Materiaalselectie, Corrosie en Scaling Aardwarmte (Geothermie)

HANDBOEK

Materiaalselectie, Corrosie en Scaling Aardwarmte (Geothermie)

Corrodium b.v. Planetenweg 5 2132 HN HOOFDDORP The Netherlands

[email protected] www.corrodium.nl

Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502

Versie Januari 2014

Handboek Materiaalselectie, Corrosie en Scaling Aardwarmte (Geothermie)

Inhoudsopgave 1

INLEIDING ...........................................................................................................3

2

MATERIAALSELECTIE, CORROSION ENGINEERING ......................................4

3

RISC BASED INSPECTIE EN ONDERHOUD ......................................................5

4 4.1

CORROSIE MONITORING ..................................................................................7 Inleiding ................................................................................................................7

5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.2

CORROSIE COUPONS .......................................................................................8 Coupons in leidingen ............................................................................................8 Disc Coupons .......................................................................................................9 Strip Coupons ......................................................................................................9 Specialty coupons ..............................................................................................10 Coupon Holders .................................................................................................10 Side stream unit (corrosion, scaling, biofilm) ......................................................11

6.1 6.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4

ER PROBES EN CORROSIEMETERS ..............................................................12 Electrical Resistance (ER) Probes......................................................................12 Corrtran ER instrument.......................................................................................13 ER probes 2-inch................................................................................................13 Flush Spiraal Element ER probe 2-inch ..............................................................14 Flush Strip element ............................................................................................14 Tubular ...............................................................................................................15 Sand and Erosion Monitoring .............................................................................16

7.1 7.2 7.3 7.4 7.4.1 7.4.2 7.5 7.5.1 7.5.2

ELECTROCHEMICAL (EC) CORROSION MONITORING .................................16 Electrochemische corrosiemetingen ...................................................................16 Klassieke LPR metingen ....................................................................................16 Meting van lokale corrosie (put en spanningscorrosie) .......................................17 Corrtran MV en Aqua (electrochemisch).............................................................17 Corrtran MV........................................................................................................18 CorrTran® Aqua .................................................................................................21 LPR/Corrtran Electrochemische Probes 2-inch ..................................................21 LPR Flush probes 2-inch ....................................................................................21 LPR Tubular/projecting probes 2-inch ................................................................22

5

6

7

8

SAMENSTELLINGEN CORROSIE MONITORING BIJ AARDWARMTE ............23

9 9.1 9.2 10

KATHODISCHE BESCHERMING ......................................................................26 Warmtewisselaars en filters ................................................................................26 Bronpompen.......................................................................................................26 LITERATUUR.....................................................................................................27



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 2 of 27

Versie Januari 2014

1


INLEIDING Normaalgesproken is het gewonnen water bij Aardwarmteprojecten bijzonder zout. Daarnaast bevat het vaak koolzuurgas (CO2). Dit water kan corrosief zijn voor staal, afhankelijk van de systeemdruk, het CO2 gehalte en de verdere samenstelling, met name het bicarbonaatgehalte. Door dit hoge zoutgehalte ontstaat gemakkelijk scaling. Scaling is de afzetting van zouten zoals kalk en loodcarbonaat op leidingwanden, in pompen en in warmtewisselaars. De problematiek m.b.t. corrosie, scaling en materiaalselectie bij aardwarmte is grotendeels vergelijkbaar met de productie van olie- en gas. Immers, het hete water wordt gewonnen op dezelfde diepte en met dezelfde technieken. Daarnaast wordt bij aardwarmte veel water en een beetje olie- en/of gas gewonnen, en bij olie en gas productie is dit andersom. Ook bij olie en gas winning komt water mee, soms meer dan 95 vol%. Dit water wordt, net als bij aardwarmte, vaak weer teruggepompt in de formatie (injectiewater). Corrodium heeft reeds 20 jaar ervaring met 'corrosion and inspection management', materiaalselectie, 'corrosion monitoring' en kathodische bescherming bij olie en gas winning. Deze kennis en ervaring kan derhalve eenvoudig worden vertaald naar de winning van aardwarmte. Het volgende kan Corrodium betekenen voor de eigenaren en beheerders van aardwarmte installaties: 1. Materiaalselectie, berekeningen volgens NORSOK M506, ISO 15156 en andere normen. 2. Schade onderzoek en trouble shooting. 3. Risc Based Inspection volgens API 580. 4. (Online) monitoring van corrosie en scaling. 5. Kathodische bescherming.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 3 of 27

