RM Rudolf Müller
Korrosion unter der Dämmung

Abb. 1: Korrosionsschäden kosten die Weltwirtschaft jährlich 2,5 Billionen US-Dollar. (Bild: Armacell)

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10. Januar 2020 | Artikel teilen Artikel teilen

Korrosion unter der Dämmung: Ein Milliarden-Euro-Problem

Rost zersetzt geschätzt etwa 5 t Stahl pro Sekunde. Alleine in Deutschland entstehen so Kosten von rund 100 Milliarden Euro. Das auf Korrosionsprüfungen spezialisierte Institut InnCoa (Neustadt/­Donau) untersuchte jetzt die Fähigkeit von Dämmstoffen, den Korrosionsschutz unter der Isolierung zu unterstützen.

Von Georgios Eleftheriadis. Rost hat der ehemals wichtigsten Industrieregion der USA seinen Namen gegeben. Der „Rust Belt“ (Rostgürtel), die vom Niedergang der Schwerindustrie in den USA besonders stark betroffene Region im Mittleren Westen, ist heute ein Symbol für leerstehende Fabrikgebäude und rostende Hüttenwerke. Die Verwitterung von Eisenwerkstoffen zu Rost verursacht jährlich Schäden in Milliardenhöhe. Korrosion frisst jahraus jahrein in den Industrienationen etwa drei bis vier Prozent der Wirtschaftsleistung. Rund 45 % des Schadens – also ca. 1 Billion US-Dollar – entsteht in der Öl-, Gas- und petrochemischen Industrie. Nach einer Studie der US-amerikanischen ExxonMobil Chemical Company sind 40 bis 60 % der Wartungskosten an Rohrleitungen auf Korrosion unter der Dämmung (CUI) zurückzuführen. Dabei sind die indirekten Kosten durch Stillstandzeiten der Anlagen noch nicht berücksichtigt. Experten aus der Mineralölindustrie gehen davon aus, dass CUI die Hauptursache von ungeplanten Anlagenabstellungen ist und für mehr Stillstände verantwortlich ist als alle anderen Ursachen zusammen. Schlimmstenfalls können durch Korrosion hervorgerufene Leckagen sogar Brände oder Explosionen verursachen und Menschenleben und die Umwelt gefährden.

Korrosion unter der Dämmung

Abb. 2: Im Idealfall zeigen Anlagen auch Jahrzehnte nach ihrer Installation keine Spuren von Korrosion. (Bild: Armacell)

Wie entsteht Korrosion?

Um Anlagenteile wirksam vor Korrosion zu schützen, ist es wichtig zu verstehen, wie Korrosion entsteht.
Eisen korrodiert unter dem Einfluss von Wasser und Sauerstoff. Feuchtigkeit spielt bei allen Korrosionsvorgängen eine wichtige Rolle. Den sichersten Korrosionsschutz bietet daher eine trockene Oberfläche. Die Aufgabe von Korrosionsschutzsystemen besteht darin, den direkten Kontakt der Oberfläche mit Luftsauerstoff, Feuchtigkeit und korrosionsauslösenden Stoffen (wie z.B. Gips, Kalkmörtel oder Beton) zu verhindern. Während Korrosionsprozesse an Stahlträgern, Eisenbahnschienen oder am eigenen PKW offen zutage treten, laufen sie bei gedämmten Rohrleitungen verdeckt ab. Dämmungen schützen Leitungen vor Energieverlusten, sie verhindern Kondensationsprozesse, reduzieren Schallemissionen und halten die Verfahrensprozesse industrieller Anlagen in Gang. Sie haben aber auch einen entscheidenden Einfluss auf den Korrosionsschutz. Ein Dämmstoff kann das Korrosionsrisiko minimieren oder Korrosionsprozesse begünstigen. Neben der Beschaffenheit des Dämmstoffs (geschlossen- oder offenzelliges Material) entscheiden Eigenschaften wie Wasseraufnahme, Wasserdampfdurchlässigkeit und -speichervermögen, wasserlösliche Chloride und das gewählte Ummantelungssystem über das Korrosionsschutzverhalten.


