CH708309A2 - Messprobe für die Bestimmung der lokalen Korrosionsangriffstiefe sowie Verfahren zur Messung der lokalen Korrosionsangriffstiefe. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messprobe zur Bestimmung der lokalen Korrosionsangriffstiefe durch elektrische Widerstandsmessung einer elektrischen Verbindung (16) zwischen einem Korrosionskörper (1) und einer Elektrode (11), welche durch einen Isolator (2) voneinander getrennt sind und durch einen Körper derart umschlossen sind, dass eine freie Fläche (5) ausgespart wird.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Messprobe für die Bestimmung des lokalen Korrosionsangriffs durch Korrosion nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

[0002] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Messung der lokalen Korrosionsangriffstiefe mit einer Messprobe nach den Oberbegriffen der entsprechenden unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

[0003] Induzierte Wechselspannungen auf kathodisch geschützten Rohrleitungen stellen ein erhebliches Problem für die Betriebssicherheit dieser Anlagen dar. Bis heute besteht kein etabliertes Messprinzip für die Charakterisierung der Korrosionsgefährdung oder die Bestimmung der Angriffstiefe. Typischerweise erfolgt die Charakterisierung des Korrosionszustandes unter Verwendung von sogenannten Messproben. Diese bestehen aus einer Metalloberfläche mit einer Fläche von ca. 1 cm<2>. Diese Messproben werden im Bereich der Rohrleitung vergraben und elektrisch mit dieser verbunden. Dadurch wird eine künstliche Fehlstelle erzeugt, die jederzeit von der Rohrleitung getrennt und elektrochemisch charakterisiert werden kann.

[0004] Es sind auch Messproben für die Bestimmung des Korrosionsabtrags bekannt. Diese basieren auf der Bestimmung des Korrosionsangriffs durch Ultraschallmessung oder Messung der elektrischen Widerstandsveränderung durch die Verringerung des Querschnitts. Beide Verfahren sind nicht in der Lage lokale Korrosionsangriffe zu detektieren, da sie primär empfindlich sind auf den Gesamtabtrag. Zudem sind für die Messung Spezialgeräte erforderlich. Diese Probleme werden durch sogenannte Durchbruchmessproben gelöst, welche die Erreichung einer gewissen Korrosionsangriffstiefe anzeigen. Die Korrosion führt dabei zur lokalen Perforation eines Behälters, was über einen Druckverlust oder die Veränderung des elektrischen Widerstands zwischen zwei Elektroden angezeigt wird. In verschiedenen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die Geschwindigkeit der Wechselstromkorrosion mit zunehmendem Korrosionsabtrag stark abnimmt. Die Messung der anfänglich hohen Korrosionsgeschwindigkeit führt daher oft zu einer starken Überschätzung der effektiven Korrosionsgefährdung. Im weiteren Verlauf des Korrosionsprozesses kommt es zu einer deutlichen Verlangsamung der Korrosionsgeschwindigkeit. Daher ist es von Bedeutung die Dicke der verwendeten Messprobe jener der Rohrleitung anzupassen. Nur so kann die Auswirkung der zeitlichen Entwicklung der Korrosion erfasst werden. Im Falle von Messproben basierend auf der elektrischen Widerstandsmessung ist dies nicht ohne weiteres möglich, da grössere Dicken nur mit deutlich grösserem Messaufwand in Bezug auf Korrosion untersucht werden können. Bei den Durchbruchprobeblechen kann eine grössere Wandstärke sehr einfach realisiert werden. Die Problematik besteht aber darin, dass erst Informationen über den Korrosionsabtrag vorliegen, wenn bereits starke Korrosionsangriffe aufgetreten sind. Die Messproben in Kombination mit einem Ultraschallsensor stellen für diese Anwendung die einzige aussagekräftige Methode dar. Sie ermöglichen die kontinuierliche Verfolgung des Korrosionsfortschritts in die Tiefe. Die Problematik besteht im relativ hohen Preis. Falls eine Fernüberwachung erforderlich ist wird dieser noch deutlich erhöht. Es besteht somit ein Bedarf für kostengünstige Messproben, welche eine abgestufte Erfassung der Entwicklung der Korrosionsangriffstiefe ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Messprobe und einem Verfahren für die Bestimmung des lokalen Abtrags durch Korrosion der eingangs genannten Art die lokale Korrosionsangriffstiefe zu bestimmen und dabei die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

[0006] Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des ersten Anspruches erreicht.