Versie Januari 2014

2


MATERIAALSELECTIE, CORROSION ENGINEERING Meestal wordt bij aardwarmte gekozen voor stalen leidingsystemen, vaten, casings en tubings. Omdat het water zuurstofvrij is, zal zuurstofcorrosie niet plaatsvinden. Om die reden is het wel belangrijk om een systeem gesloten te houden zodat zuurstof niet kan indringen. Het water is meestal erg zout, met veel carbonaten, waardoor scaling een probleem kan zijn downstream de ontgasser. In het algemeen vindt bij vorming van scaling geen of weinig corrosie plaats. Corrosie kan plaatsvinden bij een hoog koolzuurgasgehalte in combinatie met een hoge systeemdruk. Het koolzuurgas lost op in het water waardoor verzuring ontstaat door de vorming van carbonzuur. De corrosie wordt dus niet veroorzaakt door zuurstof maar door zuur (H+). Dit mechanisme staat bekend onder de naam CO2 corrosie. Volgens NORSOK M506 en aangevuld met een Corrodium model, kan CO2 corrosie worden berekend en kan een materiaalselectie worden gedaan op een verantwoorde wijze. Als er H2S in het gas zit, dan kan scheurvorming ontstaan door H2S corrosie. In dat geval moeten H2S bestendige staalsoorten worden gekozen. Dit staat beschreven in ISO 15156 (v/h NACE MR 0175). Meestal is geen H2S aanwezig bij aardwarmte projecten. Soms kan men een H2S probleem opwekken door het terugpompen van 'besmet' water in de formatie. Dit water is dan besmet met sulfaat reducerende bacteriën die onder bepaalde condities kunnen gaan groeien in de formatie, en H2S gaan produceren. Dit proces staat bekend onder de naam 'reservoir souring'. De schade kan aanzienlijk zijn omdat H2S niet alleen corrosief is, maar ook zeer giftig. Bij lage concentraties is H2S gas al dodelijk. Het is dan ook belangrijk om aardwarmtesystemen gesloten te houden zodat geen zuurstof kan intreden, en geen besmetting kan plaatsvinden. Ook moet men voorzichtig zijn met het verwijderen van zouten, roest of andere onderdelen uit het systeem. Mogelijk bevatten deze stoffen radioactieve elementen. Voor verdere verwerking moeten deze stoffen worden gecontroleerd op radioactiviteit. Bij de overgang staal/roestvaststaal kan galvanische corrosie plaatsvinden. Een dergelijke overgang zit bij de warmtewisselaars en bij de roestvaststalen bronpomp. Deze vorm van corrosie kan worden gestopt met kathodische bescherming. Corrodium biedt de volgende diensten: 1. Materiaalselectierapport. 2. Schade onderzoek en 'trouble shooting'. 3. Inspecties. (zie hoofdstuk 3) 4. Services m.b.t. corrosie monitoring en kathodische bescherming. Zoals installatie, oplevering en data management.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 4 of 27

Versie Januari 2014

3


RISC BASED INSPECTIE EN ONDERHOUD Corrodium BV heeft diverse contracten voor olie- en gas platforms voor wat betreft 'inspection and corrosion management'. De processen bij aardwarmte lijken veel op die bij productie van gas, hoewel het aardwarmte proces eenvoudiger is. Dus ook een inspectieplan volgens de RBI methode (Risc Based Inspection) zal eenvoudiger zijn. De methodiek van RBI is beschreven in API 580 en wordt wereldwijd steeds vaker toegepast in de industrie. Het uitgangspunt is een risico matrix waarbij het risico wordt opgezicht in een tabel. Risico (uitgedrukt in jaren termijn) = consequentie van falen maal de kans op falen. De voordelen van onderhouds en inspectie planning volgens RBI zijn evident. 1. Betere controle over het proces en de effecten hiervan op de veiligheid, het milieu en de kosten. 2. Doelmatige onderhoudsplanning. 3. Bepaling (rest)levensduur van de installatie. Planning van reparaties en aanpassingen. Onderstaand een voorbeeld van een risico matrix en een voorbeeld van de rapportage bij een olie/gas offshore platform.

Likelyhood on failure Consequence of Failure Corrosion Likelyhood detected? COF = 1 COF = 2 COF = 3 1 1 8 6 6 2 1 6 4 3 2 2 3 2 2 3 1 3 2 1 4 1 3 2 1 1 2 3 2 1 3 2 2 1 1 4 2 2 1 1 1 3 1 1 0 2 3 1 1 0 3 3 1 0 0 4 3 1 0 0 Figure 1: Risk matrix. The risk is defined in 'inspection term' (years). 0 years RED means REPAIR. 1 year is orange, 2 years is yellow and 3 years or more is green.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 5 of 27

