Er zijn verschillende faalmechanismes die gemeten kunnen worden met de inline inspectietechnologie van Acquaint. Eén van deze faalmechanismen is corrosie. De meest bekende vorm van corrosie wordt roest genoemd, maar welke vormen van corrosie zijn er nog meer? En welke vormen komen het meest voor in waterleidingen? Het identificeren van corrosie in waterleidingen is van essentieel belang, aangezien corrosie ernstige risico’s met zicht mee brengt voor de veiligheid en sterkte van waterleidingen. Ontdek hoe de geavanceerde technologie van Acquaint kan bijdragen aan het opsporen van corrosie in water- en rioolleidingen.
Corrosie is een natuurlijk proces van aantasting dat optreedt wanneer materialen, meestal metalen, reageren met hun omgeving. Tijdens dit proces proberen ‘niet natuurlijke’ metalen zoals ijzer zichzelf om te zetten in oxiden of hydroxiden, welke natuurlijk en stabiele verbindingen zijn. Het voornaamste proces bij corrosie is het omzetten van ijzer naar ijzeroxide. De meest bekende vorm van corrosie is roest, maar dit is niet de enige vorm van corrosie. Het corrosieproces wordt beïnvloed door verschillende factoren, waaronder het type metaal, de omgeving, temperatuur, vochtigheid en de aanwezigheid van corrosieve stoffen. Corrosie kan de structurele integriteit van materialen in de loop van de tijd verzwakken, wat kan leiden tot degradatie en potentieel falen van de aangetaste componenten. Er zijn verschillende type corrosie, het type corrosie dat het meest in waterleidingen voorkomt is natte of ook wel elektrochemische corrosie. Veel van onderstaande corrosie types zijn vormen van elektrochemische corrosie.
Bij elektrochemische of natte corrosie wordt een elektrochemische cel gevormd. Deze cellen bestaan uit een anode, kathode en een elektrolyt. In deze cel is de anode het gevoelige materiaal, de kathode is een ander geleidend materiaal. Tijdens een reactie tussen de anode en de kathode zal de kathode elektronen opnemen en wordt deze beschermt tegen corrosie. De anode zal deze elektronen afstaan. Elektronen zijn metaalionen die bijvoorbeeld bovengenoemde oxiden en hydroxiden vormen. (Arepa, 2020).
Een vorm van corrosie is roest, deze vorm ontstaat door een reactie tussen zuurstof en water of vocht op een ijzerhoudend oppervlak. Deze vormen samen een oxidehuid, die we beter kennen als de bruine laag die het metaaloppervlak aantast. Een belangrijk kenmerk van deze oxidehuid is de open structuur. Deze zorgt ervoor dat water en zuurstof het oppervlakte eenvoudig blijven gebruiken waardoor het ijzer langzaam maar zeker aangetast zal worden (Doddema, 2021).
Met uniforme corrosie wordt bedoelt, een corrosieve aanval die over het gehele oppervlakte op een gelijkmatige manier plaats vindt. Het materiaal verliest dikte over de gehele oppervlakte (Potters, 2022).
Wanneer een zure oplossing (zoals grondwater met een lagere pH) in contact komt met metaal, welke zich in het periodiek systeem onder waterstof bevindt, veroorzaakt het corrosie in de vorm van waterstofgas en metaalzout. De mate van corrosie hangt af van de elektrische spanning van het materiaal. Elk materiaal heeft zijn eigen elektrische spanning. Als deze spanning lager is dan die van waterstof, ontstaat corrosie door zuur (Potters, 2022).
De bovengenoemde elektrische spanning die elk materialen beschikt is ook hier weer van belang. Dit type corrosie kan optreden wanneer twee verschillende metalen dicht bij elkaar in de buurt zijn. Bijna contact tussen deze metalen, in combinatie met een elektrolyt (water of een vergelijkbare geleider), leidt tot corrosie als gevolg van een op gang gebrachte reactie. Het metaal met de lagere spanning zal meer corrosie ervaren dan het metaal met de hogere spanning (Potters, 2022).
