CH708614A2 - Verfahren zur Ortung von Stahloberflächen in Kontakt mit einem Elektrolyten und zur Ermittlung von deren Korrosionszustand. - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Ortung von Stahloberflächen 1, welche in Kontakt mit einem Elektrolyten 3 sind, und zur Ermittlung von deren Korrosionszustand wird vorgestellt. Ein oder mehrere Geräte 7 bringen durch Stromfluss zwischen der Stahlstruktur 2 und einer Elektrode 10 die Potenziale E0 bis EX für die Dauern t0 bis tX auf die Stahlstruktur 2 auf. Die durch die Stahloberfläche 1 durchtretenden Ströme I0 bis IX werden als Spannungen U0 bis UX zwischen einer ersten Bezugselektrode 4 und einer zweiten Bezugselektrode 5 mit einem Spannungsmessgerät 6 erfasst. Die Bewertung des Korrosionszustands erfolgt durch Analyse der Abhängigkeit der Spannungen (U0) bis (UX) von den Potenzialen (E0) bis (EX) sowie die Bewertung des zeitlichen Verlaufs des Absolutwerts der Spannung EX als Funktion der Zeit. Indem die Messung entlang einer grossen Stahlstruktur 2 ausgeführt wird, können Rückschlüsse auf die Verteilung und die Lage von Stahloberflächen 1 sowie von deren Korrosionszustand gezogen werden.

Description

Beschreibung Technisches Gebiet

[0001 ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von Stahloberflächen, welche mit einem Elektrolyten in Kontakt stehen, und zur Ermittlung von deren Korrosionszustand.

Stand der Technik

[0002] Transportleitungen aus Stahl werden durch eine hochwertige Aussenumhüllung und einen kathodischen Korrosionsschutz (KKS) vor Korrosion geschützt. Die Wirksamkeit des KKS kommt dabei in Fehlstellen der Aussenumhüllung der Rohrleitung zum Tragen, da dort die Stahloberfläche in Kontakt mit einem Elektrolyten steht. Durch den Eintritt des Schutzstroms in die Stahloberfläche wird der Sauerstoff im umgebenden Erdreich verbraucht und der pH-Wert an der Stahloberfläche angehoben. Neuste Erkenntnisse zeigen, dass die Wirksamkeit des KKS in den meisten Fällen auf der Bildung des Passivfilms beruht, welcher sich aufgrund der Erhöhung des pH-Werts an der Stahloberfläche bilden kann. Üblicherweise sind diese Bedingungen der Passivität erfüllt, wenn das Potenzial der Stahloberfläche, das sogenannte IR-freie Potenzial, negativer als -0.85 V gemessen gegen eine Kupfer/gesättigte Kupfersulfatelektrode (CSE) ist. Neuste Untersuchungen zeigen nun aber, dass auch deutlich positivere Potentiale nicht zwingend zu Korrosion führen müssen. Dies trifft in jenen Fällen zu, wo der pH-Wert an der Stahloberfläche ausreichend hoch ist sowie die Einstellungen des KKS, der hochohmige gut belüftete Boden oder die grosse Stahloberfläche das Absinken des Potenzials verhindern. Diesem Umstand ist in der EN 12 954-Rechnung getragen, indem unter gewissen Bedingungen auch positivere IR-freie Potentiale von -0.75 und -0.65 V CSE zulässig sind. Die Problematik besteht nun darin, dass auch eine Stahloberfläche ohne wirksamen KKS und damit unzureichender Erhöhung des pH-Werts an der Stahloberfläche IR-freie Potenziale in diesem Bereich aufweisen kann. Damit ermöglicht die Messung des IR-freien Potenzials nicht in allen Fällen den zuverlässigen Nachweis der Wirksamkeit des KKS.

[0003] Es gibt Bedingungen an Fehlstellenoberflächen, unter welchen der pH-Wert zum Beispiel aufgrund von strömendem Wasser oder unter Anwesenheit von sulfatreduzierenden Bakterien nicht ansteigen kann. Unter diesen Bedingungen muss das IR-freie Potenzial negativer als -0.95 V CSE sein, damit der Korrosionsschutz aufgrund von Immunität der Stahloberfläche gewährleistet ist. Alle diese empirischen Werte sind in der aktuellen EN 12 954 verankert. Mit Hilfe von kinetischen und thermodynamischen Betrachtungen ist es möglich diese Grenzwerte der EN 12 954 und auch die Wirkungsweise des KKS zu erklären. Aus der Diskussion geht klar hervor, dass eine abschliessende Beurteilung der Wirksamkeit des KKS nur möglich ist, wenn das IR-freie Potenzial negativer als -0.95 V CSE ist. Unter diesen Bedingungen ist der Schutz entweder durch Immunität oder Passivität gewährleistet. Bei allen anderen Grenzwerten der EN 12 954 muss sichergestellt sein, dass der pH-Wert an der Stahloberfläche ausreichend hoch ist, um die Bildung des schützenden Passivfilms zu ermöglichen.

