Günter Binder OWEA Stand der BSH-Mindestanforderungen- Korrosionsschutzsystem HTG workshop Fachausschuss für Korrosionsfragen Hamburg, 5. November 2015 Inhalt 1. Korrosionsschutzmöglichkeiten für OWEA 2. Problemsituation bei OWEA in der außenwirtschaftlichen Zone 3. Übersicht der existierenden Zulassungsprüfungen für OWEA 4. Aktueller Stand der Beschichtungsprüfungen Erfahrungen aus LZA 5. Schutzsysteme nach VGB-BAW-(GfKORR-)Richtlinien 6. Prüfvorschriften für Beschichtungen nach VGB-BAW-Richtlinie 7. Zusammenfassung und Schlussfolgerung 05.11.2015 Seite 2 1
Einteilung der Korrosionsschutzmaßnahmen Beschichtung Kathodischer Korrosionsschutz (KKS) - Fremdstromanlage - Galvanische Anoden Kombination von Beschichtung und KKS Korrosionszuschlag 05.11.2015 Seite 3 Beschichtung für Strukturen Dickschicht bzw. Ein- und Zweischichtsysteme Mehrschichtsysteme - ohne speziell formulierte Grundbeschichtung - mit Grundbeschichtung mit Al- bzw. Zn-Füllung Kombination von TS und Beschichtung Alle Stoffgruppen zunächst gleichwertig 05.11.2015 Seite 4 2
Kathodischer Korrosionsschutz Fremdstromanlagen - Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeit - Gewisser Geräteaufwand Opferanoden - Geringer Aufwand - Keine Steuerungsmöglichkeit, + NA aufwendiges Nachrüsten, ungewisser Ausgang in Hohlräumen, Freisetzung von Metallen 1902 05.11.2015 Seite 5 Forderungen an dt. OWE-Anlagen Integrität der Struktur für 25 Jahre Standzeit (BSH) Kostengünstige Lösungen (Besitzer) Optimale Auswahl für Korrosionsschutzsysteme - Festlegung der Auswahlkriterien!? Übernahme von Erfahrungen bestehender Strukturen - Transparenz!? + NA - Nachprüfbarkeit!? 1902 05.11.2015 Seite 6 3
Problemsituation Vielfältige Regelwerkswelt - DIN EN ISO 12944 (in Überarbeitung) - ISO 20340 (in Überarbeitung) - NORSOK M 501 (norwegische Ölindustrie) - MUT-Papier (Metallunternehmertisch + GfKORR) - DNV GL Regelungen + NA - VGB-BAW-(GfKORR)Standard.. und trotzdem ein Regelungsmangel!! 1902 05.11.2015 Seite 7 Korrosionsschutzprüfverfahren nach verschiedenen Regelwerken und Standards Prüfung Meeresatmosphäre Immersion / Meer Prüfung / Regelwerk Belastungsbereich TL/TP-KOR 1) C5-M ISO 20340 C5-M RPB 2) Im2 ISO 20340 Im2 Immersion DIN EN ISO 2812-2 (NaCl) T-Test DIN EN ISO 6270-1 Salzsprühnebeltest DIN EN ISO 9227 Zyklustest ISO 20340 3.000 h 4.200 h 720 h 2.100 h 2) 1.440 h 4.200 h Langzeitauslagerung in der Natur (LZA) ein Jahr 3) 5 Jahre DIN EN ISO 15711 Delamination 4.200 h KKS-Beständigkeit (BAW) 15 Monate Abrasion (BAW) 40.000 U. Farbbeständigkeit DIN EN 2.000 h ISO 11341 Stoßbelastung nach DIN 1,5 kg, 6272 100 cm 05.11.2015 Seite 8 1) Technische Liefer- und Prüfbedingungen; ZTV-ING BASt 2) Richtlinie zur Prüfung von Beschichtungsstoffen; BAW 4