Versie Januari 2014




Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 6 of 27

Versie Januari 2014


4

CORROSIE MONITORING

4.1

Inleiding

Corrosie monitoring kan op twee manieren: 1. Monitoring met coupons. Coupons zijn proefplaatjes die in de leiding worden gestoken via een fitting of via een 'side stream unit'. 2. Online of offline monitoring met probes. Online monitoring betekent dat het signaal direct naar de procescomputer gaat via een 4-20 mA interface. Bij offline monitoring wordt gemeten met een handmeter, of met een datalogger. Bij procesinstallaties wordt offline monitoring niet veel meer toegepast omdat het veel meer tijd kost om de data te verzamelen en te analyseren. Bij online monitoring kan een 'alarm' worden ingesteld als de corrosie een bepaalde waarde overschrijdt.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 7 of 27

Versie Januari 2014


5

CORROSIE COUPONS

5.1

Coupons in leidingen

Een gebruikelijke wijze voor corrosie monitoring in pijpleidingen en vaten is gebruik van coupons. Coupons zijn proefplaatjes die in de leiding worden gestoken en van hetzelfde materiaal gemaakt zijn als de leiding zelf (meestal staal St. 52). Een coupon wordt geanalyseerd door hem uit de leiding te halen tijdens een proces stop. Men analyseert hem visueel door foto's te maken, men kan de dikte meten, of het gewichtsverlies bepalen. Zonodig kan roest en scaling worden geanalyseerd op chemische samenstelling. Alle coupons zijn gemaakt volgens NACE specificaties. Iedere coupon is gecertificeerd met een serie nummer, gewicht, afmetingen en materiaalspecificaties. De coupons worden geleverd in een fitting, met toelaatbare systeemdruk tot 50 bar. Voor hogere drukken leveren wij andere typen fittingen.

Coupons in fitting met BSP of NPT schroefdraad.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 8 of 27

Versie Januari 2014


Disc coupons in coupon holder (left) and strip coupon in coupon holder

Er zijn diverse soorten coupons:

5.1.1

Disc Coupons

Disc Coupons zijn schijfjes die flush met de leidingwand worden geinstalleerd. Art. Nr. 71600052 71600316

Description Coupon disc flush Coupon disc flush

71600205

Coupon disc flush

71600900

Coupon disc flush

5.1.2

Material Carbon steel St. 52N Stainless steel 316 Duplex stainless steel 2205 customized

Specifications/remarks

Strip Coupons

Strip coupons zijn plaatjes (strips) die in de leiding steken. Art. Nr. 71700052 71700316

Description Coupon strip Coupon strip

71700205

Coupon strip

71700900

Coupon strip


Material Carbon steel St. 52N Stainless steel 316 Duplex stainless steel 2205 customized



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 9 of 27

Versie Januari 2014

5.1.3


Specialty coupons

Specialty Coupons are coupons for specific purposes, such as: Weld Coupons Bio Coupons Fracture Coupons Scale Coupons

-

for assessment of corrosion in connection with welds for assessment of biofilm for assessment of stress corrosion cracking for assessment of the formation and effect of scaling

Art. Nr. 71800052 71800316

Description Coupon weld Coupon weld

71800205

Coupon weld

71800900 71900052 71900316

Coupon weld Coupon bio Coupon bio

71900205

Coupon bio

71900900 72000052 72000316

Coupon bio Coupon fracture Coupon fracture

72000205

Coupon fracture

72000900 72009999

Coupon fracture Coupon Scale

5.1.4

Material Carbon steel St. 52N Stainless steel 316 Duplex stainless steel 2205 customized Carbon steel St. 52N Stainless steel 316 Duplex stainless steel 2205 customized Carbon steel St. 52N Stainless steel 316 Duplex stainless steel 2205 customized Customized


Coupon Holders

Coupon Holders for placing the appropriate coupon correctly in the flow (typically top, middle or bottom of line), and for making the coupons retrievable. Art. Nr. 72510316 72520316 72610316 72620316

Description Coupon holder threaded BSP disc Coupon holder threaded NPT disc Coupon holder threaded BSP strip Coupon holder threaded NPT strip


Material


Stainless steel 316

L= variable

Stainless steel 316

L= variable

Stainless steel 316

L= variable

Stainless steel 316

L= variable


Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 10 of 27

Versie Januari 2014

5.2


Side stream unit (corrosion, scaling, biofilm)

Corrodium bv brengt een aantal innovatieve systemen voor het monitoren van water en procesvloeistoffen op de markt, opgebouwd rond het robuuste en betrouwbare 'Multiple Monitoring Systeem'. Het systeem wordt aangesloten op een by-pass uit de processtroom en kan aldus natuurgetrouw monitoren op het gedrag van vloeistoffen in warmtewisselaars, leidingen en tanks. In het systeem kunnen een groot aantal proefstukken (probes) worden geïnstalleerd. De probes zijn buisvormig zodat de situatie in leidingen en warmtewisselaarpijpen zoveel mogelijk worden gesimuleerd en ze zitten in een glazen buis (voor de hoge druk versie een rvs buis). Het water stroomt laminair langs de buitenzijde van de probe, hiermee wordt een hoge reproduceerbaarheid gegarandeerd. De volgende probes worden standaard geleverd:

