Kupfer-Nickel-Ummantelungen von Offshore-Strukturen

Transkript

1 Kupfer-Nickel-Ummantelungen von Offshore-Strukturen Arbeitskreis zum Thema Effizienz in der Produktion Windkraft , Hochschule Emden/Leer, Emden Christos Kapsalis Vertriebsingenieur/Produktentwicklung Tel.: Markus Seelhöfer Logistik & Trading Tel.:

2 Inhalt Kupfer-Nickel-Ummantelungen von Offshore-Strukturen KME Unternehmen Wertschöpfung des Kupfers Sonderprodukte Maritime Anwendungen Kupfer-Nickel-Legierungen in der maritimen Technik Korrosion und Bewuchs in der Offshore Wind Industrie Eigenschaften von Kupfer-Nickel-Legierungen Metallurgische Aspekte Korrosionsraten in maritimer Umgebung Mechanismus der bewuchshemmenden Eigenschaften Korrosionsbelastete Zonen von Offshore-Strukturen Beispiel einer Offshore-Stahlkonstruktion

3 Inhalt Kupfer-Nickel-Ummantelungen von Offshore-Strukturen Konzept einer Kupfer-Nickel ummantelten Boatlanding Fenderrohre: Fertigungsprozess Schutz offener Stellen von geschweißten CuNi-/Stahlrohrverbindungen Schutz der Leiter und Sprossen Schutz der Schraubenverbindungen Beschichtung am Übergang der Kontaktstelle zwischen CuNi/Stahl Zusammenfassung

4 KME Unternehmen Weltgrößter Hersteller von Halbzeugen und Sonderprodukten aus Kupfer und Kupferlegierungen Produktionsstandort Osnabrück Fläche ~ m² Mitarbeiter ~

5 Anwendungen Wertschöpfung des Kupfers Mine 1. Produktionsschritt in Osnabrück ca. 180 unterschiedliche Legierungen Messing Bramme Schmelzen Bau-Produkte Guss Kathoden Gießerei Industrie-Produkte Billet Recycling Special Products

6 Sonderprodukte Maritime Anwendungen Rohre Nahtlose Rohre Geschweißte Rohre Platten und Bleche Rohrzubehör Rohrbogen T-Stücke Sattelstutzen OSNA -10 (CuNi 90/10) OSNA -30 (CuNi 70/30) 6 mm 457 mm AD bis zu 1200 mm AD bis zu 2,4 m breit 6 m lang OSNA -10 (CuNi 90/10) OSNA -30 (CuNi 70/30) Nahtlos: bis 457 mm; Geschweißt: bis 914 mm Nahtlos: bis 219 mm; Geschweißt: bis 914 mm Nahtlos: bis 324 mm; Geschweißt: bis 914 mm Rohrbündel - mit/ohne Begleitheizung - bis zu 19 miteinander verseilbare Komponenten

7 Kupfer-Nickel-Legierungen in der maritimen Technik Industrien Offshore Schiffsbau Onshore Seewasser führende Rohrleitungssysteme Kühlsysteme Feuerlöschleitungen Ballasttanks Ummantelung von Stahlkonstruktionen Bohrinseln Schiffshüllen

8 Korrosion und Bewuchs in der Offshore Wind Industrie z. B. WEA Horns Rev I (Fotos: Safinah Ltd., UK, 2009) Lebensdauer der Beschichtungen deutlich < 15 Jahre Schwere Korrosion/Bewuchs im Bereich der Wasserlinie Instandsetzung auf hoher See verursacht extrem hohe Kosten ( 5000 /m²) Abriss der hier gezeigten WEA erfolgte nach nur 10 Jahren

9 Korrosion und Bewuchs in der Offshore Wind Industrie Foto: MTL Group Ltd., UK Biobewuchs verhindert den sicheren Übergang auf die Steigleiter (Gefahrenquelle!) Starke mechanische Beschädigungen an den Fenderrohren Reinigungsmaßnahmen auf hoher See verursachen extreme Kosten

10 Eigenschaften von CuNi-Legierungen Metallurgische Aspekte 1500 C Cu L %Ni Einphasiges Gefüge Cu und Ni sind vollständig ineinander mischbar (lückenlose Mischkristallreihe) Ni steigert Festigkeit und Korr.-beständigkeit Hervorragende Duktilität Einfache Verarbeitung der Legierung Hervorragende Schweißeignung Keine Vorerwärmung und Wärmebehandlung nach dem Schweißen notwendig

11 Eigenschaften von CuNi-Legierungen Korrosionsraten in maritimer Umgebung [µm/yr.] (µm/yr) [yr.] Quiet Flowing Tidal Ruhend Fließend Gezeiten (0,5 m/s) (yr.) Sehr geringe Abtragsraten Korrosion zu Beginn der Auslagerung (~ 15 µm/jahr) Korrosion nach Ausbildung vollständig intakter Deckschichten (< 1,5 µm/jahr) Hervorragende Lochkorr.-beständigkeit Keine Spannungsrisskorrosion (SprK) Kein kathodischer Schutz notwendig Gute Erosionskorrosionsbeständigkeit Kein negativer Einfluss hinsichtlich der Seewassertemperatur

