CUI-test TNO-Enduras

Olie- en gasindustrie attent op corrosiepreventie met isolatie
Technische isolatie en corrosievorming. Verschillende zaken, maar in de praktijk in één adem en zelfs in één begrip gevat: CUI ofwel corrosie onder isolatie. De olie- en gasindustrie is mede dankzij actuele ASTM-richtlijnen attent op corrosiepreventie door selectie, montage en onderhoud van isolatiesystemen. Het brengt opdrachtgevers tot toenemende inzet van elastomeer isolatie in dit domein. Een recente CUI-test van industriële Armaflex-systemen door het Nederlandse TNO-Enduras bevestigt hun gelijk met uitstekende resultaten.

Met de voortschrijdende techniek groeit de inzet van elastomeer isolatie in de olie- en gasindustrie, voor thermische dan wel cryogene isolatie en thermische-akoestische sandwichconstructies. Het laat zich fraai aanbrengen rond flenzen, steunen en appendages en reduceert het CUI-risico. Ook met de investeringskosten zit het goed, dankzij flexibiliteit, relatief gering gewicht en montagegemak.

Flexibel
Natuurlijk, elastomeer isolatie is niet de enige industriële optie. De opdrachtgever heeft ook de keus uit systemen op basis van minerale wol, geschuimd glas, pir/pur en hardschuimen. Naast de hoge isolatiewaarde en de chemische en thermische stabiliteit onderscheidt elastomeer zich in de flexibiliteit. Al in de bestekfase laten deze isolatiesystemen zich gemakkelijk specificeren voor zowel leidingen en tanks als bochten en appendages. In de montage past het materiaal zich zonder speciaalgereedschap even gemakkelijk aan, zelfs onder lastige omstandigheden. Dat komt goed uit, want tijd is een kritische factor in de olie- en gassector, met zeer grote projecten onder strakke planning en kostenbewaking. De montagesnelheid is medebepalend in de isolatieselectie. Daarnaast kan elastomeer isolatie al naar gelang de thermische en akoestische eisen tot zestig procent dunner en lichter uitvallen dan conventionele alternatieven, hetgeen uiteraard de investeringskosten drukt. Ruimte en gewicht spelen immers een belangrijke rol in engineering, installatie en onderhoud.

Miljardenschade CUI
CUI is een van de grootste uitdagingen voor de olie- en gasindustrie. Het verschijnsel is genoegzaam bekend en doorgrond. Toch verliest de wereldeconomie er jaarlijks dik twee miljard euro aan, waarvan 45 procent in petrochemie, olie- en gasindustrie. Een Amerikaans ExxonMobile-onderzoek schrijft veertig tot zestig procent van het leidingonderhoud toe aan CUI-kosten, waarin stilstandkosten nog niet zijn verdisconteerd. Olie-experts wijzen CUI aan als hoofdoorzaak voor ongeplande stops: meer dan alle overige oorzaken samen. In het ergste geval leidt CUI tot brand of explosies met gevaar voor mensenlevens.
CUI is een geniepig proces, dat zich onder isolatie voltrekt en meestal pas wordt ontdekt nadat reeds aanzienlijke schade is ontstaan. Olie- en gasplatformen met honderden kilometers vertakte leidingnetten vergen daarom regelmatige inspectie. Dit betreft met name mediumtemperaturen tussen 0 °C en 120 °C, met een kritische piek rond 60 °C. Ook discontinue installaties met wisselende temperaturen zijn gevoelig door mogelijke condensvorming in en op het isolatiesysteem. Nog groter is het risico bij offshore-installaties, omdat in de zoute zeelucht chloriden en sulfaten het corrosieproces op gang brengen.

Isolatie als corrosiepreventie
Isolatie kan corrosie niet uitsluiten, maar wel substantieel bijdragen aan preventie. De materiaalkeuze bepaalt of isolatie het corrosierisico reduceert of juist vergroot. Binnengedrongen vocht door beschadigde ommanteling of door waterdampdiffusie veroorzaakt corrosie. In koudesystemen kan waterdamp binnendringen en condenseren door het dampdrukverschil tussen systeem en omgeving. Dit tast de isolatiewaarden sterk aan en veroorzaakt grote energieverliezen. Zodra vocht zich over het metalen leidingoppervlak verspreidt en tegelijkertijd lucht toetreedt, is corrosievorming een feit.