[0004] Bisher war dies kein Problem, da der kathodische Korrosionsschutz derart negativ eingestellt wurde, dass an allen Stahloberflächen in den Fehlstellen der Umhüllung ein IR-freies Potenzial negativer als -0.95 V CSE erreicht war. Der Nachweis der Einhaltung dieses Potenzials erfolgte mit Hilfe der sogenannten Intensivmessung gemäss EN 13 509. Dieses Verfahren beruht auf der zeitgleichen Messung des Rohrleitungspotenzials und der Spannungstrichter über der Rohrleitung bei getaktetem Schutzstrom. Das heisst, die Schutzstromgeräte entlang der Rohrleitung wurden in vorgegebenen Intervallen (z.B. 12 Sekunden ein-, 3 Sekunden aus-) geschaltet und ein Messtrupp bestehend aus zwei Personen folgte der Leitung und erfasst das Potenzial und den Spannungstrichter zwischen zwei Bezugselektroden (Meist CSE). Mit Hilfe der Messung werden sowohl grössere Fehlstellen in der Umhüllung identifiziert als auch deren IR-freies Potenzial erfasst.

[0005] Die Problematik dieser Methode besteht darin, dass für die Messung des Rohrleitungspotenzials ein Messkontakt an die Leitung erstellt werden muss. Üblicherweise sind diese Messkontakte alle 1000 bis 2000 m an der Rohrleitung vorhanden. Der messtechnische Aufwand ist erheblich, da ein Messkabel von entsprechender Länge mitgezogen werden muss.

[0006] Ein weiteres Problem besteht darin, dass mit dieser Vorgehensweise kleine Fehlstellen in der Umhüllung aufgrund der zu geringen Spannungstrichter nicht identifiziert werden können. Bei der sogenannten Intensiven Fehlstellenortung (IFO) wird das Potential stark negativ eingestellt (z.B. -20 V CSE), was zu deutlich grösseren Spannungsrichtern und somit zu einer verbesserten Ortung von Umhüllungsfehlstellen führt. Da in diesem Fall nur der Spannungstrichter zwischen zwei Elektroden bei getaktetem Schutzstrom gemessen wird, ist der messtechnische Aufwand deutlich geringer. Dieses Verfahren wird auch als DCVG bezeichnet. Der Nachteil besteht darin, dass dieses Verfahren keine Aussage in Bezug auf die Wirksamkeit des kathodischen Korrosionsschutzes ermöglicht, da keine Rückschlüsse auf das IR-freie Potenzial oder den Korrosionszustand der georteten Fehlstellen möglich ist und dass der Korrosionszustand der Leitung bei negativen Potenzialen stark verändert wird.

[0007] Aufgrund dieser Ausführungen wird deutlich, dass sowohl ein etabliertes Verfahren für den Nachweis der Wirksamkeit des KKS als auch Verfahren für die Ortung von Fehlstellen bestehen. Es gibt aber zwei wesentliche Probleme, welche die Anwendung dieser beiden Verfahren erschweren:

- Bei älteren Rohrleitungen ist die Umhüllung teilweise in einem so schlechten Zustand, dass IR-freie Potentiale negativer als -0.95 V CSE mit technisch vertretbarem Aufwand nicht erreicht werden können.

2 - Bei neuen Rohrleitungen muss zur Verringerung der Gefährdung durch Wechselstromkorrosion das Potenzial derart positiv eingestellt werden, dass die IR-freien Potenziale deutlich positiver als -0.95 V CSE sind. Dies ist nicht zu verwechseln mit unzureichendem Korrosionsschutz, da die Erhöhung des pH-Werts und der sich bildende Passivfilm die Korrosion im Normalfall wirksam unterbinden. Ein Nachweis der Wirksamkeit mit Hilfe des IR-freien Potenzials ist aber nicht mehr möglich. Hinzu kommt, dass die verbleibenden Spannungstrichter an den Fehlstellen messtechnisch kaum mehr nachgewiesen werden können. Durch Absenken des Potenzials kann zwar eine IFO durchgeführt werden, dabei wird aber die Gefährdung durch Wechselstromkorrosion stark erhöht.

