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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Ermittlung des Zustandes eines kohlenstoffbasierten, fluidausgesetzten Bauteils, einen Apparat, ein Verfahren zur Ermittlung des Zustandes eines kohlenstoffbasierten Bauteils und die Verwendung der Sensoranordnung zur Ermittlung des Zustands eines kohlenstoffbasierten, fluidausgesetzten Bauteils.
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Kohlenstoffbasierte Bauteile, wie z.B. Apparatebaugraphit-Bauteile, werden in vielen Prozessen eingesetzt, in denen hochgradig korrosive Medien gehandhabt werden, wie z.B. halogenhaltige, halogenidhaltige oder halogenwasserstoffhaltige Gase und Flüssigkeiten. Apparatebaugraphit-Bauteile enthalten mit Harz imprägnierten Feinkorngraphit. Kohlenstoffbasierte Bauteile werden in fluiddurchströmten Wärmeübertragungsapparaten, Wärmetauschern, z.B. Rohrbündelwärmeübertragern, Plattenwärmeübertragern, Verdampfern, Kolonnen, z.B. Destillations-, Desorptions-, Absorptionskolonnen, Reaktoren und Fluidenergiemaschinen, wie z.B. Pumpen, Kompressoren und in mit Treibmedium angetriebene Strahlpumpen etc. eingesetzt. Die Herstellung kohlenstoffbasierter Bauteile kann z.B. erfolgen, wie in dem Buch „Feinkorngraphite, Moderne Werkstoffe und ihre technische Anwendung“ von Alois Kindler, Werner Hoffmann, Wolfgang Vesper und Stefan Walter (Verlag Moderne Industrie, 2010, zweite Auflage, ISBN 978-3-937889-98-6) beschrieben.
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Kohlenstoffbasierte Bauteile unterliegen bei hohen Temperaturen z.B. einem korrosiven Angriff durch Sauerstoff (Abbrand) oder Wasserstoff (Methanisierung).
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Die Korrosionsfestigkeit der kohlenstoffbasierten Bauteile ist so hoch, dass viele Prozesse in technisch und wirtschaftlich sinnvoller Weise überhaupt nur in Apparaten durchgeführt werden können, die mit kohlenstoffbasierten Bauteilen und insbesondere mit Apparatebaugraphit-Bauteilen ausgestattetet sind.
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Obwohl die kohlenstoffbasierten Bauteile und insbesondere Apparatebaugraphit-Bauteile besonders korrosionsfest sind, kann in stark oxidierenden Medien eine - wenn auch nur langsam fortschreitende - signifikante Korrosion auftreten.
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Gerade in Prozessen, in denen hochgradig korrosive Medien gehandhabt werden, ist es besonders wichtig, den Korrosionszustand von Apparatebauteilen genau zu kennen. Schließlich gilt es jeden Austritt von hochgradig korrosiven Medien unbedingt zu verhindern. Folglich sind regelmäßige Stilllegungen und Öffnungen des Apparats zur Durchführung von Prüfungen unumgänglich.
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Die Erfinder gehen davon aus, dass insbesondere oxidierende korrosive Medien bei hohen Temperaturen zu einer Oxidation und/oder zu einer Austrocknung von den in den Bauteilen enthaltenen Polymeren bzw. Harzen führen. Das Polymer- bzw. Harzvolumen scheint dadurch geringfügig abzunehmen. Infolgedessen kann das Medium zu einem gewissen Grad in das kohlenstoffbasierte Bauteil hineingelangen und es ist nicht auszuschließen, dass dies eine Schädigungen des Bauteils auch in nicht unmittelbar an der Bauteiloberfläche liegenden, „inneren“ Bauteilbereichen hervorrufen kann.
