DE102009012712B3

DE102009012712B3 - Korrosionstestsonde

Info

Publication number: DE102009012712B3
Application number: DE200910012712
Authority: DE
Inventors: Bernhard STÖCKER
Original assignee: CORRMORAN GmbH
Current assignee: RWE Power AG
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2029-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Korrosionstestsonde zur Erfassung der Korrosionsrate von Leitungen, Rohren oder Behältern, welche von einem korrosiven Fluid um- oder durchströmt werden, wobei die Testsonde einen Sondenkopf (16), der wenigstens zwei voneinander durch Isolierteile (8, 10) elektrisch isolierte Elektroden (7, 11) und an ihrem hinteren Ende eine Endplatte (1) aufweist, sowie eine an der Endplatte (1) des Sondenkopfs (16) angeordnete Trägerlanze (15) umfasst. Um eine solche Korrosionstestsonde so weiterzubilden, dass sie eine höhere Dichtigkeit gegen das Eindringen von korrosiven Gasen in das Sondeninnere und damit eine längere Lebensdauer aufweist, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Endplatte (1) durch wenigstens zwei in Längsrichtung der Testsonde hintereinander angeordnete und aneinander anliegende Scheiben (1a, 1b) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Korrosionstestsonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Sondenkopf für eine solche Korrosionstestsonde.
Eine gattungsgemäße Korrosionstestsonde ist aus der US 3,486,996-B bekannt. Diese Korrosionstestsonde dient zur Erfassung der Korrosionsrate von metallischen Konstruktionsteilen bei hoher Temperatur (d. h. bei T > 100°C), welche einem korrosiven Elektrolyt ausgesetzt sind. Die Erfassung der Korrosionsrate erfolgt über eine Polarisationsmessung mit einer länglichen gattungsgemäßen Korrosionstestsonde, welche drei voneinander getrennte Messelektroden aus metallischem Material umfasst, nämlich eine Arbeitselektrode, eine Gegenelektrode und eine Referenzelektrode. Die Messelektroden sind durch Isolierringe gegeneinander elektrisch isoliert. Hierfür sind die Isolierringe und die Messelektroden miteinander über Schraubgewinde verschraubt. Die Messelektroden werden über elektrische Leitungen, welche im Inneren der zylindrischen Korrosionstestsonde verlaufen, an einen Potentiostaten angeschlossen.
Aus der US 3,491,012-A ist eine Korrosionstestsonde zur Erfassung der Korrosionsrate von Metallen in einer korrosiven Flüssigkeit bekannt, wobei die Testsonde einen Sondenkopf umfasst, der wenigstens zwei voneinander durch Isolierteile elektrisch isolierte Elektroden und an seinem hinteren Ende eine Endplatte aufweist. Am hinteren Ende des Sondenkopfs ist ein Gewinde vorgesehen, über welches der Sondenkopf innerhalb eines eine korrosive Flüssigkeit enthaltenden Systems befestigt werden kann. Die Elektroden des Sondenkopfs sind über elektrische Leitungen an ein Korrosionsmeter angeschlossen. Im Inneren des hohlzylindrisch ausgebildeten Sondenkopfs ist eine Zugstange angeordnet, welche an einem Ende in einer das vordere Ende des Sondenkopfs bildenden Endkappe befestigt ist. Das andere Ende der Zugstange ist durch eine Bohrung in der das hintere Ende des Sondenkopfs verschließenden Endplatte geführt und dort gegen die Rückstellkraft einer Feder mittels einer Schraubenmutter verschraubt, wobei die Feder zwischen der Endplatte und der Schraubenmutter angeordnet ist. Über die Einstellung der Schraubenmutter kann dadurch eine Spannung auf den Sondenkopf ausgeübt werden, welche die Elektroden und die Isolierteile so gegeneinander verspannt, dass diese flüssigkeitsdicht aneinander anliegen.
Aus der WO 1988/001052 A1 ist eine weitere Korrosionstestsonde bekannt, welche über einen hohlzylindrischen Sondenkopf verfügt, der am vorderen Ende und am hinteren Ende durch Endstücke verschlossen ist, wobei das hintere Endstück als scheibenförmige Endplatte ausgebildet ist. Der Sondenkopf umfasst mehrere Elektroden, die voneinander durch Isolierringe getrennt und gegeneinander elektrisch isoliert sind. Über Federelemente ist eine Spannung auf den Sondenkopf aufgebracht, um die Elektroden und die Isolierteile gegeneinander zu drücken, damit auch bei unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Bestandteile des Sondenkopfs eine Dichtigkeit gewährleistet wird.
