Warum ist mein Edelstahlrohr versagt? Ein Leitfaden zur Schadensanalyse für Ingenieure

Warum ist mein Edelstahlrohr versagt? Ein Leitfaden zur Schadensanalyse für Ingenieure

Ein Ausfall eines Edelstahlrohrs in einer Prozessanlage ist mehr als nur eine Unannehmlichkeit – er ist ein Symptom eines größeren Problems, das zu Sicherheitsvorfällen, Umweltausstößen und kostspieligen ungeplanten Stillständen führen kann. Für Ingenieure und Anlagenpersonal ist die Durchführung einer systematischen Schadensanalyse entscheidend, um Wiederholungen zu verhindern.

Dieser Leitfaden bietet einen strukturierten, praktischen Ansatz zur Ermittlung der Ursache von Schäden an Edelstahlrohren.

Die goldene Regel: Bewahren Sie die Beweise auf

Sichern Sie zunächst die Fehlerstelle. Sofern sicher möglich, fotografieren Sie das Rohr vor Ort aus mehreren Blickwinkeln, wobei der Gesamtkontext und das spezifische ausgefallene Bauteil sichtbar sein sollten. Vermeiden Sie es, die Bruchfläche oder die innere Oberfläche übermäßig zu reinigen, da Korrosionsprodukte und Ablagerungen wichtige Hinweise enthalten. Kennzeichnen und schützen Sie den ausgefallenen Abschnitt für weitere Analysen.

Schritt 1: Sammeln Sie Hintergrundinformationen

Beginnen Sie Ihre Untersuchung, indem Sie folgende Schlüsselfragen beantworten:

• Einsatzumgebung: Was wurde durch das Rohr transportiert? Konzentration, Temperatur, pH-Wert und Strömungsgeschwindigkeit sind entscheidend. Waren eventuell chloride vorhanden (auch in Spuren im Wasser oder in der Atmosphäre)? Gab es unerwartete Prozessstörungen oder Änderungen?

• Materialbeschreibung: Welche Werkstoffqualität war vorgesehen? (z. B. 304, 316, 316L). Überprüfen Sie den Materialprüfbericht (MTR), um sicherzustellen, dass die gelieferte Legierung mit der bestellten übereinstimmt.

• Betriebsbedingungen: Stand das Rohr unter Spannung? Welche Betriebs- und Wechseltemperaturen lagen vor? Befand es sich im Dauer- oder im Intervallbetrieb?

• GESCHICHTE: Wie lange war die Rohrleitung bereits in Betrieb? War sie neu installiert? Gab es zuvor bereits Lecks oder Reparaturen an derselben Stelle?

Schritt 2: Visuelle Untersuchung & Fraktografie

Die makroskopische Inspektion offenbart oft die ersten und offensichtlichsten Hinweise.

Ursprungsort ermitteln: Finden Sie den genauen Punkt, an dem der Riss begonnen hat. Achten Sie auf:

• Risse: Sind sie verzweigt? (Hinweis auf Spannungsrisskorrosion).

• Wanddickenabnahme: Liegt das Versagen an einer allgemeinen Wanddickenminderung oder an lokal begrenzter Lochkorrosion?

• Oberflächenablagerungen: Bestehen Korrosionsprodukte, Ablagerungen oder Verfärbungen? Notieren Sie deren Farbe und Lage.

• Ausfallart: Ist der Bruch duktil (reißen, „Becher-und-Kegel“) oder spröde (flach, körnig)?

Schritt 3: Laboranalyse (falls erforderlich)

Bei kritischen Ausfällen kann eine Laboruntersuchung eindeutige Beweise liefern.

• Stereomikroskopie: Genauere Untersuchung der Bruchfläche, um Ursprung und Art des Bruchs zu bestätigen.

• Rasterelektronenmikroskopie (REM): Ermöglicht hochauflösende Aufnahmen der Bruchmorphologie. Kann zwischen duktilen Vertiefungen und spröder Spaltung unterscheiden.

• Röntgen-Energiedispersions-Spektroskopie (EDS): Bestimmt die elementare Zusammensetzung von Korrosionsprodukten, Ablagerungen und Einschlüssen. Von entscheidender Bedeutung, um Chloride oder Sulfide zu bestätigen.

• Metallographie: Die Untersuchung eines Querschnitts unter dem Mikroskop zeigt mikrostrukturelle Schäden:

  • Rissverlauf: Ist er transkristallin oder interkristallin?

  • Sensibilisierung: Zeigt die Mikrostruktur chromverarmte Korngrenzen?

  • Phasenbildung: Gibt es schädliche Phasen wie die Sigma-Phase?

Schritt 4: Ermittlung der Ursache und ergreifen von Korrekturmaßnahmen

Der letzte Schritt besteht darin, von dem Ausfallmechanismus zur zugrunde liegenden Ursache überzugehen. Ein Ausfall ist selten „einfach Korrosion“; er ist fast immer eine Kombination aus mehreren Faktoren.

Beispielhafte Ursachen:

• Falsche Materialwahl: 304 wurde verwendet, wo 316L erforderlich war. 316L wurde verwendet, wo ein Duplex-Edelstahl oder eine Nickellegierung benötigt wurde.

• Konstruktionsfehler: Ein Spalt entstand durch eine fehlerhafte Dichtung oder Schweißnaht. Stagnierende Strömung ermöglichte die Anreicherung von Chloriden.

• Fertigungsproblem: Das Rohr wurde nach dem Schweißen nicht spannungsarm gemacht, wodurch hohe Restspannungen verblieben. Die Schweißstelle war verunreinigt.

• Betriebsänderung: Eine Prozessänderung führte eine neue Chemikalie ein oder erhöhte die Temperatur über den Konstruktionsgrenzwert hinaus.

• Wartungsproblem: Die Isolierung wurde entfernt, wodurch Chloride aus der Atmosphäre sich auf der kalten Oberfläche konzentrieren konnten. Oder die Isolierung wurde nicht gewartet, wodurch Wasser eindringen konnte.

Fazit: Es geht um Vorbeugung

Eine gründliche Fehleranalyse verwandelt einen kostspieligen Ausfall in eine wertvolle Lernerfahrung. Durch systematische Datensammlung, Identifizierung des Ausfallmechanismus und Ermittlung der Ursache können wir gezielte Korrekturmaßnahmen ergreifen – sei es die Auswahl eines neuen Materials, die Änderung eines Verfahrens oder die Verbesserung der Fertigungsstandards –, um sicherzustellen, dass derselbe Fehler nie wieder auftritt.

Denken Sie daran: Bei Unsicherheiten konsultieren Sie ein spezialisiertes Labor für Fehleranalyse oder einen Werkstoff- und Korrosionsexperten. Ihre Expertise kann bei der Lösung komplexer Fälle von unschätzbarem Wert sein.