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Zwar ändert auch die Möglichkeit einer Schädigung an „inneren“ Bauteilbereichen letztlich nichts daran, dass kohlenstoffbasierte Bauteile wie Apparatebaugraphit-Bauteile besonders sicher sind. Denn bei anderen Materialien erfolgt die Korrosion insgesamt - je nach korrosivem Medium - teils um mehrere Größenordnungen schneller. Jedoch können sich durch eine in „inneren“ Bauteilbereichen stattfindende Korrosion besondere Anforderungen für die Prüfung des Korrosionsfortschritts ergeben. Denn gerade eine in den „inneren“ Bauteilbereichen fortschreitende Korrosion kann durch Sichtprüfung nicht immer zuverlässig festgestellt werden. Zuverlässig kann ein solcher Korrosionsfortschritt insbesondere durch zerstörende Schliffproben festgestellt werden. Der Apparat muss dazu nicht nur stillgelegt und geöffnet, sondern die kohlenstoffbasierten Bauteile müssen darüber hinaus aufwändig untersucht werden.
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Letztlich besteht das Bedürfnis, bei fluiddurchströmten Apparaten mit kohlenstoffbasierten Bauteilen die durch Prüfung von Korrosionsfortschritten erforderlichen Stillstandzeiten zu verkürzen, ohne dadurch die Betriebssicherheit zu verringern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren bereitzustellen, welche die Handhabung hochgradig korrosiver Medien noch effizienter und noch sicherer machen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung zur Ermittlung des Zustandes eines kohlenstoffbasierten, fluidausgesetzten (vorzugsweise fluiddurch- und/oder -umströmten) Bauteils, wobei die Sensoranordnung mindestens ein Sensorelement umfasst, das in Kontakt mit einem kohlenstoffbasierten Material steht.
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Der Begriff „kohlenstoffbasiert“ bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass das betreffende Bauteil mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, äußerst bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, z.B. mindestens 90 Gew.-% Kohlenstoff enthält. Dabei können im kohlenstoffbasierten Bauteil insbesondere Graphit, amorpher Kohlenstoff und/oder Carbonfasern vorliegen.
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In typischen kohlenstoffbasierten Bauteilen liegt außerdem ein Harz (z.B. Phenolharz oder Epoxidharz) und/oder ein Polymer (z.B. ein hochfluoriertes Polymer, insbesondere Polytetrafluorethylen [PTFE], Perfluoralkoxy-Polymere [PFA] oder Polyvinylidendifluorid [PVDF]) vor.
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In bestimmten kohlenstoffbasierten Bauteilen kann außerdem ein Metall vorliegen, z.B. Antimon oder Kupfer.
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Vorzugsweise sind kohlenstoffbasierte Bauteile mit Harz, Polymer und/oder mit Metall imprägniert. Das heißt, dass Poren mindestens teilweise mit dem Harz, dem Polymer und/oder dem Metall verfüllt sind. Dies hat den Vorteil, dass die Dichtigkeit des kohlenstoffbasierten Bauteils gegenüber Fluiden deutlich erhöht ist.
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Die Poren werden bekanntermaßen bei der nach der Formgebung in der Regel erfolgenden Carbonisierung und/oder Graphitierung gebildet. Bei der Carbonisierung und/oder Graphitierung werden Bindemittel in amorphen Kohlenstoff und entweichende Gase umgesetzt, wobei sich die Poren ausbilden.
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Als Sensorelement eignet sich jedes Element, das sich in Kontakt mit dem kohlenstoffbasierten Material bringen lässt und dessen Zustand sich in Folge einer Änderung des Zustands des kohlenstoffbasierten Materials messbar ändert.
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Vorzugsweise weist das Sensorelement ein elektrisches Testelement auf, das sich so in Kontakt mit dem kohlenstoffbasierten Material bringen lässt, dass ein elektrischer Zustand des Testelements (z.B. eine über das Testelement abfallende Spannung, ein durch das Testelement fließender Strom) sich in Folge einer Änderung des Zustands des kohlenstoffbasierten Materials messbar ändert.
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Beispielsweise kann das elektrische Testelement einen elektrischen Leiter aufweisen.
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Der elektrische Leiter kann durch das kohlenstoffbasierte Material hindurchgeführt werden. In Folge einer Änderung des Zustands des kohlenstoffbasierten Materials, z.B. beim Eindringen eines hochkorrosiven Fluids in das kohlenstoffbasierte Material, wird der Leiter korrodiert. Sein ohmscher Widerstand ändert sich und folglich auch die Stärke eines durch den Leiter fließenden Stroms.