Dit type corrosie wordt ook wel pitting genoemd. Het ontstaat als gevolg van een zeer lokaal beperkt maar diep indringende corrosie-aanval, die snelle reductie van de metaaldikte met zich mee brengt. Putcorrosie kan veroorzaakt worden door onregelmatigheden in het metaal, of door opgeloste zuurstof- of chlorideconcentratie in water. In vergelijking tot uniforme corrosie kan de afname van metaal dikte bij putcorrosie, zij het op kleine oppervlakte, 10 tot 100 keer sneller verlopen (Potter, 2022).
Het treedt op in scheuren en spleten die met vloeistof gevuld zijn en waar zuurstof weinig beschikbaar is. Daardoor wordt de metaalplaat op die plaats een anode en ontstaat spleetcorrosie (Potters, 2022).
Microbiële corrosie is een corrosieproces waarbij micro-organismen betrokken zijn. Het verwijst niet naar een specifiek type corrosie. In plaats daarvan beschrijft het een door microben aangedreven proces dat de ontwikkeling van andere vormen van corrosie versnelt, zoals putcorrosie, spleetcorrosie, uniforme corrosie, enzovoort (Potters, 2022).
Grijs gietijzer (GGIJ) is een legering van ijzer, koolstof en silicium. De conditie van GGIJ-leidingen kan afnemen door corrosie. Bij het proces van corrosie worden ijzerionen opgelost bij de aanwezigheid van zuurstof. Doordat ijzer wordt onttrokken aan de ijzerkoolstof-legering blijft er alleen koolstof achter. Dit verschijnsel wordt graffiteren of verpotloden genoemd. Door het graffiteren neemt de strekte van GGIJ af. De reacties, die de bij corrosie vrijgekomen ijzerionen doorlopen, zijn zeer complex en nog maar gedeeltelijke bekend. De corrosieproducten slaan neer op de wand van de leiding, waardoor er in de loop van de deklagen op de wand kunnen ontstaan. Deze deklagen vertragen het verdere corrosie proces. (Beuken, van Eijk & Slaats, 2014).
Bij corrosie in water- en rioolleidingen gaat het om het geleidelijk degraderen van het materiaal waar de leiding uit bestaat. Deze degradatie ontstaat als gevolg van een reactie tussen het materiaal waaruit de leiding bestaat en de omgeving van de leiding of het medium wat de leiding vervoert. Volgens H.M. Hussein et al. kunnen de oorzaken van corrosie in waterleidingen worden onderverdeeld in drie hoofdcategorieën, namelijk omgevingsfactoren, leiding gerelateerde factoren en operationele factoren. Binnen deze drie categorieën spelen verschillende factoren een rol bij het optreden van corrosie in waterleidingen.
Onder omgevingsfactoren worden alle factoren beschouwd die vanaf buiten de waterleiding invloed kunnen hebben op corrosie. Volgens H.M. Hussein et al. zijn de omgevingsfactoren op te splitsen in drie verschillende segmenten namelijk, bodemfactoren, externe factoren en zwerfstromen.
Onder bodemfactoren worden al de componenten gezien die te maken hebben met de bodem waar de waterleiding in ligt. Dit kan de zuurtegraad, de temperatuur, de vochtigheid, enz. van de grond zijn. Al deze elementen dragen bij aan het versnellen of soms juist vertragen van corrosie.
In de loop der tijd kunnen zich veranderingen voordoen in de bodem waarin waterleidingen zijn geplaatst als gevolg van externe factoren. Deze wijzigingen in de bodemsamenstelling kunnen gunstige omstandigheden creëren voor het ontstaan van corrosie (Hussein Fahr et al, 2023).