Multiple monitorings systeem. Links: Veldmeetopstelling (zonder polycarbonaat deksel). Let op de vier in serie geschakelde probes voor het monitoren van scaling, biofilm formatie, corrosie en een electrochemische meetprobe. Midden: Scaling probe in hoge druk behuizing. Rechts: Scalingformatie op scalingprobe. 1. Corrosie coupons. Dit zijn gestapelde buisjes. 2. LPR probe. Dit is een electrochemische probe. 3. Scaling probe met een inwendig verwarmingselement voor het simuleren van de warmteoverbrenging en electronische scalingdetectie. 4. Biofilm coupons, opgebouwd uit segmenten van 10 mm voor verdere analyse in het lab. 5. Biofilm coupons voor electrochemische detectie van aerobe biofilms. 6. LPR-probe voor het bepalen van de lineaire polarisatie weerstand. Toepassing van het MMS systeem. 1. 2. 3. 4.

Controle en 'tuning' van waterbehandeling. Monitoring van 'reservoir souring' in de olie en gas produktie. Simulatie van warmtewisselaars Oplossen van problemen en schadegevallen.

Art. Nr. 7

Description


Material Op aanvraag



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 11 of 27

Versie Januari 2014


6

ER PROBES EN CORROSIEMETERS

6.1

Electrical Resistance (ER) Probes

Het basisprincipe is heel eenvoudig: Door middel van weerstandsmeting wordt de dikteafname (metal loss) van een strip of buisje gemeten. Dit corroderende probe element wordt vergeleken met een in de probe ingebed element, op die manier worden variaties in weerstand door temperatuurwisselingen gecompenseerd. De gevoeligheid van deze methode is beter dan 0,1 µm (één tienduizendste van een millimeter). Deze methode is rechttoe rechtaan en meet direct dikteafname. Er is ook geen electrolyt nodig (vloeistof met zout). Om die reden kan ook erosie worden gemeten, bijvoorbeeld erosie door gas met zand met hoge stroomsnelheid.

Basis schema ER metingen. ER probes worden in diverse uitvoeringen gemaakt, waaronder flush (probe element valt gelijk met leidingwand) en tubular (probe element steekt in leiding).

Dikteafname van ER probe element in gasleiding gedurende 1 maand tijd.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 12 of 27

Versie Januari 2014


10.40 Metal Loss (micrometer)

10.20 Aeration start

10.00 9.80 9.60 9.40

Metal Loss

9.20 9.00 19:12

0:00

4:48 time

9:36

14:24

19:12

Corrtran ER meter met 4-20 mA interface. Testopstelling van probe in zout water. Van 8:30h tot 16:00h: beluchting van het water, dus stijlere lijn. Na stopzetten van de beluchting vlakt de lijn af. De gevoeligheid is beter dan 0,05 micrometer.

6.2

Corrtran ER instrument

Het instrument Corrtran ER is een gevoelig corrosie meetinstrument met 4-20 mA interface direct naar de process computer. Het instrument wordt gevoed door het 4-20 mA signaal. For data logging wordt hetzelfde instrument met SD kaart en batterij geleverd. De data worden als .txt file (excel tabel) via de SD kaart gekopieerd naar een PC, waarna ze met excel kunnen worden geïnterpreteerd. De Corrtran ER is ATEX gecertificeerd voor toepassingen in de olie- en gas produktie.

Art. Nr.

Description

Material

70100316

Corrtran ER

Enclosure in stainless steel 316

6.3

Specifications/remarks 4-20 mA online to DCS and stand alone data logging with SD card.

ER probes 2-inch

Zoals alle 2 inch probes, weerstaan de 2 inch ER probes een druk tot 420 bar. Normaalgesproken wordt het meetelement van staal gemaakt, echter op verzoek van de klant worden ook andere materialen geleverd. Corrodium b.v. Planetenweg 5 2132 HN HOOFDDORP The Netherlands


Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 13 of 27

Versie Januari 2014


bij moet aangetekend worden dat ER metingen alleen goed Hierbij werken bij uniforme corrosie. Aangezien rvs meestal putcorrosie laat zien, is normaalgesproken rvs niet geschikt voor ER metingen. Een uitzondering is bijvoorbeeld het meten van uniforme corrosie van rvs in zwavelzuur of in organische zuren. Bij aardwarmte worden ER probes alleen toegepast bij het meten van uniforme corrosie van koolstofstaal.

