Kiwas processindustridagar – experter gick på djupet

Det årliga arrangemanget Processindustridagarna genomfördes i år som ett webinarium, en ny form även för den ständige moderatorn Magnus Brattberg från Kiwa. Webinariet bjöd på fyra fördjupningar och en kurs. Här rapporteras från tre av fördjupningarna.

– Säkerhet är viktigast av allt och det är säkerhet vi på Kiwa jobbar med. Alla vill vi komma hem helskinnade från jobbet, sa Magnus Brattberg. Det som hände 2018 får inte hända igen.

Han tänkte på den olycka som skedde i mars 2018 då en tankbilschaufför omkom på Stenas område i Halmstad, sedan en cistern vält och chauffören fått olja över sig.

Superexperter

Dagens presentatörer och kursledare är alla superexperter inom sina områden. De bidrar till Kiwas kompetens som kontrollorgan, konsulter och utbildare. Först ut idag var Mikael Lorentzon som arbetat ett tjugotal år på Kiwa. Han talade om tillståndsbedömningar av betongkonstruktioner.

Betong är ett fantastiskt material och utgör en förutsättning för vårt moderna samhälle med all dess infrastruktur. Under 60- och 70-talet ägde en omfattande samhällsutbyggnad rum vilket idag innebär att många betongkonstruktioner har behov av en översyn sett ur ett livslängdsperspektiv. I denna strategi är så kallade Tillståndsbedömningar ett kraftfullt verktyg.

En tillståndsbedömning ska ge svar på nuvarande och framtida status hos en betongkonstruktion. För att bedöma återstående livslängd samlas data in om anläggningens historia, utfall av tidigare kontroller, bedömningar och reparationer, tillsammans med nya inspektionsdata och materialprovning.

För att förstå strategin bakom tillståndsbedömningar erfordras kunskaper om de viktigaste skademekanismerna.

Betong har god hållfasthet för tryckkrafter, men relativt dålig hållfasthet för dragkrafter. Detta gör att betongen måste armeras. Att behålla konstruktionens hållfasthet handlar om att bibehålla armeringens bärförmåga genom att betongen är beständig.

Det är huvudsakligen två typer av angrepp som orsakar att armeringen korroderar:

När korrosion och karbonatisering gått tillräckligt långt uppstår synliga skador. I syrefattiga miljöer kan även svartrost bildas inne i konstruktionen. Järnet löses upp i stället för att expandera och det skapas hålrum. Svartrosten kan leda till kraftigt försvagad bärighet och detta syns inte på utsidan. En okulär besiktning räcker därmed inte.

Moment som kan ingå i en tillståndsbedömning

Visuell kontroll och skadekartering följs ofta av bomknackning med hammare. Detta är ofta ett snabbt och effektivt sätt att undersöka betongen. Delamineringar och håligheter kan upptäckas. För att hitta svartrost kan friläggning behövas, då man bilar fram till armeringen.

Mätning av täckskikt kan göras med ett särskilt instrument – en Profometer. Den kan användas på alla delar av konstruktionen som inspekteras och kontrolleras.

Uttag av borrkärnor kan göras för att till exempel bestämma tryckhållfasthet, karbonatiseringsdjup, kloridprofil och få ut tunnslipprov. Genom bestämning av kloridprofil går det att se om det finns för mycket klorid i förhållande till cement. För livslängsbedömning är det viktigt att beräkna den tid det tar för kloriderna, alternativt karbonatiseringen, att tränga igenom konstruktionens täckskikt.

En tunnslipsanalys gjord från en borrkärna kan utvärdera cementpastans homogenitet, betongens vct (vatten/cement-tal), lufthalt, förekomst av mikrosprickor, cement-ballast-reaktioner och urlakning av betongens bindemedel.

Åtgärder – reparationer

En bra reparation kan öka livslängden på en konstruktion. Inför reparationsgjutning är det viktigt att även betong bakom armeringen avlägsnas. Detta sker med mekanisk bilning och vattenbilning. Det förekommer flera reparationsmetoder, främst formgjutning och sprutbetong. Ibland är det aktuellt att injektera i sprickor för att förhindra inträngning av vatten.

Kiwa gör utredningar och ger råd om reparationer. Reparationen bör utföras av kvalificerad entreprenör och med efterföljande kontroll. Livslängden för en konstruktion kan dock bestämmas utifrån användarbehov, teknisk livslängd eller ekonomiska aspekter. Ibland kan det vara fördelaktigare att riva och bygga nytt istället för en reparation som medför en begränsad livslängdsförlängning.

