Schwefelwasserstoff (H₂S) wirkt in feuchten Umgebungen stark korrosiv auf Metalle und verursacht vor allem Sulfidspannungsrisskorrosion (SSC) sowie Spannungsrisskorrosion (SCC). In H₂S-haltigen feuchten Medien kann atomarer Wasserstoff, der bei Korrosionsreaktionen entsteht, in das Metall eindringen und zu einer Versprödung des Werkstoffs führen. Unter Zugspannung können dadurch spröde Brüche auftreten, selbst wenn die aufgebrachte Spannung deutlich unterhalb der Streckgrenze des Materials liegt. Dies stellt insbesondere für hochfeste rostfreie Stähle, die in schwefelwasserstoffhaltigen Öl- und Gasanwendungen eingesetzt werden, ein erhebliches Risiko dar.
Die von der National Association of Corrosion Engineers (NACE) entwickelten NACE-Standards stellen einheitliche technische Richtlinien und Spezifikationen zur Vermeidung und Beherrschung von Werkstoffkorrosion in industriellen Anwendungen bereit. Insbesondere die folgenden beiden Normen spielen in der Öl- und Gasindustrie eine wichtige Rolle und dienen als maßgebliche Grundlage für die Werkstoffauswahl in schwefelwasserstoffhaltigen (H₂S) Einsatzbereichen.
- NACE MR0175 / ISO 15156: Die weltweit am häufigsten angewendete und zugleich strengste Norm für die Öl- und Gasförderung. Sie gilt in erster Linie für Ausrüstungen an Bohrlochköpfen sowie für Anlagen und Komponenten der Erdöl- und Erdgasproduktion im Upstream-Bereich.
- NACE MR0103 / ISO 17945: Diese Norm wurde speziell für Anwendungen im Downstream-Bereich entwickelt, beispielsweise in Raffinerien und petrochemischen Anlagen. Im Gegensatz zu Förderanlagen sind die H₂S-Konzentrationen in Raffinerieprozessen in der Regel geringer, dennoch besteht weiterhin das Risiko von Werkstoffversagen durch Spannungsrisskorrosion und andere rissbildende Mechanismen.
💡 In schwefelwasserstoffhaltigen Anwendungen der Öl- und Gasindustrie ist die Auswahl geeigneter Werkstoffe von entscheidender Bedeutung. Die NACE-Standards stellen einheitliche technische Richtlinien und Spezifikationen für die Vermeidung und Beherrschung von Werkstoffkorrosion bereit.
FITOK bietet Rohrverschraubungen aus NACE-konformen Werkstoffen an, die speziell für den Einsatz in schwefelwasserstoffhaltigen (Sour-Service-)Anwendungen geeignet sind. Verfügbare Werkstoffe umfassen Edelstahl 316, 6Mo-Legierungen, Super-Duplex-Edelstahl 2507, Alloy 625, Alloy 825 sowie Alloy C-276. Unter diesen Werkstoffen zeichnen sich Rohrverschraubungen aus Super-Duplex-Edelstahl 2507 durch besondere Eigenschaften sowohl hinsichtlich der Werkstoffauswahl als auch der Fertigungsprozesse aus. Diese werden im Folgenden näher erläutert.
Abbildung 1 – Aufbau einer Rohrverschraubung aus Super Duplex 2507
Basierend auf dem Aufbau einer Rohrverschraubung mit Doppelklemmring (Abbildung 1) besteht eine vollständige Verschraubung in der Regel aus vier Komponenten: Verschraubungskörper, Vorderklemmring, Hinterklemmring und Überwurfmutter. Nach der fachgerechten Montage der Doppelklemmringverschraubung auf dem Rohr bildet der Vorderklemmring jeweils eine Dichtfläche zum Verschraubungskörper und zum Rohr. Seine Vorderseite steht dabei in direktem Kontakt mit dem Prozessmedium. Durch die Dicht- und Trennfunktion des Vorderklemmrings kommen Hinterklemmring und Überwurfmutter nicht mit dem Systemmedium in Berührung. Der Hinterklemmring dient hauptsächlich der sicheren Klemmung des Rohres und der mechanischen Abstützung des Vorderklemmrings.
Tabelle 1 – Werkstoffe der Komponenten einer Rohrverschraubung aus Super Duplex 2507
Die Werkstoffe der einzelnen Bauteile der Doppelklemmringverschraubung aus Super Duplex 2507 sind in Tabelle 1 aufgeführt. Der Hinterklemmring besteht aus einer 6Mo-Legierung, während die Überwurfmutter aus Stangenmaterial aus Super Duplex 2507 gefertigt wird.
Keines dieser beiden Bauteile kommt mit dem Prozessmedium in Berührung. Da die NACE MR0175 ausschließlich Anforderungen an Werkstoffe für Bauteile stellt, die schwefelwasserstoffhaltigen (Sour-Service-)Medien ausgesetzt sind, unterliegen Hinterklemmring und Überwurfmutter nicht den entsprechenden Anforderungen der NACE MR0175, sofern ausschließlich die Innenoberfläche der Rohrleitung mit dem schwefelwasserstoffhaltigen Medium in Kontakt steht.
Tabelle 2 – Verweis auf NACE MR0175:2015, Tabelle A.24: Umgebungs- und Werkstoffgrenzwerte für Duplex-Edelstähle zur Verwendung in beliebigen Geräten oder Komponenten
Bei den FITOK-Doppelklemmringverschraubungen aus Super Duplex 2507 sind sowohl der Verschraubungskörper als auch der Vorderklemmring mediumsberührte Bauteile.