12 Eigenschaften von CuNi-Legierungen Mechanismus der bewuchshemmenden Eigenschaften a. Ausbildung einer Korrosionsdeckschicht aus Cu 2 O. Bewuchs findet nicht statt. b. Ausbildung einer zweiten lose aufliegenden Deckschicht aus Kupferhydroxidchloriden. c. Leichter Mikro- und Makrobewuchs auf äußerer Deckschicht möglich. Schwerer Bewuchs findet nicht statt. d. Bewuchs und lose Deckschicht fallen mit der Zeit ab (Eigengewicht, Wellen). Cu 2 O-Deckschicht bleibt dabei vollständig intakt. Erst bei Neubildung der losen Deckschicht erfolgt erneuter Bewuchs

13 Korrosionsbelastete Zonen von Offshore-Strukturen Darstellung der Zonen (gem. der Klassifikations- u. Bauvorschriften nach GL Standard) Atmosphärische Zone Korrosionsintensität variiert von Zone zu Zone Erweiterte Gezeitenzone Spritzwasserzone Gezeitenzone Übergangszone H.A.T. M.T.L. L.A.T. Unterwasser zone Tauchzone Unterboden zone Meeresboden Zonen Relativer Wanddickenverlust

14 Beispiel einer Offshore-Stahlkonstruktion (1) Morecambe Bay Field Plattform Nr. 1 (von 4), Irische See Fotos Morecambe: KME CuNi 90/10 ummantelte Stahlträger, seit 1984 in Betrieb

15 Beispiel einer Offshore-Stahlkonstruktion (2) Morecambe Bay Field Plattform Nr. 1 (von 4), Irische See CuNi 90/10 ummantelte Stahlträger im Bereich der Übergangszone (1984)

16 Beispiel einer Offshore-Stahlkonstruktion (3) Morecambe Bay Field Plattform Nr. 1 (von 4), Irische See 30 Jahre später frei von schwerem Bewuchs

17 Beispiel einer Offshore-Stahlkonstruktion (4) Morecambe Bay Field Plattform Nr. 1 (von 4), Irische See Verschraubungen der Boatlanding auch nach 30 Jahren ohne jede Instandhaltung und Reinigung noch deutlich zu erkennen

18 Konzept einer Kupfer-Nickel ummantelten Boatlanding 3 mm dickes CuNi-Blech erhöhter Schutz gegen Korrosion und mechanische Beschädigungen Aufwändige Instandsetzungs- und Reparaturmaßnahmen entfallen Sicherer Zugang zur WEA Isolierung zwischen CuNi/Stahl Keine bimetallene Korrosion

19 Konzept einer Kupfer-Nickel ummantelten Boatlanding Fenderrohre: Fertigungsprozess Stahlrohr wird durch das CuNi-Rohr gezogen Entstehung einer klangfesten Verbindung

20 Konzept einer Kupfer-Nickel ummantelten Boatlanding Schutz offener Stellen von geschweißten CuNi-/Stahlrohrverbindungen Sattelstück aus CuNi 90/

21 Konzept einer Kupfer-Nickel ummantelten Boatlanding Schutz der Leiter und Sprossen

22 Konzept einer Kupfer-Nickel ummantelten Boatlanding Schutz der Schraubverbindungen

23 Konzept einer Kupfer-Nickel ummantelten Boatlanding Isolation der Kontaktstellen zwischen CuNi/Stahl Isolierflansch (cross bar fender 1/cross bar mono pile 4)

24 Konzept einer Kupfer-Nickel ummantelten Boatlanding Beschichtung am Übergang der Kontaktstelle zwischen CuNi/Stahl Fenderrohr: Beschichtung oberhalb der Tidezone

25 Zusammenfassung Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit beim Einsatz von OSNA -10 Korrosionsschutzbeschichtung im Bereich der Ummantelung entfällt Kostspielige Instandsetzungsmaßnahmen auf hoher See entfallen Korrosionszuschläge für Stahlstrukturen entfallen Regelmäßige Schweißnahtprüfungen der Knotenpunkte entfallen, da ein Eindringen der Chloride in die Stahlstruktur durch das Cladding unterbunden wird (German. Lloyd) Health & Safety: sicheres Betreten der WEA jederzeit möglich Vermeidung potentieller Gefahrenquellen (Bewuchs) am Übergang Boot/Boatlanding Kostenreduzierung durch variieren der Ummantelungsstärke möglich Lebensdauer von OSNA -10 >>> 40 Jahre

26 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! Special Products Marine Applications