[0007] Kern der Erfindung ist, dass die lokale Korrosionsangriffstiefe durch Veränderung des elektrischen Widerstands zwischen einem Korrosionskörper und mehreren daran elektrisch leitend angebrachten Elektroden erfasst wird. Der Vorteil der Erfindung besteht unter anderem darin, dass durch eine einfache Widerstandsmessung eine Aussage möglich ist, ob eine bestimmte Angriffstiefe überschritten ist. Damit ist die Kontrolle von Alarmwerten mithilfe von einfachen Messgeräten möglich. Die Messprobe besteht aus einem Korrosionskörper mit definierter Dicke. Während die Vorderseite des Korrosionskörpers im Kontakt mit dem Erdreich oder einem anderen Elektrolyten ist, werden auf der Rückseite mehrere Elektroden bis auf verschiedene Tiefen eingelassen und mit dem Korrosionskörper elektrisch leitend verbunden. Sowohl am Korrosionskörper wie auch an den Elektroden wird ein Kabel angeschlossen. Durch Vergiessen des gesamten Aufbaus mit einem Umhüllungskörper, insbesondere aus Kunststoff, und Aussparung einer definierten Fläche wird eine komplett gekapselte Messprobe erreicht, welche über lange Zeiträume stabil ist. Der Korrosionskörper und die Elektroden werden dabei durch den Umhüllungskörper vom umgebenden Erdreich oder Elektrolyten getrennt. Der Umhüllungskörper spart dabei zusätzlich eine definierte Messfläche aus und simuliert gleichzeitig die geometrische Konfiguration der Fehlstelle. Er übernimmt eine exakte Simulation der geometrischen Gegebenheiten bei einer Fehlstelle. Diese Messprobe lässt sich einfach in bestehende Anlagen integrieren und erfordert zur Messung lediglich ein Widerstandsmessgerät oder ein Spannungsmessgerät, welches bereits bei Routinekontrollen vom Betreiber benutzt wird.

[0008] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0009] Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0010] Es zeigen: <tb>In Fig. 1<SEP>ist die Messprobe für die Bestimmung der lokalen Angriffstiefe gezeigt. <tb>In Fig. 2<SEP>ist die Messanordnung für die Erfassung der lokalen Korrosionsangriffstiefe gezeigt. <tb>In Fig. 3<SEP>ist die Entwicklung des Korrosionsangriffs mit zunehmender Tiefe von a), über b) nach c) gezeigt. <tb>In Fig. 4<SEP>ist die Messanordnung für die kontinuierliche Messung der lokalen Korrosionsangriffstiefe über den Ausbreitungswiderstand gezeigt.