[0008] Aufgrund dieser Ausführungen wird deutlich, dass unter den aktuellen Randbedingungen mit starker Wechselspannungsbeeinflussung und sehr schlechter Umhüllungsqualität die bisherigen Vorgaben eines IR-freien Potenzials negativer als -0.95 V CSE nicht mehr eingehalten werden können.

[0009] Konkret besteht ein Bedarf für ein Verfahren, welches mit möglichst geringem messtechnischem Aufwand die Ortung von Fehlstellen, die Ermittlung des IR-freien Potenzials und den Nachweis der Passivität ermöglicht. Dieses müsste den umfassenden Nachweis der Wirksamkeit des KKS unter den geschilderten Randbedingungen ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stahloberflächen an Stahlstrukturen zu orten und deren Korrosionszustand zu ermitteln.

[0011 ] Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs erreicht.

[0012] Kern der Erfindung ist, dass die Ortung von Stahloberflächen, welche in Kontakt mit einem Elektrolyten sind, und die Ermittlung von deren Korrosionszustand durch das Aufbringen von unterschiedlichen Potenzialen auf die Rohrleitung sowie die Erfassung der sich aufgrund des dabei auftretenden Stromdurchtritts durch die Stahloberfläche in den Elektrolyten bildenden Spannungstrichters erfolgt.

[0013] Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass in einer Messung sowohl die Ortung der Stahloberfläche, die Ermittlung von deren Korrosionszustands und der Nachweis der Wirksamkeit des KKS möglich sind. Dabei ist der Messaufwand gegenüber bestehenden Verfahren deutlich verringert, da kein Messkontakt an die Leitung erforderlich ist und die negativen Auswirkungen einer starken kathodischen Polarisation auf die Wechselstromkorrosion kompensiert werden.

[0014] Der Messaufbau entspricht im Grundsatz jener einer IFO. Das heisst, die Spannungstrichter über der Rohrleitung werden zwischen zwei Bezugselektroden erfasst, wobei die erste Bezugselektrode im Nahbereich oder direkt über der Rohrleitung und die zweite Bezugselektrode seitlich versetzt positioniert wird. Bei einer geringen Anzahl Fehlstellen ist es ausreichend, beide Bezugselektroden über der Rohrleitung zu positionieren. Der entscheidende Unterschied besteht darin, dass der Schutzstrom zur Leitung nicht einfach unterbrochen und wieder eingeschaltet wird, sondern dass über einen Stromfluss zwischen einer Elektrode, und der umhüllten Rohrleitung, zum Beispiel einer Anodenanlage, eine Sequenz von vorgegebenen Potenzialen eingestellt wird. Diese Sequenz besteht beispielsweise ausfolgenden Phasen: a) 1 Sekunde (t1 ) bei -0.95 V CSE (E1 ) b) 3 Sekunden (t2) bei 0 V CSE (E2) c) 2 Sekunde (t3) bei -3 V CSE (E3) d) 10 Sekunden (tO) beim üblichen Potenzial von z.B. -1.17 V CSE (EO)

[0015] Durch Erfassung der Spannungstrichter sowie deren zeitlichem Verlauf werden folgende Aussagen möglich:

- Phase a): Aus dem Vorzeichen der Spannung (U1 ) zwischen den beiden Bezugselektroden kann geschlossen werden, ob das IR-freie Potenzial positiver oder negativer als -0.95 V CSE ist.

- Phase b): Aus der Grösse der Spannung (U2) ist eine Aussage möglich, ob Passivität vorliegt oder nicht. Der zeitliche Verlauf der Spannung (U2) kann diese Schlussfolgerung noch zusätzlich bestätigen.

- Phase c): Das negative Potenzial (E3) führt zu erhöhten Spannungen (U3) und ermöglicht die Ortung von kleinsten Fehlstellen. Ausserdem wird die Bewertung der Spannung (U2) in Phase b) möglich.

- Phase d): Die Fehlstellen können wieder in einen stabilen normalen Betriebszustand gelangen.

[0016] Da der zeitliche Mittelwert der negativen und positiven Potenzialverschiebungen jenem in Phase d) entspricht, können die negativen Auswirkungen der anodischen und kathodischen Beeinflussungen gemäss neusten Erkenntnissen eliminiert oder zumindest stark verringert werden.