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Das Sensorelement kann ein Thermosensorelement sein, das in Kontakt, z.B. in thermischem Kontakt, mit dem kohlenstoffbasierten Material steht.
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Das Thermosensorelement kann beispielsweise ein Thermometer sein. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Thermometer um ein Thermometer, das auf einem temperaturabhängigen elektrischen Parameter basiert, z. B. auf dem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand eines elektrischen Leiters.
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Das Sensorelement ist besonders bevorzugt ein Thermoelement, das in Kontakt, z.B. in thermischem Kontakt, mit dem kohlenstoffbasierten Material steht. Ein Thermoelement umfasst ein Paar (metallischer) Leiter aus unterschiedlichem Material, die an einem Ende verbunden sind und aufgrund des thermoelektrischen Effektes zur Temperaturmessung geeignet sind.
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Fast alle Metalle werden von hochkorrosiven Fluiden stark angegriffen oder aufgelöst. Daher eignen sich für die Erfindung (fast) alle Thermoelemente. Ob ein bestimmtes Thermoelement sich im Zusammenhang mit einem bestimmten hochkorrosiven Fluid eignet, lässt sich leicht ermitteln, indem man das Thermoelement dem Fluid aussetzt, z.B. indem man das Thermoelement in die Flüssigkeit eintaucht. Wird es vom Fluid schon (nach kurzer Zeit) zerstört, eignet es sich für die Erfindung im Zusammenhang mit dem betreffenden Fluid.
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Für viele Anwendungen eignen sich Thermoelemente des Typs J (Thermopaar: Eisen, Kupfer-Nickel). Thermoelemente sind z.B. erhältlich bei der TC Mess- und Regeltechnik GmbH, Mönchengladbach, Deutschland.
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Vorzugsweise ist das Sensorelement mit mindestens einem Übertragungselement verbunden. Durch das Übertragungselement wird ein mit der Änderung des Zustands des Sensorelements einhergehendes Signal vom Sensorelement zu einer Signalempfangseinheit übertragen. Das Übertragungselement kann z.B. elektrische Leiter (z.B. Litzen eines Kabels oder mehrerer Kabel) oder eine Antenne aufweisen. Wenn das Sensorelement ein Thermoelement ist, sind die beiden Leiter des Thermoelements im Allgemeinen je mit einer Litze verbunden. Das mit der Änderung des Zustands des Thermoelements einhergehende Signal ist die Veränderung der Spannung zwischen den beiden Litzen. Die beiden Litzen lassen sich aus dem Apparat herausführen, in dem sich die Sensoranordnung befindet. Wenn das Sensorelement ein Thermoelement ist, kann als Signalempfangseinheit jede Spannungsmesseinheit dienen, die ausreichend empfindlich ist, um die zwischen den Litzen anliegenden Spannung zu messen. Solche Spannungsmesseinheiten sind dem mit Thermoelementen vertrauten Fachmann bekannt.
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Erfindungsgemäß steht das Sensorelement in Kontakt mit einem kohlenstoffbasierten Material.
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In einer Ausführungsform ist das kohlenstoffbasierte Material ein in einen Apparat einbringbares Referenzmaterial. Referenzmaterial bedeutet, dass es zusätzlich zu den ohnehin vorhandenen kohlenstoffbasierten Bauteilen des Apparats in diesen eingebracht ist. Der über das Sensorelement messbare Zustand des Referenzmaterials ist insbesondere dann repräsentativ für den Zustand des kohlenstoffbasierten Bauteiles des Apparats, wenn Referenzmaterial und das Material der kohlenstoffbasierten Bauteile (annähernd) identisch und (annähernd) denselben Bedingungen ausgesetzt sind, d.h. bei denselben Temperaturen demselben hochgradig korrosiven Fluid ausgesetzt sind. Ein entscheidender Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass sich erfindungsgemäße Sensoranordnungen für alle denkbaren, unterschiedlichen kohlenstoffbasierten Materialien herstellen lassen, ohne dass hierfür Veränderungen der kohlenstoffbasierten Bauteile eines Apparats erforderlich wären. Die Fertigung der ohnehin vorhandenen kohlenstoffbasierten Bauteile des Apparats braucht nicht angepasst zu werden.