Der Verschraubungskörper wird aus lösungsgeglühtem Super Duplex 2507 gefertigt und erfüllt die Anforderungen der Tabelle A.24 (Tabelle 2) der NACE MR0175 vollständig. Dadurch eignet er sich für eine Vielzahl von Geräten und Einsatzbedingungen.
Der Vorderklemmring hingegen wird aus kaltgezogenem Stangenmaterial hergestellt. Dies führt häufig zu der Frage, ob die Verwendung eines kaltgezogenen Werkstoffs für einen mediumsberührten Vorderklemmring mit den Anforderungen der NACE MR0175 vereinbar ist.
Der grundlegende Hintergrund für die Forderung der NACE MR0175, dass mediumsberührte Bauteile in schwefelwasserstoffhaltigen Einsatzbereichen aus geglühtem Super Duplex 2507 gefertigt werden müssen, liegt in den Werkstoffeigenschaften:
Kaltverformte Werkstoffe weisen hohe Eigenspannungen und eine erhöhte Versetzungsdichte auf und sind daher grundsätzlich anfälliger für Spannungsrisskorrosion als geglühte Werkstoffe.
Gemäß der in NACE MR0175 aufgeführten Liste zulässiger Ausrüstungskomponenten (Tabelle 3) unterliegen Bauteile, die ausschließlich Druckspannungen ausgesetzt sind, jedoch keinen entsprechenden Einschränkungen.
Versagensmechanismen wie Spannungsrisskorrosion (SCC) und Sulfidspannungsrisskorrosion (SSC) setzen das Vorhandensein von Zugspannungen im Bauteil voraus.
Unter den tatsächlichen Montage- und Betriebsbedingungen einer Doppelklemmringverschraubung kommt lediglich der vordere Bereich des Vorderklemmrings mit dem Prozessmedium in Kontakt. Dieser Kontaktbereich steht dauerhaft unter Druckspannung und ist keinen Zugspannungen ausgesetzt.
Daraus folgt, dass für den Vorderklemmring kein Risiko für Spannungsrisskorrosion oder Sulfidspannungsrisskorrosion besteht. Daher ist er von den Anforderungen der NACE MR0175 hinsichtlich des Einsatzes lösungsgeglühter Werkstoffe ausgenommen.
💡 Die Vorderseite des Vorderklemmrings steht mit dem Prozessmedium in Kontakt und befindet sich ausschließlich unter Druckspannung, ohne dass Zugspannungen auftreten. Daher unterliegt sie nicht den entsprechenden Einschränkungen der NACE MR0175.
Tabelle 3 – Verweis auf NACE MR0175:2015, Tab_elle 1: Liste der Ausrüstungen, für die Ausnahmen zulässig sind
Um sicherzustellen, dass die Doppelklemmringverschraubung aus Super Duplex 2507 beim Klemmen von Rohren aus demselben Werkstoff über eine ausreichende Festigkeit und Oberflächenhärte verfügt, muss der Vorderklemmring aus kaltgezogenem Stangenmaterial gefertigt werden. Die Verwendung von lösungsgeglühtem Material würde keine zuverlässige Rohrklemmung und keine dauerhaft sichere Dichtfunktion gewährleisten.
Die FITOK-Doppelklemmringverschraubung aus Super Duplex 2507 verfügt über eine differenzierte Werkstoffauswahl, wobei der Hinterklemmring aus einer 6Mo-Legierung gefertigt wird.
Die 6Mo-Legierung zeichnet sich durch stabile mechanische Eigenschaften aus und bietet eine Korrosionsbeständigkeit, die mit der von Super Duplex 2507 vergleichbar ist. Aufgrund des geringen elektrochemischen Potenzialunterschieds zwischen beiden Werkstoffen besteht nur ein sehr geringes Risiko für Kontaktkorrosion. In Kombination mit den übrigen Bauteilen aus Super Duplex 2507 werden dadurch besonders stabile Klemm- und Sicherungseigenschaften erreicht.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die FITOK-Doppelklemmringverschraubung aus Super Duplex 2507 mit kaltgezogenem Vorderklemmring sicher in schwefelwasserstoffhaltigen Anwendungen eingesetzt werden kann, sofern die Außenseite der Verschraubung nicht mit dem schwefelwasserstoffhaltigen Medium in Kontakt kommt und ausschließlich der innere Strömungsweg dem Prozessmedium ausgesetzt ist.
💡 Gemäß NACE MR0175 / ISO 15156 gilt: Solange ausschließlich die Innenflächen der Verschraubung mit dem Prozessmedium in Kontakt stehen und die Außenseite keiner schwefelwasserstoffhaltigen Umgebung ausgesetzt ist, erfüllen FITOK-Doppelklemmringverschraubungen aus Super Duplex 2507 die Anforderungen der NACE MR0175 / ISO 15156 vollständig und sind für entsprechende Sour-Service-Anwendungen geeignet.
Neben Rohrverschraubungen gemäß NACE MR0175 / ISO 15156 bietet FITOK ein umfassendes Sortiment weiterer Produkte für schwefelwasserstoffhaltige Anwendungen an. Dazu gehören Mitteldruck- und Hochdruckverschraubungen der Serien 20M und 60H, Rohrverschraubungen der Serie PMH, Adapterverschraubungen der Serie AMH sowie die passenden Rohrleitungen der Serien T20M und T60H.Darüber hinaus sind auch Armaturen der S-Serie gemäß NACE MR0175 / ISO 15156 verfügbar, darunter Kugelhähne, Nadelventile, Überströmventile, Manometerventile und Rückschlagventile.
Bei Fragen oder für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an FITOK oder Ihren autorisierten Vertriebspartner vor Ort. Wir werden uns schnellstmöglich mit Ihnen in Verbindung setzen