Förutom bedömningar, kontroller och rådgivning, gör Kiwa även utredningar för kunder. Några exempel: möjligheten att montera svängkran på befintlig pelare, hållfastheten hos en betongplatta för eventuell ytterligare last, beständigheten hos ett gammalt cisternfundament, utredning beträffande reparationsbehov eller reinvestering av en bro.

– Det är mycket som kan påverka korrosion av armering och nedbrytning av en konstruktion, säger Mikael Lorentzon. Och förutsättningarna kring en konstruktionsdel kan ändras. Till exempel om en del alltid stått torr innan och helt plötsligt blir utsatt för fukt kan skador uppkomma snabbt. Detta beror på att en konstruktionsdel behöver vara torr för att karbonatisera, men att fukt behövs för att korrosionsprocessen ska starta.

– Vi hos Kiwa undersöker och kontrollerar vanligen stålkonstruktioner, i detta kanske vi inte beaktar fundament och annat i betong, undrade Magnus Brattberg retoriskt.

Mikael Lorentzon berättade då att Kiwa kan utföra betongundersökningar, samordnade med kontroller av konstruktioner i stål.

Koll på cisterner

Dödsolyckan i Halmstad har manat till eftertanke och rubriken för nästa talare var formulerad som den berättigade frågan ”Har vi koll på våra cisterner?”. Presentatör var Jörgen Kristiansson som är besiktningsingenjör på Kiwa:s kontor i Malmö. Han besiktar cisterner i stål och kompositmaterial.

Cisternen hos Stena stjälpte på grund av att cisternbottnen hade drabbats av en utmattningsskada, som följd av lågcyklisk utmattning, tillsammans med korrosion. Detta är en risk hos cisterner som fylls och töms ofta. Om man tänker sig en 50 år gammal cistern som har fyllts och tömts varje dygn, innebär detta 18250 cykler. Rörelsen är som hos en tunna vars midja omväxlande dras ihop och spänns ut. Vätskans statiska tryck orsakar en momentbelastning på området där bottnen gränsar till manteln. Förloppet förvärras av korrosion under randplåt och sprickor bildas i bottenplåten.

Undersökningar av cisterner görs genom Floor-scanning. Denna kommer dock inte åt överallt varför handskanning måste göras i zonen mellan mantel och botten. Inför undersökning är rengöring mycket viktigt. Slam som sitter kvar i sprickor kan göra att dessa inte upptäcks vid skanningen. Om cisternen är målad på insidan försvåras arbetet ytterligare.

Var uppmärksam på eventuella förändringar på och vid cisternen. Kanske dräneringen ska förbättras. Var för övrigt noga med städning runt cisternen. Växande träd innanför invallningen är ingen höjdare!

Brittisk guide

Jörgen Kristiansson gick sedan igenom när EEMUA-guider kan användas och vad de inte gäller för. EEMUA är en engelsk branschorganisation för bland andra cisternägare. EEMUA står för The Engineering Equipment and Material Users Association och ger bland annat ut guider. Beträffande cisterner och tankar är dessa aktuella:

I EEMUA 159 ingår:
- Beskriver skador på cisterner
– Beskriver de ingående delarna på en cistern
– Beskriver inspektionsmetoder och hur man ska utföra en inspektion
– Har checklistor för arbetet

– EEMUA 183 går igenom andra standarder och guiden ger en god vägledning för hur en läckande botten kan hanteras. Men observera att i Sverige är det svenska regler som gäller, säger Jörgen Kristiansson. Man kan ha stor nytta av EEMUA:s guider men i Sverige är det alltid våra myndigheter som har sista ordet.

En fråga är varför man inte kan byta ut MSBFS 2018:3 mot EEMUA. EEMUA motsvarar inte kraven i MSBFS 2018:3 i alla lägen. EEMUA 159 ska ses som en väl genomarbetad skrift för hur man ska undersöka en cistern, men man måste alltid kontrollera så att inte MSB och Arbetsmiljöverket har strängare krav.

Krypskador i högtemperaturledningar

Carolina Wahlberg från Kiwa Inspecta har tidigare arbetat på Volvo med materialanalys vid motorskador. Numera arbetar hon på Kiwa Inspecta med analys av material och beläggningar i panntuber och andra komponenter. Hon berättade om hur krypskador kan uppstå i ledningar och vilka konsekvenser det kan få.

Problemet med högtemperaturångledningar är att de i regel har drifttemperaturer som medför att livslängden begränsas på grund av krypning. Vi tidpunkten för traditionellt dimensionerad livslängd på 100000 timmar är det vanligt att krypskador i form av krypkaviteter börjat uppstå lokalt i rörsystemen.

