Hoe kun je corrosie monitoren waarbij je zowel de elektrische weerstand, de lineaire polarisatie weerstand als de elektrochemische ruis tegelijk meet? Daar is een Nederlands apparaat voor en dat heet de SensCorr. Het is een volledig programmeerbaar instrument dat ingezet kan worden voor online monitoring van corrosie in een industriële omgeving, maar bijvoorbeeld ook in de olie- en gaswinning, laboratoria, geothermie en voor kathodische bescherming. Hoe werkt dat apparaat en waar plaats je het precies? We vroegen het aan de uitvinder ervan: Jan Heselmans.

Jan Heselmans is materiaalkundige met een specialisatie in metalen en corrosie. Hij begon zijn carrière bij het bedrijf Metal and Corrosion Engineering in Leiden, maar is in de jaren 90 voor zichzelf begonnen op het gebied van corrosiemonitoring. Tegenwoordig is hij eigenaar van het bedrijf Corrodium. Als zodanig heeft hij vijf jaar geleden de SensCorr ontwikkeld. “Ik zit al twintig jaar in het veld van corrosiemonitoring. 

Dat is echt heel belangrijk in de olie- en gaswinning, maar er zijn ook andere markten zoals de markt van beton en geothermie. Kenmerk van het instrument is dat het uiteinde van het meetkastje bestaat uit een probe, een sensor met drie elektrodes. De probe meet zowel de lineaire polarisatie weerstand (LPR), de elektrische weerstand als de elektrochemische ruis. Dat kunnen we gecombineerd meten; dat kan verder niemand in de hele wereld. Ik heb daar ook octrooi op. De elektrodes zijn van hetzelfde materiaal als waarvan je de corrosie wilt monitoren.”

Het uiteinde van de probe bestaat dus uit drie elektrodes. Daaromheen wordt een metalen element geplaatst dat in de probe wordt gestoken. Met dat element wordt de elektrische weerstand gemeten door heel nauwkeurig met een resolutie van 0,1 micrometer de dikte ervan te meten. Bij corrosie wordt dat element dunner. De corrosiesnelheid kan wel 70 tot 80 micrometer per jaar zijn. De tweede techniek is elektrochemie en dat gaat met de drie elektrodes.

Daarmee meet je zowel de LPR als de elektrochemische ruis. De gegenereerde data worden of radiografisch verstuurd naar de procescomputer of via een HART Loop converter die de signalen verwerkt die in een 4 tot 20 milliampère-omgeving zijn gegenereerd. In de industrie is het 4 tot 20 milliampère wat de klok slaat. De HART Loop converter wordt veelvuldig toegepast in de industrie omdat hij analoge signalen digitaliseert. Uiteindelijk heb je dus de beschikking over alleen maar digitale data in de cloud.

NIEUWSTE TECHNIEKEN
Jan Heselmans: “Wij zijn de enigen die dit op deze manier doen. Mijn concurrenten zijn wel heel grote bedrijven, maar die werken met verouderde technologie omdat alle apparatuur en signaalverwerking conform ATEX moet zijn dat in de jaren 90 is ontwikkeld. ATEX betreft richtlijnen op het gebied van explosiegevaar en die bepalen dat je niets mag veranderen wat van invloed zou kunnen zijn op de meting van mogelijk explosiegevaar. Toen ik mijn instrument voor corrosiemonitoring heb ontwikkeld, ben ik uitgegaan van
de nieuwste technieken op dat moment. 

Voor de radiografische versturing maak ik gebruik van LORA en voor toepassing in de industrie van de HART Loop converter. De SensCorr wordt ook toegepast bij corrosiemonitoring op de Zeelandbrug waar de signalen radiografisch worden verstuurd. De corrosiemonitoring daar is gericht op voortdurende controle van de kwaliteit van de coating op het gewapend beton. Die brug is opgeleverd in 1965 en de coating op het beton is heel belangrijk om betonrot te voorkomen.