Info: Korrosion

Der Begriff Korrosion (von lat.: corrodere – zernagen) bezeichnet die physikalisch-chemische Reaktion eines Werkstoffes mit Stoffen aus seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung am Werkstoff bewirkt. Die wohl bekannteste Korrosionsform ist die Oxidation von Eisen. Durch die chemische Reaktion von Eisen oder Stahl mit Sauerstoff in Gegenwart von Wasser bzw. Feuchtigkeit entsteht Rost.


Korrosion unter der Dämmung

Eindringendes Wasser ist das Hauptproblem bei der Korrosion unter der Dämmung (CUI).
Feuchtigkeit kann direkt von außen oder indirekt durch Kapillarwirkung in das Dämmsystem gelangen. Bei Hochtemperaturanlagen trocknet Wasser, das in die Dämmung eintritt und nach innen diffundiert, zwar zunächst an der heißen Oberfläche der gedämmten Leitung, neben diesem trockenen Bereich befindet sich jedoch eine nasse Zone, bei Offshore-Anlagen in der Regel mit einer gesättigten Salzlösung. Wenn die Temperatur beim Herunterfahren der Anlage sinkt, gelangt die Feuchtigkeit direkt an die metallische Oberfläche der Leitung und es kommt zu Korrosionsprozessen. CUI ist tückisch: Die Prozesse laufen verdeckt unter der Dämmung ab und werden häufig erst bemerkt, wenn bereits umfangreiche Schäden aufgetreten sind. Betroffen sind Leitungen mit Mediumtemperaturen zwischen

0 °C und 175 °C, wobei Temperaturen über 50 °C als besonders kritisch gelten. Erhöht wird die Gefahr, wenn die Anlagen im Wechseltemperaturbetrieb oder nicht kontinuierlich gefahren werden. Temperaturschwankungen bringen die Gefahr mit sich, dass sich Tauwasser in der Dämmung bildet und an die Oberfläche der Leitungen gelangt. In der salzhaltigen Luft von Offshore-Anlagen auf hoher See ist das Risiko ungleich höher, dass mit Chloriden und Sulfaten belastetes Wasser in die Dämmung eindringt und Korrosionsprozesse in Gang setzt.

Risikofaktor: feuchte Dämmungen

Durchfeuchtete Dämmungen erhöhen das Risiko der Korrosion erheblich. Feuchtigkeit kann durch eine beschädigte Ummantelung oder in Form von Wasserdampfdiffusion in die Dämmung eindringen. Bei kaltgehenden Leitungen entsteht durch die Temperaturdifferenz zwischen kaltem Medium und warmer Umgebungsluft ein Dampfdruckgefälle, das von außen auf die Dämmung einwirkt. Dadurch besteht die Gefahr, dass der in der Luft enthaltene Wasserdampf in die Dämmschicht eindringt, hier kondensiert und den Dämmstoff durchfeuchtet.

Die Folgen sind nicht nur eine gravierende Verschlechterung der Dämmeigenschaften und hohe Energieverluste. Wenn sich das Wasser auf der metallischen Oberfläche der Leitung ausbreitet und zugleich Luft eindringen kann, werden Korrosionsprozesse in Gang gesetzt. Feuchtigkeit kann auch durch beschädigte Ummantelungen in das Dämmsystem gelangen. Durch unsachgemäßen Umgang können selbst Verblechungen leicht mechanisch beschädigt werden. Weist die Schutzverkleidung erst einmal Defekte auf, kann Feuchtigkeit ungehindert eintreten.

