Werkstoffauswahl im Offshore-Bereich

Offshore-Anlagen stellen außergewöhnlich hohe Anforderungen an Rohrbefestigungen. Salzhaltige Luft, Feuchtigkeit, Spritzwasser und teilweise direkter Meerwasserkontakt treffen auf mechanische Lasten, Vibrationen und wechselnde Temperaturen. Der Werkstoff einer Rohrschelle, eines Rohrhalters oder Rohrschlittens sollte deshalb niemals allein nach Festigkeit oder Anschaffungspreis ausgewählt werden.

Eine geeignete Werkstoffauswahl berücksichtigt immer die konkrete Einbausituation. Dabei spielen Korrosionsbelastung, mechanische Beanspruchung, Temperatur, Kontakt zu anderen Metallen, erforderliche Oberflächenbehandlungen sowie projektspezifische Prüf- und Dokumentationsanforderungen zusammen.

STEBA fertigt Rohrbefestigungen für Offshore-Anwendungen unter anderem für Offshore-Windenergieanlagen, Öl- und Gasplattformen, Meerwasserleitungen, Prozessleitungen und weitere maritime Anwendungen. Je nach Projekt werden Werkstoff, Konstruktion und Oberfläche auf die tatsächlichen Einsatzbedingungen abgestimmt.

Warum die Werkstoffauswahl offshore besonders anspruchsvoll ist

Eine Offshore-Rohrbefestigung kann während ihrer Nutzungsdauer unterschiedlichen Korrosionszonen und Belastungsarten ausgesetzt sein. Eine Komponente innerhalb eines geschützten Moduls befindet sich in einer anderen Umgebung als ein Bauteil auf einem offenen Deck oder in unmittelbarer Nähe zur Spritzwasserzone.

Gleichzeitig wirken mechanische Kräfte. Dazu gehören beispielsweise:

• Eigengewicht von Rohrleitung und Medium
• statische und dynamische Lasten
• Anlagenvibrationen
• Bewegungen der Konstruktion
• thermische Ausdehnung
• Wind- und Witterungseinflüsse
• Montage- und Vorspannkräfte

Die Werkstoffwahl darf deshalb nicht isoliert als Korrosionsfrage betrachtet werden. Hohe Korrosionsbeständigkeit nützt wenig, wenn Festigkeit, Schweißbarkeit oder konstruktive Ausführung nicht zur Belastung passen.

Auch die internationale Fachpraxis betrachtet bei Offshore-Anwendungen Korrosionsbeständigkeit, mechanische Eigenschaften, Werkstoffpaarungen und Einsatzbedingungen gemeinsam. Für bestimmte Offshore-Strukturen oder Öl- und Gasanwendungen können zusätzlich projektspezifische Normen und Regelwerke gelten.

Diese Kriterien sollten Sie vor der Werkstoffwahl prüfen

Eine belastbare Werkstoffentscheidung beginnt nicht mit der Frage „Stahl oder Edelstahl?“, sondern mit den tatsächlichen Betriebsbedingungen.

1. Wo wird die Rohrbefestigung montiert?

Prüfen Sie zunächst die Umgebung des Bauteils:

• geschützter Innenbereich
• Außenbereich mit salzhaltiger Atmosphäre
• Decksbereich
• Spritzwasserbereich
• Bereich mit regelmäßigem Meerwasserkontakt
• dauerhaft feuchte oder schwer zugängliche Einbausituation

Mit zunehmender Chlorid- und Feuchtebelastung steigen die Anforderungen an Werkstoff und Korrosionsschutz.

2. Welche mechanischen Belastungen wirken?

Eine Rohrbefestigung muss die auftretenden Kräfte dauerhaft aufnehmen können. Bei höher belasteten Konstruktionen kann daher eine höhere Werkstofffestigkeit erforderlich sein.

STEBA verarbeitet für Rohrhalter beispielsweise S235, S355 sowie verschiedene nichtrostende Stähle einschließlich 1.4301, 1.4404, 1.4571 und 1.4462. Welcher dieser Werkstoffe geeignet ist, hängt unter anderem von Traglast, Umgebung, Temperatur und projektspezifischen Vorgaben ab.

3. Welche Temperaturen treten auf?

Temperaturen beeinflussen sowohl die mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffs als auch die Auslegung der gesamten Rohrbefestigung. Hinzu kommen temperaturbedingte Längenänderungen der Rohrleitung.

