Materialkombinationen an Flanschverbindungen

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Guten Tag,

ich bin auf der Suche nach sinvollen Materialkombinationen für Flanschverbindungen im Hinblick auf Kontaktkorrosion. Problem ist folgendes: Ein Rostfreier Flansch soll an ein Kokmpressorgehäuse aus unlegiertem Stahl verschraubt werden. Ist es sinnvoller die Schrauben dem Flansch oder dem Gehäuse anzupassen? Wie schlimm wirkt sich die Kontaktkorrosion am Schraubenkopf aus für den Fall das verzinkte Stahlschrauben verwendet werden? Wenn rostfreie Schrauben verwendet werden, wie schlimm ist die Kontaktkorrosion im Gehäusegewinde? Jeweils Meerwasserumgebung.
Hat jemand Erfahrung mit diesem Problem? Ein Tipp wäre sehr hilfreich

Gruss Ralf

#2

Hallo ralfes,

Kontaktkorrosion findet nur dann statt, wenn 2 unterschiedliche Metalle
( demetsprechend unterschiedliche Einordnung in der Spannungsreihe…)
an der Kontaktstelle mit leitfähigem Wasser / Säuren in Verbindung kommen. ( Leitungswasser enthält Salze, Meerwasser sehr viel mehr…
außer destilliertes Wasser…dann würde nicht viel passieren. )

Die Stärke der Kontaktkorrosion hängt besonders von 3 Faktoren ab:

  • Der Salzgehalt des Wassers ( Salzlauge wirkt auf viele " unedle "
    Metalle korrosiv…)
  • Der PH - Wert des Wassers…( Säuren zersetzen ebenfalls viele
    Metalle…)
  • Die Eingruppierung der Metalle in der Spannungsreihe…(je größer
    der Unterschied, desto stärker die Zersetzung des unedleren Metalls.

Gold hat ein Potenzial von + 1,42 Volt
…
Kupfer hat ein Potenzial von + 0,34 Volt

Eisen liegt bei - 0,44 Volt

Magnesium bei - 2,34 Volt.

Da Du aber angibst, das eine Seite der Flanschverbindung ohnehin aus
aus unlegiertem Stahl besteht, so gibt dieser Teil die vermutliche
Lebensdauer der Anlage vor.

Die Flanschverbindung solltest Du mit einer Flachdichtung versehen…
damit hast Du die Verbindunsstellen im Innenrohr gegeneinander
Isoliert.

Weiters kannst Du die Fortführung des Rohres in Stahl oder Edelstahl
ausführen…( Kostenfrage…), aber im Allgemeinen könnte Rohrleitungs
System im Salzwasserbereich aus VA bestehen. Die Schrauben würde ich
damit ebenfalls aus VA wählen. Kontaktkorrosion würde dann nur an den
Durchgangslöchern des unlegierten Eisenflansches entstehen.
Die VA - Schrauben würden dann auf der unlegierten Kontaktseite ggf.
einer leichten Korrosion unterliegen. Das kann man aber jährlich
mal begutachten…( Selbst bei Salzsäuredämpfen hielten derartige
Kombinationen, Guss / VA … 1 - 2 Jahre )

Wenn an dem Übergang keine hohen Temperaturen auftreten ( über 70 Grad),

dann kannst Du die Verbindung zusätzlich mit Rostschutz behandeln.

In der Industrie ist von " Chestron " der Hochleistungs - Rostwächter
zu empfehlen…( farblos, wachsartige Konsistenz )

Also spricht nichts gegen VA - Flansch mit VA - Schrauben.

Du könntest auch Kunststoff - Rohr nehmen. ( je nach Druck und Temperatur…ggf. im Freien noch UV - Beständigkeit beachten…ebenfalls mit VA - Schrauben verbinden…)

Mfg

nutzlos

#3

hallo nutzlos,

danke für diene schnelle Antwort. Wegen Hochdruck muss eine Ring Joint Dichtung eingesetzt werden, etwas in der art 316L (austenitisch rostfrei). Der Flansch kann daher nicht vom Gehäuse abgeschirmt werden.

„Kontaktkorrosion würde dann nur an den
Durchgangslöchern des unlegierten Eisenflansches entstehen.
Die VA - Schrauben würden dann auf der unlegierten Kontaktseite ggf.
einer leichten Korrosion unterliegen. Das kann man aber jährlich
mal begutachten…( Selbst bei Salzsäuredämpfen hielten derartige
Kombinationen, Guss / VA … 1 - 2 Jahre )“

Der unlegierte Eisenflansch wäre in dem Fall das Kompressorgehäuse. Das Problem ist nicht das Gas, das in der Leitung ist, sondern eher die feuchte Meerwasserluft, die von aussen angreift. Du meinst also, dass hier eher die VA Schraube den schaden nimmt, wegen dem Kontakt mit dem unlegierten Gehäuse, als das Gehäusegewinde? Im prinzip spielt es keine Rolle, welches Teil rostet, im Endeffekt sollte nur die Verbindung halten.