Anforderungen nach ISO 20340 Vergleich zu NORSOK The use of primers other than Zn is mainly applicable to repair and maintenance. For new constructions, the use of primers should be restricted to areas to special stresses..coating system with higher mechanical strength higher chemical resistance Achtung: was in der ISO 20340 noch als Reparatursystem fungiert, wird in der NORSOK zum gängigsten System A 7 (ohne Einschränkung und mit höchsten Unterrostungswerten!) Grenzwerte nach Ende der zyklischen Belastung aging test (table 3): system / primer Norsok Syst. No 1 Zn-dust ISO 20340 Syst. Zn (R) diverse Norsok System No A7 single coat rusting 3,0 mm 8,0 mm 8,0 mm adhesion 3 MPa 4 MPa 8 MPa 05.11.2015 Seite 9 Forderung der Lackhersteller auf Grund der Probleme, die Grenzwerte in Laboruntersuchungen für zinkstaubfreie Systeme einzuhalten: However, results from artificial-ageing tests shall be used with caution. It shall be clearly understood that artificial ageing will not necessarily have the same effect as natural exposure. Many factors have an influence on the progress of degradation and, in the laboratory, it is not possible to accelerate all of them in the proper way. It is therefore difficult to make a reliable ranking of paint systems of very different compositions from artificial-ageing tests in the laboratory. This can sometimes lead to efficient protective paint systems being rejected because they cannot pass these tests. It is recommended that natural- exposure trials always be undertaken so that, in the long term, such anomalies can be resolved. Internationale der Lackhersteller bei ISO-Ausschuss (2015) 05.11.2015 Seite 10 5
Was leisten die eigentlich besseren Systeme? Einfache Verarbeitung - auch offshore!? Keinerlei Emissionen von Giftstoffen? Hoher Abrasionswiderstand, z.b. gegen Eisabrieb? Hoher Schlagfestigkeitswiderstand, wodurch Unterrostung vermieden wird Geringere DFT gegenüber Systemen mit Primer!? Absolut hohe Haftzugfestigkeit zur Vermeidung von Osmose? Bessere KKS-Beständigkeit? Bessere Ergebnisse in der Naturbewitterung!? 05.11.2015 Seite 11 LZA - Wasserwechsel- und Spritzwasserzone Lamige, total, F Spritzwasserzone - Anspruchsvolle Belastungen für Beschichtungssysteme 05.11.2015 Seite 12 6
Laborprüfung und Langzeitauslagerung (LZA) System NORSOK A.7 (EP, single coat, 700 µm) nach Salzsprühnebeltest (UR < 1 mm) 05.11.2015 Seite 13 LZA, Spritzwasser 2008-2013 (UR >> 6 mm!!) Laborprüfung und Langzeitauslagerung Zu Folie 15 dazugehörige Unterrostungswerte System NORSOK A.7 (EP, single coat, 700 µm) Schlussfolgerung: Über Laborprüfung erfolgte Zulassung; Naturbewitterung bestätigte diese nicht! 05.11.2015 Seite 14 7