Geslotencellig isolatiemateriaal met een hoge waterdampdiffusieweerstand zet het corrosieproces de voet dwars. De gesloten Armaflex-materiaalstructuur over de gehele isolatiedikte resulteert in een hoge dampweerstand die waterdampdiffusie terugdringt: het materiaal beschikt over ingebouwde dampremming. Dampopen isolatiesystemen vertrouwen de diffusieweerstand geheel toe aan een externe dampremmende laag. Zelfs perfect uitgevoerd vakwerk kan openingen dan wel binnendringend vocht niet volledig voorkomen. De in de olie- en gaswereld gebruikelijke weerbestendige afwerking met metalen ommanteling biedt evenmin betrouwbare bescherming.

CUI-Test TNO-Endures
Het verband tussen isolatieontwerp en CUI-risico krijgt tegenwoordig meer aandacht in de gas- en oliesector. Hoewel tal van normen en testrapporten beschikbaar zijn voor corrosiebescherming, kijken internationale richtlijnen amper naar de relatie tussen isolatie en CUI. Een aanzet daartoe is wellicht de door TNO-Endures en Shell ontwikkelde proefopstelling die verschillende isolatiematerialen beoordeelt. De olie- en gasindustrie ondersteunt dit protocol en beschouwt het als voorloper voor een officiële norm.

Testopzet
Ter wetenschappelijke onderbouwing van de Armaflex-prestaties heeft TNO-Endures te Den Helder het isolatiesysteem aan bovengenoemde CUI-test onderworpen.
In de standaardopstelling circuleert water op 80 °C. in gesloten kringloop door een leiding van ongelegeerd staal (diameter 114 mm, wanddikte 5,5 mm, lengte 1000 mm). De leiding is met opzet niet voorzien van corrosiewerende verf, coating of TSA-behandeling. Uiteraard maken dergelijke voorzieningen in de praktijk juist wel deel uit van het CUI-preventiebeleid. Om extreme offshore-omstandigheden na te bootsen is de geïsoleerde leiding onafgebroken besproeid met een warme zoutoplossing. Deze ideale corrosiecondities zijn gedurende zes maanden gehandhaafd.

Dit CUI-griezelscenario is losgelaten op twee isolatiesystemen. Een helft van de met staalschijven verdeelde leiding is geïsoleerd met twee lagen Armaflex-plaatmateriaal van 25 mm dikte elk (opstelling A). De isolatie is volledig verlijmd op het leidingoppervlak c.q. de eerste laag. Opstelling B is op dezelfde wijze behandeld en vervolgens met glasvezelversterkt kunststof ommanteld. Om een beschadiging na te bootsen zijn in opstelling A zes gaten door het volledige isolatiepakket geboord, op 2-, 6- en 10-uurspositie. Zo komt water in het isolatiemateriaal en wordt het corrosieproces kunstmatig gestimuleerd: de leiding komt immers in aanraking met zout water, terwijl ook zuurstof zijn rol speelt. De warme zoutoplossing versnelt het proces. Ook opstelling B laat water binnendringen, zij het dat hier de gaten slechts door de ommanteling zijn geboord en het isolatiemateriaal onbeschadigd blijft.

Testresultaat
Aansluitend op de testperiode van zes maanden is het proefobject grondig onderzocht. Opstelling A vertoonde de verwachte corrosie, echter beperkt tot de onmiddellijke omgeving van de boorgaten. De overige leidingdelen, zoals de volledige onderzijde, vertoonden geen corrosiesporen. Daar kon de zoutoplossing blijkbaar niet doordringen. Dat laat zich verklaren door de ingebouwde damprem van het geslotencellige materiaal en de volledige verlijming.

De test toont overtuigend aan dat Armaflex ook onder uitzonderlijke omstandigheden het CUI-risico tot een minimum beperkt. Zeker als men in aanmerking neemt dat de test het corrosieproces juist provoceert. Zowel de omgevingsbelasting als de aangebrachte beschadigingen gaan ver voorbij aan reële praktijkomstandigheden.
Niettemin heeft ook opstelling B met boorgaten in de ommanteling de verwachtingen overtroffen. Bij verwijdering van de isolatie voelde de buitenste laag vochtig aan. De binnenste laag bleek volledig droog. Op de stalen leiding is nergens corrosie aangetroffen: het isolatiemateriaal heeft voorkomen dat vocht het leidingoppervlak bereikt.

