Wat betekent een corrosietoeslag bij stalen buizen?
Een corrosietoeslag is extra wanddikte die bij het ontwerp van een stalen buis wordt toegevoegd om verwacht materiaalverlies door corrosie gedurende de ontwerp- of gebruiksduur te compenseren. Deze extra dikte wordt ook wel opofferingsdikte, corrosiereserve of corrosion allowance genoemd.
De corrosietoeslag wordt opgeteld bij de wanddikte die constructief minimaal nodig is. Naarmate corrosie staal van het buisoppervlak aantast, neemt de beschikbare reserve af. Aan het einde van de gekozen ontwerpduur moet voldoende restwanddikte overblijven om de vereiste sterkte, stabiliteit en veiligheid te behouden.
Een corrosietoeslag wordt niet achteraf op de buis aangebracht. De toeslag wordt tijdens het ontwerp verwerkt in de benodigde nominale wanddikte en speelt daardoor een rol bij de keuze van de buisafmetingen.
Waarom is extra wanddikte nodig?
Onbeschermd koolstofstaal kan onder invloed van vocht, zuurstof, zouten, chemicaliƫn of bodemomstandigheden corroderen. Hierdoor wordt de wand van een stalen buis geleidelijk dunner. Bij constructieve toepassingen kan dit leiden tot een afname van de doorsnede, het draagvermogen, de buigstijfheid en de weerstand tegen lokale of globale instabiliteit.
Bij drukleidingen beĆÆnvloedt wanddikteverlies bovendien de maximaal toelaatbare inwendige of uitwendige druk. Bij funderingsbuizen en stalen buispalen kan corrosie gevolgen hebben voor de opname van axiale belastingen, buigmomenten en horizontale krachten.
De corrosietoeslag zorgt ervoor dat verwacht staalverlies niet direct ten koste gaat van de constructief benodigde wanddikte. Het is daarmee een van de mogelijke maatregelen om de duurzaamheid van een stalen constructie te waarborgen.
Hoe wordt de corrosietoeslag bepaald?
De benodigde corrosietoeslag wordt projectspecifiek vastgesteld. Daarbij worden de verwachte blootstelling, ontwerpduur, corrosievorm, beschermingsmaatregelen en minimaal vereiste restwanddikte beoordeeld. Een vaste toeslag die voor iedere stalen buis en iedere omgeving geschikt is, bestaat niet.
Een gebruikelijke ontwerpbenadering bestaat uit de volgende stappen:
- Bepaal de constructief of druktechnisch benodigde restwanddikte.
- Stel de beoogde ontwerp- of gebruiksduur vast.
- Beoordeel de corrosiebelasting aan de binnen- en buitenzijde van de buis.
- Raam het verwachte wanddikteverlies op basis van normen, meetgegevens, ervaringscijfers of specialistisch onderzoek.
- Verwerk de corrosietoeslag en relevante toleranties in de nominale wanddikte.
In vereenvoudigde vorm geldt: nominale wanddikte ā„ vereiste restwanddikte + corrosietoeslag + overige toeslagen. Tot die overige toeslagen kunnen onder meer fabricagetoleranties, erosietoeslagen en bewerkingstoleranties behoren.
| Begrip | Betekenis |
|---|---|
| Vereiste restwanddikte | De wanddikte die minimaal nodig blijft om aan de constructieve of druktechnische eisen te voldoen. |
| Corrosietoeslag | De extra wanddikte voor het verwachte materiaalverlies door corrosie gedurende de ontwerpduur. |
| Nominale wanddikte | De wanddikte waarmee de stalen buis wordt gespecificeerd en geleverd. |
| Negatieve wanddiktetolerantie | De volgens de productnorm toegestane afwijking onder de nominale wanddikte. |
| Restwanddikte | De daadwerkelijk resterende wanddikte na materiaalverlies door corrosie, slijtage of beschadiging. |
Voorbeeld van een eenvoudige wanddikteberekening
Stel dat een stalen buis aan het einde van de ontwerpduur een minimale restwanddikte van 10,0 millimeter moet hebben. Wanneer het verwachte corrosieverlies 2,0 millimeter bedraagt, is vĆ³Ć³r toepassing van fabricagetoleranties minimaal 12,0 millimeter nodig.