Mit solchen Korrosionstestsonden kann beispielsweise die Korrosionsrate von Leitungen, Rohren oder Behältern, die von einem korrosiven Fluid um- oder durchströmt werden, erfasst werden. Hierfür werden die Materialien der Messelektroden so ausgewählt, dass sie mit dem Material der Leitung, des Rohres bzw. des Behälters übereinstimmen, so dass von der mit der Korrosionstestsonde erfassten Korrosionsrate unmittelbar auf die Korrosionsrate der Leitung, des Rohren oder des Behälters geschlossen werden kann. Ein mögliches Einsatzfeld für eine gattungsgemäße Korrosionstestsonde ist die Erfassung der Korrosionsrate an metallischen Wärmetauschern einer Müllverbrennungsanlage, in der die hohe Korrosivität der entstehenden Abgase zu einem hohen Materialabtrag an den metallischen Wärmetauscherrohren führt, über die den Abgasen zur Erzeugung von (überhitztem) Wasserdampf Wärme entzogen wird. Insbesondere die Korrosion im Bereich der Kesselwände und der Überhitzerrohre stellt in einer Müllverbrennungsanlage, wie auch in Biomasse-Verbrennungsanlagen und Ersatzbrennstoff-Verbrennungsanlagen, einen bedeutenden Kostenfaktor dar. Durch eine Reduktion der Korrosion können einerseits die Aufwendungen für Wartung und Instandhaltung der Verbrennungsanlage reduziert und andererseits kürzere Stillstände der Anlage während einer Revision ermöglicht werden. Aus diesen Gründen wurden bereits große Anstrengungen unternommen, einerseits die Ursachen der Korrosionsprozesse in solchen Verbrennungsanlagen zu klären und andererseits, verbunden mit einer In-Situ-Erfassung der Korrosionsrate und eine geeignete Steuerung der Verbrennungsanlage, Maßnahmen zur Reduzierung der Korrosionsrate einzuleiten.
Zur In-Situ-Erfassung der Korrosionsrate in einer Verbrennungsanlage wird die gattungsgemäße Korrosionstestsonde in den Kessel eingeführt und elektrisch mit einem Potentiostaten verbunden. Bei laufendem Betrieb der Verbrennungsanlage wird die Korrosionstestsonde von den korrosiven Gasen in dem Kessel umströmt. Dadurch kann die Korrosionsrate innerhalb des Kessels bzw. des Überhitzerrohres über eine elektrochemische Messung erfasst werden. Das elektrochemische Messverfahren basiert auf der Messung der elektrischen Signatur, d. h., dem Ladungstransfer zwischen dem Material, dessen Korrosionsrate bestimmt werden soll und dem korrosiven Medium, welches durch den Kessel bzw. das Überhitzerrohr strömt, während der für den Korrosionsprozess charakteristischen Reaktionen. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Messprinzipien bekannt. Das einfachste Messverfahren, mit dem auch eine gattungsgemäße Korrosionstestsonde betrieben werden kann, ist die Messung des statischen oder quasi-statischen Polarisationsleitwerts. Hier wird zum einen das freie Korrosionspotential bei einer stromlosen Messung und zum anderen eine Strom-Spannungskennlinie mit vorgegebener zeitlicher Änderung der Spannung aufgenommen. Vorzugsweise geschieht dies in einer Drei-Elektroden-Schaltung, wie sie aus der Korrosionstestsonde der US 3,486,996-B bekannt ist. Hierbei wird die angelegte Spannung (Überspannung) gegen eine unabhängige (stromlose) Referenzelektrode geregelt und der zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode fließende Strom gemessen. Aus der Steigung der Kennlinie kann über eine einfache mathematische Relation der Korrosionsstrom bzw. eine zu diesem proportionale Messgröße ermittelt werden. Diese Messprinzipien sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Bei der Verwendung einer gattungsgemäßen Korrosionstestsonde für die In-Situ-Erfassung der Korrosionsrate in den Behältern und Leitungen einer Verbrennungsanlage hat sich gezeigt, dass die Korrosionstestsonde nicht dicht genug ist, um das Eindringen der hochkorrosiven Abgase aus dem Verbrennungsprozess in das Innere der Korrosionstestsonde zu verhindern. Durch das Endringen der hochkorrosiven Abgase in das Innere der Sonde kann jedoch die Funktion der Sonde beeinträchtigt werden, insbesondere wegen einer Verschlechterung der elektrischen Kontaktierung der im Inneren der Sonde verlaufenden elektrischen Leitungen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Korrosionstestsonde so weiter zu bilden, dass sie eine höhere Dichtigkeit gegen das Eindringen von korrosiven Gasen in das Sondeninnere und damit eine längere Lebensdauer aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Korrosionstestsonde mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder mit einer Korrosionstestsonde mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Korrosionstestsonde sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Zur Lösung der Aufgabe tragen ferner die in den Ansprüche 25 und 26 definierten Sondenköpfe für Korrosionstestsonden bei.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