Corrosie door Zwerfstroom lijkt op galvanische corrosie. Het verschil met galvanische corrosie ligt in het feit dat het niet een andere metaal is, waar de spanning vandaan komt. De spanning komt in dit geval door elektrische zwerfstromen, zwerfstromen kunnen ontstaan door een verschil in de plus en de min bij gelijkspanning. Deze zwerfstroom zoekt zijn weg terug naar de bron via bijvoorbeeld de grond. Deze vorm van corrosie komt vaker voor bij waterleidingen die dicht bij bijvoorbeeld een spoor of tramlijn liggen (Roeper, 2014).
Naast de eerder genoemde externe invloeden kan corrosie ook worden beïnvloed door factoren die direct verband houden met de pijpleiding zelf.
Met operationele factoren worden de omstandigheden in de waterleiding bedoeld. Denk hierbij aan het medium wat de leiding vervoert, de waterdruk, de waterkwaliteit etc.
Volgens H.M Hussein Fahr et al. zijn de twee belangrijkste redenen voor corrosie in een waterleiding de waterkwaliteit en het type water wat het vervoert. Deze dragen volgens onderzoek het meeste bij aan corrosie. Daarnaast zijn elektrische infrastructuur, bodem kwaliteit en externe druk ook belangrijke oorzaken van corrosie. Onder elektrische infrastructuur worden trams, treinsporen of hoogspanningsmasten verstaan, deze dragen bij aan zwerfstromen welk corrosie kunnen veroorzaken bij waterleidingen.
Zoals eerder al wordt benoemd ontstaat er bij corrosie een achteruitgang van het materiaal van de leiding. Dit brengt meerdere gevaren met zich mee. Corrosie kan het materiaal van de waterleiding aantasten dit leidt tot structurele schade en verzwakking aan de waterleiding. Uiteindelijk zou dit kunnen resulteren in lekkages, breuken of zelfs het instorten van de leiding. Met als gevolg onder andere een onderbreking in de watertoevoer of afvoer, maar hier komen ook de nodige veiligheidsrisico’s bij kijken. Zo kan het vrijkomen van water op ongewenste locaties zorgen voor erosie van de bodem waar de leiding in ligt, wat weer zijn eigen risico’s met zich mee brengt. Het weglekken van rioolwater kan tot ongecontroleerde milieuschade leiden. Ongeplande onderbrekingen van de watervoorziening of rioolwaterafvoer kunnen leiden tot bijkomende kosten voor reparaties en mogelijke schadeclaims. Naast dit risico is het ook mogelijk dat, als de corrosie zich aan de binnenkant van de leiding bevindt, de drinkwaterkwaliteit achteruit gaat. Als corrosie deeltjes in het water lekken, kan dit zorgen voor kleur, geur en smaakverandering, dit is onaanvaardbaar voor drinkwater.
Om bovenstaande risico’s te voorkomen is het belangrijk om goed inzicht te hebben in de conditie van een leiding. De technologie van Acquaint is specifiek hiervoor ontwikkeld. De tools van Acquaint zijn uitgerust met ultrasone sensoren. Deze sensoren werken door pulsen van geluidsgolven met hoge frequentie uit te zenden naar de wand van de leiding. Terwijl deze golven door het materiaal van de leidingwand reizen, weerkaatsen ze terug naar de sensor aan de voor- en achterkant van de leidingwand. De tijd die nodig is voor de geluidsgolven om deze heen-en-terugreis te voltooien, en de amplitude van de terugkerende golven, bieden waardevolle inzichten in de kenmerken van het materiaal. Dit omvat details over de dikte, dichtheid en de identificatie van mogelijke afwijkingen binnen de leiding. Een dergelijke ultrasone meting kan vervolgens worden weergegeven in een zogenaamde A-scan (Amplitude-scan). Deze scan toont de amplitude, wat aangeeft hoeveel energie van het ultrasone signaal is teruggekeerd naar de sensor. Daarnaast laat het zien hoeveel tijd het kostte om door het begin en het einde van de leidingwand te reizen en terug te keren naar de sensor.