Vergleichstest unterschiedlicher Dämmsysteme

Die Fähigkeit von Dämmsystemen, Feuchtigkeit von Rohroberflächen fernzuhalten und so das Korrosionsrisiko zu senken, wurde jetzt von dem auf Korrosionsprüfungen spezialisierten Institut InnCoa (Neustadt/­Donau) untersucht. Getestet wurden acht unterschiedliche Dämmsysteme:

  • System A: ein doppellagiger flexibler ­Elastomerdämmstoff (FEF) mit flexibler ­Kautschukummantelung (HT/ArmaFlex® ­Industrial & Arma-Chek R)
  • System B: wie A, allerdings wurden die beiden FEF-Lagen jeweils vollflächig verklebt (HT/ArmaFlex® Industrial & Arma-Chek® R)
  • System C: ein doppellagig installiertes ­Aerogel mit Aluminiumummantelung ­
    (ArmaGel HT)
  • System D: Aero-Gel & FEF (ArmaGel HT & HT/ArmaFlex® Industrial & Arma-Chek R)
  • System E: Glaswolle mit Aluminiumummantelung
  • System F: PUR mit Aluminiumummantelung
  • System G: Steinwolle mit Aluminiumummantelung

Die gedämmten Stahlleitungen wurden in einer Klimakammer einer sehr hohen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Als Umgebungsbedingung wurde eine Temperatur von 35 °C (±5 %) und eine relative Luftfeuchtigkeit von 80 % (±10 %) definiert. Die Leitungen wurden intermittierend zwischen 5 °C und 80 °C betrieben. Um sicherzustellen, dass während des Tests Feuchtigkeit in die Dämmung eindringen kann, wurde ein Oberflächenschaden am Dämmsystem simuliert, indem jeweils ein 5 mm breites Loch in die Oberfläche gestanzt wurde. Nach 65 Tagen wurden die Rohroberflächen nach ISO 10289 (s. Info „DIN EN ISO 10289:2001-04“) klassifiziert. Gemäß der Norm wurde der ­Korrosionsschutzgrad RP auf einer Skala von 0 (schlechtestes Ergebnis) bis 10 (bestes Ergebnis) bewertet. Ein RP von 10 bedeutet, dass 0 % der Oberfläche Korrosion oder andere Defekte aufweist.


Info: DIN EN ISO 10289:2001-04

Verfahren zur Korrosionsprüfung von metallischen und anderen anorganischen Überzügen auf metallischen Grundwerkstoffen – Bewertung der Proben und Erzeugnisse nach einer Korrosionsprüfung.


Korrosion unter der Dämmung

Abb. 2: Im Idealfall zeigen Anlagen auch Jahrzehnte nach ihrer Installation keine Spuren von Korrosion. (Bild: Armacell)

Korrosionsschutzgrade der Dämmsysteme

Sowohl die FEF- als auch die Aerogel-Systeme schnitten gut im Test ab: Während das System A einen Schutzgrad von RP 8 erreichte, erzielte der Elastomerschaum mit vollflächiger Verklebung (System B) sogar die Bestnote, also RP 10. Die vollflächige Verklebung der Dämmstoffe erhöht den ohnehin schon hohen Korrosionsschutz von FEFs  also noch weiter. Auch die Aerogel-Dämmung (System C) und das kombinierte Dämmsystem aus ArmaGel HT und ArmaFlex (System D) schützen die Rohrleitungen vor Korrosion. Sie erreichten ebenfalls die Höchstnote RP 10. Auch auf diesen Rohroberflächen wurden nach 65 Tagen keine Anzeichen von Korrosion festgestellt.

Das Dämmsystem aus Glaswolle (System E) erreichte den Mittelbereich mit einem Schutzgrad von RP 4 bis 5. Im Bereich der Oberflächenbeschädigung war es zu Korrosion auf dem Rohr gekommen.