Wenn größere Bewegungen aufgenommen werden müssen, kann ein Rohrschlitten Bestandteil der Lagerung sein. Werkstoff, Gleitpaarung und Oberflächenschutz müssen dabei gemeinsam zur Temperatur und Umgebung passen.

4. Welche Werkstoffe treffen aufeinander?

Im Offshore-Bereich sollten Sie nicht nur den Werkstoff der Rohrschelle betrachten. Rohr, Schelle, Schrauben, Unterlegscheiben, Tragkonstruktion und weitere Bauteile bilden ein System.

Werden unterschiedliche Metalle elektrisch leitend miteinander verbunden und ist gleichzeitig ein Elektrolyt wie Meerwasser vorhanden, kann Kontaktkorrosion begünstigt werden. Geeignete Materialpaarungen und eine konstruktive Trennung kritischer Kombinationen gehören deshalb bereits in die Planungsphase. Auch bei korrosionsbeständigen Offshore-Systemen wird die galvanische Verträglichkeit unterschiedlicher Werkstoffe ausdrücklich berücksichtigt.

5. Welche Dokumentation verlangt das Projekt?

Bei anspruchsvollen Offshore-Projekten reicht eine allgemeine Materialbezeichnung häufig nicht aus. Je nach Anwendung können konkrete Werkstoffnummern, Prüfzeugnisse, Kennzeichnungen oder weitere Nachweise verlangt werden.

STEBA kann Rohrhalter beispielsweise mit einem Abnahmeprüfzeugnis 3.1 liefern und Größen- oder Chargenprägungen ausführen. Die Anforderungen sollten möglichst bereits bei der Anfrage eindeutig spezifiziert werden.

Stahl: wirtschaftlich, wenn Korrosionsschutz mitgedacht wird

Baustähle wie S235 oder S355 bieten eine gute Verarbeitbarkeit und eignen sich für zahlreiche tragende Konstruktionen. S355 ermöglicht gegenüber S235 eine höhere Festigkeit und kann deshalb für stärker belastete Bauteile interessant sein.

Im Offshore-Bereich muss bei unlegierten Stählen jedoch der Korrosionsschutz von Beginn an Bestandteil der Konstruktion sein.

Je nach Projekt sind beispielsweise möglich:

• Strahlen der Oberfläche
• Grundierungen
• Lackierungen
• Mehrschicht-Beschichtungssysteme
• Verzinkungen
• projektspezifische Beschichtungen

STEBA verfügt über eine eigene Lackiererei und realisiert unter anderem mehrschichtige Beschichtungssysteme für anspruchsvolle Einsatzbedingungen im Schiffbau, Marine- und Offshore-Bereich. Das Beschichtungssystem wird dabei auf Werkstoff, Bauteilgeometrie und Einsatzbereich abgestimmt.

Beschichteter Stahl kann damit eine technisch und wirtschaftlich interessante Lösung darstellen. Voraussetzung ist jedoch, dass Konstruktion, Oberflächenvorbereitung, Beschichtung und spätere Beanspruchung aufeinander abgestimmt sind.

Edelstahl: Nicht jede Güte eignet sich für dieselbe Offshore-Umgebung

„Edelstahl“ ist keine ausreichende Werkstoffspezifikation. Nichtrostende Stähle unterscheiden sich deutlich hinsichtlich Legierungszusammensetzung, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

STEBA verarbeitet unter anderem die Güten:

Die konkrete Eignung muss immer anhand der tatsächlichen Umgebung geprüft werden. Die STEBA-Offshore-Seite nennt 1.4571 für allgemeine Offshore-Anwendungen sowie Duplex-Werkstoffe für stärker durch Meerwasser beanspruchte Bereiche.

Duplex-Edelstahl bei erhöhten Anforderungen

Duplex-Edelstähle kombinieren eine vergleichsweise hohe mechanische Festigkeit mit einer guten Beständigkeit gegenüber zahlreichen korrosiven Belastungen. Dadurch sind sie für bestimmte maritime und Offshore-Anwendungen besonders interessant.

Der von STEBA verarbeitete Werkstoff 1.4462 gehört zu dieser Werkstoffgruppe. Bei Rohrhaltern wird er unter anderem für maritime beziehungsweise hoch belastete korrosive Anwendungen eingesetzt.

Gerade bei chloridhaltigen Umgebungen wird international häufig zwischen austenitischen Edelstählen, Duplex- und höher legierten Duplex-Werkstoffen unterschieden. Mit steigender Korrosionsbelastung können höher legierte Werkstoffe erforderlich werden. Die Werkstoffentscheidung sollte jedoch nicht allein anhand einer Werkstoffgruppe oder eines einzelnen Kennwerts erfolgen. Bauteilgeometrie, Temperatur, Oberflächenzustand und konstruktive Spalte beeinflussen das reale Korrosionsverhalten ebenfalls.