6.3.1

Flush Spiraall Element ER probe 2 2-inch

Door de spiraalvorm wordt de gevoeligheid hoger, of men kan een dikke dikkerr element kiezen, waardoor de levensduur toeneemt. Art. Nr.

Description

70605316

ER probe flush spiral 2-inch inch

70605205


70609900


6.3.2

Material Housing in stainless steel 316, element in carbon steel Housing in duplex stainless steel 2205, element in carbon steel

Specifications/remarks p-max max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C max = 420 bar p-max (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C p-max max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) fit T max = 180 °C

Customized

Flush Strip element

Het strip element is voor flush metingen en wordt veelvuldig toegepast.

Art. Nr.

Description

70615316

ER probe flush strip 2-inch

70615205


70616316



Material Housing in stainless steel 316, element in carbon steel, 0,5mm thickness Housing in duplex stainless steel 2205, element in carbon steel, 0,5mm thickness Housing in stainless steel 316, element in carbon steel, 1mm thickness

Specifications/remarks p-max max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C p-max max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C p-max max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C


Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 14 of 27

Versie Januari 2014


70616205


Housing in duplex stainless steel 2205, element in carbon steel, 1mm thickness

p-max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C

70619900


Customized

p-max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C

6.3.3

Tubular

Het tubular element is voor metingen in de leiding. Het is ook geschikt voor het meten van erosie-corrosie, of erosie, bijvoorbeeld door zand.

Art. Nr.

Description

70625316

ER probe tubular 2-inch

70625205


70626316


70626205


70629900



Material Housing in stainless steel 316, element in carbon steel, 0,5mm thickness Housing in duplex stainless steel 2205, element in carbon steel, 0,5mm thickness Housing in stainless steel 316, element in carbon steel, 1mm thickness Housing in duplex stainless steel 2205, element in carbon steel, 1mm thickness Customized

Basic specifications p-max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C p-max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C p-max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C p-max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C p-max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C


Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 15 of 27

Versie Januari 2014

6.4


Sand and Erosion Monitoring

Bij erosie- of zand monitoring wordt een element gekozen dat niet corrodeert, dus alleen in dikte afneemt t.g.v. erosie. Normaalgesproken is dit element gemaakt van rvs 316 of van Monel K400. Art. Nr.

Description

70693316

ER Sand Probe tubular 2-inch

70694316

ER Sand Probe flush 45°

70699900

ER Sand Probe

Material Housing in stainless steel 316, element in stainless steel 316 Housing in stainless steel 316, element in Monel K400 Customized

Specifications/remarks p-max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C p-max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C

7 ELECTROCHEMICAL (EC) CORROSION MONITORING 7.1

Electrochemische corrosiemetingen

Electrochemische corrosie monitoring is een methode waarbij gemeten wordt tussen 3 electroden met daartussen een electrolyt (meestal water). De Corrtran MV of Corrtran Aqua is een zeer geavanceerd electrochemisch meetapparaat, ontwikkeld door wetenschappers en Pepperl + Fuchs. Pepperl + Fuchs is een bekende producent van industriële interfaces, automatisering en sensoren (omzet 600.000.000,-). De Corrtran MV/Aqua is een geavanceerd meetapparaat waarmee niet alleen uniforme corrosie wordt gemeten, maar ook putcorrosie en spanningscorrosie. Dit is uniek bij corrosie monitoring, dat putcorrosie online kan worden gemeten.

7.2

Klassieke LPR metingen

Electrochemische corrosiemetingen bestaan al heel lang en worden uitgevoerd volgens de LPR methode. LPR staat voor lineaire polarisatie weerstand. Pepperl + Fuchs heeft LPR verder verbetert met 'Harmonic Distortion Analysis' waardoor een constante waarde wordt gemeten, de zogenaamde 'B-constant' wordt 'floating' gemaakt en automatisch steeds aangepast aan de wisselende omstandigheden.

Meetprincipe electroschemische metingen met HDA. De overgangslaag vloeistof/vaste stof wordt gezien als een parrallel geschakelde condensator en weerstand.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 16 of 27

Versie Januari 2014


Harmonic Distortion (ba = bc = 60mV) 0.020

Applied voltage [V] Cell current [A] 0.015

1.31E-06

0.010

8.10E-07

3.10E-07 0.000 -1.90E-07

Current [A]

Voltage [V]

0.005

-0.005 -6.90E-07 -0.010 -1.19E-06

-0.015

-0.020

-1.69E-06 0

1

2

3

4

5

6

Time [rad]

Harmonic distortion analysis.