Als de toepasselijke productspecificatie bijvoorbeeld een negatieve wanddiktetolerantie van 10 procent toestaat, moet de nominale wanddikte hoger worden gekozen. In dit vereenvoudigde voorbeeld is minimaal 12,0 / 0,90 = 13,33 millimeter nodig. Vervolgens wordt een beschikbare nominale wanddikte geselecteerd die aan alle ontwerpvoorwaarden voldoet.
De corrosietoeslag mag daarom niet worden verward met de fabricagetolerantie. Beide kunnen de beschikbare wanddikte beĆÆnvloeden, maar hebben een verschillende functie en moeten afzonderlijk worden beoordeeld.
Welke factoren beĆÆnvloeden het corrosieverlies?
De corrosiesnelheid van staal wordt bepaald door een combinatie van materiaal-, omgevings- en gebruiksfactoren. Belangrijke invloeden zijn:
- blootstelling aan grond, zoet water, zeewater, condens of de atmosfeer;
- de aanwezigheid van zuurstof, chloriden, zuren of andere agressieve stoffen;
- de temperatuur, stroomsnelheid en samenstelling van een intern medium;
- wisselende nat-droogcycli en verschillen in zuurstofconcentratie;
- microbiologisch beĆÆnvloede corrosie, zwerfstromen of galvanische koppelingen;
- de aanwezigheid en betrouwbaarheid van coatings of kathodische bescherming;
- inspectie-, onderhouds- en herstelmogelijkheden tijdens de gebruiksduur.
Een berekening op basis van een corrosiesnelheid in millimeter per jaar kan bruikbaar zijn wanneer betrouwbare gegevens beschikbaar zijn. Corrosie verloopt echter niet altijd lineair. Veranderende omstandigheden, beschadigde coatings en plaatselijke aantasting kunnen ervoor zorgen dat het werkelijke wanddikteverlies afwijkt van een eenvoudige vermenigvuldiging van corrosiesnelheid en ontwerpduur.
Gelijkmatige corrosie en lokale corrosie
Bij gelijkmatige corrosie neemt de wanddikte over een relatief groot oppervlak af. Een corrosietoeslag is vooral geschikt om deze voorspelbare, algemene vorm van materiaalverlies op te vangen.
Lokale corrosie, zoals putcorrosie, spleetcorrosie of aantasting rond lasverbindingen, kan op een beperkt oppervlak veel dieper doordringen. De gemiddelde wanddikte kan daarbij nog voldoende lijken, terwijl plaatselijk al een kritieke restwanddikte is bereikt.
Een algemene corrosietoeslag biedt daarom niet automatisch voldoende bescherming tegen sterk lokale aantasting. In dergelijke situaties kunnen aanvullende maatregelen nodig zijn, zoals een coating, kathodische bescherming, aangepaste detaillering of een inspectieprogramma.
Corrosietoeslag bij funderingsbuizen en buispalen
Bij stalen funderingsbuizen, heibuizen, buispalen, combiwanden en waterbouwkundige constructies kunnen verschillende corrosiezones langs Ć©Ć©n buis voorkomen. Het deel boven water, de spatwaterzone, de getijdenzone, het permanent ondergedompelde gedeelte en het deel in de bodem worden niet noodzakelijk even zwaar aangetast.
Vooral overgangszones kunnen kritisch zijn door de combinatie van vocht, zuurstof, zouten en wisselende blootstelling. De corrosietoeslag kan daarom per zone verschillen. Bij het ontwerp moet worden bepaald welke doorsnede maatgevend is en welke restwanddikte daar gedurende de volledige ontwerpduur beschikbaar moet blijven.
Bij buispalen wordt daarnaast gekeken naar de krachtswerking over de lengte. Een grotere corrosietoeslag is vooral relevant waar hoge spanningen samenvallen met een agressieve omgeving. De beoordeling hoort daardoor onderdeel te zijn van de totale constructieve berekening en niet alleen van de materiaalkeuze.
Heeft de staalsoort invloed op de corrosietoeslag?
Veel constructieve stalen buizen worden geleverd in staalsoorten zoals S235 en S355. Deze aanduidingen hebben voornamelijk betrekking op mechanische eigenschappen, waaronder de vloeigrens. Een hogere sterkteklasse betekent niet automatisch dat de buis beter bestand is tegen corrosie.