[0011] Es sind nur die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

[0012] In Fig. 1 ist die Messprobe für die Bestimmung der lokalen Korrosionsangriffstiefe gezeigt. In dem Korrosionskörper 1 sind mehrere Elektroden 11, 12,13 und 14 vorhanden. Im vorliegenden Beispiel wird ein Fall mit vier Elektroden diskutiert. Grundsätzlich kann die Anzahl aber beliebig erhöht werden. Minimal muss eine Elektrode 11 vorhanden sein. Diese Elektroden 11, 12,13 und 14 haben eine elektrisch leitende Verbindung 16, 17, 18 und 19 zum Korrosionskörper 1 und sind seitlich durch einen Isolator 2 vom Korrosionskörper 1 getrennt. Die elektrisch leitende Verbindung kann durch Schweissen, Löten, Kleben mit einem elektrisch leitenden Klebstoff, aber auch Pressen, Klemmen oder einem anderen geeigneten Verfahren zur Erstellung einer elektrisch leitenden Verbindung erfolgen. Die räumliche Ausdehnung der Verbindung sollte in den meisten Fällen möglichst begrenzt sein. Bei gewissen Korrosionsformen kann es aber auch sinnvoll sein diese räumlich ausgedehnt zu gestalten. Es ist auch möglich die Elektroden 11, 12, 13 und 14 aus dem Korrosionskörper zu fertigen, indem diese zum Beispiel mit einem Hohlbohrer erzeugt werden. In diesem Fall ist die elektrische leitende Verbindung 16, 17, 18 und 19 zwischen den Elektroden 11, 12,13 und 14 sowie dem Korrosionskörper 1 direkt gegeben. Der Korrosionskörper 1 besteht vorzugsweise aus demselben Werkstoff wie die zu untersuchende Rohrleitung oder Struktur und weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 1-40 mm auf. Die Dicke wird dabei so gewählt, dass jeweils zutreffende Aussagen über die Korrosion der Struktur getroffen werden können, wobei vorteilhafterweise ein Sicherheitsfaktor einbezogen wird. Die Elektroden 11, 12,13 und 14 bestehen aus einem beliebigen elektrisch leitenden Werkstoff, wie zum Beispiel nichtrostendem Stahl, Kupfer, verzinntes Kupfer, Graphit, Titan oder Stahl. Die Elektroden 11,12, 13 und 14 können sowohl aus einem einzelnen Element als auch aus mehreren Litzen aufgebaut sein. Idealerweise werden die Drähte eines mehradrigen Kabels als Elektroden 11, 12, 13 und 14 verwendet. In diesem Fall erübrigt sich die elektrische Kontaktierung der einzelnen Elektroden 11,12,13 und 14. Die Elektroden 11, 12, 13 und 14 werden seitlich durch einen Isolator 2 vom Korrosionskörper 1 getrennt. Der Isolator 2 kann aus einem Klebstoff aber auch aus einem beliebigen anderen elektrisch isolierenden Material, wie zum Beispiel Polyethylen oder einem Gas bestehen. Bewährt haben sich aber vor allem Klebstoffe wie zum Beispiel Epoxidharze oder Kombinationen aus Epoxidharzen und Thermoplasten. Der Korrosionskörper 1 wird durch ein Kabel 3 und die Elektroden 11, 12, 13 und 14 durch Kabel 21, 22, 23 und 24 elektrisch kontaktiert. Diese Kontaktierung kann durch Löten, Klemmen, Schweissen oder ein anderes Verfahren erreicht werden, welches einen niederohmigen elektrischen Kontakt der Kabel 3, 21, 22, 23 und 24 zum Korrosionskörper 1 und zu den Elektroden 11, 12, 13 und 14 sicherstellt. Der Korrosionskörper 1 und die Elektroden 11, 12, 13 und 14 werden durch einen Körper 4 derart verschlossen, dass eine definierte freie Fläche 5 des Korrosionskörpers 1 ausgespart wird. In Fig. 1 besteht der Körper aus einem Polymer 4. Der Körper kann aus einer Kunststoffmasse bestehen, welche durch Giessen hergestellt wird. Es ist aber auch möglich den Körper aus verschiedenen Komponenten zusammenzustellen und durch Kleben, Schweissen, Löten oder Schrauben zu verbinden. Somit kann der Körper auch aus beliebigen anderen Materialien oder Konstruktionen bestehen. Weiter muss der Körper bei den hohen pH-Werten des Erdbodens oder Elektrolyten im Bereich des Korrosionskörpers 1 beständig sein. Im Bereich der freien Oberfläche des Korrosionskörpers 1 muss sichergestellt sein, dass kein Unterwandern des Polymers 5 durch die Elektrolytlösung auftritt. Es sind auch Kombinationen von Kunststoffverguss und einem Gehäuse möglich. Der Körper 4 kann dabei auch zur Simulation der geometrischen Bedingungen an der Fehlstelle herangezogen werden. So kann die Dicke 6 des Körpers 4 auf dem Korrosionskörper 1 die Dicke der Umhüllung des Rohrs simulieren. Indem zusätzlich die Breite 7 des Körpers 4 neben der freien Fläche 5 ausreichend gross ist, können die Effekte der räumlichen Begrenzung der Messprobe eliminiert werden. Idealerweise muss die Breite 7 grösser als der dreifache Durchmesser der freien Fläche 5 sein. Indem die Breite des Korrosionskörpers 1 ausreichend gross gewählt wird, können thermische Erwärmung und damit eine Beeinflussung des Messergebnisses verhindert werden.

[0013] Für die Verbesserung der Messqualität kann es sinnvoll sein die Elektroden 11, 12, 13 oder 14 doppelt auszuführen. Dies ist für den Fall der Elektrode 14 dargestellt, wo daneben eine zweite Elektrode 15 mit dem Korrosionskörper 1 elektrisch verbunden wurde und im selben Isolator 2 eingebettet wurde. Bei der Elektroden 14 und 15 kann es sich beispielsweise um ein zweiadriges Kabel handeln.