7.3

Meting van lokale corrosie (put en spanningscorrosie)

Bij aardwarmte is corrosie vaak CO2 corrosie. CO2 corrosie is meestal lokaal, en is derhalve heel goed te meten met probes die naast uniforme corrosie ook lokale corrosie (putcorrosie) kunnen meten. In feite meten deze probes geen dikteafname, zoals de ER probes, maar ze meten de corrosiviteit van het water. De methodiek die hiervoor wordt toegepast is 'electrochemische ruis metingen'. Hoe meer ruis, hoe meer corrosiviteit m.b.t. lokale corrosie. De corrosiviteit wordt aangegeven in een percentage of faktor 0-1.

Potentiaalmetingen (mV) tussen de 3 electroden. Hierbij wordt ruis gegenereerd, welke de waarschijnlijkheid op putcorrosie bepaalt.

7.4

Corrtran MV en Aqua (electrochemisch)

De Corrtran MV en Aqua zijn qua meetmethode identiek. Echter, de MV is voor een ATEX omgeving, en de Aqua is voor een niet ATEX omgeving. Het interface van beide instrumenten is 4-20 mA-HART. 4-20 mA is in de industrie het standaard protocol sinds decennia, en HART is een digitaal signaal over het analoge 4-20 mA signaal. Met HART kunnen meerdere parameters gelijktijdig worden verzonden, en kan worden Corrodium b.v. Planetenweg 5 2132 HN HOOFDDORP The Netherlands


Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 17 of 27

Versie Januari 2014


gecommuniceerd tussen de procescomputer en meetsensor Corrtran Aqua. Zonodig Z wordt bij de procescomputer het HART signaal gesplitst in 3 4 4-20 20 mA meetsignalen: 1. Uniforme corrosie in µm/jaar. 2. Putcorrosie waarschijnlijkheid 0 0-100%. 3. Geleidbaarheid van het water.

pr.: temperature. sec. corrosion rate and localised corrosion

Corrtran Corrosion Measurement 100

1.0

90 0.8

80 70

0.6 Temperature [°C] [

60 0.4

50 40

0.2

Uniform corrosion [μm/y] [ Localised corrosion

30 20

0.0 25

225

425

625

825

1025

1225

Time (minutes)

Uitgang van de Corrtran MV en Aqua. Hier een proef waarbij een rvs probe in een bekerglas met water. Het water wordt langzaam opgewarmd. Bij 55 °C schiet de putcorrosie-index putcorrosie omhoog van 40% naar 95%. Duidelijk is dat het rvs onder deze omstandigheden niet uniform corrodeert, maar putvormig. Een ER of LPR probe kunnen d ditit niet 'zien' en geven alleen de gemiddelde lage mate van uniforme corrosie aan.

7.4.1 Corrtran MV De Corrtran MV is er in twee opstellingen: 'Direct Mount' met 1 inch probe. Of 'remote' met 2 inch probe en een 'probe cable' tussen probe en Corrtran. 7.4.1.1 Corrtran MV Direct Mount for 1 1-inch probe Direct mount Corrtrans zijn alleen geschikt voor roestvaststalen 1 inch probes. De Corrtran is direct op de probe bevestigd. De probe wordt in de leiding bevestigd met een Swage Lock fitting ((1 inch). Via deze Swage Lock is de lengte van de probe in de leiding instelbaar. Het signaal tussen Corrtran en proces computer gaat via de bijbehorende Hart Loop Converter van Pepperl + Fuchs.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 18 of 27

Versie Januari 2014


Pepperl + Fuchs Hart Loop converter voor het omzetten van het digitale signaal in drie analoge 4-20 20 mA signalen. Rechts: P +F Corrtran transmitter kastje.

Art. Nr.

Description

Material

70200110

Corrtran MV instrument and transmitter head

Enclosure in aluminium

70400111

HART loop converter

Plastic

70410111

HART mode modem

Plastic

70420316 70420111 70430052 70430304 70430316 70430205

1-inch probe. Electrodes excluded 1-inch probe. Electrodes excluded

Probe electrodes, rodes, replaceable (set of 3)

70430900


Basic specifications Measures uniform and localized corrosion. Sophisticated online electrochemical instrument. 4-20 4 mA HART interface. Electronic 4-20 4 mAHART interface. Transfers digital HART signals to analogue 4-20 4 mA signals. ATEX barrier. Placement in the instrument cabinet. For communication, programming and download with a Windows PC. Modem.

