DD203974A1 - Einrichtung zur untersuchung der korrosionsbestaendigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung dient der galvano-, potentiostatischen und potentiodynamischen, elektrochemischen sowie gravimetrischen Untersuchung von in Betrieb befindlichen korrosionsgefaehrdeten Objekten, wie Apparate, Behaelter und Rohrleitungen. Ziel der Erfindung ist es, am Korrosionsentstehungsort rechtzeitig, fehlerfrei und mit minimalem Aufwand die Korrosionsbestaendigkeit zu ermitteln, wobei Aufgabe der Erfindung, eine bei laufendem Betrieb des Objektes unkomplizierte Elektrodenauswechselbarkeit ist und mehrere unterschiedliche Werkstoffproben gleichzeitig untersucht werden koennen. Erfindungsgemaesz ist ein mehrere Werkstoffproben und die Gegenelektrode aufnehmender Probenkoerper mit einer, ein an sich bekanntes Absperrorgan aufnehmenden Halterung verbunden, wobei die Halterung derart an der Auszenwand des zu untersuchenden Objektes befestigt ist, dasz sie und Probenkoerper diese durchdringend in das mit korrosivem Medium gefuellte Objekte ragen. Ein Probestueck ist als Arbeitselektrode angeschlossen und steht ueber einen Stromschluessel mit der Bezugselektrode und ueber den Elektrolyten mit der Gegenelektrode in elektrolytischer Verbindung.

Description

Titel der Erfindung

Einrichtung zur Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird bei der Ermittlung der Kenngrößen der Korrosion und des elektrochemischen Korrosionsschutzes von in Eetrieb befindlichen korrosionsgefährdeten Objekten, wie Apparate, Behälter und Rohrleitungen angewandt. Galvano-, potentiostatische und potentiodynaffiische elektrochemische sowie gravimetrische Untersuchungen sind mit der erfindungsgemäSen Einrichtung möglich.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Korrosionserscheinungen, die bei Vorhandensein eines korrosiven Mediums an den Innenwandungen oder -einbauten von Apparaten, Behältern, Rohrleitungen und dgl. auftreten, können bereits durch eine Vielzahl von Einrichtungen beobachtet und ermittelt werden.

Aus der Literatur "Werkstoffeinsatz und Korrosionsschutz in der chemischen Industrie" 1971 ist die Anordnung von runden Werkstoffproben zum Einbau in Apparate, Behälter und Rohrleitungen zum Zwecke der Kcrrosionsuntersuchung bekannt.

Das Innere der mit korrosiven Medium gefüllten Anlagen kann mit Hilfe von bestimmten Gerätsn, wie Spiegelgeräte,

Faseroptik oder Fernsehkameras direkt beobachtet werden.

Diese Methode liefert aber nur zufriedenstellende Ergebnisse bei Stillstand der Anlagen oder wenn die Untersuchungen in Labors durchgeführt werden, wo entsprechende Betriebsbedingungen simuliert werden müssen. Dazu ist es notwendig, die Probestücke aus zusätzlichem Material herzustellen oder aus dem betreffenden zu untersuchenden Anlagenteil herauszutrennen, was einen zusätzlichen Arbeitsaufwand bedeutet.

Außerdem entsprechen simulierte Bedingungen nicht den realen Bedingungen.

Auch im DDR-Standard TGL 18 754 vom GuIi 1973 "Prüfung der Korrosionsbeständigkeit" ist der Dauertauchversuch in,ruhenden, flüssigen Angriffsmitteln beschrieben . Darin ist festgelegt, daß die Proben hängend anzuordnen sind und vollständig im Prüfmedium eintauchen müssen. Verschiedene Werkstoffe und oberflächengeschützte Proben mit unterschiedlicher Schichtart und Schichtdicke dürfen nicht gemeinsam in einem Gefäß geprüft werden. Dies bedeutet, daß für jede Materialart eine gesonderte zeitaufwendige Untersuchung notwendig ist.

Im DD-AP 136 933 ist ein Verfahren und eine Einrichtung für galvano- und potentiostatische elektrochemische Untersuchungen von Korrosionsvorgängen beschrieben. Die Untersuchung erfolgt dabei auf der Oberfläche des zu prüfenden Materials, z.B. Chemieapparate, zerstörungsfrei, wobei diese Oberfläche die Arbeitselektrode darstellt .