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In einer anderen Ausführungsform ist das kohlenstoffbasierte Material vom kohlenstoffbasierten Bauteil umfasst. Das kohlenstoffbasierte Material ist dann z.B. ein Abschnitt eines ohnehin vorhandenen kohlenstoffbasierten Bauteils des Apparats. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die über das Sensorelement erfolgende Messung nicht verfälscht wird durch etwaige Unterscheide in der Beschaffenheit von Referenzmaterial und Material des kohlenstoffbasierten Bauteils. Die Messung erfolgt dann für das Bauteil selbst, nicht für eine Referenzmaterial. Referenzmaterialien sind immer nur im Rahmen gewisser Fertigungstoleranzen annähernd identisch zum kohlenstoffbasierten Material des Bauteils.
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Es ist bevorzugt, wenn der Kontakt mit einem Kernbereich des kohlenstoffbasierten Materials besteht. Erfindungsgemäß umfasst die Sensoranordnung dann mindestens ein Sensorelement, das in Kontakt mit einem Kernbereich des kohlenstoffbasierten Materials steht. Oben wurde bereits dargelegt, dass in kohlenstoffbasierte Bauteile hineingelangende korrosive Medien zu Schädigungen des Bauteils in „inneren“ Bauteilbereichen führen können, die durch Sichtprüfung nicht immer zuverlässig festgestellt werden können. Wenn das Sensorelement in Kontakt mit einem Kembereich des kohlenstoffbasierten Materials steht, kann das Sensorelement schon das initial eingedrungene korrosive Medium erfassen, bevor es zu signifikanten Schädigungen in „inneren“ Bauteilbereichen kommt. Dies führt letztlich zu einer noch höheren Betriebssicherheit des Apparats, da eine bevorstehender Austausch von Bauteilen schon vor einer sicherheitsrelevanten korrosionsbedingten Schädigung angezeigt wird. Beispielsweise kann die Verbindung zwischen den beiden Leitern eines in Form eines Thermoelements ausgebildeten Sensorelements durch das in das Material eingedrungene korrosive Medium aufgelöst werden, was zu einem auffälligen, abrupten „Ausfall“ des Thermoelements führt.
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Wenn das Sensorelement ein Thermoelement ist, kann der Kontakt mit dem Kernbereich des kohlenstoffbasierten Materials beispielsweise dadurch bestehen, dass die verbundenen Enden der beiden Leiter des Thermoelements in den Kernbereich hineinragen. Im Allgemeinen ragen sie von einer dem korrosiven Fluid nicht ausgesetzten Oberfläche des kohlenstoffbasierten Materials in den Kernbereich hinein. Beispielsweise wird hierzu in diese Oberfläche ein Loch gebohrt, durch welches das Thermoelement in den Kernbereich hineinragt. Vorzugsweise ist das Thermoelement so angeordnet, dass der Bereich in dem die Enden der beiden Leiter verbunden sind, einen definierten Abstand zu einer dem korrosiven Fluid ausgesetzten Oberfläche des kohlenstoffbasierten Materials einhält. Dieser Abstand lässt sich z.B. über die Tiefe der Bohrung einstellen. Er wird gezielt so gewählt, dass das Thermoelement korrosionsbedingt „ausfällt“, bevor die korrosionsbedingte Schädigung kohlenstoffbasierter Bauteile ein kritisches Ausmaß erreichen kann.
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Das Sensorelement kann in physischem Kontakt mit dem Kernbereich des kohlenstoffbasierten Materials stehen. Ein solcher physischer Kontakt besteht dann, wenn das Sensorelement in den Kernbereich hineinragt, wie in den vorhergehenden Absätzen speziell für eine Ausführungsform mit Thermoelement erläutert.
