DD145787A1

DD145787A1 - Metallische verbundrohrleitungen mit passivem und kathodischem schutz

Info

Publication number: DD145787A1
Application number: DD21531879A
Authority: DD
Inventors: Dieter Severin; Hans-Ulrich Tetzlaff
Original assignee: Dieter Severin; Tetzlaff Hans Ulrich
Priority date: 1979-09-03
Filing date: 1979-09-03
Publication date: 1981-01-07

Abstract

Die metallischen Verbundrohrleitungen, bei denen stumpfgeschweiszte Stahlrohrleitungen hoher mechanischer Beanspruchung mit einem Material geringer mechanischer, aber hoher Korrosionsfestigkeit ausgekleidet werden, koennen vorzugsweise fuer die Montage von Transportleitungen fuer aggressive Medien, wie z.B. Abwaesser, Sole, feuchte Gase usw. eingesetzt werden. Das Ziel ist ein wirksamer, lang anhaltender Korrosionsschutz der Innenflaechen von Rohrleitungen, wobei die Montage der Verbundrohrleitungen ohne hohen technologischen Aufwand leicht auszufuehren sein musz. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dasz die metallische Rohrleitung hoher mechanischer Festigkeit durch einen Einschub elektrochemisch unedleren Metalls ausgekleidet wird, so dasz die Innenflaeche anfangs lueckenlos abgedeckt und infolge Passivierung von Foerdermedien nicht angegriffen wird. Bei einsetzender Perforation der Metallauskleidung kommt es zur Potentialumkehr im Kontakt beider elektrochemisch unterschiedlichen Metalle, so dasz die Auszenrohrleitung innen katodisch vor Korrosion geschuetzt wird. Die Montage der Innen- und Auszenrohre erfolgt alternierend, im Bereich der Stumpfschweisznaht der Auszenrohrleitung wird die Oberflaeche der Auskleidung durch ein Metallband als Waermeschranke geschuetzt.

Description

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Beschreibung der Erfindung

Sitel: Metallische Verbundrohrleitungen mit passivem und katodischem Innenschutz

Die Erfindung betrifft die Anwendung von Metallauskleidungen als katodischen- Innenschutz für metallische Verbundrohrleitungen insbesondere für stumpfgeschweißte Rohre, die vorzugsweise für die Montage von Transportleitungen für aggressive Medien, y/ie z.B. Sole, Abwasser, feuchte Gase usw# eingesetzt werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten technischen Lösungen zum Innenschutz von. metallischen Rohrleitungen, insbesondere Druckrohrleitungen aus unlegiertem oder niedriglegiertera Stahl, umfassen die Auskleidung mit organischen, mineralischen oder metallischen Werkstoffen (Verbundrohre), die zweckmäßigerweise bereits bei der Rohrfertigung in das Rohr eingebracht werden. Zur Gewährleistung des durchgängigen Innenschutzes sind diese Lösungen nur bei Rohren nut Muffen- oder Flanschverbindungen anwendbar·

5¹Ur bestimmte Einsatzzwecke sind aus statischen oder betriebstechnischen Gründen stumpfgeschweißte Rohrleitungen erforderlich, so für Verpreßrohrleitungen (Vertikalrohrleitungen) und bei endloser Strangverlegung. Zur Gewährleistung einer einwandfreien Schweißverbindung muß .in diesem Fall die Innenauskleidung im Bereich der Rohrenden t werden* . · ·