Wann Super Duplex und Sonderwerkstoffe relevant werden

Bei besonders aggressiven Einsatzbedingungen können Super-Duplex-Stähle oder weitere Sonderwerkstoffe geprüft werden. Das betrifft beispielsweise Bereiche mit hoher Chloridbelastung, intensiver Meerwasserexposition oder zusätzlichen chemischen Beanspruchungen.

Die STEBA-Offshore-Seite nennt Super Duplex als mögliche Werkstoffrichtung für besonders stark beanspruchte Offshore-Anlagen. Ob ein entsprechender Werkstoff notwendig ist, sollte jedoch immer projektspezifisch beurteilt werden.

Eine pauschale Regel „Offshore = Super Duplex“ wäre technisch und wirtschaftlich nicht sinnvoll. Ein höher legierter Werkstoff verursacht in der Regel höhere Material- und Bearbeitungskosten. Wenn ein beschichteter Stahl oder ein geeigneter Edelstahl die geforderte Nutzungsdauer zuverlässig erreicht, kann die einfachere Lösung wirtschaftlicher sein.

Werkstoff und Beschichtung dürfen nicht getrennt geplant werden

Die Auswahl des Grundwerkstoffs ist nur ein Teil des Korrosionsschutzkonzepts.

Bei beschichteten Bauteilen sollten Sie unter anderem berücksichtigen:

• Oberflächenvorbereitung
• Beschichtungsaufbau
• Kanten und Schweißnähte
• mechanische Beschädigungsgefahr
• Zugänglichkeit für Inspektion
• mögliche Nachbesserungen
• Kontaktstellen zu Schrauben und Tragkonstruktionen

Auch eine hochwertige Beschichtung kann ihre Schutzwirkung nur dauerhaft erfüllen, wenn das Bauteil konstruktiv geeignet ausgeführt und die Oberfläche fachgerecht vorbereitet wurde.

Bei STEBA stehen hierfür verschiedene Oberflächen und Beschichtungen zur Verfügung. Bei Rohrhaltern sind beispielsweise rohe beziehungsweise blanke, gestrahlte, grundierte, lackierte, mehrschichtig lackierte, teilverzinkte oder feuerverzinkte Ausführungen möglich.

Rohrbefestigung immer als Gesamtsystem betrachten

Eine hochwertige Schelle allein ergibt noch keine dauerhaft zuverlässige Offshore-Rohrbefestigung.

Prüfen Sie deshalb zusätzlich:

• Rohrwerkstoff
• Schellen- oder Halterwerkstoff
• Schrauben und Muttern
• mögliche Einlagen
• Tragkonstruktion
• Gleit- und Führungsflächen
• Schweißverbindungen
• Oberflächen und Beschichtungen

Besonders bei unterschiedlichen Werkstoffen können kleine konstruktive Details großen Einfluss auf die Lebensdauer haben.

Wenn Sie die passende Bauform noch festlegen müssen, finden Sie unter Rohrschellen, Rohrhaltern und Rohrschlitten weitere Informationen zu den verfügbaren Ausführungen. STEBA fertigt darüber hinaus projektspezifische Komponenten nach Zeichnung oder technischer Vorgabe.

Praktische Auswahlmatrix für Offshore-Rohrbefestigungen

Die folgende Orientierung ersetzt keine projektspezifische Werkstoffprüfung, zeigt aber, welche Faktoren Sie bei einer Vorauswahl berücksichtigen können:

Die wirtschaftlich beste Lösung ist nicht automatisch der günstigste Werkstoff oder die höchstlegierte Variante. Relevant ist die Kombination aus sicherer Funktion, erwarteter Lebensdauer, Wartungsaufwand, Herstellbarkeit und Projektanforderungen.

Diese Angaben erleichtern die technische Werkstoffauswahl

Je vollständiger Ihre Projektinformationen sind, desto gezielter kann eine geeignete Rohrbefestigung ausgelegt werden.