Auf dieser sind eine Vielzahl Meßpunkte durch den Einsatz von einer Vielzahl Kalomel-Bezugselektroden geschaffen.

Anliegen dieser Einrichtung ist es, inhomogene Korrosionsbedingungen mit Hilfe eines festen, plastischen oder flüssigen Elektrolyten und einem, mehrere Arbeits-, Gegen- und Bezugselektroden enthaltenen System, aufrechtzuerhalten.

Das Elektrodensystem ist dabei an einen galvano- und/oder potentiostatischen Meßkreis angeschlossen. Die Gegenelektrode ist als Metallnetz und die Bezugselektrode als ein, mit dem Metallnetz eine Konstruktionseinheit bildendes Kalomel-Kapillar-System ausgestaltet. Ein Fühlsystem ist an ein automatisches Auswertesystem angeschlossen .

Die Einrichtung ist zur Untersuchung und Prüfung von Betriebseinrichtungen in einer tragbaren Ausführung gestaltet .

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß zur ordnungsgemäßen Messung bei in Betrieb befindlichen Anlagen das darin gelagerte Gut zweckmäßigerweise abgelassen werden muß. Außerdem erfordert dieses Meßprinzip einen hohen apparativen Aufwand, wobei Schwierigkeiten konstruktiver Art durch Platzmangel zur Unterbringung des Elektrodenmaterials auftreten können. Diese Einrichtung wäre demnach nur bei konstruktiv einfachen Apparaten zweckmäßig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, am Korrosionsentstehungsort rechtzeitig, fehlerfrei und mit minimalem Aufwand die Korrosionsbeständigkeit zu ermitteln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ermittlung der Kenngrößen der Korrosion und des elektrochemischen Korrosionsschutzes zu entwickeln, die konstruktiv so gestaltet ist, daß eine bei in Betrieb befindlichen, mit korrosiven Medium gefüllten Objekten unkomplizierte Elektrcdenauswechselbarkeit gewährleistet ist und darüber hinaus mehrere Werkstoffproben auch von unterschiedlicher Materialart und Schutzschicht gleich-

zeitig untersucht werden können.

Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Probenkörper, der die Gegenelektrode und gleichzeitig mehrere Probestücke aufnimmt, die nebeneinander, elektrisch voneinander isoliert, angeordnet sind, vorhanden ist. Eine Halterung und der Probenkörper durchdringen die Außenwand des zu prüfenden Objektes und ragen in das Innere des mit korrosiven Medium gefüllten Objektes. Der Probenkörper ist mit der Halterung lösbar verbunden, wobei die Halterung für Ein- und Ausbauzvvecke bei laufendem Betrieb des Objektes ein an sich bekanntes Absperrund Schleusenorgan aufnimmt.

Durch einen in der Halterung befindlichen elektrischen Anschluß stellt ein Probestück die Arbeitselektrode dar, wobei die Arbeitselektrode mit der Gegenelektrode durch den Elektrolyten, dem korrosiven Medium, in Verbindung steht .

Die Gegenelektrode steht dabei mit einer Meßeinrichtung über die Halterung in elektrischer Verbindung.

Ober einen weiteren in der Halterung befindlichen elektrischen Anschluß und einem Stromschlüssel steht die Arbeitselektrode mit einer Bezugselektrode in elektrolytischer Verbindung.

Die Bezugselektrode besteht vorzugsweise für eine exakte Potentialmessung aus Silber/Quecksilberclorid, d.h. einer Kalomelelektrode. Sie kann aber auch aus einer anderen Elektrode zweiter Art bestehen.

Für hinreichend genaue Betriebs- und Überwachungsmessungen kann die Bezugselektrode unter Verwendung eines Stromschlüssels aus einer Elektrode erster Art, beispielsweise einer Zinkaiektrode, bestehen, die in der Mähe der Arbeitselektrode angeordnet ist. Sie kann aber auch ohne Stromschlüssel angeordnet sein.

Der Stromschlüssel steht mit einer Halterung für die Bezugselektrode in lösbarer Verbindung, so daß durch Verdrehen der Bezugselektrodenhalterung der Stromschlüssel entlüftet werden kann und sich selbsttätig mit Elektrolyt füllt.

Die auf dem Probenkörper befindlichen Probestücke können aus beliebigen, d.h. gleichen oder unterschiedlichen zu untersuchenden Werkstoffen bestehen.