Damit ist der Innenschuh unterbrochen, und es sind bei der Rohrmontage erhebliche Aufwendungen erforderlich, um den Innenschutz der Montageschweißnahtzonen zu gewährleisten· Bekannte Lösungen sind der Einsatz von speziellen Innenmuffen im Bereich der Montageschweißnaht, die gegen die .Rohrinnenauskleidung abgedichtet sind und die Schweißwärme schadlos aufnehmen, oder die -Verwendung von stab-, ring- oder zylinderf-örmigen Aktivanoden, die durch Abgabe eines bestimmten Schutzstromes, den Fehlstellenbereich katodisch - ' und soweit sie die Rohrinnenfläche flüssigkeitsdicht ab- . decken - auch passiv vor Korrosion schützen_e Für kurze Rohre kleinen Durchmessers, besonders für Rohrbündel, werden auch längsgeschlitzte Futterrohre eingesetzt,' die in bestimmten Fällen auf der dem Rohr zugewandten Seite mit einer katodisch wirksamen Beschichtung aus Zink, Magnesium oder deren Legierungen versehen sein können· Nachteilig bei diesen bekannten Lösungen wirkt sich aus, daß die Innenauskleidung im Bereich der Schweißnaht unterbrochen ist und somit vom Fördermedium unterwandert, v/erden kann, was zur Kontakt-'und/oder Spaltkorrosion führt und damit die Wirksamkeit der gesamten Innenauskleidung in Frage stellt.

Seit langem bekannt ist der katodische Schutz der Rohr™ leitungen durch Einsatz von Aktivanoden (DDR-PS ITr*. 98391). Hier schützen die Aktivanoden besonders die Gewindeverbinder in deren Nähe sie bei vergrößertem Rohrdurchmesser angebracht sind« Aus technologischen Gründen (Strömungsverlust e, Befahrbarkeit) scheidet jedoch das zusätzliche Anbringen von Aktivanoden im Innenraum aus« Der Verkleinerung des Rohrquerschnittes kann durch den Einsatz von formschlüs3igen Ringanoden begegnet werden (DDR-PS 130071), die bei Notwendigkeit durch eine dünne, nichtmetallische, hochtemperaturbeständige und wenig adsorbierende Wärmeschranke (Aktenzeichen 210086/WP c23F) eine Schweißbadsicherung darstellt. Beide Methoden sind auf den Schutz der nicht passiv schützbaren Schweißbereiche gerichtet.

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In DT - OS 1 805 350 (47 fl, 58/00) wurde'-vorgeschlagen, den Innenschutz von Rohren geringen Durchmessers mit einem längsgeschlitzten sich anschmiegenden Futterrohr, das auf der dem Mantelrohr zugewandten Seite mit einer katodisch schützenden Metallschicht überzogen ist, vorzunehmen· Diese Vorrichtung kommt nur für einfach.zugängliche Rohre kleiner Abmessungen in Frage, die ein periodisches Auswechseln der Futterrohre nach Verbrauch des Anodenwerkstoffes ermöglichen. Für erdverlegte Rohrleitungen und andere schwer zugängliche Hohlkörper ist diese Vorrichtung nicht anwendbar· Als Ausweg bietet sich der Einsatz von Verbundrohren an, bei denen die innere Auskleidung die Funktion der Aktivanoden übernimmt.

Der katodische Schutz ist aber nur wirksam, wenn die Rohrleitung mit einem Fördermedium ausreichender elektrolytischer Leitfähigkeit beaufschlagt ist, wirkt demnach nicht bei feuchten Gasen oder in entleerten Rohrleitungen· Die Lebensdauer von AktiVarioden ist begrenzt, da selbst bei geringem Schutzstrombedarf der katodisch zu schützenden Rohrinnenfläche der Verbrauch an Anodenwerkstoff - bedingt durch die Eigenkorrosion - relativ groß ist.

Allen bekannten Verfahren haftet der Nachteil an, daß es sich um einen örtlich begrenzten Fehlstellenschutz mit Anoden handelt, der in den meisten Fällen nur auf die Schweißverbindung gerichtet ist. Dieser Uachteil führt im Endeffekt. dazu, daß bei der Anwendung der beschriebenen Methode kein durchgängiger Schutz der übrigen Rohrinnenfläche gewährleistet ist·

Ziel der Erfindung. .