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Erfindungsgemäß umfasst die Sensoranordnung mindestens ein Sensorelement. Es erwies sich, dass dies zur Ermittlung einer Schädigung kohlenstoffbasierter Materialien ausreicht. Es genügt im Allgemeinen, hierfür einen Sensorelement-Messwert mit einem vorher vom selben Sensorelement ermittelten Sensorelement-Messwert zu vergleichen. Vorzugsweise umfasst die Sensoranordnung mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, z.B. mindestens vier Sensorelemente. Dies schafft die zusätzliche Möglichkeit eines Vergleichs gleichzeitig mit verschiedenen Sensorelementen ermittelter Sensorelement-Messwerte. Schädigungen des kohlenstoffbasierten Materials werden dann noch zuverlässiger festgestellt.
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Vorzugsweise steht das erste Sensorelement mit einem ersten Bereich des kohlenstoffbasierten Materials in Kontakt, z.B. in thermischem Kontakt, und das zweite Sensorelement mit einem zweiten Bereich des kohlenstoffbasierten Materials in Kontakt, z.B. in thermischem Kontakt.
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Diese Bereiche des kohlenstoffbasierten Materials können von einer Oberfläche des kohlenstoffbasierten Materials gleich weit entfernt sein. Aus den Sensorelement-Messwerten lässt sich dann darauf schließen, ob ein korrosives Fluid in „innere“, unter der Oberfläche gelegene Bereiche des kohlenstoffbasierten Materials entlang dieser Oberfläche überall gleich schnell oder unterschiedlich schnell vordringt. Optionale weitere Sensorelemente, die von der Oberfläche des kohlenstoffbasierten Materials ebenfalls denselben Abstand einhalten, wie das erste und das zweite Sensorelement können ergänzende Sensorelement-Messwerte liefern. Je nach Zahl der Sensorelemente kann ein unterschiedlich detailreiches Bild vom Fortschritt der Schädigung entlang großer Oberflächenbereiche entstehen, dessen „Auflösung“ durch die Zahl der Sensorelemente je Flächeneinheit bestimmt ist.
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Alternativ oder zusätzlich können diese Bereiche des kohlenstoffbasierten Materials von einer Oberfläche des kohlenstoffbasierten Materials unterschiedlich weit entfernt sein. Eine solche Anordnung der Sensorelemente ermöglicht es, das Vordringen korrosiven Fluids von der Oberfläche in „innere“ Bereiche des Kohlenstoffmaterials zeitlich aufzulösen. Zunächst zeigt ein erstes Sensorelement, das mit einem näher an der Oberfläche Bereich des kohlenstoffbasierten Materials in Kontakt steht, z.B. in thermischem Kontakt steht, eine Schädigung des Materials in diesem Bereich an. Anschließend zeigt ein zweites Sensorelement, das mit einem weiter von der Oberfläche entfernten Bereich des kohlenstoffbasierten Materials in Kontakt steht, z.B. in thermischem Kontakt steht, eine Schädigung des Materials in diesem Bereich an. Je nach Zahl der unterschiedlich weit von der Oberfläche entfernten Sensorelemente kann das Vordringen des korrosiven Fluids in das Material - und die sich dadurch ergebende Schädigung des Materials - exakt verfolgt werden.
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Die Erfindung betrifft auch einen Apparat aufweisend ein kohlenstoffbasiertes Bauteil, wobei der Apparat eine erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst. Der Apparat kann z.B. ausgewählt sein unter
- - Öfen, z.B. Härteöfen oder Syntheseöfen,
- - Wärmeübertragern und Verdampfern, z.B. Rohrbündelwärmeübertrager, Plattenwärmeübertrager oder Blockwärmeübertrager,
- - Kolonnen, z.B. Destillations-, Desorptions-, Absorptionskolonnen,
- - Fluidenergiemaschinen, z.B. Pumpen, Kompressoren oder mit Treibmedium angetriebene Strahlpumpen.
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Es ist allgemein bekannt, dass die hier genannten Apparate unterschiedlichste kohlenstoffbasierte Bauteile enthalten können.
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Öfen können unter anderem kohlenstoffbasierte Heizer wie z.B. Graphitheizer, Tragroste und Isolierungen aufweisen. Die Isolierungen enthalten häufig carbonisierte bzw. graphitierte Fasern.