Als de coating niet goed functioneert, corrodeert het betonstaal waardoor het beton los komt te liggen en de stabiliteit van de brug in gevaar komt. De coating moet voorkomen dat er vocht in het beton gaat zitten. De effectiviteit van de coating op dit soort bruggen is cruciaal evenals de corrosiemonitoring. Bij toenemende corrosie moet er een nieuwe coating op, maar die moet je
ook niet te vroeg aanbrengen, want dat aanbrengen kost heel veel geld: miljoenen euro’s.”

Met corrosiemonitoring kun je dus ook heel veel geld besparen. Bij beton kun je met de SensCorr de coating aan de buitenkant meten, omdat beton poreus is. Bij staal en rvs kun je daarmee niet aan de coatings meten of er corrosie optreedt aan de buitenkant, want de probe wordt altijd in de leidingen gebracht en je kunt niet meten door staal en rvs heen.

Wel voert Corrodium een project uit bij verzinkt staal op de koelers van koeltorens. Daar wordt met de SensCorr de zinklaag aan de buitenkant van de verzinkt stalen buizen gemeten. Er worden chemicaliën toegepast om de corrosie te remmen en de werking daarvan wordt dus gemeten. Meting op verzinkt stalen buizen noemt Heselmans een nichemarkt.

VOORSPELLEND VERMOGEN
“Het uiteinde van de probe bestaat dus uit drie elektrodes: de LPR-werkelektrode, de referentie-elektrode en de tegenelektrode. Die laatste zorgt ervoor dat de stroom kan lopen, de corrosiestroom. Je kunt een grafiek maken waarin je de stroom uitzet tegen de potentiaal. Dat is de millivoltwaarde tussen de werkelektrode en de referentie-elektrode. Je kunt ook zeggen: de stroom tussen de tegenelektrode en de werkelektrode.

De grafiek van de LPR-meting bestaat uit een scan van de anodische en kathodische stroom en wordt gemaakt volgens de standaard ASTM G59. Daarin staat een bepaalde formule waarmee je de corrosiesnelheid LPR in millimeters per jaar kunt uitrekenen. En de elektrochemische ruis meten we volgens de standaard ASTM G199.

Die ruis geeft informatie over de putcorrosie en over de effectiviteit van de corrosie-inhibitor. Je meet dus de echte corrosie zodat je kunt voorspellen hoe lang de leiding meegaat. Momenteel leveren wij vooral aan de markt geothermie. Daar plaats je de SensCorr in een corrosieloop: een sitestream unit waar water doorheen stroomt. De probe wordt in het water gestoken en doet de metingen.” 

Tijd dus om eens te vragen hoe de ervaringen met de SensCorr in die markt zijn. En zo kwamen we uit bij het bedrijf ECW Energy, het grootste geothermiebedrijf in Nederland. Het bedrijf produceert met geothermie ongeveer een derde van totale aardwarmteproductie in Nederland. 

Geothermie is nu nog relatief klein in de energiemarkt, maar de bedoeling is dat die techniek over enkele jaren ook grootschalig toegepast gaat worden voor warmtelevering aan woningen. Dit zou door de situatie in Oekraïne nog wel eens versneld kunnen worden. Nu wordt geothermie vooral toegepast voor warmtelevering aan grote kassen of juist voor koeling van grote datacenters.

Volgens Koenraad Elewaut, reservoir-ingenieur bij ECW Energy, vormen corrosie en geothermie een zeer uitdagend spanningsveld. “Ik heb zelf tien jaar in de olie- en gaswinning rondgelopen, maar geothermie is echt een heel ander verhaal. Het roept compleet andere vragen en problemen op en bovendien is er met olie- en gaswinning al meer dan honderd jaar ervaring opgedaan.

In het leerpad dat we tot nu toe hebben afgelegd, zijn we best wel geschrokken van de geconstateerde corrosie gerelateerd aan de vooraf ingeschatte levensduur van de materialen. In tweede instantie is dat ook weer niet zo heel verwonderlijk, want bij geothermie zijn de omstandigheden gewoon ideaal voor het ontstaan van corrosie.” 