Das Ziel der Erfindung ist ein wirksamer, langanhaltender und unter Montagebedingungen, leicht auszuführender Innerischutz von stumpfgeschweißten Stahlrohrleitungen hoher mechanischer und korrosiver Beanspruchung durch aggressive Elektrolyte, wobei die Gebrauchseigenschaften von Stahlrohrleitungen ohne Anwendung von Iviuffen- und Flanschverbindungen verbessert und

. ....· _. :. . .. - 4 - ihre Lebensdauer verlängert werden·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, stumpfgeschweißte Stahlrohrlei tauigen unter Montagebedingungen., mit einer verschleißfesten,-temperaturbeständigen Innensohutzauskleidung' auszustatten, die die Innenflächen der Rohrleitung einschließlich der Schweißnaht lückenlos abdeckt· Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine. metallische Rohrleitung hoher mechanischer Festigkeit mit einer Innenrohrleitung aus einem elektrochemisch unedleren Metall oder einer elektrochemisch unedleren Metallegierung ausgekleidet wird, die die Innenflächen der äußeren Rohrleitung lückenlos abdeckt und infolge Passivierung vom Fördermedium nicht angegriffen wird, so daß ein wirksamer Schutz vor Korrosion und vor mechanischem Verschleiß gegeben ist. Ist dagegen die Metallauskleidung lokal bereits verschlissen oder verbleiben punktformige Fehlstellen, so daß das Fördermedium bis an das 'Stahlrohr herantreten und die Innenrohrleitung unterwandern kann, so bildet sich durch Kontakt beider elektrochemisch unterschiedlicher Metalle ein galvanisches Element, und durch Kontaktkorrosion kehrt sich das ursprüngliche Potential um: im Bereich der Kontaktzone wird die elektrochemisch edlere Außenrohrleitung zur Katode und die Innenrohrleitung durch Aufhebung der Passivierung zur Anode, so daß ein Schutzstrom fließt, der die vom Elektrolyten berührten Innenflächen des Außnrohres zu negativen Werten polarisiert und somit katodisch vor Korrosion schützt« .

Dabei kann die Außenrohrleitung aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl hoher mechanischer Festigkeit und die Rohrauskleidung aus Aluminium od©3? Aluminiuralegierungen geringer mechanischer Festigkeit, aber 'hoher Korrosionsfestigkeit gegenüber dem jeweiligen IT'ordennedium, vorzugsweise aus Reinalurainium mit mindestens 99,5 % Al oder Aluminiumlegierungen mit bis zu 5 /S-Mg und/oder bis zu 5 .% Zn bestehen.

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Diese Werkstoffe sind widerstandsfähig gegenüber vielen aggressiven Flüssigkeiten und Gasen, besonders gegenüber salz- und chloridreichen wassern; sie werden beispielsweise als sogenannte Seewasserlegierungen im Schiffsbau verwendet· Die Resistenz gegenüber korrosiven Medien wird durch eine zwar dünne, aber dichte Oxidhaut bewirkt, die alle Aluminiumwerkstoffe umgibt, sofern nicht - wie bei der Herstellung von Aktivanoden aus Aluminium - eine bewußte Zulegierung von bestimmten Metallen, wie Iridium, Quecksilber, Zinn, Indium oder Gallium erfolgt, die die Passivierung verhindern. Bei Kontaktkorrosion, beispielsweise beim Durchbruch des Fördermediums durch die Rohrauskleidung bis zürn elektrochemisch edleren AuSenrohr, wird die Passivierung aufgehoben und das Potential kehrt sich.um· Der an sich korrosionswiderotaiidsfähige Aluminiumwerkstoff wird im Bereich der Kontaktkorrosion zur Anode und schützt durch Abgabe von Elektronen, dem sogenannten Schutzstrom, den darunterliegenden Stahlwerkstoff katodisch vor Korrosion; die dabei aus dem Aluminium entstehenden Korrosionsprodukte aus Oxiden und Hydroxiden verstopfen infolge ihres größeren Volumens die Fehlstellen und vermindern durch ihren elektrischen Widerstand den Stromfluß, so daß die Kontaktkorrosion zum Stillstand kommt«,