[0017] Damit kann mit demselben bewährten Messprinzip eine umfassende Bewertung der Lage der Stahloberflächen an der umhüllten Rohrleitung, der Wirksamkeit des KKS und des Korrosionszustands vorgenommen werden, wobei im Gegensatz zur Intensivmessung kein Potenzialanschluss an die Rohrleitung mitgezogen werden muss. Damit die Wirkung des Längsspannungsfall auf der Rohrleitung erfasst und berücksichtig werden kann, muss bei jedem Messkontakt das Potential der vier Zustände gegen eine ferne Bezugselektrode kontrolliert und gegebenenfalls angepasst werden. Die Anpassung kann dabei manuell, ferngesteuert oder vollautomatisch in Echtzeit erfolgen. Für letzteres muss an dem Messkontakt eine Fernüberwachung mit Datenverbindung zu den Schutzstromgeräten vorliegen. Alternativ kann der effektive Wert des Potenzials auch aufgezeichnet werden wobei die Messdaten später mit den tatsächlich vorliegenden Werten abgeglichen werden.

3 Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0018]

In Fig. 1 ist der Messaufbau für die Ortung von Stahloberflächen 1 , welche in Kontakt mit dem umgebenden Elektrolyten 3 sind, an einer umhüllten Stahlstruktur 2 und zur Ermittlung von deren Korrosionszustand gezeigt.

In Fig. 2 sind die Spannungen U0 bis U3 gemessenen bei verschiedenen Potenzialen E0 bis E3 der Stahlstruktur für verschiedene Stahloberflächen 1 A, B, C und D, welche in Kontakt mit dem Elektrolyten 3 sind, dargestellt

In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf der Spannung U2 beim Potenzial E2 für eine Stahloberfläche 1 A in Kontakt mit einem Elektrolyten 3 mit einem neutralen phl-Wert und einer Stahloberfläche 1 B in Kontakt mit einem Elektrolyten 3 mit einem phl-Wert von 13 dargestellt.

In Fig. 4 ist der Messaufbau an einem Messkontakt 1 1 in der Nähe der ersten Bezugselektrode 4 dargestellt, welcher für die Anpassung oder Regelung respektive Registrierung der Potenziale E0 bis E3 verwendet wird.

In Fig. 5 ist der Aufbau an den Erdungsanlagen 15 mit Kondensatoren 14 dargestellt, welcher ein schnelles Umschalten der Potenziale E0 bis E3 ermöglicht.

Weg zur Ausführung der Erfindung

[0019] Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Messaufbau für die Ortung von einer Stahloberfläche 1 , welche mit einem Elektrolyten 3 in Kontakt ist, und für den Nachweis von deren Korrosionszustand an einer Stahlstruktur 2, welche vorzugsweise umhüllt ist. Die Ströme 10 bis 13, welche bei den Potenzialen EO bis E3 durch die Stahloberfläche 1 in den Elektrolyten 3 übertreten, werden als Spannungen U0 bis U3 zwischen einer ersten Bezugselektrode 4 und einer zweiten Bezugselektrode 5 mit Hilfe eines Spannungsmessgeräts 6 bei unterschiedlichen Potenzialen E0 bis E3 gemessen. Die Potenziale E0 bis E3 werden mit Hilfe eines elektrischen Stroms zwischen einer Elektrode 10 und der Stahlstruktur 2 von einem Gerät 7 eingestellt. Die erste Bezugselektrode 4 wird über der Stahlstruktur 2 mit dem Elektrolyten 3 in Kontakt gebracht, während die zweite Bezugselektrode 5 seitlich versetzt von der Stahlstruktur 2 mit dem Elektrolyten 3 in Kontakt gebracht wird. Das Gerät 7 ist in der Lage die Potenziale EO bis E3 zyklisch während den Zeiten tO bis t3 auf die Stahlstruktur 2 aufzubringen. Das Schutzstromgerät 7 kann die verschiedenen Potenziale zum Beispiel mit Hilfe eines Umschalters 8 und mehreren Gleichspannungsquellen 9 über eine Elektrode 10 auf die Stahlstruktur 2 aufbringen. Alternativ kann das Gerät 7 auch durch Pulsmodulation, über Operationsverstärker oder Potenzialsteuerung die Potenziale einstellen.

[0020] Durch Verschieben der ersten Bezugselektrode 4 entlang der Stahlstruktur 2 ist es möglich die laterale Verteilung der Spannungen UO bis U3 zu erfassen. Die zweite Bezugselektrode 5 kann dabei stationär sein oder ebenfalls verschoben werden.