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Wärmeübertrager und Verdampfer können unter anderem kohlenstoffbasierte Rohre, Rohrböden, Stutzen, Hauben, Dome, Platten und Wärmeübertragerblöcke aufweisen.
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Kolonnen können unter anderem kohlenstoffbasierte Böden, Tragroste, Stutzen, Dome, Hauben, strukturierte und unstrukturierte Packungen, die z.B. unter der Marke Mellacarbon® angeboten werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Ermittlung des Zustandes eines kohlenstoffbasierten, fluidausgesetzten Bauteils eines Apparats, wobei der Apparat eine erfindungsgemäße Sensoranordnung aufweist und mit dem mindestens einen Sensorelement ein Sensorelement-Messwert gemessen wird.
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Der Sensorelement-Messwert ist ein mit dem Sensorelement gemessener Wert. Je nach Sensorelement kann es sich z.B. um einen elektrischen Parameter, wie z.B. einen elektrischen Strom, eine Spannung oder einen Widerstand handeln. Wenn das Sensorelement ein Thermoelement ist, handelt es sich bei dem elektrischen Parameter im Allgemeinen um eine Spannung.
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Vorzugsweise wird der Sensorelement-Messwert mit einem Vergleichswert verglichen.
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Der Vergleichswert kann mit einem anderen oder demselben Sensorelement gemessen werden. Das andere Sensorelement kann derselben oder einer anderen Sensoranordnung angehören. Wenn das andere Sensorelement einer anderen Sensoranordnung angehört, weist der Apparat vorzugsweise auch die andere Sensoranordnung auf.
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Vorzugsweise wird der Vergleichswert mit einem anderen Sensorelement derselben Sensoranordnung gemessen oder zu einem früheren Zeitpunkt mit demselben Sensorelement.
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Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen zur Ermittlung des Zustands eines kohlenstoffbasierten, fluidausgesetzten Bauteils.
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Es zeigte sich, dass ein zusätzlicher Nutzen der Erfindung darin besteht, dass neben der Korrosion des Bauteils auch ein Fouling und Scaling am Bauteil beobachtet werden kann. Ebenfalls beobachtet werden neben der inneren Korrosion des Bauteils auch ein Schichtabbau am Bauteil, z.B. durch Abbrand bzw. Methanisierung oder auch durch Abrasion, die insbesondere dann auftritt, wenn das Fluid, dem das kohlenstoffbasierte Bauteil ausgesetzt ist, Feststoffe enthält. Die Erfindung eignet sich also überdies auch zur Überwachung zusätzlicher, wichtiger Apparate- bzw. Verfahrensparameter. Bei Verwendung eines Thermoelements lässt sich zwischen den verschiedenen Zustandsänderungen differenzieren. Ein plötzlicher Ausfall des Thermoelements rührt von „innerer“ Korrosion im Bauteil her. Hingegen führt fortschreitendes Scaling, Fouling und Schichtabbau zu einem Drift bei der gemessenen Temperatur.
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Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Figuren und das Ausführungsbeispiel veranschaulicht, ohne darauf beschränkt zu sein.