Die Außen- und Innenrohrleitungen bestehen jeweils aus stumpfgeschweißten Einzelrohren oder Rohrsektionen, wobei der Außendurchmesser der Innenrohre vor der Montage kleiner, ist als der Innendurchmesser der Außenrohre, so daß die Rohre bei der Montage leicht ineinandergeschoben werden können» Zwischen Außen- und Innenrohren verbleibt dabei ein Luftspalt, der die v/ärraeempfindlichen Innenrohre vor unzulässiger Erwärmung beim Schweißen der sie umschließenden Außenrohz*e schützt und dadurch ein lokales Aufschmelzen der Innenrohre beziehungsweise eine Verunreinigung des Schweißgutes der Montagenaht der Außenrohre verhindert.

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Die Innenrohrleitung .im Bereich der Stumpfschweißnaht der Außenrohrleitung kann mit.einem stählernen Metallband umgeben sein, das die Schweißwärme schadlos aufnimmt und zugleich eine feste Unterlage für die Stumpfschweißnaht der AuSenrohre darstellte Diese Lösung ist besonders-vorteilhaft, wenn an die Güte der Schweißverbindung besonders hohe Anforderungen gestellt werden» Es gentigt dabei, wenn . das Metallband lose um das Innenrohr herumgelegt wird· Statt des Metallbandes kann das Innenrohr auch mit einer Wärmeschränke aus Korund oder einem anderen keramischen Werkstoff versehen sein, der zweckmäßigerweise nach bekannten Verfahren aufgespritzt wird. Es genügen dabei Schichtdicken von 0,2 bis 0,3 mm«

Die zu verschweißenden Außen- und Innenrohre werden im Wechsel vorgestreckt und verschweißt', und zwar dergestalt,, daß immer zunächst die Innenrohrleitung mindestens so weit vorgestreckt und verschweißt wird,, daß nach der Montage des nächsten Außenrohres die Innenrohrleitung noch so weit herausragt, daß das nächste Rohr, verschweißt-'werden kann«

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Die Inneiirohrleitung wird nach der Montage durch Innendruck aufgeweitet, so daß sich Innen- und Außenrohrleitung formschlüssig berühren und eine Verbundrohrleitung ergeben» Dazu sind die -Rohrenden von Innen- und Außenröhrleitung vorher gegeneinander abzudichten, zweckmäßigerweise mit bekannten Dichte'lementen* Das Aufweiten der Innenrohrleitung er« fordert keinen besonders hohen Innendruck, da die Innenrohrleitung relativ dünnwandig ausgeführt sein kann und aus leicht fließenden Werkstoffen geringer'mechanischer Festigkeit besteht·» die Außenrohrleitung wirkt dabei als Widerlager und verhindert ein unkontrolliertes fließen des Werkstoffes der Innenrohrleitung« Besonders vorteilhaft ist es, wenn zum Aufweiten der Innenrohrleitung der normale Be- triebsdruck des Förderrnediums verwendet wird» Dazu können auch bewußt an sich.nicht erwünschte Druckstöße im Pörder-

medium erzeugt werden, beispielsweise durch schnelles Offnen und 'Schließen der Absperrarmaturen·- ·.'..'