Für eine technische Anfrage sollten Sie möglichst angeben:

• Rohrdurchmesser und Rohrwerkstoff
• gewünschte Bauform
• statische und dynamische Lasten
• Einsatzort innerhalb der Offshore-Anlage
• Kontakt zu Meer- oder Spritzwasser
• Betriebs- und Umgebungstemperaturen
• Material der Tragkonstruktion
• gewünschter beziehungsweise vorgegebener Werkstoff
• Beschichtungsanforderungen
• Schrauben- und Zubehörspezifikationen
• Zeichnungen oder CAD-Unterlagen
• benötigte Stückzahl
• Prüfzeugnisse und Dokumentationsanforderungen

Bei individuellen Einbausituationen kann STEBA Rohrbefestigungen nach Zeichnung, Muster oder projektspezifischer Vorgabe fertigen. Einzelteile, Kleinserien und Serien sind je nach Produkt möglich.

Werkstoffauswahl frühzeitig in die Offshore-Planung integrieren

Eine geeignete Werkstoffauswahl entsteht aus dem Zusammenspiel von Umgebung, Korrosionsbelastung, mechanischen Anforderungen und Konstruktion. Im Offshore-Bereich sollten Sie deshalb nicht zuerst eine Rohrschelle auswählen und anschließend prüfen, ob deren Material geeignet ist.

Legen Sie zunächst die tatsächlichen Einsatzbedingungen fest. Daraus ergeben sich Anforderungen an Werkstoff, Oberfläche, Verbindungselemente und konstruktive Ausführung. So lassen sich Rohrbefestigungen gezielt auf ihre Aufgabe abstimmen und unnötige Materialkosten ebenso vermeiden wie spätere Probleme durch einen zu niedrig angesetzten Korrosionsschutz.

Für Offshore-Projekte fertigt STEBA korrosionsbeständige Rohrbefestigungen sowie Rohrschellen, Rohrhalter und Rohrschlitten nach projektspezifischen Anforderungen. Werkstoff, Abmessungen, Oberfläche und Zubehör können dabei auf die jeweilige Einbausituation abgestimmt werden.

Häufige Fragen zur Werkstoffauswahl im Offshore-Bereich

Welcher Werkstoff eignet sich am besten für Offshore-Rohrbefestigungen?

Einen pauschal besten Werkstoff gibt es nicht. Die Auswahl hängt unter anderem von Korrosionsbelastung, Meerwasserkontakt, mechanischen Lasten, Temperatur und angrenzenden Werkstoffen ab. Je nach Einsatz können beschichtete Stähle, austenitische Edelstähle, Duplex-Werkstoffe oder höher legierte Sonderwerkstoffe geeignet sein.

Reicht Edelstahl für Offshore-Anwendungen grundsätzlich aus?

Nein. „Edelstahl“ bezeichnet zahlreiche Werkstoffgüten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Für die Auswahl sollte deshalb immer die konkrete Werkstoffnummer betrachtet werden. Besonders bei hoher Chlorid- und Meerwasserbelastung kann eine höher beständige Werkstoffgruppe erforderlich sein.

Wann ist Duplex-Edelstahl für Rohrbefestigungen sinnvoll?

Duplex-Werkstoffe kommen infrage, wenn eine Kombination aus hoher mechanischer Festigkeit und erhöhter Korrosionsbeständigkeit benötigt wird. STEBA verarbeitet unter anderem den Duplex-Edelstahl 1.4462 für entsprechende Rohrhalter und Rohrbefestigungen.

Kann beschichteter Stahl offshore eingesetzt werden?

Je nach Einsatzbereich und Projektanforderung kann beschichteter Stahl eine geeignete Lösung sein. Dabei müssen Grundwerkstoff, Oberflächenvorbereitung, Beschichtungssystem, Bauteilgeometrie und zu erwartende mechanische Beanspruchung aufeinander abgestimmt werden. STEBA bietet dafür unter anderem Grundierungen sowie ein- und mehrschichtige Beschichtungssysteme an.

Warum sind Materialpaarungen im Offshore-Bereich wichtig?

Unterschiedliche Metalle können in Verbindung mit einem Elektrolyten wie Meerwasser galvanische Korrosion begünstigen. Deshalb sollten Rohr, Rohrbefestigung, Schrauben und Tragkonstruktion bereits bei der Werkstoffauswahl gemeinsam betrachtet werden.

Welche Unterlagen werden für eine individuelle Offshore-Rohrbefestigung benötigt?

Hilfreich sind insbesondere Zeichnungen, Rohrabmessungen, Werkstoffangaben, Belastungsdaten, Temperaturen, Informationen zur Korrosionsumgebung, gewünschte Oberflächen sowie Vorgaben zu Prüfungen und Dokumentation. Je genauer diese Angaben sind, desto gezielter lässt sich die Rohrbefestigung auf das Projekt abstimmen.