Stainless steel housing

p max = 90 bar

Epoxy houder

p max = 90 bar

Carbon steel St. 52N Stainless steel 304 Stainless steel 316 Duplex stainless steel 2205 Customized

Element surface: xxcm2. Work drawing upon request


Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 19 of 27

Versie Januari 2014


7.4.1.2 Corrtran MV remote voor 2-inch probes The Corrtran remote is de standaard Corrtran MV transmitter die wordt bevestigd op een bijgeleverde beugel. De probe is verbonden met de transmitter via een probe cable met Amphenol connector. De Corrtran MV remote wordt toegepast voor de veelvuldig toegepast 2 inch 'LPR probesinch. Het 2 inch systeem is veel bekender en meer toegepast dan het 1 inch systeem.

Art. Nr.

Description

Material

70200110

Corrtran MV instrument and transmitter head

Enclosure in aluminium

70201316

Bracket for Corrtran MV remote

Stainless steel 316

70120316

Corrtran CP with EC function

Enclosure in stainless steel 316

70400111

HART loop converter

Plastic

70410111

HART modem

Plastic

70211110

70212110

Probe cable flexible. For 2-inch LPR/Corrtran MV probes with probe adapter and 1 x Amphenol (F) Probe cable flexible. For 2-inch LPR/Corrtran MV probes, 2 x Amphenol (F)


Specifications/remarks Measures uniform and localized corrosion. Sophisticated online electrochemical instrument. 4-20 mA HART interface.

Measures uniform and localized corrosion. Sophisticated online electrochemical instrument. 4-20 mA HART interface. Electronic 4-20 mA-HART interface. Transfers digital HART signals to analogue 4-20 mA signals. ATEX barrier. Placement in the instrument cabinet. For communication, programming and download with a Windows PC. Modem.

Cable: HDPE

6x24 AWB OK 5,9mm Length 3 meter

Cable: HDPE

6x24 AWB OK 5,9mm Length 3 meter


Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 20 of 27

Versie Januari 2014


7.4.2 CorrTran1® Aqua De Corrtran Aqua is als de Corrtran MV, alleen is deze niet ATEX gecertificeerd. De Corrtran Aqua kan worden geleverd met de standaard 1 inch probe in rvs 316 of epoxy. Of met de standaard 2 inch LPR probes. Art. Nr. 70300018

70301018

Description Corrtran Aqua Basic. Epoxy probe included. Probe elements excluded/ Corrtran Aqua with LCD Display. Epoxy probe included. Probe elements excluded/

Material Enclosure in ABS

Enclosure in ABS

70400111

HART loop converter

Plastic

70410111

HART modem

Plastic

7.5

Specifications/remarks Measures uniform and localized corrosion. Sophisticated online electrochemical instrument. 4-20 mA HART interface. Measures uniform and localized corrosion. Sophisticated online electrochemical instrument. 4-20 mA HART interface. Electronic 4-20 mA-HART interface. Transfers digital HART signals to analogue 4-20 mA signals. ATEX barrier. Placement in the instrument cabinet. For communication, programming and download with a Windows PC. Modem.

LPR/Corrtran Electrochemische Probes 2-inch

Corrtran electrochemische probes (LPR probes) moeten altijd 3 electroden bezitten. De eveneens in de handel zijnde 2-electrode LPR probes zijn niet geschikt.

7.5.1

LPR Flush probes 2-inch

De LPR 2 inch probes passen in dezelfde fittingsystemen als de 2 inch ER probes en 2 inch coupons.

1

Corrtran® is a Trade Name by Pepperl +Fuchs Corrodium b.v. [email protected] Planetenweg 5 www.corrodium.nl 2132 HN HOOFDDORP The Netherlands

Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 21 of 27

Versie Januari 2014


Art. Nr.

Description

Material

70705316

LPR probe flush 2-inch

Housing in stainless steel 316, element in carbon steel

70705205


Housing in duplex stainless steel 2205, element in carbon steel

p max = for API 10.000# flanged fitting. T max = 180 °C

70709900


Customized

p max = for API 10.000# flanged fitting.

7.5.2

Specifications/remarks p max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C

LPR Tubular/projecting probes 2-inch

De LPR 2 inch probes passen in dezelfde fittingsystemen als de 2 inch ER probes en 2 inch coupons.

Art. Nr.

Description

Material

70715316

LPR probe tubular/projecting


70715205



70719900


Customized


Specifications/remarks p max = 420 bar (ASME 2500# flanged fitting) T max = 180 °C p max = for API 10.000# flanged fitting. T max = 180 °C p max = for API 10.000# flanged fitting.


Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 22 of 27

Versie Januari 2014

8


SAMENSTELLINGEN CORROSIE MONITORING BIJ AARDWARMTE

Bovenstaand worden de artikelen apart genoemd. Voor de aardwarmte past men echter maar 6 samenstellingen toe. ER of electrochemische metingen met probes (ATEX of niet ATEX) en disc of strip coupons. ATEX betekent dat instrumentatie een CE markering heeft voor toepassing in een zone waar een gasexplosie zou kunnen ontstaan. ATEX apparatuur is aanzienlijk hoger in prijs dan niet ATEX apparatuur vanwege de kostbare certificering van de instrumentatie. Art. Nr.