1: Perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Korrosionstestsonde;
2: Detailansicht des Sondenkopfs der Korrosionstestsonde von 1;
3: Explosionsdarstellung der Korrosionstestsonde von 1;
4: Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführungsform des Sondenkopfs;
5: Detailansicht der Endplatte des Sondenkopfs von 2;
Die erfindungsgemäße Korrosionstestsonde wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels einer Korrosionstestsonde zur In-Situ-Erfassung der Korrosionsrate in den Überhitzerrohren einer Verbrennungsanlage dargestellt. Hierfür wird die nachfolgend beschriebene Sonde bei laufendem Betrieb der Verbrennungsanlage in die von den korrosiven Abgasen durchströmten Überhitzerrohren eingeführt und elektrisch mit einem Korrosionsmeter zur Durchführung der elektrochemischen Messungen verbunden. Die erfindungsgemäße Korrosionstestsonde kann jedoch auch für andere Anwendungen eingesetzt werden, in denen die Korrosionsrate von metallischen Bauteilen, welche einem korrosiven Medium ausgesetzt sind, zu erfassen ist.
Die in 1 gezeigte Korrosionstestsonde umfasst eine Trägerlanze 15 und einen daran angeordneten Sondenkopf 16. Der Sondenkopf 16 ist abnehmbar an der Trägerlanze 15 befestigt. In dem hier zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Korrosionstestsonde ist der Sondenkopf 16 mit der Trägerlanze 15 verschraubt. Andere Befestigungsmöglichkeiten, wie z. B. über einen Schnapp-, Klemm- oder Bajonett-Verschluss, können ebenfalls realisiert werden.
Wie aus der Explosionsdarstellung der 3 ersichtlich setzt sich die Trägerlanze 15 aus einer Hülse 21, einem unteren Verbindungsstück 20, einem oberen Verbindungsstück 22, einem Zwischenstück 23, einer Quetschverschraubung 24 mit einer Druckschraube 25, drei Haltestangen 26 und einer Halteplatte 27 mit einem Befestigungszylinder 28 zusammen. Die Hülse 21 ist in der Explosionszeichnung der 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit verkürzt dargestellt. Die Trägerlanze 15 hat eine Länge von ca. 2 m. Die Hülse 21 ist mit dem oberen und unteren Verbindungsstück 20, 22 verschweißt. Die Haltestangen 26 sind über den Befestigungszylinder 28 an der Halteplatte 27 und über die Quetschverschraubung 24, 25 an dem Zwischenstück 23 befestigt.
In der Trägerlanze 15 ist eine Kühleinrichtung mit einer kombinierten Luft- und Wasserkühlung vorgesehen. Über diese Kühleinrichtung wird die Trägerlanze 15 und der Sondenkopf 16 gekühlt. Der Sondenkopf 16 wird während der Messung in den ca. 900°C heißen Abgasen der Verbrennungsanlage durch die Kühleinrichtung auf einer konstanten Messtemperatur gehalten, wobei die Messetemperatur der Rohr- bzw. Behälterwand entspricht, deren Korrosionsrate erfasst werden soll. Bei dem vorgesehenen Einsatzzweck der erfindungsgemäßen Korrosionstestsonde in einer Verbrennungsanlage ist dies die Temperatur der Überhitzerrohre während des Betriebs, welche typischerweise bei ca. 400°C liegt. Die in der Trägerlanze 15 angeordnete Kühleinrichtung umfasst eine Wasserkühlung mit Kühlleitungen, welche in der Trägerlanze 15 angeordnet sind und diese auf Temperaturen von ca. 50°C abkühlt. Weiterhin ist in der Trägerlanze 15 eine Kühlleitung vorgesehen, durch welche ein Kühlfluid, insbesondere Luft, zum Sondenkopf 16 geleitet wird. Der Sondenkopf 16 wird nur durch diese Luftkühlung auf die Messtemperatur von beispielsweise 400°C abgekühlt und über eine Temperaturregelung auf konstanter Messtemperatur gehalten. Die Zuleitung der Kühlleitungen von außen in die Trägerlanze ist in dem Zwischenstück 24 angeordnet, welches über entsprechende Anschlüsse für Kühlfluide (Kühlwasser und Kühlluft) verfügt. Der Austritt der Kühlleitungen erfolgt aus der Hülse 21.