Die Analyse zeigte Eisenoxide mit etwas Silizium, das möglicherweise aus Glasfasern stammt. Beim Polyurethan (System F) wurde eine erhöhte Korrosion im Bereich unter der Naht der Dämmschalen festgestellt. Das deutet darauf hin, dass die Naht eine mögliche Schwachstelle in diesem Dämmsystem ist. Das System erreichte einen Schutzgrad von RP 5.
Die mit Steinwolle gedämmte Leitung wies die größten Korrosionsschäden im Test auf, wobei sie zu den Rohrenden abnahmen. Die Oberfläche der Defekte lag zwischen 5 und 10 % der Gesamtrohrfläche. Daraus ergibt sich ein Schutzgrad von RP 3.

Wie die Untersuchung gezeigt hat, sind geschlossenzellige flexible Elastomerschäume und Aerogele toleranter gegen kleine Defekte in der Ummantelung und Dämmung als andere Dämmsysteme. Wenn allerdings Feuchtigkeit durch Mineralwoll-Produkte oder Nähte von PUR-Dämmungen an die Rohroberfläche gelangt, wird dies in der Regel zu CUI führen.

Korrosion unter der Dämmung

Abb.4: Korrosionsschutzgrade der verschiedenen Dämmsysteme (Bild: Armacell)

Langfristig hohe Funktionsdauer

Die Ergebnisse der Untersuchung durch ein externes, unabhängiges Institut bestätigen die sehr guten Erfahrungen, die seit Jahrzehnten weltweit mit elastomeren Dämmstoffen gemacht werden. Wie bei Wartungsarbeiten immer wieder festgestellt wird, zeigen mit ArmaFlex gedämmte Anlagen auch Jahrzehnte nach ihrer Installation keine Spuren von Korrosion.

Interne und externe Prüfungen haben gezeigt, dass das Material auch nach einer Installationsdauer von weit über 25 Jahren noch über die bei der Herstellung garantierten Werte verfügt. Neben der korrekten Auslegung der Dämmschichtdicken und dem Einsatz systemkompatibler Zubehörartikel ist eine professionelle Verarbeitung nach den Herstellervorgaben ganz entscheidend für eine langfristige Funktionsdauer und -sicherheit des Dämmsystems.

Aerogele sind wasser- und wasserdampfabweisend (hydrophob) und luftdurchlässig. Das heißt, sie sind unempfindlich gegen Feuchteaufnahme, lassen aber gleichzeitig Wasserdampf entweichen. So mindern sie das Risiko der Korrosion unter der Dämmung. Im Vergleich zu anderen Aerogelen ist ArmaGel HT deutlich flexibler und passt sich sehr gut den Oberflächen von Rohrleitungen und anderen Anlageteilen an. Dadurch wird verhindert, dass sich um die Rohrleitung ein Ringspalt bildet, in dem sich bei weniger flexiblen Aerogelen und Hartschäumen Wasser ansammeln kann, wodurch sich das Risiko der Korrosion erhöht.

Fazit

Korrosion ist allgegenwärtig, unter Dämmungen bleibt sie jedoch oft unentdeckt. Das macht CUI so tückisch. Sie verursacht nicht nur enorme ökonomische Schäden, durch Korrosion hervorgerufene Rohrleitungsleckagen können auch zu Chemieunfällen, Gasexplosionen oder Umweltkatastrophen führen.

Nach Schätzungen der World Corrosion Organisation (WCO) lassen sich 25 bis 30 Prozent der wirtschaftlichen und ökologischen Schäden durch konsequentes Korrosionsmanagement vermeiden. So könnten weltweit bis zu 990 Milliarden US-Dollar im Jahr eingespart werden. Zu einem professionellen Korrosionsmanagement muss die Wahl eines geeigneten Dämmstoffs gehören. Wie die hier vorgestellte Studie gezeigt hat, können geeignete Dämmstoffe das Korrosionsrisiko erheblich mindern und die Zerstörung wertvoller Werkstoffe verhindern.


Autor

Dipl.-Ing. Georgios Eleftheriadis: Armacell Manager Technical Marketing EMEA
Georgis.Eleftheriadis@armacell.com

 
Der Beitrag ist auch in Ausgabe 3.2019 der Fachzeitschrift TI – Technische Isolierung (November 2019) erschienen.

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