Een praktijkvoorbeeld uit de wereld van zware zouten en geothermische brines. Als Dutch Filtration zijn wij al vele jaren gespecialiseerd in het filteren van zware zouten en chloridehoudende vloeistoffen, ook wel brines genoemd.  Deze zware vloeistoffen filteren wij met onze hoogwaardige filterelementen tot 0,5 micron (Beta 5000) en, afhankelijk van de toepassing, tot enkele tientallen microns.

Voor het kiezen van het juiste filtervat is het essentieel om de eigenschappen van de vloeistof goed te begrijpen. Hoe zout is het medium? Wat is de temperatuur? Zijn er gassen aanwezig? Dit zijn cruciale factoren en juist in deze complexiteit zijn wij gespecialiseerd.

Onlangs stelde een geothermische klant ons de vraag waarom RVS 316Ti niet geschikt is voor zijn toepassing.  Zijn systeem werkte met RVS 316Ti, een bedrijfstemperatuur van 60C tot 90C graden Celsius, een theoretisch zuurstofvrije omgeving en geothermisch water dat ongeveer vijf keer zouter is dan zeewater.  Het bestaande filtervat was al duidelijk aangetast en moest worden vervangen.  Hieronder lichten wij toe waarom dat gebeurt.

Waarom zuurstofarm geothermisch water toch corrosie veroorzaakt:

Zelfs wanneer een systeem theoretisch zuurstofvrij is, kun je in de praktijk nooit volledig uitsluiten dat er toch zuurstof aanwezig is. Naspoelen met stikstof verwijdert nooit alle restzuurstof; er blijven altijd dode zones en kleine luchtinsluitingen, en er zijn momenten waarop zuurstof opnieuw kan binnendringen.

Zonder zuurstof worden sommige vormen van corrosie, zoals putcorrosie en algemene corrosie, sterk afgeremd. Maar bij een hoge chloridebelasting zoals vijf keer zeewater en temperaturen rond of boven 60C tot 90C graden Celsius, blijft geothermisch water zeer agressief voor RVS 316 en RVS 316Ti. Geothermisch water bevat daarnaast vaak CO₂, H₂S en diverse zouten die corrosie verder versnellen.

In de praktijk is er bijna altijd toch zuurstof aanwezig. Dat gebeurt bijvoorbeeld tijdens het opstarten en vullen van het systeem, tijdens stilstand, door kleine lekkages of ontluchting en bij onderhoudswerkzaamheden. Juist op deze momenten kan RVS 316Ti snel worden aangetast.

PREN-waarde en waarom 316Ti tekortschiet

De PREN-waarde, de Pitting Resistance Equivalent Number, geeft de weerstand van een materiaal tegen putcorrosie weer. RVS 316Ti heeft een PREN van ongeveer 24. Voor geothermisch water dat vijf keer zouter is dan zeewater, is een PREN van minimaal 40 wenselijk. Op basis van deze vergelijking is duidelijk dat RVS 316Ti onvoldoende bescherming biedt tegen putcorrosie onder deze omstandigheden.

Ons advies blijft daarom dat RVS 316Ti alleen toegepast zou moeten worden in componenten die geen primaire druk dragende of kritische functie hebben, in systemen die volledig gesloten en zuurstofvrij gehouden kunnen worden en wanneer regelmatige inspectie en monitoring mogelijk is.

Welke materialen beter geschikt zijn:

Voor deze specifieke geothermische brine zijn materialen zoals duplex met een PREN rond 35, superduplex zoals 2205 of 2507 met een PREN rond 42 en titanium met een PREN rond 69 aanzienlijk beter bestand tegen corrosie. Duplex is vaak net niet toereikend bij extreem hoge zoutconcentraties.  Superduplex voldoet meestal, afhankelijk van de exacte samenstelling van de brine.  Titanium is de beste keuze voor zeer agressieve brines.

Het nadeel van deze materialen is dat zij aanzienlijk duurder zijn. Afhankelijk van de configuratie kan een filtervat één tot tien keer duurder zijn dan een filtervat van RVS 316Ti. Hierdoor kiest men soms toch weer voor 316Ti, maar dan zonder enige garantie op een voorspelbare levensduur.

Kort samengevat:

Zelfs wanneer een geothermische vloeistof bijna zuurstofvrij is, blijft een brine die vijf keer zouter is dan zeewater en rond de 60C tot 90C graden Celsius ligt te agressief voor RVS 316Ti. Voor langdurige en betrouwbare inzet is 316Ti daarom geen geschikt materiaal voor kritische delen van een geothermisch systeem.

 Materialen zoals duplex, superduplex en titanium bieden de corrosiebestendigheid en betrouwbaarheid die nodig zijn voor deze zware omstandigheden, ook al zijn ze in aanschaf een stuk duurder.

Bron: 2016.03.15_tno 2015 r10160_corrosion in dutch geothermal systems_public.pdf