Der in den 2 und 4 im Detail dargestellte Sondenkopf 16 trägt die Messelektroden. Bei dem hier zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind am Sondenkopf 16 insgesamt 4 Messelektroden angeordnet, nämlich eine Arbeitselektrode 11, eine Gegenelektrode 7 und eine Referenzelektrode 9, sowie eine Kalibrierelektrode 5. Die Elektroden 5, 7 und 11 sind voneinander durch Isolierringe 6, 8 und 10 getrennt und gegeneinander elektrisch isoliert. Die Elektroden 5, 7, 9 und 11 sind aus dem gleichen Material wie das von dem korrosiven Fluid durchströmte Rohr bzw. Behälterwand. Die Referenzelektrode 9 ist aus einem inerten Material, welches von dem korrosiven Fluid nicht angegriffen wird. Bei dem hier vorgesehenen Anwendungsbeispiel in einer Verbrennungsanlage sind die Messelektroden wie die Rohrwandung der Überhitzerrohre der Verbrennungsanlage aus dem Stahl 15 Mo3. Bei den Isolierringen 6, 8, 10 handelt es sich bevorzugt um Keramikringe aus Al₂O₃.
Die Arbeitselektrode 11 die Gegenelektrode 7 und die Referenzelektrode 9 werden in der aus dem Stand der Technik bekannten 3-Elektroden-Schaltung über elektrische Leitungen, welche im Inneren des Sondenkopfs 16 und der Trägerlanze 15 verlaufen, mit einem Korrosionsmeter kontaktiert. Die Kalibrierelektrode 5 dient zur Erfassung der absoluten Massenkorrosionsrate. Hierfür wird die Masse der Kalibrierelektrode 5 vor und nach einer längeren Messperiode von typischerweise einigen Monaten erfasst. Aus dem Massenunterschied, der durch die Korrosion des Materials der Kalibrierelektrode hervorgerufen wird, kann die absolute Korrosionsrate ermittelt werden und damit eine Kalibrierung der elektrochemischen Messung erfolgen.
Der in 2 gezeigte Sondenkopf 16 umfasst ferner an seinem hinteren, der Trägerlanze 15 zugewandten Ende optional einen Abstandhalter 2 und ein Übergangsstück 3, welche beide aus einer korrosionsbeständigen Nickelbasislegierung (bspw. Inconel^®) sind. Zwischen dem Übergangsstück 3 und der sich daran anschließenden ersten Elektrode (Kalibrierelektrode 5) ist ein weiterer Isolierring 4, der ebenfalls bevorzugt aus Keramik (Al₂O₃) besteht, angeordnet. Die Reihenfolge der Elektroden 5, 7, 9 und 11 kann gegenüber dem hier zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel auch anders angeordnet sein. Am vorderen Ende wird der Sondenkopf 16 durch einen becher- oder scheibenförmigen Hut 14 abgeschlossen. Zwischen dem Hut 14 und der sich daran anschließenden vordersten Elektrode (Arbeitselektrode 11) ist ein weiterer Isolierring 12 angeordnet, um die Messelektrode 11 vom Hut 14 elektrisch zu isolieren. Am hinteren Ende des Sondenkopfs 16, welches der Trägerlanze 15 zugewandt ist, ist der Sondenkopf 16 durch eine Endplatte 1 abgeschlossen. Der hohlzylindrische Sondenkopf 16 ist damit an seinem vorderen Ende durch den Hut 14 und an seinem hinteren Ende durch die Endplatte 1 stirnseitig verschlossen. In der Endplatte 1 sind Durchgangsbohrungen 18, 19 vorgesehen, durch welche die Kühlleitungen der Luftkühlung sowie die elektrischen Leitungen für die Kontaktierung der Elektroden aus dem Inneren der Trägerlanze 15 in den Sondenkopf 16 geführt werden.