- 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Behälter aus kohlenstoffbasiertem Material
- 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Referenzmaterial-Sensoranordnung
- 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Bereich eines Rohrbündelwärmeübertragers aufweisend ein Rohr mit Referenzmaterial-Sensoranordnung
- 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Bereich eines Rohrbündelwärmeübertragers aufweisend ein Rohr mit Sensoranordnung
- 5 zeigt einen Längsschnitt durch ein Rohr eines Wärmeübertragers
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1 veranschaulicht den im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschriebenen, aus einem kohlenstoffbasierten Material 2 gefertigten Behälter. Der Behälter hat in guter Näherung die Form eines Hohlzylinders mit Boden, wobei die hohlzylindrische Form im gezeigten Längsschnitt nicht eindeutig zu erkennen ist. Der Behälter wurde gebildet, indem man Pech und Graphitpulver (maximaler Korndurchmesser = 0,8 mm) zu einer homogenen, asphaltartigen Masse vermischte, die Masse unter Vibration mit einem Stempel zu einem zylindrischen Körper verdichtete, den verdichteten Körper anschließend carbonisierte, den carbonisierten Körper mit Phenolharz imprägnierte, den imprägnierten Körper härtete und anschließend durch mechanisch Bearbeitung in die gewünschte, annähernd hohlzylindrische Form brachte. Es sind nur vier Thermoelemente 11A, 11B, 12A, 12B, gezeigt. Die Thermoelemente sind in Bohrungen definierter Tiefe angeordnet, die jeweils von der Mantelaußenfläche in Richtung hin zur Mantelinnenfläche 101 des Behälters ausgeführt sind, jedoch nicht vollständig durch die Wand hindurchreichen. Die beiden oberen Thermoelemente 11A, 11B sind in tieferen Bohrungen angeordnet, als die beiden unteren Thermoelemente 12A, 12B. Ein in dem Behälter befindliches, hochkorrosives Fluid 8 korrodiert die Wand. Die Korrosion geht von der dem hochkorrosiven Fluid ausgesetzten Fläche 101 aus. Die fortschreitende Korrosion erreicht zuerst die beiden oberen Thermoelemente 11A, 11B und erst bei einem weiteren Fortschreiten der Korrosion zu einem späteren Zeitpunkt auch die beiden unteren Thermoelemente 12A, 12B.
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Bei der in 2 gezeigten Sensoranordnung 1 ist das kohlenstoffbasierte Material 2 ein in einen Apparat einbringbares Referenzmaterial 2-2. Die hier gezeigte Sensoranordnung 1 ist in guter Näherung zylindrisch, was im gezeigten Längsschnitt nicht zu erkennen ist. In der hier gezeigten Ausführung weist die Sensoranordnung vier Thermoelemente 11A, 11B, 12A, 12B, auf. Die Thermoelemente sind in Bohrungen angeordnet, die zur Oberfläche 101, die dem hochkorrosive Fluid ausgesetzt ist, jeweils einen definierten Abstand einhalten. Die beiden Thermoelemente 11A, 11B liegen näher an der Außenoberfläche, als die beiden Thermoelemente 12A, 12B. Ein hochkorrosives Fluid, das die in den Apparat eingebrachte Sensoranordnung 1 umgibt, korrodiert das kohlenstoffbasierte Referenzmaterial 2-2. Die Korrosion geht von der Oberfläche 101 aus, von wo sie nach innen fortschreitet, so dass zuerst die Thermoelemente 11A, 11B und erst bei einem weiteren Fortschreiten der Korrosion zu einem späteren Zeitpunkt auch die beiden Thermoelemente 12A, 12B vom hochkorrosiven Fluid erreicht werden.
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Bei dem in 3 gezeigten, aus kohlenstoffbasiertem Material 2-1 bestehenden Rohr 6 eines Rohrbündelwärmeübertragers ist eine Referenzmaterial-Sensoranordnung am Anfang oder am Ende des Rohres 6, im Bereich des Rohrbodens 7, eingebracht. Referenzmaterial-Sensoranordnung bedeutet, dass die Sensoranordnung mit einem dem Material des Rohres entsprechenden, kohlenstoffbasierten Material 2-2 gebildet ist oder jedenfalls mit einem kohlenstoffbasierten Material das unter den im Rohr bestehenden Bedingungen im Wesentlichen genauso korrodiert, wie das Material 2-1 des Rohres. Je nachdem, in welche Richtung das Rohr 6 durchströmt wird, kann der in den Rohrboden eingebrachte Bereich des Rohres als Anfang oder Ende des Rohres angesehen werden. In der hier gezeigten Ausführung weist die Sensoranordnung vier Thermoelemente 11A, 11B, 12A, 12B, auf. Die Thermoelemente sind so angeordnet, dass sie zu Oberfläche 101, die dem hochkorrosiven Fluid ausgesetzt ist, jeweils einen definierten Abstand einhalten. Die beiden Thermoelemente 11A, 11B liegen näher an der Oberfläche 101, als die beiden Thermoelemente 12A, 12B. Ein durch das Rohr 6 fließendes, hochkorrosives Fluid korrodiert das kohlenstoffbasierte Referenzmaterial 2-2 von der Oberfläche 101 ausgehend, von wo die Korrosion in das Referenzmaterial hinein fortschreitet, so dass zuerst die Thermoelemente 11A, 11B und erst bei einem weiteren Fortschreiten der Korrosion zu einem späteren Zeitpunkt auch die beiden Thermoelemente 12A, 12B vom hochkorrosiven Fluid erreicht werden.