GEEN OVERBODIGE LUXE
Aardwarmte produceer je in Nederland door water van een diepte van ongeveer 2000 meter op een temperatuur van ongeveer 90 graden Celsius naar boven te halen, de warmte eruit te halen via warmtewisselaars en het afgekoelde water weer te injecteren in de bodem. Een kind kan de was doen, zou je denken. Maar niets is minder waar. Het voornaamste probleem is dat het opgepompte water behoorlijk verontreinigd is.

De voornaamste ongewenste stof in gewicht uitgedrukt, is zout: per liter water zo’n 180 tot 200 gram. Verder zit er opgelost gas in het water waarin ook veel CO2 zit. Daarnaast zitten er enkele zware metalen in waarvan lood de
neiging heeft neer te slaan op de leidingen en ook kan het water in bepaalde mate radioactief zijn. Tot slot staat het water op grote diepte onder druk bij een hoge temperatuur. Kortom: ideale omstandigheden voor het ontstaan van corrosie, wat weer tot lekkage kan leiden en dan heb je meteen bodemverontreiniging. Corrosiemonitoring is dus geen overbodige luxe. 

Koenraad Elewaut: “Bij geothermie draait het dus om de winning van water. We zijn lang bezig geweest met het zoeken naar 
de juiste materialen en naar goede methoden voor corrosiemonitoring. Inmiddels hebben we alle soorten corrosie gezien en daar ook heel veel van geleerd.

Een belangrijk punt daarbij is dat de algemene corrosie wel meevalt, maar dat de putcorrosie ernstig kan zijn. Soms zeer ernstig; we zagen immers op sommige punten dat het leidingmateriaal lokaal binnen zes jaar tot zestig procent was weg gecorrodeerd, terwijl wij vooraf op een levensduur hadden gemikt van 25 tot 30 jaar. Wij zijn daar best wel van geschrokken en zijn daarover in gesprek gegaan met het Staatstoezicht op de Mijnen (SODM). Op die putcorrosie gingen we lek, letterlijk.” 

PERMANENTE ZOEKTOCHT
Als geothermiebedrijf wil je de buizen maximaal beschermen en daarom graag weten wat zich beneden in het boorgat afspeelt. Maar dat is niet altijd te meten. Op gezag van de SODM worden er wel periodiek metingen in het boorgat uitgevoerd naar de staat van de buis. Daarbij wordt naar de algemene dikteafname gekeken (algemene corrosie), maar ook naar de putcorrosie door een apparaat met heel veel “vingertjes” door het boorgat te halen. 

Voor de dagelijkse monitoring van corrosie kwam de standaardmethode neer op de toepassing van coupons (proefplaatjes) in het water en corrosiesensoren aan het oppervlak. Op basis van die gegevens kun je de condities in de put extrapoleren. Maar die corrosiemonitoring werd uitgevoerd door de leverancier van de corrosieremmers (chemicaliën) en dat vond men te veel lijken op een slager die zijn eigen vlees keurt. Ook bleken de corrosiesensoren niet de meest zinvolle informatie te geven. Het bedrijf ging dus op zoek naar een andere methode en zo is men uiteindelijk bij de SensCorr uitgekomen.

“We zijn ons gaan realiseren dat er geen direct toepasbare oplossingen zijn die helemaal aan onze wensen voldoen, maar het is wel mooi dat dit soort bedrijven in Nederland bestaat, zodat je er makkelijk contact mee kunt opnemen. We hebben er nu twee exemplaren van geplaatst en doen daar nu veel ervaring mee op.

Het is nog een beetje experimenteren waar we die precies plaatsen op onze meetrekken. Voordeel van het apparaat is dat het tegelijk drie indicaties meet voor het ontstaan van corrosie. Het is zeker mogelijk dat we meer exemplaren gaan aanschaffen. Maar we nemen ook ons hele productieproces kritisch onder de loep op zoek naar allerlei soorten oplossingen om corrosie te voorkomen of te beperken, bijvoorbeeld door zoveel mogelijk corrosieresistente materialen te gebruiken. We hebben al veel geleerd, maar we zijn er nog niet.”

MEER INFORMATIE
www.senscorr.com
www.ecwenergy.nl