Vergleichsversuche haben gezeigt, dass die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien in dem Sondenkopf zu einer unzureichenden Dichtigkeit des Sondenkopfs gegen den Eintritt von korrosiven Gasen in das Innere des Sondenkopfs führen. Die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrodenmaterialien (Stahl) und der Isoliermaterialien (Keramik) der Isolierteile führen unter den hohen Umgebungstemperaturen während der In-situ-Messungen zu hohen Zugspannungen, welche Risse in den Materialien und dadurch undichte Stellen im Sondenkopf erzeugen können.
Um die gewünschte Dichtigkeit des Sondenkopfs 15 zu erzielen, welche erforderlich ist, um den Eintritt der korrosiven Abgase in das Innere des Sondenkopfs 16 zu verhindern, ist in dem Sondenkopf 16 bevorzugt eine Zugeinrichtung vorgesehen. Diese Zugeinrichtung setzt die Elektroden 5, 7, 9 und 11 sowie den Abstandhalter 2, das Übergangsstück 3 und die Isolierringe 4, 6, 8, 10 und 12 unter eine Zugspannung und drückt diese an ihren jeweiligen Stirnflächen so eng aneinander, dass kein Gasdurchtritt möglich ist. Die Zugeinrichtung wird bei dem hier zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel gebildet durch eine Zugplatte, welche von der Endplatte 1 am hinteren Ende des Sondenkopfs 16 gebildet wird, den Hut 14 am vorderen Ende und eine Zugstange 13, welche zwischen der Endplatte 1 und dem Hut 14 zur Erzeugung der Zugspannung verspannt wird. Die Zugstange 13 weist an ihrem vorderen Ende ein Außengewinde auf. Die Zugstange 13 kann auch als Gewindestange ausgebildet sein. An ihrem vorderen Ende ist die Zugstange 13 mit einer im Zentrum des Huts 14 als Sackbohrung eingebrachten Gewindebohrung 17 verschraubt. An ihrem hinteren Ende ist die Zugstange 13 durch eine Bohrung 17' in der Endplatte 1 durchgeführt und über eine Mutter unter Spannung verschraubt. Die Zugstange 13 ist so dimensioniert, dass sie bei möglichst fester Verschraubung an der Endplatte 1 eine ausreichend hohe Zugspannung auf die dazwischen angeordneten Teile, also die Messelektroden, die Isolierringe, den Abstandhalter und (wenn vorhanden) das Übergangsstück, erzeugt. Die Zugstange 13 wird mit einem Drehmoment von mehr als 10 Nm, bevorzugt von etwa 50 Nm zwischen dem Hut 14 und der Endplatte 1 verschraubt. Die sich ergebende Zugspannung liegt im Bereich von 1,5–3,3 GPa.. Bei höheren Zugspannungen besteht die Gefahr, dass die Elektroden oder die Isolierringe beschädigt werden. Bevorzugt weist die Zugstange 13 einen Durchmesser von wenigstens 6 mm, bevorzugt von 8 mm auf, um die erforderliche Zugspannung ohne Bruch der Zugstange 13 erzeugen zu können. Stirnseitig ist in der Zugstange an ihrem hinteren Ende eine Gewindebohrung vorgesehen, in welche eine weitere, hier nicht zeichnerisch dargestellte Zugstange eingeschraubt wird. Die weitere Zugstange ist dünner als die Zugstange 13 und verläuft im Inneren der Trägerlanze 15 bis zu deren Ende. Dort ist sie über eine Befestigungsmutter verspannt.
Die Verspannung der Elektroden und der Isolierringe in dem Sondenkopf 16 reicht jedoch wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen bei sehr hohen Messtemperaturen von weit mehr als 400°C häufig nicht aus, um die erforderliche Dichtigkeit zu gewährleisten. Sowohl die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der Elektroden gegenüber den Isolierringen als auch der Außenseite des Sondenkopfs gegenüber der längs der Mittelachse im Inneren der Sonde verlaufenden Zugstange 13 führen zu thermischen und thermomechanischen Spannungen. Im Inneren des Sondenkopfs herrscht unter Messbedingungen eine niedrigere Temperatur als am Außenumfang, was zu thermischen Verspannungen führt. Dies führt bei Messtemperaturen von über 400°C (bspw. bei 700°C) häufig zu einer Beschädigung der Isolierringe.