De corrosieweerstand van regulier constructiestaal wordt vooral bepaald door de omgeving en de gekozen beschermingsmethode. Ook bij staal met een hogere vloeigrens kan daarom een corrosietoeslag nodig zijn.
Roestvast staal, weervast staal en speciaal gelegeerde materialen kunnen onder geschikte omstandigheden een hogere corrosieweerstand bieden. Hun toepasbaarheid moet echter altijd worden beoordeeld in relatie tot chloriden, vochtbelasting, temperatuur, bodemgesteldheid en andere omgevingsfactoren.
Corrosietoeslag combineren met beschermingsmaatregelen
Extra wanddikte is niet de enige manier om corrosie te beheersen. Afhankelijk van de toepassing kan een corrosietoeslag worden gecombineerd met andere maatregelen:
- een organisch verfsysteem of industriƫle coating;
- thermisch verzinken;
- een binnenbekleding of slijtvaste lining;
- kathodische bescherming met opofferingsanoden of opgedrukte stroom;
- een materiaalkeuze met een hogere weerstand tegen het aanwezige milieu;
- periodieke inspectie, onderhoud en plaatselijk herstel.
Een coating verlaagt de blootstelling van het staal, maar kan tijdens transport, installatie of gebruik beschadigd raken. Bij het reduceren van de corrosietoeslag moet daarom rekening worden gehouden met de verwachte levensduur, onderhoudbaarheid en betrouwbaarheid van het beschermingssysteem.
Kathodische bescherming kan elektrochemische corrosie beperken wanneer de stalen buis contact maakt met een geschikt elektrolyt, zoals grond of water. Het systeem moet daarvoor correct worden ontworpen, gemonitord en onderhouden.
Welke normen zijn relevant?
De toepasselijke normen hangen af van de functie van de buis, de constructie en de omgeving. Voor stalen funderingsconstructies en buispalen kan NEN-EN 1993-5 relevant zijn. Deze Eurocode behandelt het ontwerp van stalen paal- en damwandconstructies en bevat bepalingen rondom duurzaamheid en corrosieverlies.
Voor algemene constructieve berekeningen kunnen delen van NEN-EN 1993 van toepassing zijn. Bij koudgevormde en warmvervaardigde constructieve buisprofielen zijn onder meer EN 10219 en EN 10210 relevant voor materiaaleigenschappen, afmetingen en toleranties. Voor beschermende verfsystemen wordt vaak de normenreeks NEN-EN-ISO 12944 gebruikt.
Een normwaarde voor corrosieverlies moet altijd binnen de voorwaarden en het toepassingsgebied van die norm worden gebruikt. De juiste corrosietoeslag volgt uit de combinatie van norm, nationale bijlage, projectspecificatie, blootstellingsklasse en ontwerpduur.
Voor leidingen, offshoreconstructies en industriƫle installaties kunnen aanvullende EN-, ISO-, API- of DNV-voorschriften gelden. Ook eisen van opdrachtgevers en beheerders kunnen bepalend zijn voor de minimale wanddikte en toegestane corrosiereserve.
Restwanddikte meten en bewaken
De actuele wanddikte van een stalen buis kan niet-destructief worden gecontroleerd met ultrasone diktemetingen. Bij een nulmeting wordt de uitgangssituatie vastgelegd. Latere inspecties maken zichtbaar hoeveel materiaalverlies is opgetreden en of de gemeten corrosiesnelheid overeenkomt met de ontwerpuitgangspunten.
Meetpunten moeten representatief zijn voor de verschillende corrosiezones. Bij vermoedelijke putcorrosie is een beperkt aantal losse metingen niet altijd voldoende. Een uitgebreider meetraster of scan kan nodig zijn om de kleinste lokale restwanddikte vast te stellen.
De resterende levensduur wordt beoordeeld door de gemeten restwanddikte te vergelijken met de minimaal vereiste wanddikte. Daarbij worden ook lokale aantasting, meetonnauwkeurigheid, toekomstige corrosie en eventuele veranderingen in belasting of gebruik meegenomen.
Stalen buizen afstemmen op uw projectspecificatie?
Heeft uw project eisen voor de corrosietoeslag, restwanddikte of ontwerpduur? Neem contact op met Solines om passende buisafmetingen en uitvoeringen te bespreken.