Vad är då krypning? Det är när ett material som utsätts för belastning kommer att ändra sig med tiden. Nämnvärt kryp hos stål sker inte under 450 °C, annars är det bara en fråga om tid.

Carolina Wahlberg förklarade med hjälp av den klassiska kurvan som visar förhållandet mellan dragspänning och töjning hos stål. Inom den första delen av kurvan är denna rät och följer formeln:

Spänningen = Töjningen x Elasticitetsmodulen

Inom denna del är materialet elastiskt, dvs. efter att pålagd dragspänning tagits bort återgår materialet till sin ursprungliga dimension. Där den raka kurvan tar slut uppåt finns sträckgränsen och ovanför den ändras materialet plastiskt, det återgår inte helt till ursprunglig dimension. Problemet är att när den pålagda lasten börjar närma sig sträckgränsen och hålls konstant över tid uppstår en tidsberoende icke elastisk deformation och denna effekt kallas kryp.

Att den orsakar skador beror på förändringar i metallernas mikrostruktur. Den består av korn. Vid höga spänningar börjar korngränserna försvagas och kornen kan börja röra sig i förhållande till varandra. Om detta förvärras uppstår först mindre kaviteter, sedan större, därefter småsprickor och stora sprickor som kan göra att röret eller komponenten spricker helt. När lite kaviteter börjar komma, då börjar konstruktionen att relaxera.

Gränstemperaturer

Gränstemperaturen för kryp är för kolstål ca 400 °C, för låglegerade stål ca 475 °C och för austenitiska stål ca 550 °C. För var och en av stålsorterna är det temperatur, tid och spänning som påverkar risken för kryp.

– Kritiska punkter i rörsystem är exempelvis T-stycken, studsar, påstick samt in- och utlopp, berättar Carolina Wahlberg. Böjar och svetsar är kritiska och svetsar finns ofta där förhöjda spänningar redan råder.

Beträffande böjar och andra komponenter kan det vara lämpligt att undersöka material genom replikprovning – kan alternativt benämnas replikaprovning – exempelvis i värmepåverkade zoner på rörkomponenter. På delar av ytan görs prov med area på cirka 1 kvadratcentimeter. En plastfilm trycks mot ytan och en replik av denna framställs. Repliken blir förstås reverserad. I ljusmikroskop ses sprickor som upphöjningar medan upphöjningar (t.ex. av karbidkorn) ses som gropar. Replikprovning används för att karaktärisera sprickor, se mikrostrukturer och upptäcka krypskador. Det går att bedöma skademekanismen och typ av defekt. Skador graderas enligt en bestämd skada och återstående livslängd/drifttid går att bedöma.

Stor skada

Carolina Wahlberg visade en ”sedelärande” bild på en skadad ångtub där en böj hade spruckit upp helt i böjens rygg. Låglegerat stål hade använts. Designtemperaturen var 475 °C medan den verkliga drifttemperaturen var 600 °C. Sprickorna hade börjat på utsidan och propagerat inåt.

Hon avslutade med en rad viktiga punkter när det gäller replikprovning för att analysera kryp:

Kloridinträngning. Täckskiktet är betongskiktet mellan armeringen och betongens yta. Det är bra med tjockt täckskikt för att skydda betongen. Annars kan kloridjonerna snabbt nå armeringen och järnet oxiderar. Vid korrosion sker en volymökning av armeringen vilket medför att betongen spricker och spjälkas.
Karbonatisering. Koldioxid tränger in i betongen och genom en kemisk reaktion bildas karbonater. Koldioxid tränger mycket lättare in i en torr konstruktion. Med koldioxiden minskar också betongens pH värde över tid. När det sjunkit från 12,5 till 9 har betongens förlorat sin korrosionsskyddande funktion.
EEMUA 159 Above ground flat bottomed storage tanks: A guide to inspection, maintenance and repair
• EEMUA 183 Prevention of tank bottom leakage: Guide to the design and repair of foundations and bottoms of vertical, cylindrical, steel storage tanks.
Högtrycksångledningar har i regel drifttemperaturer som medför att livslängden begränsas av krypning
• Replikprovning ger kunskap om aktuell skadestatus
• Livslängdsbedömning i kombination med spänningsanalys som beaktar krypning
• Underlag för framtida investeringsbehov
• Ökad driftsäkerhet
• Haverier och oplanerade stopp kan undvikas
• Ökad säkerhet för personal

2020-12-10 - Industritorget