Aan boutverbindingen wordt relatief weinig aandacht besteed, zelfs als het gaat over turbines, koppelingen, pompen, afsluiters, leidingwerk, appendages, ..., die alomtegenwoordig zijn in omgevingen waar energie wordt opgewekt. Nochtans zijn net dat plaatsen waar vaak zeer hoge eisen aan deze verbindingen worden gesteld. Zo kan het nodig blijken dat ze tegen grote hitte zijn bestand, enorme krachten en drukken kunnen weerstaan,...

Een goede boutverbinding, wat is dat eigenlijk? Welnu, de delen die met elkaar worden verbonden, moeten als één geheel functioneren. Er mag geen beweging meer inzitten, de bout moet als een soort trekveer fungeren en soms moet het geheel ook nog vloeistof- of gasdrukdicht zijn. Dit lijkt eenvoudig, maar is het niet. Neem de verbindingen tussen de flensen (de platte rand aan het uiteinde van buizen): een belangrijke toepassing, bijvoorbeeld bij het koppelen van turbines aan generatoren met het doel elektriciteit op te wekken. Of nog: in pijpleidingen waarin aardgas, petroleum,..., stroomt. In de meeste bedrijven wordt aangenomen dat dergelijke verbindingen geen lekken vertonen. Maar dat is naïef, want er is altijd een diffuus lekverlies: via (vaak microscopisch kleine) openingen komt het fluïdum naar buiten (meestal in gasvormige gedaante). De kwaliteit van de boutverbinding speelt een belangrijke rol inzake de mate dat dit voorvalt. Prof. Dr. ir. Alexander Riedl, Universiteit Münster, schetst de impact aan de hand van een onderzoek dat in 1999 door het TNO (een Nederlandse onafhankelijke kennisinstelling) is uitgevoerd. Daaruit bleek dat 22 à 27 % van het diffuus lekverlies via de flenzen verliep. "Omgerekend komt dit neer op een verlies van 106.000 ton aan gassen en vloeistoffen," vervolgt hij. "Met een geschatte waarde van 700 euro/ton impliceert dat circa 50 à 100 miljoen euro per jaar. En daar moet u nog de verliezen via de asafdichtingen en appendages bijtellen. (...) Als de gasdichtheid van een autoband net zo groot is als van een flensverbinding die als dicht wordt ervaren, zouden we om de zeven uur naar een benzinestation moeten om onze banden op te pompen..." Het probleem is trouwens niet alleen nefast voor de geldbeugel, maar ook voor het milieu. Denk maar aan aardgas, dat grotendeels uit methaan bestaat: een broeikasgas dat 23 keer krachtiger dan CO2 is. Soms worden wel eens klemmen ingezet om dergelijke lekken te dichten. André Van Nijnatten, Senior Specialist Industrial Bolting bij Hytorc Benelux, vindt dat geen goede oplossing. "De kosten die daarmee zijn gemoeid, worden wel eens onderschat," legt hij uit. "Er is natuurlijk de aankoopprijs. Maar daar bovenop komt nog dat ze om de drie à zes maanden moeten worden onderhouden. Een ander nadeel is dat de flensen beschadigd geraken als de klemmen tijdens een maintenance-beurt eraf worden gehaald. Vandaar dat het opnieuw monteren van flensen een herconditionering vergt: oplassen, afdraaien en opruwen. Afhankelijk van het type, de afmeting en de hoeveelheid van de te bewerken flensen kost dit al gauw zo'n 1.000 à 1.500 euro per exemplaar. Bovendien ontstaat er rendementsverlies door het gebruik van klemmen en is het aanbrengen ervan soms zeer onveilig." En dan zijn er nog andere problemen die kunnen optreden wanneer de 'bolting' (het verbinden met bouten) niet adequaat gebeurt: explosies, branden, ongewenste stilstand, bijzonder moeizaam verlopende demontages,... en, niet in het minst, onveilige werksituaties, met (soms zelfs dodelijke) ongevallen tot gevolg. De falende flenzen van de BP-pijpleiding (die leidde tot de ramp in de Golf van Mexico) is maar één van de tragische voorbeelden .