Unterrostung an Prüftafeln der LZA im Brackwasser Überwasserzone nach fünf Jahren Auslagerung (Kiel, 2008 bis 2013; ÜWZ) mit Zn-Staub-GB ohne Zn-Staub-GB Einschichtsystem mit 600 µm DFT (BAW System Nr. 8 bzw. NORSOK A.7) in ÜWZ obere Hälfte: mit Zn-Staub-GB Mehrschichtsystem mit Zn-PUR (50µm), 3x PUR (450µm) und 500µm DFT (BAW System Nr. 4) 05.11.2015 Seite 15 Vergleich Labortest Naturbewitterung: Unterrostung Korrelationskoeffizienten LZA Kiel / Labor Test / Zone UWZ WWZ ÜWZ ISO 20340 >0,1 0,1 0,2 ISO 9227 0,21 0,79 0,67 Statistische Abhängigkeit von Labor- und Naturauslagerungsversuchen verschiedener Zonen Korrelationskoeffizient r > 0,63 = 95 % bzw. r > 0,765 = 99 % stat. Sicherheit bei n = 10 LZA-WW [mm] 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 ohne Zn-GB mit Zn-GB 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 DIN EN ISO 9227 [mm] Variationsdiagramm der Unterrostungswerte der Langzeitauslagerung und des Laborversuchs (ISO 9227, Salzsprühnebel) r = 0,79 ; stat. Sicherh. >99% 05.11.2015 Seite 16 8
Auswertung Naturbewitterung Vergleich der der Schutzsystemklassen im Süß- und Salzwasser System Im 1 (Trier / Windheim) Im 2 (Kiel) Zn + DB 18 von 20 9 von 20 GB + DB 5 von 7 2 von 7 DB 4 von 10 0 von 10 Gesamt 27 von 37 11 von 37 Langzeitauslagerungsversuche; 2008-2013, BAW A39510210413 Schlussfolgerung Schutzsysteme ohne spezielle Grundbeschichtung sind für Meerwasser ungeeignet! 05.11.2015 Seite 17 Schäden an Strukturen von OWEA Foto Heins, EnBW, D Schutzsystem ohne GB: Abplatzungen, Unterwanderung und Korrosion 05.11.2015 Seite 18 9
Schäden an Strukturen - Splashzone NORSOK A.7 System: Abplatzungen, Unterwanderung und Korrosion Foto Lamige, total, F 05.11.2015 Seite 19 Schäden an OWE- Anlagen - Splashzone NORSOK A.7-System: Abplatzungen, Unterwanderung und Korrosion Foto Lamige, total, F 05.11.2015 Seite 20 10
Erfahrungen weltweit all systems tested according ISO 20340 (table 3) with allowed corrosion at the scribe of 8 mm failed on oil-platforms; we need therefore systems that pass the cycle test with corrosion creep of maximal 3 mm (see table 5).. Splash zone and tidal zone maintenance global cost can be 2 K to 7 K and more by m2 J.-P. Lamige, elf france (2014/2015, member of WG 9 / WG 6) 05.11.2015 Seite 21 Korrosionszonen - Beispiele Monopiles und Spundwand Unterschiedliche Zonen, je nach Lage zum Wasserspiegel (DIN EN 1993-5) 05.11.2015 Seite 22 11
KKS-Prüfung: Kathodische Blasenbildung - Enthaftung Beschichtungsprüfung bei KKS-Belastung: links: Prüfplatte ohne Schutz im Meerwasser rechts: Blasenbildung nach KKS-Belastung KKS-Prüfung Versuchsanordnung (STG/BAW) BAW 05.11.2015 Seite 23 Beschichtung: Prüfung der Kathodenschutztauglichkeit BAW Schutzstrombedarf: Absinken nach kath. Polarisation - späterer Anstieg zeigt Schwächung an Schlussfolgerung: Schutzsysteme ohne spezielle GB neigen zu hohem I-Verbrauch und Blasenbildung 05.11.2015 Seite 24 12