[0014] In Fig. 2 ist die Messanordnung für die Durchführung der Widerstandsmessung dargestellt. Durch den Korrosionsabtrag wird der Korrosionskörper 1 aufgelöst, in der Folge entstehen Korrosionsprodukte, welche eine deutlich schlechtere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als das Metall des Korrosionskörpers 1. Indem eine Spannungsquelle 8 zwischen dem Kabel 3 und die Kabel 21, 22, 23 oder 24 geschaltet wird und der fliessende Strom mit einem Amperemeter 9 und die anstehende Spannung mit einem Voltmeter 10 gemessen wird, kann der Widerstand zwischen den Elektroden 11, 12, 13 oder 14 und dem Korrosionskörper 1 ermittelt werden. Solange der Korrosionskörper nicht durch Korrosion angegriffen wurde, ist der Widerstand klein. Sobald Korrosion die elektrisch leitende Verbindungen 16, 17, 18 oder 19 der Elektroden 11, 12, 13 oder 14 zum Korrosionskörper 1 aufgelöst hat, steigt der Widerstand stark an. Anstelle einer Spannung, kann auch ein Strom aufgeprägt werden und die zugehörige Spannung gemessen werden. Ausserdem kann die Widerstandsmessung auch mit Hilfe einer Gleich- oder Wechselstrommessbrücke erfolgen und in vielen Fällen ist es auch ausreichend die elektrische Spannung zwischen dem Korrosionskörper 1 und den Elektroden 11, 12, 13 oder 14 zu messen.

[0015] Falls zwei Elektroden nebeneinander eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Korrosionskörper aufweisen, kann die Messung verbessert werden. Mit diesem Aufbau ist es möglich die elektrisch leitende Verbindung 19 und 20 der Elektroden 14 und 15 zum Korrosionskörper durch eine Widerstands- oder Spannungsmessung zwischen den beiden Elektroden zu prüfen. Dies ergibt eine erhöhte Zuverlässigkeit der Messung.

[0016] In Fig. 3 ist die Entwicklung des Korrosionsangriffs mit zunehmender Tiefe von a), über b) nach c) gezeigt. In a) ist die elektrisch leitende Verbindung 16 zwischen der Elektrode 11 und dem Korrosionskörper 1 durch Korrosion verloren gegangen, was durch eine Erhöhung des elektrischen Widerstands zwischen den beiden Komponenten messtechnisch einfach erfasst werden kann. Bei fortschreitender Korrosion wird in b) auch die elektrisch leitende Verbindung 17 zwischen der Elektrode 12 und dem Korrosionskörper 1 aufgelöst. Bei weiterem Korrosionsfortschritt wird in c) auch die elektrisch leitende Verbindung 19 zwischen der Elektrode 14 und dem Korrosionskörper 1 aufgelöst. Durch einfache Widerstands oder Spannungsmessung kann händisch oder mit Hilfe einer Fernüberwachung der Korrosionsfortschritt kontinuierlich erfasst werden.

[0017] In Fig. 4 ist das Beispiel einer Messung des lokalen Korrosionsabtrags mit erhöhter Messauflösung gezeigt. In den vorangegangenen Beispielen wurde der lokale Korrosionsangriff erst detektiert, wenn die elektrisch leitende Verbindung 16, 17, 18 oder 19 zwischen einer der Elektroden 11, 12, 13 oder 14 und dem Korrosionskörper 1 durch Korrosion unterbrochen wurde. Ein Korrosionsabtrag verringert aber auch das Volumen an Metall vor der Elektrode 11, 12, 13 oder 14. Dies hat zur Folge, dass der elektrische Widerstand umso mehr steigt, je geringer der Abstand zwischen einer der elektrisch leitenden Verbindungen 16, 17, 18 oder 19 der Elektroden 11,12,13 oder 14 und der freien Fläche 5 des Korrosionskörpers 1 ist. Dies bedeutet, dass eine Widerstandsmessung auch einen Korrosionsabtrag detektieren kann, bevor eine der elektrisch leitenden Verbindungen 16, 17, 18 oder 19 zwischen einer der Elektroden 11, 12, 13 oder 14 und dem Korrosionskörper 1 unterbrochen wird. Für diese Messung wird idealerweise eine Spannungsquelle 8 zwischen eine zweite Elektrode 15 und den Korrosionskörper 1 geschaltet und der fliessende Strom über das Amperemeter 9 gemessen. Zudem wird die Spannung zwischen der Elektrode 14 und einer der anderen Elektroden 11,12, oder 13 gemessen. Aus Strom und Spannung kann der elektrische Widerstand und damit der Korrosionsabtrag berechnet werden. Idealerweise wird die Messung für mehrere Elektrodenkonfigurationen wiederholt. Aus dem Vergleich der Widerstandswerte lassen sich Aussagen über die relative Verteilung des Abtrags machen. Ausserdem wird es möglich Effekte der Temperatur des Korrosionskörpers 1 auf den elektrischen Widerstand zu kompensieren. Es kann aber auch sinnvoll sein den Korrosionskörper 1 zusätzlich mit einem Temperatursensor auszurüsten, um Effekte von Temperaturschwankungen direkt rechnerisch zu eliminieren.