Description

89314501

Electrochemical probe assembly non ATEX. Corrtran Aqua. Mechanical access fitting flareweld 2 inch.

89314502

Electrochemical probe assembly ATEX. Corrtran MV. Mechanical access fitting flareweld 2 inch.

89314503

ER probe assembly non ATEX. Corrtran ER. Mechanical access fitting flareweld 2 inch.

89314504

ER probe assembly ATEX. Corrtran ER. Mechanical access fitting flareweld 2 inch.

89314505

Disc coupon assembly. Mechanical access fitting flareweld 2 inch.

89314506

Strip coupon assembly. Mechanical access fitting flareweld 2 inch.


Material Probe housing SS 316. Probe elements carbon steel. Fitting carbon steel ASTM A350 LF2. Probe housing SS 316. Probe elements carbon steel. Fitting carbon steel ASTM A350 LF2. Probe housing SS 316. Probe elements carbon steel. Fitting carbon steel ASTM A350 LF2. Probe housing SS 316. Probe elements carbon steel. Fitting carbon steel ASTM A350 LF2. Coupon holder SS 316. Disc coupon carbon steel. Fitting carbon steel ASTM A350 LF2. Coupon holder SS 316. Strip coupon carbon steel. Fitting carbon steel ASTM A350 LF2.


p-max = 420 bar T max = 180 °C







Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 23 of 27

Versie Januari 2014


Disc coupon in 2 inch flareweld access fitting.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 24 of 27

Versie Januari 2014


2 inch probe (ER of LPR/electrochemisch) in 2 inch flareweld access fitting.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 25 of 27

Versie Januari 2014

9


KATHODISCHE BESCHERMING Kathodische bescherming bij aardwarmte wordt toegepast voor het bestrijden van galvanische corrosie bij de overgang tussen twee verschillende metalen of legeringen. In het algemeen is dit de overgang tussen staal en rvs, bijvoorbeeld bij de warmtewisselaars, de filters en de aardwarmtepompen.

9.1

Warmtewisselaars en filters Meestal worden platenwarmtewisselaars van roestvaststaal 316 toegepast. Deze platen veroorzaken galvanische corrosie van het nabijgelegen staal. Deze corrosie kan op twee manieren worden gestopt: 1. Door het roestvaststaal electrisch te isoleren van het staal. Hiervoor zijn flensisolatiesets in de handel (dit zijn kunststof bussen en ringen). Isolatie is niet altijd mogelijk, bijvoorbeeld in geval van aarding van beide van elkaar te isoleren onderdelen. De verbinding moet getest worden met een multimeter. 2. Door installatie van opofferanodes. Meestal worden hiervoor geflensde zelfsturende opofferanodes toegepast. De juiste locatie van de anode is belangrijk, een deugdelijk KB ontwerp is belangrijk. KB is 'kathodische bescherming'.

9.2

Bronpompen In het algemeen zijn bronpompen gemaakt van rvs 316. Deze pompen kunnen ernstige galvanische corrosie veroorzaken aan de stalen tubing en casing. Van groot belang is dat een goed KB ontwerp wordt gemaakt. Het alleen installeren van opofferanodes onder of boven de pomp geeft geen bescherming over het grootste deel van de pomp. De reikwijdte van de anodes in de annulus pomp/caisson is slechts beperkt. De anodes moeten goed verdeeld worden over de annulus. Corrodium heeft hiervoor een gepatenteerd systeem van zelfsturende hangende anodes. Hangende anodes geinstalleerd in de annulus van een duplex rvs zeewaterliftpomp in een stalen caisson.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 26 of 27

Versie Januari 2014

10


LITERATUUR [1] Jan Heselmans, Karl Zladky, Roolf Wessels, Martin Holdefer: Nace Paper 2332; New corrosion monitoring probe combines ER, LPR, HDA, floating B-constant, electrochemical noise and conductance measurements. NACE annual conference Orlando 2013. [2] Jan Heselmans, Ephraim Isaac: NACE Paper 11056; Sacrificial Anodes for protection of seawater pump caisons against galvanic corrosion. NACE annual conference Houston 2011. [3] Jan Heselmans, Rene Wouts: NACE Paper C2012-001401; Cathodic protection of stainless steels and other corrosion resistant alloys. NACE annual conference Salt Lake City 2012.



Tel: +31 (0)85 2733501 Fax: +31 (0)85 2733502 Page 27 of 27

Materiaalselectie, Corrosie en Scaling Aardwarmte (Geothermie)

Recommend Documents