[0021 ] In Fig. 2 sind die Ergebnisse von Messung an vier Stahloberflächen 1 A, B, C und D dargestellt. Die Polarisationsdauern t1 bis t3 wurden dabei so gewählt, dass der zeitliche Mittelwert des Potenzials negativer als -1 V und vorzugsweise im Bereich von EO lag. Damit konnte eine Beeinflussung der Stahlstruktur während der Messung minimiert werden. Bei diesen Messungen wurde die erste Bezugselektrode 4 mit dem «com»-Anschluss des Spannungsmessgeräts 6 verbunden. Bei E3 von -3 V CSE und EO von -1.17 V CSE wurden in allen vier Fällen deutliche Spannungstrichter gefunden, welche eine Folge des Stromzutritts zu den Stahloberflächen 1 sind. Bei E1 von -0.95 V CSE wird bei A und B eine positive Spannung U1 gefunden. Diese bedeutet, dass das IR-freie Potenzial der Stahloberflächen 1 positiver als -0.95 V CSE ist. Eine Beurteilung der Wirksamkeit des KKS ist folglich bei A und B basierend auf E1 nicht möglich. Im Gegensatz dazu wird bei den Stahloberflächen 1 C und D eine leicht negative Spannung U1 gemessen. Dies bedeutet, dass das IR-freie Potential bei Stahloberfläche 1 C und D negativer als das Kriterium von -0.95 V CSE ist. Folglich ist bei diesen Stahloberflächen 1 der KKS wirksam und der Schutz vor Korrosion entweder durch Immunität oder Passivität gewährleistet. Bei E2 von 0 V CSE wird bei B und C ein leicht negativer Wert nahe bei null gefunden. Dies bedeutet, dass die Passivität den anodischen Stromdurchtritt unterbindet. Folglich kann geschlossen werden, dass bei B und C der pH-Wert an der Stahloberfläche 1 ausreichend hoch ist für die Bildung eines schützenden Passivfilms. Im Gegensatz dazu wird bei der Stahloberfläche 1 A und D ein deutlicher negativer Spannungstrichter beobachtet, welcher anodischen Stromdurchtritt zeigt. In diesem Fall sind die Bedingungen für Passivität nicht gegeben. Der KKS ist somit bei Stahloberfläche 1 C nicht wirksam, da sowohl das IR-freie Potential positiver als -0.95 V CSE ist und zudem der pH-Wert zu tief für die Bildung eines schützenden Passivfilms ist. Bei B und C beruht der Schutz auf Passivität und bei D beruht er auf Immunität. Bei Stahloberfläche 1 A liegt demgegenüber Korrosion vor.

[0022] Diese Ausführungen zeigen wie mit Hilfe des Verfahrens eine Ortung der Stahloberflächen 1 , die Ermittlung des IR-freien Potenzials relativ zum Sollwert von -0.95 V CSE und die Bewertung des Korrosionszustands möglich sind.

[0023] In vielen Fällen können die Spannungsdifferenzen zwischen der ersten Bezugselektrode 4 und der zweiten Bezugselektrode 5 durch fremde Spannungstrichter oder durch heterogene Feuchteverteilung im Boden beeinflusst werden. Es ist daher wichtig, dass die Daten durch unabhängige weitere Messungen verifiziert werden können. Dies ist beson-

4 ders bei geringen Spannungstrichtern wesentlich. Aus der Analyse der Daten in Fig. 2 folgt, dass bei Stahloberflächen 1 mit Passivität kein linearer Zusammenhang zwischen den verschiedenen Messpunkten Besteht. Der Grund dafür liegt in der Bildung des Passivfilms auf der Stahloberfläche. Dadurch wird der anodische Stromfluss stark verringert. Wenn die Passivität nicht vorliegt, ist der Ladungsdurchtrittswiderstand gering und der Stromfluss wird in erster Linie durch den Ausbreitungswiderstand der Stahloberfläche 1 bestimmt, was zu einer linearen Abhängigkeit der Spannungstrichter UO bis U3 vom Potenzial EO bis E3 führt. Nebst dem Vorzeichen und der Grösse von U2 kann die Passivität auch durch die Linearität der Daten überprüft werden. Dies ist wichtig, da Fremdgradienten zu einer Beeinflussung der Spannungen UO bis U3 führen können, wodurch die Kurven in Fig. 2 nach oben oder unten verschoben werden. Die Aussagekraft der Absolutwerte und des Vorzeichens wird damit beeinträchtigt.

