegenden Oberfläche ohne signifikante Lokalisierung.
2. Lokalisierte Korrosion: Ein korrosiver Angriff, der auf einen kleinen, spezifischen Bereich beschränkt ist.
3. Galvanische Korrosion: Tritt auf, wenn ein Metall mit einem edleren Metall oder einem leitenden Nichtmetall im gleichen Elektrolyten in Kontakt steht
4. Umgebungsbedingte Rissbildung: Ein spröder Bruch eines normalerweise duktilen Materials aufgrund von Umgebungsfaktoren, die Versprödung verursachen, wie Spannungskorrosionsrissbildung.
5. Erosionskorrosion, Kavitation und Fretting: Verursacht durch die relative Bewegung zwischen korrosiver Flüssigkeit und der Metalloberfläche.
6. Intergranulare Korrosion: Bevorzugter Angriff an oder nahe den Korngrenzen, oft aufgrund von Sensibilisierung oder Angriff durch Polythionsäure.
7. Entlegierung: Selektives Entfernen eines Bestandteils einer Legierung, was ihre Struktur verändert.
8. Hochtemperaturkorrosion oder Schuppenbildung: Bildung dicker Korrosionsschichten auf Metalloberflächen bei hohen Temperaturen.
9. Interner Angriff: Veränderung der Metalleigenschaften durch Umgebungskomponenten bei hohen Temperaturen, wie Karburierung (Kohlenstoffeintritt) oder Wasserstoffangriff (Wasserstoffinfusion).

5. Schadensminderung

Minderungsstrategien zur Verhinderung oder Minimierung von Schadensmechanismen in Materialien sind vielfältig und können auf die spezifische Art des erwarteten Schadens zugeschnitten werden. Diese Strategien können besonders effektiv sein, um Probleme wie Angriffe durch Polythionsäure zu verhindern, die zu intergranularer Korrosion führen.

• Vermeidung von Polythionsäureangriffen: Das Halten von Wasser über dem wässrigen Taupunkt und das Neutralisieren mit einer alkalischen Lösung hilft, die Bedingungen zu verhindern, die Polythionsäureangriffe begünstigen. Auch die Verwendung von Materialien, die weniger anfällig für Sensibilisierung sind, wie nicht-austenitische Stähle oder richtig behandelte austenitische Stähle, kann effektiv sein.
• Physikalische Prozessmodifikationen: Die Änderung von Prozesstemperaturen und Flüssigkeitsgeschwindigkeiten kann die Wahrscheinlichkeit bestimmter Korrosionsmechanismen verringern. Das regelmäßige Entfernen von Fraktionen, die zur Korrosion beitragen, kann eine präventive Maßnahme sein.

Die Verwendung organischer Beschichtungen oder metallischer Auskleidungen kann eine Barriere zwischen dem Material und korrosiven Elementen bilden. Das Auftragen zusätzlichen Materials auf die bestehende Oberfläche kann die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Verschleiß erhöhen.

Auch Techniken wie Kugelstrahlen können die Widerstandsfähigkeit der Oberfläche gegen Rissbildung und Ermüdung verbessern.

• Chemische Prozessmodifikationen: Die Anpassung der chemischen Zusammensetzung der Umgebung oder der in Kontakt stehenden Materialien kann helfen, Korrosion und andere Formen von Schäden zu mindern.
• Änderung des Spannungszustands: Prozesse wie Glühen können interne Spannungen reduzieren, die zu Schadensmechanismen wie Spannungskorrosionsrissbildung beitragen.