[0018] Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Anwendungsbeispiele beschränkt. So kann die Messprobe auch zur Kontrolle von anderen Systemen, wie z.B. Innenkorrosion von Rohrleitungen, Tanks oder ungeschützte Strukturen im Erdboden, wässrigen Medien wie z.B. im Meer, organischen Medien, insbesondere in der chemischen Industrie, oder allgemein in der chemischen Industrie angewandt werden. Natürlich ist auch eine kontinuierliche automatische Messung und Alarmierung beim Erreichen einer bestimmten Angriffstiefe möglich. Es ist zudem in gewissen Fällen sinnvoll die kontinuierliche Messung mit anderen Korrosionsmessgrössen, wie Korrosionspotential oder Korrosionsstrom zu kombinieren. Weiter kann die Zahl der Elektroden 11, 12, 13 oder 14 beliebig erhöht werden und sämtliche dieser Elektroden können mit einer zweiten Elektrode 15 ausgerüstet werden. Die Elektroden können auch auf jeder beliebigen Seite des Korrosionskörpers aus dem Korrosionskörper 1 herausgeführt werden. Dies muss nicht zwingend auf jener Seite erfolgen, welche der freien Fläche 5 gegenüberliegt. Ebenso kann durch eine geschickte Anordnung und Erhöhung der Anzahl der Elektroden die Messauflösung verbessert werden. Dabei können auch Erfahrungswerte bezüglich der erwarteten Form des Korrosionsangriffs herangezogen werden. Diese Erkenntnisse können Auswirkungen auf die optimale räumliche Ausdehnung der elektrischen Verbindung 16, 17, 18, 19 und 20 haben. Wesentlich ist aber, dass mindestens eine Elektrode 11 eine elektrisch leitende Verbindung 16 mit dem Korrosionskörper 1 hat.

Claims (7)

1. Messprobe zur Bestimmung der lokalen Korrosionsangriffstiefe durch Widerstandsmessung zwischen einem Korrosionskörper (1) und einer Elektrode (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (11) eine elektrisch leitende Verbindung (16) mit dem Korrosionskörper (1) hat.

2. Messprobe nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Elektroden (12), (13), (14) oder weitere elektrisch leitende Verbindungen (17), (18), (19) oder weitere mit dem Korrosionskörper (1) haben.

3. Messprobe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Körper (4) den Korrosionskörper (1) derart umhüllt, dass eine definierte Fläche (5) ausgespart wird.

4. Messprobe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Verbindungen (16), (17), (18), (19) oder weitere einen unterschiedlichen Abstand zur freien Fläche (5) aufweisen.

5. Messprobe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben einer oder mehreren der Elektroden (11), (12), (13), (14) oder weiteren eine zweite Elektrode (15) eine elektrisch leitende Verbindung (20) zum Korrosionskörper (1) aufweist.

6. Messprobe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (11), (12), (13), (14), (15) und weitere durch einen Isolator (2) vom Korrosionskörper (1) getrennt sind.

7. Verfahren zur Messung der lokalen Korrosionsangriffstiefe mit einer Messprobe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand einer der elektrischen Verbindungen (16), (17), (18), (19), (20) oder weiteren und den Elektroden (11), (12), (13), (14), (15) und dem Korrosionskörper (1) gemessen wird.