Zum Ausgleich dieser thermischen bzw. thermomechanischen Spannungen ist nach der Erfindung vorgesehen, die Endplatte 1 als Scheibe 1a auszugestalten und mit Schlitzen 30, 31, 32 zu versehen, welche sich in Querrichtung der Scheibe 1a erstrecken. In 5 ist die Scheibe 1a, welche die Endplatte 1 bildet und zwischen 5 und 15 mm dick ist, in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Wie aus 5 ersichtlich, erstrecken sich die Schlitze 30, 31, 32 radial nach außen und sie sind radialsymmetrisch angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechs Schlitze in Form von zwei Schlitztripel, nämlich ein erstes Schlitztripel mit längeren Schlitzen 30, 31, 32 und ein zweites Schlitztripel mit kürzeren Schlitzen 30', 31', 32' vorgesehen, welche jeweils abwechselnd auf der kreisrunden Scheibe 1a radial in 60°-Abständen angeordnet sind. In der Scheibe 1a sind ferner die Durchgangsbohrungen 18, 19 zur Durchführung der elektrischen Leitungen und der Kühlleitungen sowie eine zentrale Bohrung 17' zum Einschrauben der Zugstange 13 vorgesehen. Die Schlitze 30, 31, 32 bzw. 30', 31', 32' erstrecken sich jeweils zwischen der zentralen Bohrung 17' und einer Durchgangsbohrung 18 oder 19. Die Anzahl und radiale Anordnung der Schlitze kann auch anders als in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel gewählt werden, wobei aus Gründen einer symmetrischen Spannungsverteilung bevorzugt eine radialsymmetrische Anordnung der Schlitze auf der Scheibe 1a gewählt wird. Die Schlitze in der Scheibe 1a, welche bevorzugt aus Edelstahl oder Federstahl ist, verleihen der Scheibe 1a eine Elastizität (ähnlich einer Blattfeder) und führen damit zu einem Ausgleich der thermischen Spannungen in der Endplatte 1. Vergleichsversuche haben gezeigt, dass die Schlitze in der Lage sind, thermisch bedingte Längenänderungen in der Größenordnung von 10–100 μm auszugleichen. Die Schlitze in der Endplatte 1 führen damit zu einer verbesserten Dichtigkeit des Sondenkopfs 16.
Zum Ausgleich der thermischen bzw. thermomechanischen Spannungen kann die Endplatte 1 erfindungsgemäß auch durch mehrere in Längsrichtung der Testsonde hintereinander angeordnete und aneinander anliegende Scheiben 1a, 1b, 1c gebildet werden. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Endplatte 1 durch drei gleichförmige Scheiben 1a, 1b, 1c zusammengesetzt, welche jeweils wie die in 5 gezeigte Scheibe 1a gestaltet sind. Die drei Scheiben 1a, 1b, 1c sind bevorzugt aus Federstahl und in Längsrichtung der Testsonde hintereinander angeordnet und über die Zugstange 13 verspannt. Sie werden aufgrund der Verspannung durch die Zugstange 13 an ihren Scheibenflächen mit der Zugspannung gegeneinander gedrückt. Die Scheiben weisen jeweils eine Dicke von 2–4 mm und bevorzugt von ca. 3 mm auf. In jeder der drei Scheiben sind jeweils die Durchgangsbohrungen 18, 19 zur Durchführung der elektrischen Leitungen und der Kühlleitungen sowie eine zentrale Bohrung 17' zum Durchführen der Zugstange 13 vorgesehen. Die drei Scheiben 1a, 1b, 1c sind so hintereinander angeordnet, dass die Bohrungen 17', 18 und 19 jeweils fluchten, so dass darin die Leitungen und die Zugstange 13 durchgeführt werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 wurde das Distanzstück 3 und der zusätzliche Isolierring 4 weg gelassen.