[0024] Die Nichtlinearität der Daten in Fig. 2 bei Vorliegen eines Passivfilms wird erhöht, wenn t2 möglichst gross gewählt wird. Da Redoxsysteme, wie Fe(ll)/Fe(lll) auf der Stahloberfläche 1 vorliegen können oder der Passivfilm beim Potenzial E2 in seiner Dicke wachsen muss, kann es auch bei Passivität zu einem grösseren anodischen Strom und damit zu einem stärker negativen Wert von U2 kommen, welcher als Korrosion interpretiert werden könnte. Bei Vorliegen von Passivität wird der anodische Strom in seiner Grösse aber abnehmen, während er bei Korrosion weitgehend konstant bleibt. Dieser Effekt ist in Fig. 3 für den Fall von einer Stahloberfläche 1 A mit Passivität und einer Stahloberfläche 1 B mit Korrosion dargestellt. Das Aufzeichnen von U2 als Funktion der Zeit kann daher die Bewertung des vorliegenden Korrosionszustands noch zusätzlich verbessern.

[0025] Die Linearität bei negativen Potenzialen EO, E1 und E3 ist auf die Wasserstoffentwicklung an der Stahloberfläche

1 zurückzuführen, während die Abweichung von der Linearität durch die Bildung des Passivfilms verursacht wird. Da die Wasserstoffentwicklung vom pH-Wert an der Stahloberfläche 1 abhängt, können die Daten in Fig. 2 für die Bestimmung des pH-Werts verwendet werden, wobei idealerweise eine numerische Simulation vorgenommen wird. Damit die Ermittlung möglichst exakt wird, kann es sinnvoll sein die Zahl der Potenziale stark zu erhöhen und im Bereich der Abweichung von der Linearität eine feine Abstufung der Potenziale vorzunehmen. Ausserdem ist es sinnvoll weitere Parameter wie zum Beispiel den Bodenwiderstand aber auch die Verlegetiefe der Rohrleitung, den exakten Verlauf des Spannungstrichters und die Wechselspannung zu ermitteln.

[0026] Die Problematik besteht darin, dass es entlang der Rohrleitung zu Spannungsfällen aufgrund des Schutzstroms kommen kann. Dieser Effekt ist insbesondere bei schlecht umhüllten Rohrleitungen relevant. Es ist aber auch möglich, dass das Rohrleitungspotenzial durch Gleichstrom beeinflusst wird. Damit im untersuchten Abschnitt möglichst exakte Daten ermittelt werden, können entsprechend Fig. 4 an einem oder mehreren der jeweils nächstgelegenen Messkontakte 1 1 die Potenziale EO bis E3 mit einem Spannungsmessgerät 13 gegen eine Bezugselektrode 12, welche seitlich weit von der Stahlstruktur 2 entfernt mit dem Elektrolyten 3 in Kontakt steht und vorzugsweise auf ferner Erde steht, gemessen werden. Falls Abweichungen von den Sollwerten vorliegen, können über Fernwirktechnik Anpassungen am Schutzstromgerät 7 vorgenommen werden. Falls starke zeitliche Variationen auftreten, kann das Spannungsmessgerät 13 in Echtzeit Korrekturen am Schutzstromgerät 7 vornehmen. Dabei wird berücksichtigt, dass bei Anpassung von einzelnen Potenzialen EO bis E4, vorzugsweise aber von E1 , der zeitliche Mittelwert an der Rohrleitung aufrechterhalten wird.

[0027] Alternativ ist es auch möglich die Anzahl an Potenzialen stark zu erhöhen und eine zyklische Spannungsrampe zu fahren, welche z.B. eine Sinusform, eine Dreiecksform, eine Sägezahnform oder jede beliebige andere zeitliche Variation aufweisen kann. Wichtig ist dabei, dass das Schutzstromgerät 7 zumindest kurzzeitig auch anodische Ströme auf die Leitung aufbringt. In diesem Fall muss das Potenzial gemessen mit dem Spannungsmessgerät 13 gegen die Bezugselektrode 12 kontinuierlich erfasst werden. Über den Messzeitpunkt wird es dann möglich die Spannung, welche zwischen der ersten Bezugselektrode 4 und der zweiten Bezugselektrode 5 gemessen wurden, mit den Messdaten gemessen mit dem Spannungsmessgerät 13 am Messkontakt 1 1 abzugleichen. So kann jeder Spannung UO bis U3 zwischen der ersten Bezugselektrode 4 und zweiten Bezugselektrode 5 ein Potenzial EO bis E3 zugeordnet werden. Natürlich ist es auch möglich die Werte vom Spannungsmessgerät 13 über Funk in Echtzeit an das Spannungsmessgerät 6 zu übermitteln, damit die Ergebnisse sofort verfügbar sind.