Dabei ist es möglich, die Probestücke mit Schutzschichten zu versehen. Die Probestücke, zueinander in elektrolytischer Verbindung stehend, sind durch Distanzstücke und Isolierrohrstücke aus nichtleitfähigem Material räumlich und elektrisch voneinander getrennt.

Zur Erweiterung der Meßmöglichkeit, z.B. zur Bestimmung des Schutzwertes und damit zum quantitativen Nachweis der Wirksamkeit des Korrosionsschutzes, kann die Arbeitselektrode über einen Strommesser auch an das zu schützende Objekt angeschlossen sein.

Die Einrichtung arbeitet, indem über ein bekanntes Absperrorgan, bestehend aus Stutzen, Schieber und Schleuse, ein Elektrodensystem, bestehend aus Arbeitselektrode, Gegenelektrode und Bezugselektrode sowie auf dem Probenkörper mehrere befindliche Vergleichsprobenstücke auch während des Betriebes der Anlagen in das zu prüfende Objekt eingebaut und ausgebaut werden können.

Mit Hilfe dieser Elektroden und deren Anschluß in einer .Meßeinrichtung können die Kenngrößen der Korrosion direkt über die Auswertung der elektrochemischen Daten bzw. durch gravimetrische und fotometrische Auswertung ermittelt werden.

Diese Kenngrößen bilden den Ausgangspunkt für die Entscheidungsvorbereitung über die Anwendung von Korrosionsschutzmaßnahmen, z.B. den Einsatz des elektrochemischen Schutzes und die Verwendung von Inhibitoren sowie passiver Schutzschichten bzvi. geben Auskunft über den Schutz-

effekt bereits realisierter aktiver Schutzmaßnahmen. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Korrosionsgeschwindigkeit bei ebenmäßiger Korrosion

- eine Reduzierung der Korrosicnsgeschwindigkeit bei katodischer bzw. anodischer Polarisation des Probenkörpers

- die Schutzstromdichte und Potentialverschiebung in Abhängigkeit vom geforderten Schutzwert

- den Schutzwert bei aktiven Korrosionsschutzmaßnahmen

während des Betriebes des Objektes gleichzeitig oder nacheinander ermittelt werden kann.

Ausfuhrungsbeispie I

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der Einrichtung zur Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit

Fig. 2 den Probenkörper mit darauf angeordneten Probestücken als vergrößerte Einzelheit aus Fig. l

Fig. 3 die Halterung mit den Elektrodenanschlüssen als vergrößerte Einhelheit aus Fig. i

Die Einrichtung besteht aus den Bauteilen Probenkörper 1, Halterung 2, Schleuse 3 und Meßeinrichtung 4, die koaxial miteinander verbunden sind.

Der Probenkörper 1 (Fig. 2), dient der mittels Isolierrohrstücken 5 elektrisch isolierten Halterung bzw. Aufnahme von beisDielweise drei Probestücken 5.

Die Probestücke sind durch Distanzstücke 7 voneinander räumlich und elektrisch getrennt und bestehen ebenso wie die Isolierrohrstücke aus PVC-H. Sie können aber auch aus anderen Materialien bestehen.

Der Probenkörper i dient auch gleichzeitig als Gegenelektrode 8. Die Gegenelektrode 8 ist so gestaltet, daß sie auf dem zylindrischen Probenkörper l als Scheibe aufgeschweißt ist, die vorzugsweise aus Titan besteht und auf der zur Arbeitselektrode 9 zeigenden Seite platiniert und auf der der Arbeitselektrode abgewandten Seite mittels Duroplastbeschichtung isoliert ist. Sie kann auch aus legiertem Stahl bestehen, ist aber wegen der anodischen Auflösbarkeit etwa jährlich auszuwechseln .

Die Arbeitselektrode 9 befindet sich in elektrischem Kontakt mit einem in der Halterung 2 befindlichen Minus-Anschluß 10 (Fig. 2), auf dem zur Sicherung des elektrischen Kontaktes Graphitpulver aufgestreut ist. Der Probenkörper 1 ist in die Halterung 2 eingeschreibt . Der Anschluß der Gegenelektrode 8 erfolgt in der Halterung 2 über einen Plus-Anschluß 11 (Fig. 2).

Ein Stromschlüssel 12 stellt die elektrolytische Verbindung zur Oberfläche der Arbeitselektrode 9 mit der KaIomel-Bezugselekerode 13 her.