De test bewijst dat het geslotencellige isolatiemateriaal met geïntegreerde dampremming het CUI-risico aanzienlijk terugdringt. Van doorslaggevend belang is correcte bepaling van de isolatiedikte, systeemspecifieke corrosiebescherming, lijm, ommanteling en uiteraard vakkundige montage.

Eisen in gas- en oliesector
Zoals Tabel 1 laat zien, presteert geslotencellige elastomeer isolatie minimaal gelijk of beter dan alternatieve isolatiematerialen. Vanzelfsprekend zijn er ook beperkingen, zoals de bestendigheid tegen zeer hoge temperaturen, agressieve media en weersinvloeden. Ook de geluidabsorptie heeft zijn grenzen. Ommantelingssystemen zoals Arma-Chek kunnen een aantal van deze functies overnemen. Deze ommanteling op rubberbasis is specifiek ontwikkeld voor de olie- en gasindustrie. Het biedt effectieve bescherming tegen binnen dringend vocht, mechanische belasting, UV-straling, zeewater en chemicaliën. De waterdampdiffusieweerstand ligt boven 50.000 µ: daarmee is het materiaal technisch gezien dampdicht. Verder voordeel van Arma-Chek is het flexibele karakter: na stoten of betreden – hoe verwerpelijk ook – veert het terug.

Akoestische isolatie
Armacell heeft flink geïnvesteerd in onderzoek en productontwikkeling gericht op geluid- en trillingdempende elastomeer isolatiematerialen voor de olie- en gassector. Compressoren, regel- en afblaasventielen kunnen in de complexe installaties behoorlijke geluidspieken genereren, die zich in leidingen voortplanten.

In hogedrukleidingen versterken wervelingen rond afsluiters en kleppen en richtingsveranderingen het stromingsgeluid. Aanvullend op geluidreductie aan de bron en beperking van de geluidvoortplanting moet geluidreductie vooral van het isolatiesysteem komen. Dus ook van de isolatie en ommanteling van leidingen en vaten.

Geslotencellig elastomeer isolatiemateriaal dempt uitstekend constructie-/contactgeluid: afhankelijk van de isolatiedikte tot 30 dB (A). Bovendien is de geluidsabsorptie in de middenfrequenties goed. Toch beantwoordt conventionele elastomeer isolatie minder goed aan de strengste eisen in geluidisolatie. Alleen met een aangepaste materiaalstructuur zijn voor specifieke toepassingen duidelijk betere prestaties mogelijk. In samenwerking met de Britse Bradford-universiteit is Armacell er in geslaagd isolatiemateriaal te ontwikkelen dat over het gehele relevante frequentiebereik uitstekende geluidabsorptie realiseert. Het oorspronkelijk geslotencellige isolatiemateriaal is technisch ingrijpend doorontwikkeld tot een volledig nieuw akoestisch isolatieschuim met een opencellige microstructuur.

In combinatie met Armaflex-isolatie en Arma-Chek-mantel voorziet dit  materiaal – ArmaSound Industrial – niet alleen in afdoende akoestische isolatie. Het voorkomt tevens energieverlies, condensvorming en binnendringend vocht.

Uitgangspunt voor toepassing van geluidisolerende isolatie in de industrie is ISO 15665 “Geluidisolatie voor pijpen, kleppen en flenzen” (Zie tabel 2). Overeenkomstig de norm-klassen A, B en C biedt Armacell drie varianten ArmaSound Industrial System. aanvullend is de D-klasse beschikbaar die beantwoordt aan Shell-specificatie DEP 31.46.00.31.
In vergelijking met andere isolatiesystemen halen deze thermisch-akoestische sandwichconstructies plaatsbesparingen tot zestig procent en gewichtreducties tot vijftig procent.

Elastomeer in olie- en gasindustrie
In toenemende mate past de olie- en gasindustrie flexibele elastomeer isolatie toe voor thermische en akoestische isolatie. Waar het in de jaren negentig van de vorige eeuw nog werd gezien als een nicheproduct, heeft het zich inmiddels bewezen als volwaardig alternatief. Het wordt dan ook geregeld voorgeschreven voor grote industrieprojecten, zoals het Australische Great Gorgon-project en het LNG-project Ichtys voor de Australische westkust.