[0028] In Fig. 5 sind die Anpassungen dargestellt, welche bei einer Erdungsanlagen 15 vorgenommen werden können, um ein schnelles Umschalten der Potenziale EO bis E3 zu ermöglichen. Auf diese Weise wird keine Zeit für das Laden und Entladen eines Kondensators 14 verloren. Dazu ist die Anzahl der Kondensatoren zu erhöhen und ein Umschalter 16 einzubauen, welcher synchron mit dem Umschalter 8 im Gerät 7 die verschiedenen Kondensatoren zuschaltet. Idealerweise entspricht die Anzahl der Kondensatoren 14 der Anzahl Potenziale EO bis E3. Auf diese Weise bleiben die Kondensatoren stets geladen und es wird keine Zeit für Umladungsprozesse verloren.

[0029] Selbstverständlich ist das Verfahren nicht auf das diskutierte Beispiel begrenzt. So ist es selbstverständlich möglich die Anzahl Potenziale auf zwei oder drei zu verringern oder diese auch beliebig zu erhöhen. Ausserdem können die Potenziale durch mehrere Geräte 7 verbunden mit jeweils einer oder mehreren Elektroden 10 auf die Stahlstruktur 2 aufgebracht werden, wobei jedes der Geräte 7 nur jeweils eines oder auch mehrere der unterschiedlichen Potenziale EO bis EX aufbringt. Anstelle von Gleichspannungsquellen 9, können auch Kondensatoren 14 anstelle verwendet werden, wobei die Erdungsanlage 15 die Funktion der Elektrode 10 übernimmt. Wesentlich ist aber, dass mindestens zwei unterschiedliche Potenziale EO und E1 durch Stromfluss von einer Stromquelle 9 oder einem Kondensator 14 auf die Stahlstruktur 2 aufgebracht werden. Idealerweise wird bei mindestens einem Potenzial EY ein positiver anodischer Strom auf die Stahlstruktur

2 aufgebracht. Ebenso kann es ausreichend sein dieses Umschalten einmalig durchzuführen um eine einzelne bereits

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Claims (22)