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden·

Beim Ein- und Ausspeisen von feuchtem Kohlendioxid, das in unterirdischen natürlichen Speichern gelagert werden kann, v/erden die Pörderrohrtouren des Stahls stark korrosiv bean·*· spruchte Verstärkt wird dieser Angriff durch Salzpartikel, die aus dem Speicher mitgerissen werden. Bevorzugter Angriff sort sind die Schweißnahtzonen der Pörderrohrtouren· Eine Beschichtung der Innenflächen mit.organischen Beschichtungswerkstoff en scheidet wegen zu geringer Standzeiten aus, zur Verminderung des Stranggewichtes und für die Durchgangsfreiheit für Meßgeräte kommt nur ein Verbinden der Einzelrohre durch Schweißen in Präge. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herstellung von Verbundrohren zum Schutz gegen Innenkorrosion der Förderrohrtour betrifft das Einschieben eines etwas geringer als das Mantelrohr dimensionierten Putterrobres aus Aluminium oder Al-Legierungen, wobei beide Roixcouren getrennt voneinander verschweißt werden_e Das erste Mantelrohr wird am unteren Ende mit einem 3toppring versehen und in das Bohrloch abgesenkt, wobei ca* 500 mm über dem Bohrtisch des oberen Rohrteils- abgefangen wird« Das ca_a 40-50 mm längere Einschubrohr aus Reinaluminium wird auf dem Stoppring abgesetzt und mit dem zv/eiten Einschubrohr nach, üblichen Schweißverfahren-verbunden» über diese Verbindung wird das zweite Mantelrohr geführt, so daß wieder-ca. 40-50 mm des Einschubrohres heraussagen. Das gesamte System wird a'bgesenkt und die Komplettierung wie beschrieben weitergeführt, Zur Verhinderung von Aufhärtungen in der Schweißnaht sowie von Beschädigungen der darunterliegenden Futterrohre werden Wärmeableitlagen: verwendet. Fach Absenken des komplettierten Stranges wird der Einschub formschlüssig durch Betriebsdruck bzw. durch Abdrücken, nachdem das untere Ende vorher mit einem bohrbaren Stopfen verschlossen wurde, mit Überdruck · gepreßt. Die Dimensionserung und- die Materialauswahl für die Eincchübe. richtet sich in erster linie nach den Pördermedien

Claims

-a - I Patentanspruch .

1. Metallische Verbundrohrleitungen mit passivem und katodischem Innensehutz dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrohrleitung eine hohe mechanische ' Festigkeit und die Innenrohrleitung eine hohe Korrosions- und Verschleißfestigkeit besitzen, wobei die Innenrohrleitung aus einem elektrochemisch unedleren Metallwerkstoff als das Außenrohr bestehto

2* Metallische VerbundiOhrleitungen mit katodischer Innenschutzauskleidung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrohrleitung aus unlegiertem oder niedriglegiertern Stahl und die Innenrohrleitung aus Aluminium oder Aluminiuralegianmgen hoher Korrosionsfestigkeit gegenüber dem jeweiligen Fördermedium bestehen, vorzugsweise aus. Reinaiurninium mit mindestens 99»3 % Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit bis zu 5 % Magnesium und/oder bis zu 5 % Zink.

3. Metallische Verbundrohrleitungen mit katodischer Innenschutzauskleidung, nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- und Innenrohrleitung jeweils aus stumpfgeschweißten Einzelrohren oder liohrsektionen bestehen, wobei der Außendurchmesser der Innenrohre vor der Rohrmontage kleiner ist als der Innendurchmesser der Außenrohre«

4* Metallische Verbundrohrleitungen mit katodischem Tnnenschutz nach Punkt 1 und 2_$ .dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohrleitung im Bereich der Stumpfschweißnaht der Außenrohrleitung von einem Metallband aus dem gleichen Werkstoff ?;ie die Außenrohrleitung umgeben ist, das eine Warmeschranke vor unzulässiger Schweißwärme und zugleich eine feste Unterlage für die Stumpfschweißnaht der Außenrohre darstellt.

5. Metallische Verbundrohrleitungen mit katodischem Innenschutz nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenrohre beziehungsweise Rohr- : Sektionen alternierend vorgestreckt und verschweißt ν/er den·;

6« Metallische Verbundrohrleitungen.''mit katodischera Innenschutz nach Punkt 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohrleitung nach Abdichtung der Rohrenden gegen die Außenrohrleitung durch Innendruck formschlüssig aufgeweitet wird.

7· Metallische Verbundrohrleitungen mit katodischera Innenschutz nach Punkt 6_S dadurch gekennzeichnet, daß zxxca Aufweiten der Innenrohrleitung der Betriebsdruck des Fördermediums verwendet wird»

8. Metallische Verbundrohrleitungen mit katodischem Innenschutz nach Punkt 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufweiten der Innenrohrleitung bewußt an sich nicht erwünschte Druckstöße des Fördermediums erzeugt beziehungsweise genutzt werden.