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Der Rohrbündelwärmeübertrager der 4 ähnelt dem aus 3. Jedoch kommt hier die Sensoranordnung ohne Referenzmaterial aus. Das kohlenstoffbasierte Material 2 der Sensoranordnung ist hier vom Rohr 6 umfasst. Auch die hier gezeigte Sensoranordnung weist vier Thermoelemente 11A, 11B, 12A, 12B auf. Die Thermoelemente sind so angeordnet, dass sie zur inneren Oberfläche 101 des Rohres 6, die dem hochkorrosiven Fluid 8 ausgesetzt ist, jeweils einen definierten Abstand einhalten. Die beiden Thermoelemente 11A, 11B liegen näher an der Oberfläche 101, als die beiden Thermoelemente 12A, 12B. Das hochkorrosive Fluid korrodiert das kohlenstoffbasierte Material 2 von der inneren Oberfläche 101 ausgehend, von wo die Korrosion in das Material hinein fortschreitet, so dass zuerst die Thermoelemente 11A, 11B und erst bei einem weiteren Fortschreiten der Korrosion zu einem späteren Zeitpunkt auch die beiden Thermoelemente 12A, 12B vom hochkorrosiven Fluid erreicht werden.
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In 5 ist ein kohlenstoffbasiertes Material 2 aufweisendes Rohr 6 eines Rohrbündelwärmeübertragers gezeigt. Das Rohr weist eine Wicklung 9 auf, wobei das Thermoelement 11 zwischen dem Material 2 und der Wicklung 9 angeordnet ist. Bildet sich an der inneren Oberfläche des Rohres eine Ablagerung 10, steigt die vom Thermoelement 11 gemessene Temperatur T an, da eine Wärmeübertragung vom umgebenden Fluid auf das im Inneren des Rohres 6 strömende Fluid dann nicht mehr so gut möglich ist. Die Erfindung kann also auch oder zusätzlich zur Ermittlung von Ablagerungen genutzt werden.
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Ausführungsbeispiel
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Ein annähernd hohlzylindrischer Behälter wurde gebildet wie oben zu 1 beschrieben. Er wurde teilweise mit Salpetersäure gefüllt und in einem Wasserbad auf 60 °C erwärmt. Von der Außenseite des Behälters wurden insgesamt acht Thermoelemente mit definiertem Wandabstand zur Säure positioniert.
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In bestimmten Zeitintervallen wurde die mit Hilfe der verschiedenen Thermoelemente bestimmten Temperaturen abgefragt und gespeichert.
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Jeder „Ausfall“ eines Thermoelements wurde an Hand eines scheinbaren, plötzlichen und starken Temperaturausschlags sofort erkannt. Es zeigte sich, dass im Zeitpunkt des jeweiligen scheinbaren Temperaturausschlags Salpetersäure durch die Wand des Behälters hindurch bis an das jeweilige Thermoelement eingedrungen war und dort eine quasi sofortige Korrosion des Thermoelements bewirkt hat, welche zum jeweiligen „Ausfall“ führte.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensoranordnung
- 2
- kohlenstoffbasiertes Material
- 2-1
- kohlenstoffbasiertes Material eines Bauteils
- 2-2
- kohlenstoffbasiertes Referenzmaterial
- 6
- Rohr
- 7
- Rohrboden
- 8
- hochkorrosives Fluid
- 9
- Wicklung
- 10
- Ablagerung
- 11, 11A, 11B, 12A, 12B
- Thermoelemente
- T
- am Thermoelement gemessene Temperatur
- 101
- Dem hochkorrosiven fluid ausgesetzte Oberfläche