1. mit anderen Verfahren identifizierte Stahloberfläche 1 in Bezug auf das Vorliegen eines Passivfilms zu untersuchen. Bei zyklischem Umschalten des Potenzials ist wichtig, dass der zeitliche Mittelwert derart eingestellt wird, dass die negativen Auswirkungen der Messung auf die Struktur minimiert werden, da sonst die Aussagekraft der Messung mit zunehmender Messdauer beeinträchtigt wird. Ebenso ist es möglich den Stromfluss des Geräts 7 zwischen den einzelnen Potenzialen EO bis EX oder nach jeder Sequenz der Potenziale EO bis EX temporär zu unterbrechen. Das Verfahren kann selbstverständlich auch auf einem Probeblech durchgeführt werden. Anstelle der Messung der Spannungen UO bis UX kann dabei direkt der Strom IO bis IX gemessen werden. Dieser ist proportional zu den Spannungen UO bis UX und erlaubt die identischen Analysen. Ebenso ist es möglich, zum Beispiel bei der Beurteilung von Probeblechen, die Ströme 10 bis IX direkt mit einem Strommessgerät oder mit Hilfe des Spannungsfalls über einem Shuntwiderstand zu messen. Weiter können die erste Bezugselektrode 4 und die zweite Bezugselektrode 5 aus jedem beliebigen Material oder von jedem beliebigen Typ sein. Insbesondere kann auch die Stahlstruktur 2 anstelle der zweiten Bezugselektrode 5 verwendet werden. [0030] Ausserdem kann das Verfahren selbstverständlich auch an anderen Stahloberflächen 1 und in anderen Elektrolyten 3, wie zum Beispiel an Bewehrungsstahl in Beton, zur Ermittlung des Korrosionszustands angewendet werden. In diesen Fällen kann es sinnvoll sein, dass die Elektrode 10 zusammen mit der ersten Bezugselektrode 4 verschoben wird. Patentansprüche 1. Verfahren zur Ortung von einer Stahloberfläche (1 ), welche in Kontakt mit einem Elektrolyten (3) ist, an einer Stahlstruktur (2) und zur Ermittlung von deren Korrosionszustand durch Messen der Ströme (IO) bis (IX) mit einem Strommessgerät oder als Spannungen (UO) bis (UX) zwischen einer ersten Bezugselektrode (4) und einer zweiten Bezugselektrode (5), welche beide mit dem Elektrolyten (3) in Kontakt sind, mit einem Spannungsmessgerät (6), dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Geräte (7) durch Stromfluss zwischen der Stahlstruktur (2) und einer oder mehreren Elektroden (10), welche mit dem Elektrolyten (3) in Kontakt sind, Potenziale (EO) bis (EX) für die Dauern (tO) bis (tX) auf die Stahlstruktur (2) aufbringen.
2. 2. Verfahren gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlstruktur (2) umhüllt ist.
3. 3. Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlstruktur kathodisch geschützt ist.
4. 4. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine beliebig grosse Anzahl von Potenzialen (EO) bis (EX) durch das Gerät (7) auf die Stahlstruktur (2) aufgebracht wird, wobei X vorzugsweise Werte von 1 , 2 oder 3 aufweist.
5. 5. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eines der Potenziale (EO) bis (EX) einen Wert zwischen -1 V CSE und -0.8 V CSE aufweist.
6. 6. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem positivsten Potenzial (EX) und dem negativsten Potenzial (EZ) grösser als 0.1 V, vorzugweise aber zwischen 1 V und 30 V ist.
7. 7. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die die Summe der Zeitdauern (tO) bis (tX) grösser als 0.001 Sekunden, vorzugsweise aber zwischen 1 und 60 Sekunden ist.
8. 8. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Mittelwert der Potenziale (EO) bis (EX) negativer als 0 V CSE, vorzugsweise aber negativer als -0.85 V CSE und idealerweise vergleichbar mit dem üblichen Potenzial der Stahlstruktur (2) ist.
9. 9. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Spannungen (UO) bis (UX) von den Potenzialen (EO) bis (EX) für die Bewertung des Korrosionszustands der Stahloberfläche (1) verwendet wird.
10. 10. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Spannungen (UO) bis (UX) von den Potenzialen (EO) bis (EX) für die Bewertung des Korrosionszustands der Stahloberfläche (1) verwendet wird, wobei die Linearität als Korrosion und die Nichtlinearität als Passivität interpretiert werden.
11. 1 1. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Veränderung des Absolutwerts der Spannung (UX) bei einem Potenzial (EX) für die Beurteilung der Passivität der Stahloberfläche (1) verwendet wird, wobei die Messdauer (tX) vorzugsweise grösser als 3 Sekunden ist.
12. 12. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Veränderung des Absolutwerts der Spannung (UX) bei einem Potenzial (EX) für die Beurteilung der Passivität der Stahloberfläche (1) verwendet wird, wobei die Verringerung der Spannung (UX) mit der Zeit als Passivität interpretiert wird.
13. 13. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Potenziale (EO) bis (EX) zu einem anodischen Stromfluss auf die Stahlstruktur (2) führt.
14. 14. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Potenziale (EO) bis (EX) der Stahlstruktur (2) durch das Gerät (7) aufgrund der Potenzialwerte (EO) bis (EX) gemessen von einem Spannungsmessgerät (13) an einem beliebigen Messkontakt (1 1 ) gegen eine Bezugselektrode (12) erfolgt. 6
15. 15. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bezugselektrode (4) oder die erste Bezugselektrode (4) und die zweite Bezugselektrode (5), welche alle in Kontakt mit dem Elektrolyten (3) sind, entlang der Stahlstruktur (2) verschoben werden, um die Stahloberfläche (1 ) in Kontakt mit dem Elektrolyten (3) zu orten und deren Korrosionszustand zu erfassen.
16. 16. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10) neben der ersten Bezugselektrode (4) über der Stahlstruktur mit dem Elektrolyten (3) in Kontakt gebracht wird.
17. 17. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Geräte (7) die Potenziale (EO) bis (EX) über einen Umschalter (8) und eine Anzahl Gleichspannungsquellen (9) und/oder Kondensatoren (14) auf die Stahlstruktur (2) aufbringen.
18. 18. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschalter (16) synchron mit dem Gerät (7) zwischen mehreren Kondensatoren (14), welche mit einer Erdungsanlage (15) verbunden sind, umschaltet.
19. 19. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsmessgerät (6) mit dem Gerät (7) synchronisiert ist.
20. 20. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom IO bis IX mit einem Strommessgerät oder als Spannung UO bis UX über einen Shuntwiderstand gemessen wird.
21. 21. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlstruktur (2) anstelle der zweiten Bezugselektrode (5) zur Messung der Spannungen (UO) bis (UX) mit Hilfe des Spannungsmessgeräts (6) verwendet wird.
22. 22. Verfahren gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Spannungen (UO) bis (UX) von den Potenzialen (EO) bis (EX) für die Ermittlung des pH-Werts an der Stahloberfläche (1 ) verwendet wird. 7