Korrosionsschutzsysteme VGB-BAW-(GfKORR)-Standard Auswahl an Systemaufbauten der Zonen 2 und 3 Zone / System- No. 2/1-3 2K-EP- Zn(R) 2/4 2K-EPdiverse 2/8 1K-PUR- Zn(R) 3/1-3 2K-EP- Zn(R) 3/5 1K-PUR- Zn(R) Grundbeschichtung Zwischen-/Deckbeschichtung Gesamtsystem binder Anzahl (n) NDFT [µm] 1 50 2K-EP + 2K-PUR* 1 50-100 2K-EP + 2K-PUR* 1 50 1K-PUR + 2K-PUR* 1 50 2K-EP + 2K-PUR* 1 50 1K-PUR + 2K-PUR* 3/6 TS 1 80-100 Sealer+2K- EP+2K- PUR* binder Anzahl (n) NDFT [µm] 1-3 + 1* 450 + 80* 3 + 1* 400-450 + 80* 3 + 1* 450 + 80* 1-2 + 1* 160 + 80* 2 + 1* 160 + 80* 1 + 2 + 1* 20 + 240 + 80* Zone 2: Niedrigwasser-, Wasserwechsel- und Spritzwasserzone (Im2/C5) Zone 3: Atmosphärische Zone (C5/CX) * Deckbeschichtung: 2K-PUR gemäß RAL 1023; TS = thermisch gespritzt Anzahl (n) TNDFT [µm] 3-5 580 5 580 5 580 3-4 290 4 290 ohne TS: 4 ohne TS: 340 05.11.2015 Seite 25 Korrosionsschutzprüfungen-VGB-BAW-(GfKORR)-Standard Prüfung/ Regelwerk Belastungsbereich Zone 1 (Boden) Zone 2 (UWZ) Zone 3a (NWZ) Zone 3b (WWZ) Zone 4 (SpWZ) Zone 5 (Atm. außen) Zone 6 (Atm. innen) Haftzugfestigkeit X X X X X --- --- Schlagfestigkeit X X X X --- --- --- Immersion (NaCl) 4.200 h 4.200 h 4.200 h 4.200 h 4.200 h --- --- Kondensationstest --- --- --- --- 1.440 h 1.440 h 1.440 h Salzsprühnebeltest* --- --- 2.160 h 2.160 h 2.160 h 2.160 h 1.440 h Zyklustest* --- --- 4.200 h 4.200 h 4.200 h 4.200 h --- KKS-Beständigkeit 15 Monate 15 Monate 15 Monate 15 Monate --- --- --- Abrasion X X X X --- --- --- Farbbeständigkeit --- --- 2000 h 2000 h 2000 h 2000 h --- Wasserdampfdiffusion 21 Tage 21 Tage 21 Tage 21 Tage --- --- --- Langzeitauslagerung in der Natur (LZA) 5 Jahre 5 Jahre 5 Jahre 5 Jahre 5 Jahre Tabelle 2.7: Prüfverfahren *Unterrostung: 2 bzw. 4 mm 05.11.2015 Seite 26 13
Genehmigungsablauf Korrosionsschutz für OWEA Mindestanforderungen des BSH - hier: Korrosionsschutzsystem 1. Freigabe - Entwurfsphase 2. Freigabe Inhalt der Mindestanforderungen für Konkretisierungsphase Planung, Prüfung beim Zertifizierer Gliederung und Skizze der Schutzbereiche Tauglichkeitsnachweis generell und speziell Beschreibung des Ausbesserungskonzepts Personenqualifikation (Ausführender) Einschätzung des möglichen Schadstoffeintrags KKS-Konzept, bei Galvanischen Anoden: Al-Eintrag Galvanische Anoden: Sicherstellung des Betriebs ( ausschreibungsfertige, umsetzbare Unterlagen) Plausibilisierung (BAW/BSH) 3. Freigabe 05.11.2015 Seite 27 Zusammenfassung und Schlussfolgerung Verbesserungspotenzial für den Korrosionsschutz an OWEA ist gegeben Stand der Mindestanforderungen des BSH: Ständige Entwicklung Stand der internationalen Regelwerke: (Un-)Gleiche UR-Werte für alle Systeme Bevorzugung der schwächeren Systeme in den kritischsten Zonen Erfahrungen bei Korrosionsschutzmaßnahmen an OWEA kaum greifbar KKS mit Galvanischen Anoden ohne Beschichtung nicht zielführend Auswahl der Stoffe bzw. Schutzsysteme bedürfen einer Optimierung. bei Zulassungen sind verstärkt Langzeitauslagerungsversuche hinzuzuziehen Detailergebnisse von Untersuchungen durch BAW Regelwerk zu Schutzsystemen für OWEA soll in Kürze fertiggestellt werden 05.11.2015 Seite 28 14
Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit! 05.11.2015 Seite 29 15