Die hinsichtlich der thermischen Widerstandsfähigkeit besten Ergebnisse konnten mit Testsonden erzielt werden, bei denen drei jeweils mit Querschlitzen 30, 31, 32 versehene Scheiben 1a, 1b, 1c zur Bildung der Endplatte 1 des Sondenkopfs 16 verwendet worden sind. Vergleichsversuche haben ergeben, dass solche Testsonden Temperaturen von ca. 700°C über einen längeren Zeitraum stand halten können, ohne dass nennenswerte Undichtigkeiten im Sondenkopf 16 auftreten. Daraus ergibt sich, dass die erfindungsgemäß zur Reduzierung der thermischen und thermomechanischen Verspannungen im Sondenkopf 16 vorgeschlagenen Maßnahmen zur Optimierung der Dichtigkeit des Sondenkopfs auch miteinander kombiniert werden können.
Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Korrosionstestsonden weist die erfindungsgemäße Sonde darüber hinaus den Vorteil auf, dass der Sondenkopf 16 von der Trägerlanze 15 getrennt und von dieser abnehmbar ist. Durch die Ausbildung des von der Trägerlanze 15 abnehmbaren Sondenkopfs 16 als Wechselkopf ist ein schneller und einfacher Austausch der Messelektroden möglich. Durch die ausschließlich im Sondenkopf 16 angeordnete Zugeinrichtung kann ferner eine ausreichend hohe Zugspannung erzeugt werden, um die Ringteile des Sondenkopfs 16, also insbesondere die Messelektroden und die Isolierringe sowie den Abstandhalter, so gegeneinander zu verspannen und deren Dichtflächen so eng aneinander zu drücken, dass kein Gas mehr in das Innere des Sondenkopfs 16 eindringen kann. Die Anordnung der Zugeinrichtung ausschließlich innerhalb des Sondenkopfs 16 bewirkt eine thermische Entkopplung der Teile der Zugeinrichtung gegenüber der Trägerlanze 15. Dadurch kann der für die Dichtigkeit nachteilige Effekt der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien weiter minimiert werden.

Claims

Korrosionstestsonde zur Erfassung der Korrosionsrate von Leitungen, Rohren oder Behältern, welche von einem korrosiven Fluid um- oder durchströmt werden, wobei die Testsonde einen Sondenkopf (16), der wenigstens zwei voneinander durch Isolierteile (8, 10) elektrisch isolierte Elektroden (7, 11) und an seinem hinteren Ende eine Endplatte (1) aufweist, sowie eine an der Endplatte (1) des Sondenkopfs (16) angeordnete Trägerlanze (15) umfasst, wobei die Endplatte (1) durch wenigstens zwei in Längsrichtung der Testsonde hintereinander angeordnete und aneinander anliegende Scheiben (1a, 1b) gebildet ist.
Korrosionstestsonde zur Erfassung der Korrosionsrate von Leitungen, Rohren oder Behältern, welche von einem korrosiven Fluid um- oder durchströmt werden, wobei die Testsonde einen Sondenkopf (16), der wenigstens zwei voneinander durch Isolierteile (8, 10) elektrisch isolierte Elektroden (7, 11) und an seinem hinteren Ende eine Endplatte (1) aufweist, sowie eine an der Endplatte (1) des Sondenkopfs (16) angeordnete Trägerlanze (15) umfasst, wobei die Endplatte (1) durch eine Scheibe (1a) gebildet ist, in der Schlitze (30, 31, 32) vorgesehen sind, welche sich in Querrichtung der Scheibe (1a) erstrecken.
Korrosionstestsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Sondenkopf (16) vor der Endplatte (1) ein Abstandhalter (2) angeordnet ist.
Korrosionstestsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schlitze (30, 31, 32) radial nach außen erstrecken und radialsymmetrisch angeordnet sind.
Korrosionstestsonde nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (1) durch wenigstens drei in Längsrichtung der Testsonde hintereinander angeordnete und aneinander anliegende Scheiben (1a, 1b, 1c) gebildet ist, wobei in jeder Scheibe (1a, 1b, 1c) mehrere Schlitze (30, 31, 32) vorgesehen sind, welche sich in Querrichtung der jeweiligen Scheibe (1a, 1b, 1c) erstrecken.
Korrosionstestsonde nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der oder jeder Scheibe (1a, 1b, 1c) mehrere Durchgangsbohrungen (17', 18, 19) vorgesehen sind, wobei ggf. die Scheiben (1a, 1b, 1c) so übereinander angeordnet sind, dass die Durchgangsbohrungen (17', 18, 19) miteinander fluchten.
Korrosionstestsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schlitze (30, 31, 32) jeweils zwischen zwei Durchgangsbohrungen (17', 18, 19,) erstrecken.