Conventionele bolting

In de energiesector blijken de meest gebruikte boutverbindingstechnieken nog steeds de conventionele te zijn: thermisch rekken, tensionen of torquen. Het is belangrijk de voor- en nadelen ervan te kennen, alsook welke de meest recente tendensen inzake bolting zijn, om zo een dam te werpen tegen de talrijke problemen die bij niet adequate verbindingen optreden. Mathieu Van Kortenhof, CEO Hytorc Benelux: "Thermisch rekken is de meest goedkope methode voor het maken van boutverbindingen met grote afmetingen. Een belangrijk nadeel is evenwel dat de bouten moeten worden verwarmd met behulp van een gasbrander of door middel van inductie, vooraleer ze kunnen worden vastgezet. Het werken met deze extreem hete bouten is onveilig voor de monteurs. De hoge temperatuur van de bouten bemoeilijkt ook het exact nameten ervan: er is vooral een zeer groot tijdverlies, aangezien er moet worden gewacht tot ze voldoende zijn afgekoeld, iets dat 12 à 24 uur kan duren. De tweede boltingmethode, het 'tensionen', heeft als voordeel dat er met meerdere tensioners tegelijkertijd kan worden gewerkt. Daardoor hoeft niet eerst een bout aan de ene kant van de flens te worden aangehaald, pas dan aan de andere kant,... Dit heeft tot gevolg dat de afdichting aan beide zijden even dik blijft. De techniek is bijvoorbeeld interessant voor types uit grafiet, een stof die na indrukken niet als een veer terug naar de oorspronkelijke vorm terugkeert. Tensionen komt dus ten goede aan de flensparallelliteit. Nadeel is dat voor elke gebruikte boutdiameter een aparte tensioner/puller dient te worden aangeschaft. Ook is deze methode, door de onbekende relaxatie na het beëindigen van het trekken, niet proceszeker, waardoor alles moet worden nagemeten. Tenslotte is er nog het torquen, dat zonder meer de veiligste en snelste methode is. Bovendien is ze bijna overal toepasbaar. Belangrijk nadeel is dat er gereedschap met reactiearm moet worden toegepast. Omdat deze altijd tegen een vast punt moet aanlopen - in veel gevallen de naastgelegen bout - bestaat er een kans dat de gebruiker bijvoorbeeld vingers of hand knelt, met alle gevolgen van dien. Bovendien zorgt die reactiearm voor ongewenste afschuif- en buigingskrachten, die een invloed op de wrijvingscoëfficiënt hebben, met als gevolg boutkrachten die onderling 20 à 40 % kunnen verschillen."

Strekken, niet draaien

Mathieu Van Kortenhof zegt dat de boltingsector heel conservatief is ingesteld: eigenlijk is ze al tientallen jaren nauwelijks geëvolueerd. Gevolg is dat er in die wereld weinig innovaties zijn gebeurd die de kwaliteit van verbindingen verhogen. Het moederbedrijf van Hytorc Benelux, Hytorc USA, lijkt op dit vlak een witte raaf te zijn. Zo ontwikkelde deze firma de 'Hytorc NUT'. Goedkoop is deze niet: ze kost al gauw 20 à 200 keer meer dan andere moeren. Daar moeten dus behoorlijk wat goede eigenschappen tegenover staan. Van Kortenhof: "De 'Hytorc NUT' onderscheidt zich van de andere boltingtechnieken omdat ze afschuif-, reactie- en torsiekrachten vermijdt. Dat komt omdat de draaiende beweging bij deze methode in een axiale wordt omgezet. Daardoor manifesteren alle wrijvingen zich binnen de moer in plaats van op de schroefdraad. Een gevolg is dat de monteurs veiliger werken en dat 'vreten', bijvoorbeeld door buiging van de bout, wordt voorkomen. De technologie impliceert tevens dat er sneller kan worden losgeschroefd, wat tot een vluggere en eenvoudigere demontage bij revisies leidt. En de bijhorende torquesleutels hoeven nergens tegen aan te lopen, dus ook niet tegen een naastgelegen bout. Ze kunnen zelfs met vier tot acht tegelijk op de flens worden geplaatst, wat de parallelliteit van de flens ten goede komt. De sleutels worden op afstand bediend, en kunnen ondersteboven hangen. Tenslotte is het de enige boltingmethode ter wereld die boutkrachtgekalibreerd wordt geleverd. Wij garanderen namelijk de spanning die in de bout wordt achtergelaten, en dit met een nauwkeurigheid van 5 à 10 %. Deze precisie draagt mee bij tot het minimaliseren van onbalans bij koppelingen tussen stoomturbine en generator, wat de overbrenging van energie tussen beide verbetert." Dit pluspunt wordt onder meer geïllustreerd met Siemens die de 'HytorcNUT' in bij de revisies van haar stoom- en gasturbines gebruikt.

Nieuwsoortige onderlegring

Gezien de hoge prijs van de 'Hytorc NUT', is Hytorc op de proppen gekomen met een verwante verbinding: de 'Hytorc Load DISC'. Volgens Mathieu Van Kortenhof heeft deze twee derden van de voordelen van de 'Hytorc NUT', maar kost ze slechts een fractie ervan. De 'Hytorc Load DISC' is in feite een onderlegring die de bijzondere eigenschap heeft dat ze voor een axiale verplaatsing van conventionele bouten en moeren zorgt. "Het is dus een constructie waarmee de bouten zuiver recht kunnen worden verlengd, en dit zonder afschuif- en kantelkracht. Voor het behalen van dezelfde voorspanning volstaat dus minder torquekracht. Bovendien is er voor de demontage minder energie nodig om de bouten nadien weer los te draaien," klinkt het.