Angenommen ich würde verzinkte Schrauben verwenden. Dann hätte ich starke Kontaktkorrosion an dem Kontakt des Schraubenkopfes mit Edelstahlflansch und in dem Durchgangsloch, da mir der Flansch die unedle zinkschicht von der Schraube frisst? Und die Schraube wäre dementsprechend schnell stark korrodiert? sehe ich das richtig?

gruss Ralf

#4

Hallo ralfes

Eine nachfrage: Welchen Durchmesser hat dein Flansch?
Ist ein Kompensator dazwischen, wegen der Vibrationen?
Bei M16 VA hatte ich dies schon gemacht.
Es war eine Pumpstation.

Gruße Hannes

#5

Hallo Hannes,

Kompensator ist keiner dazwischen. Durchmesser kann ich nicht genau sagen, ist ein ganz allgemeines Problem. So zwischen 20 und 300 mm ist alles vorhanden.

gruss Ralf

#6

Hallo Ralf

ich bin auf der Suche nach sinvollen Materialkombinationen für
Flanschverbindungen im Hinblick auf Kontaktkorrosion. Problem
ist folgendes: Ein Rostfreier Flansch soll an ein
Kokmpressorgehäuse aus unlegiertem Stahl verschraubt werden.

Welches Material Flansch, welches Kompressor? Rostfrei sagt noch gar nichts.

Ist es sinnvoller die Schrauben dem Flansch oder dem Gehäuse
anzupassen?

Wenn Du Weicheisendichtung nehmen musst, werden entsprechende Drücke herrschen, dann sind Dehnschrauben angesagt.

Wie schlimm wirkt sich die Kontaktkorrosion am
Schraubenkopf aus für den Fall das verzinkte Stahlschrauben

Keine Dehnschrauben.

verwendet werden? Wenn rostfreie Schrauben verwendet werden,
wie schlimm ist die Kontaktkorrosion im Gehäusegewinde?

Vernachlässigbar.

Jeweils Meerwasserumgebung.

Vollflutung oder nur Nebel? Wie stark ist die Chlorid Ausbildung?

Hat jemand Erfahrung mit diesem Problem? Ein Tipp wäre sehr
hilfreich

Es bestehen Erfahrungen, solche Anlagen werden zu hunderten auf Bohrplattformen und Schiffen betrieben.
Allerdings verzichtet man da auf die „VA“ Variante, weil mit anderen Werkstoffen, z.B. 12 CrMo 194 bessere Ergebnisse erzielbar sind.
Wenn Du an einer exakten Analyse interessiert bist, musst Du schon mehr über die Umgebungsbedingungen herausrücken.
Es gibt z.B. auch den Terminus des kontrollierten Verschleisses.
Außerdem ist zu untersuchen, ob nicht vielleicht das Druckmedium mehr Schaden anrichten kann, als das Umgebungsmedium.
Was komprimiert den der Kompressor?
Lass Dich mal weiter aus.
Gruss
Rochus

#7

Ausserdem ist 316L ja schon deutlich mehr als „VA“.
Es ist nach den bisherigen Angaben anzunehmen, dass das "rostfreie Flansch Material mit dem anschließenden Rohr den chlorid pitting Tod sterben wird.
Aber auch das kann man kontrolliert ablaufen lassen.
Es gibt z.B. Seewasserfeste rostfreie Stähle usw.
Gruss
Rochus

#8

Hallo ralfes

Lieber einmal mehr als zweimal zuwenig.
Wie ich mitgekommen habe willst Du zwei Flansche verschiedener Materialien verbinden ohne das sich diese in irgendeiner art und weise ( Rost oder Korrosion ansetzen).
Schwierig aber ich Versuchs mal.Du hast einen Flansch dann muss die Dichtung gleich groß wie der Flansch sein mit den gleichen Bohrungen.
Dann nimmst die Schrauben eine Scheibe dann eine Hülse eine Scheibe und die Mutter.
Welches Material die Scheibe und die Hülse kann ich noch nicht sagen.
Ich hoffe Du bist jetzt etwas weiter.
Gruß Hannes.

#9

Hallo Ralf,

es gibt meiner Meinung nach nur 2 relavante Möglichkeiten…

Du bist Meeres / Rifftaucher wie anno dazumal mit Kompressor für die
Luft…weitere Möglichkeiten gibt es viele…

Oder Du bist für die Sauerstoffversorgung in einem " Seaquarium " zuständig…

…Türlich gibt es auch andere Anwendungsgebiete…

Salzsäuredämpfe sind so zimlich das Aggresievste / Korrosievste
was einem Stahl so entgegentreten kann.