Net als elk meetinstrument heeft ook ultrasoon haar beperkingen. Microscheurtjes of zeer kleine startende corrosie kunnen ultrasoon sensoren niet onderscheiden van het gezonde omringende materiaal. De meetnauwkeurigheid en de kans om een defect te detecteren is afhankelijk van verschillende contextuele factoren, maar ook de configuratie van de ultrasone sensoren. In een gesprek kunnen de adviseurs en engineers van Acquaint kan er verkend worden welke nauwkeurigheid onder iedere omstandigheden bereikt kunnen worden.
Een voorbeeld van een tool van Acquaint die zeer geschikt is om corrosie bij waterleidingen te meten is de Acquarius. De Acquarius is een PIG (Pipeline Inspection Gauge) die onder andere dankzij zijn ultrasone sensoren in één run een complete conditiemeting van een leiding kan doen. Behalve corrosie meet de Acquarius nog meer faalmechanismes namelijk: uitloging van AC, H2S aantasting, hoekverdraaiing en voegwijdte van koppelingen, ovalitieit, axiale deformatie, lekkages en ligging van de leiding (XYZ mapping). Deze intelligente tool is toepasbaar in elke drink- of afvalwaterleiding die onder druk staat met een diameter vanaf DN200 van elk materiaal. De Acquarius kan diameterreducties tot wel 30% aan en hij kan bochten tot wel 90° passeren. De leiding moet wel vrij toegankelijk zijn, vlinderkleppen kunnen dus niet worden gepasseerd.
Zoals hierboven beschreven, is corrosie het natuurlijke proces van geleidelijke aantasting en oxidatie van metalen door chemische reacties, vaak veroorzaakt door blootstelling aan vocht, zuurstof en andere omgevingsfactoren. De belangrijkste factoren die corrosie kunnen veroorzaken of beïnvloeden zijn de waterkwaliteit en het watertype wat door de leiding stroomt, elektrische infrastructuur wat boven de leiding langs loopt, de kwaliteit van de bodem waar de leiding in ligt en externe druk vanaf boven de leiding. Corrosie brengt risico’s met zich mee bijvoorbeeld: lekkages, breuken of het falen van een leiding met alle gevolgen van dien. Het is dus belangrijk dat een waterleiding geïnspecteerd kan worden op corrosie. De technologie van Acquaint biedt hier de perfecte oplossing voor. Met de ultrasone technologie kan er bijvoorbeeld met de tool de Acquarius in één inspectie run al een complete conditiemeting gedaan worden van een leiding, inclusief de mate van corrosie in een leiding.
Arepa. (2020). Corrosie- Effecten op metalen en eletronische apparatuur, processen en preventie. Opgehaald van Arepa: https://www.arepa.nl/media/clbjqakq/arepa-whitepaper-corrosion-final-nl-version.pdf
Beuken, R., van Eijk, R., & Slaats, N. (2014). De waarde van exitbeoordelingen op AC en GGIJ leidingdelen. Nieuwegijn: KWR.
Doddema, F. (2021, september 29). Alles over de verschillende soorten corrosie in pijpleidingen. Opgehaald van Montipower: https://montipower.com/nl/pijpleiding-corrosie/
H.M. Hussein Farh, M. E. (2023, september 15). Analysis and ranking of corrosion causes for water pipelines: a critical review. Opgehaald van NPJ clean water: https://www.nature.com/articles/s41545-023-00275-5#Sec28
Potters, D. G. (2022). Staal en corrosie. Opgehaald van Corrosielabs : https://corrosielabs.com/sites/default/files/2023-10/Corrosie%20en%20staal%20AMA%20cursus.pdf
Roeper, T. (2014). From AC to DC.
Wil je zelf ook inspecteren met Acquaint en de Acquarius? Mail: info@acquaint.eu