Korrosionstestsonde nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (1a, 1b, 1c) aus Stahl, insbesondere Edel- oder Federstahl, oder einer Nickellegierung gefertigt sind.
Korrosionstestsonde nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkopf (16) drei Elektroden aufweist, nämlich eine Arbeitselektrode (11), eine Gegenelektrode (7) und eine Referenzelektrode (9), welche voneinander durch Isolierringe (8, 10) getrennt sind.
Korrosionstestsonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Isolierringen (8, 10) um Keramikringe handelt.
Korrosionstestsonde nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkopf (16) zylindrisch ausgebildet ist und an seinem hinteren Ende von der scheibenförmigen Endplatte (1) und an seinem vorderen Ende von einem scheibenförmigen Hut (14) abgeschlossen wird und dass die zwischen der Endplatte (1) und dem Hut (14) angeordneten Elektroden (7, 9, 11) und Isolierteile (8, 10) jeweils ringförmig sind.
Korrosionstestsonde nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sondenkopf (16) eine Zugeinrichtung angeordnet ist, welche die Elektroden (7, 9, 11) und die Isolierteile (8, 10) unter Zugspannung setzt und diese dadurch gegeneinander drückt.
Korrosionstestsonde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugeinrichtung von dem am vorderen Ende der Sonde angeordneten Hut (14) sowie einer Zugplatte und einer Zugstange (13) gebildet ist, wobei die Zugstange (13) zwischen der Zugplatte und dem Hut (14) angeordnet ist.
Korrosionstestsonde nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugplatte von der Endplatte (1) gebildet ist.
Korrosionstestsonde nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (13) längs der Mittelachse des zylindrischen Sondenkopfs (16) verläuft.
Korrosionstestsonde nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (13) von einer Gewindestange gebildet ist oder an ihrem vorderen Ende ein Außengewinde aufweist, mit dem die Zugstange (13) in einer Gewindebohrung (17) in dem Hut (14) eingeschraubt ist.
Korrosionstestsonde nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (13) eine Länge von ca. 5–20 cm und einen Durchmesser von wenigstens 6 mm, bevorzugt von 8 mm aufweist.
Korrosionstestsonde nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspannung wenigstens 1,5 GPa beträgt.
Korrosionstestsonde nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlanze (15) am hinteren stirnseitigen Ende des Sondenkopfs (16) befestigt und gegen den Sondenkopf (16) verspannt ist.
Korrosionstestsonde nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägerlanze (15) eine Kühleinrichtung vorgesehen ist.
Korrosionstestsonde nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägerlanze (15) eine Wasserkühlung zur Kühlung der Trägerlanze vorgesehen ist.
Korrosionstestsonde nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägerlanze (15) eine Kühlleitung verläuft, durch welche ein Kühlfluid zum Sondenkopf (16) geleitet wird.
Korrosionstestsonde nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenkopf (16) abnehmbar mit der Trägerlanze (15) verbunden ist.
Korrosionstestsonde nach Anspruch einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Elektrode in Form einer Kalibrierelektrode (5) zur Erfassung der absoluten Massenkorrosionsrate vorgesehen ist.
Sondenkopf für eine Korrosionstestsonde, welcher an seinem hinteren Ende von einer scheibenförmigen Endplatte (1) und an seinem vorderen Ende von einem scheibenförmigen Hut (14) begrenzt wird, wobei zwischen der Endplatte (1) und dem Hut (14) wenigstens zwei voneinander durch Isolierteile (8, 10) elektrisch isolierte Elektroden (7, 11) angeordnet sind und die Endplatte (1) durch wenigstens zwei in Längsrichtung der Testsonde hintereinander angeordnete und aneinander anliegende Scheiben (1a, 1b) gebildet ist.
Sondenkopf für eine Korrosionstestsonde, welcher an seinem hinteren Ende von einer scheibenförmigen Endplatte (1) und an seinem vorderen Ende von einem scheibenförmigen Hut (14) begrenzt wird, wobei zwischen der Endplatte (1) und dem Hut (14) wenigstens zwei voneinander durch Isolierteile (8, 10) elektrisch isolierte Elektroden (7, 11) angeordnet sind und die Endplatte (1) durch eine Scheibe (1a) gebildet ist, in der Schlitze (30, 31, 32) vorgesehen sind, welche sich in Querrichtung der Scheibe (1a) erstrecken.