Zur Beseitigung der Luft im Stromschlüssel 12, was ein praktisches Problem darstellt, wird eine Bezugselektrodenhalterung 14 kurzzeitig durch Drehen gelockert und der Stromschlüssel 12 kann sich mit Elektrolyt füllen.

Zum Ein- und Ausbau der Einrichtung in das zu untersuchende Objekt bei laufendem Betrieb dient die Schleuse Bei geschlossenem Schieber 15 befindet sich die Halterung 2 in der Schleuse. Die axiale Beweglichkeit und gleichzeitige Abdichtung erfolgt mittels bekannter nicht dargestellter Stopfbuchse. Die Befestigung des Schiebers 15 erfolgt an einem bekannten, an öer Objektwand angebrachten Stutzen.

Nach öffnen des Schiebers 15 wird die Halterung 2 soweit in das Innere des zu prüfenden Objektes 16 eingeschoben, daß die Probestücke б und die Arbeitselektrode 9 vollständig im Elektrolyt eintauchen und eine Arretierung 17 mittels Schrauben erfolgt.

Mit dieser erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, schnell und sicher die Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit und des Schutzwertes aus der Gewichtsdifferenz der eingebauten Probenstücke und den elektrochemischen Daten zu ermitteln. Versuche haben ergeben, daß zum Beispiel bei der Prüfung von unlegiertem Stahl in einer strömenden, salzhaltigen, wäßrigen Lösung bei Raumtemperatur als optimale Versuchsdauer 20 Tage ermittelt wurden, wobei die Versuchsdauer abhängig von der Aggressivität des Mediums und der Art des Werkstoffes ist. Nach 20 Tagen änderte sich die Korrosionsgeschwindigkeit nur unwesentlich.

Die Ermittlung der Korrosionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Polarisation wird mittels Ruhepotentialmessung, Strom- bzw. Spannungskonstantmessung, potentiostatische bzw. galvanostatische oder potentiodynamische Messung durchgeführt.

Zur Untersuchung der Wirksamkeit des katodischen Schutzes, bei inhemogenen Korrosionserscheinungen ist die Anwendung mehrerer erfindungsgemäßer Einrichtungen zweckmäßig.

Eine zusätzliche gravimet rische Auswertung tnacht die Ausgangsgrößen für die Dimensionierung des katodischen Schutzes bestimmbar.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht zusätzlich die Möglichkeit der quantitativen Bestimmung des Schützetfekties bei in Betrieb befindlichen katodischen Schutzanlagen.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit im Inneren von in 3etrieb befindlichen, mit korrosivem Medium gefüllten Objekten; wie Apparate, Behälter und Rohrleitungen, rait einer Arbeitselektrode, einer Gegenelektrode und einer Bezugselektrode, gekennzeichnet dadurch, daß ein die Gegenelektrode (8) aufnehmender Probenkörper (1) mit einer, ein an sich bekanntes Absperrund Schleusenorgan aufnehmenden Halterung (2) lösbar verbunden, wobei die Halterung (2) derart an der Außenwand des zu untersuchenden Objektes (16) befestigt ist, daß sie und der Probenkörper diese durchdringend in das mit korrosivem Medium gefüllte Objekt ragen und auf dem Probenkörper (1) mehrere Probestücke (δ) nebeneinander angeordnet sind und dabei ein Probestück die Arbeitselektrode (S) darstellt, die mit der Gegenelektrode (3) sowie mit einer Bezugselektrode (13) elektrolytisch und mit einer an sich bekannten Meßeinrichtung (4) elektrisch verbunden ist.

2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die auf dem Probenkörper (1) angeordneten Probestücke (δ) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

3. Einrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Probestücke (6) durch Isolierrohrstücke (5) und Distanzstücke (7) voneinander getrennt sind.

3 Erfindungsanspruch

4. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gegenelektrode (8) mit der Meßeinrichtung (4) in elektrischer Verbindung steht.

5. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Bezugselektrode (13) eine Kalomelelektrode über einen 3t rcrnschlüssel (12) angeschlossen ..st.

6. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bezugselektrode (13) eine Zinkelektrode ist, die über einen Stromschlüssel (12) in der Nähe der Arbeitselektrode angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Punkt 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Stroraschlüssel (12) mit einer Bezugselektrodenhalterung (14) lösbar verbunden ist.

8. Einrichtung nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß anstelle eines Probestückes (6) das zu untersuchende Objekt (16) die Arbeitselektrode (9) darstellt.

Hierzu zwei Seiten Zeichnung