Daher bei Salzwasser auf der ( Nordsee ) …auf den Ozeanen…

so wie ich es Dir genannt habe…

Auf der SEE wird der gusseiserne Kompressor ( wie alt er auch WIRKLICH
ist)…den Geist als erstes aufgeben…( Bei VA - Druckleitungen…)
Selbst Alu - Druckguss würde unter solchen Bedingungen " blühen "

Eventuell können hierzu die Fachleute weitere Informationen geben…

Mfg

nutzlos

#10

Hallo ralfes,

Die erste Frage ist: wie hoch wird der Luftdruck im Netz sein?
Hast Du nach der Kompression einen Wasserabscheider mit eingeplant?

Die 2 Frage wäre: Für welche Anwendung genau? Welches Rohrleitungssystem
soll ab Kompressor folgen ( Umfang der Leitungsanlage, gesamte Leitungslänge ?)

Welche Lebensdauer gibt der Hersteller für den Kompressor in Deiner
Arbeitsumgebung an…( Du sagtest etwas von unlegiertem Stahl …)
was kostet dieses Aggregat?

Mfg

nutzlos

#11

Hi Rochus,

ich kann keine genauen Aussagen machen bezüglich Prozessgas und Umgebung, da es sich nicht um einen speziellen Fall handelt, sondern mehr um ein ganz allgemeines Problem. Ausgegangen werden kann aber von aggresivem Gas in der Leitung (H2S etc.) und von Meerwasserumgebung, nicht geflutet (Einsatz auf z.B. Bohrinseln). Werkstoffe sollten kompatibel mit NACE MR0175 sein.
Beispiel:
Gehäuse: Gusseisen 1.0619
Ring Joint: AISI 316
Flansch: 25Cr Duplex
Schrauben: ? Anpassen an Gehäuse oder Flansch ?

Am liebsten wären mir generell Schrauben der Klasse ASTM193(B7/B7M), austenitisch rostfrei sind auf 60°C begrenzt, wegen Anfälligkeit auf Spannungsrisskorrosion. In Frage kommen würden also ausser niedriglegierten Schrauben noch Nickelbasis (Inconel625) oder Duplex Werkstoffe.
Ich habe jedoch nicht wirklich eine Vorstellung wie schlimm sich der Kontakt zwischen 25Cr Duplex und galvanisch verzinken Schrauben auswirkt.

#12

Hallo Ralf

ich kann keine genauen Aussagen machen bezüglich Prozessgas
und Umgebung, da es sich nicht um einen speziellen Fall
handelt, sondern mehr um ein ganz allgemeines Problem.
Ausgegangen werden kann aber von aggresivem Gas in der Leitung
(H2S etc.) und von Meerwasserumgebung, nicht geflutet (Einsatz
auf z.B. Bohrinseln). Werkstoffe sollten kompatibel mit NACE
MR0175 sein.

Da habe ich doch den richtigen Riecher gehabt…

Gehäuse: Gusseisen 1.0619
Ring Joint: AISI 316
Flansch: 25Cr Duplex

Wie ich schon schrob, ist dieses Problem eigentlich gelöst.

Schrauben: ? Anpassen an Gehäuse oder Flansch ?

Das Gas hat keinen Einfluß, es berührt die Schrauben nicht.
Ich gehe davon aus, dass die Schrauben vorgespannt werden müssen, dann bleibt eigentlich nur noch 12CrMo194 oder Duplex.

Am liebsten wären mir generell Schrauben der Klasse
ASTM193(B7/B7M), austenitisch rostfrei sind auf 60°C begrenzt,
wegen Anfälligkeit auf Spannungsrisskorrosion.

Genau das ist das Problem, lass es sein.
In Frage kommen würden also ausser niedriglegierten Schrauben noch Nickelbasis(Inconel625) oder Duplex Werkstoffe.
Wie gesagt.

Ich habe jedoch nicht wirklich eine Vorstellung wie schlimm
sich der Kontakt zwischen 25Cr Duplex und galvanisch verzinken
Schrauben auswirkt.

Grundsätzlich sollte man mit Halogenbildnern vom austitischen Stahl wegbleiben.
In einem erprobten Anwendungsfall werden 5CrMo23 Schrauben benutzt, die phosphatiert sind. Man geht davon aus, dass bei maximalen Wartungintervallen von fünf Jahren (z.B. TA Luft ODER AD2000 Rohrleitungen) die Schrauben solange halten und dann gewechselt werden.
Dem Kompressor passiert dabei nichts.
Gruss
Rochus

#13

Hallo Rochus,

bin mittlerweile auch sehr für standart CrMo Schrauben. Dann sieht man wenigstens wenn sie kaputt gehen! Danke für die Hilfe, auch an alle andern

gruß ralf