DE1949887B2 - Sonde zur Messung der Korrosion in einem Flüssigkeitsbehälter - Google Patents

Description

Flüssigkeit bestimmte elektrochemische Änderungen, die in Beziehung zu den Korrosionsgoschwindigkei'en der spezifischen Metalle stehen. So kann die Korrosionsgeschwindigkeit in Beziehung zu den elektrochemischen Einflüssen auf die metallischen Elektroden s einer Sondenanordnung, welche in die korrosi.e Flüssigkeit taucht, gesetzt werden.

Eine Sonde der eingangs beschriebenen Art ist durch die DT-AS ! 1 81 947 bekannt geworden. Zu dieser Sonde wird eine Elektrode auf einen Leiter geschraubt, wobei zwischen beiden eine isolierende Scheibe 10 vorgesehen ist. Da Leiter kommt dabei nicht zum Anschlag mit dem Boden einer Bohrung in der Elektrode.

Aus der Zeitschrift Corrosion, 23 (1967), Heft 11, S. 331 bis 334, ist es weiter bekannt, eine Elektrode auf einen Anschlußstift zu schrauben, worauf der Anschlußstift durch Einstellet) einer Druckmutier durch ein Gehäuse gezogen und damit eine Druckdichmng zusammendrückt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, cine Sonde der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche eine genaue Steuerung bzw. Vorhersage des Zusammendrückens der Flüssigkeitsdichtung bei jedem Elektrodenwechsel ermöglicht, ohne daß besondere Überlegungen oder Maßnahmen seitens des die Elektroden auswechselnden Personals erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bohrung der Elektrode eine solche Länge hat, daß die isolierende ringförmige Flüssigkeitsdichtung zum Erzielen der erforderlichen Dichtfunktion zusammengepreßi ist, wenn das exponierte Ende des Leiters bis zum Anschlag in die Bohrung eingeschraubt ist. Dies führt zu einer beträchtlichen Vereinfachung und Verbesserung der Sicherheit des Betriebs der Sonden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

F i g. 1 eine Darstellung, teilweise im Schnitt einer Sondenanordnung, zeigt, die innerhalb eines T-Stückes eines üblichen Rohrleitungssystems installiert ist,

F i g. 2 ist eine vergrößerte Druntersicht (Fluidseite) der in F i g. 1 gezeigten Sondenanordnung,

F i g. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht (atmosphärische Seite) oer in F i g. 1 gezeigten Sondenanordnung,

F i g. 4 ist eine vergrößerte Darstellung, teilweise im Schnitt, längs der Linie 4-4 der Sondenanordnung nach F i g. 3, und

F i g. 5 ist eine vergrößerte Darstellung, teilweise im Querschnitt, längs der Linie 5-5 einer E'.lextrode und der zugeordneten Elemente der in Fig. 2 gezeigten Sondenanordnung.

In F i g. 1 ist eine Ausführungsform einer Korrosionsprüfsondenanordnung 10 dargestellt, die innerhalb eines T-Stückes 11 befestigt ist und eine Verbindung zwischen den Rohren 12 und 13 in einem Rohrleitungssystem bildet, welches wäßrige Medien führt, deren korrosiver Einfluß wünschenswert festgelegt werden soll. Die Abmessungen des Leitungssystems sind für die erfindungsgemäße Maßnahme nicht kritisch, die Rohre 12 und 13 können aber beispielsweise einen Innendurchmesser von 2" haben. Die wäßrigen Medien strömen durch das Rohrleitungssystem in einer durch die Pfeile angegebenen Richtung. Die Sondenanordnung 10 setzt sich zusammen aus einem metallischen Körper 14, auf dem ersetzbare Elektroden 16, 17 und 18 getragen sind. Diese Elektroden sind innerhalb des Körpers 14 durch isolierte elektrisch leitende Einrichtungen an ein elektrisches Mehrfachanschlußfitting 19 verbunden, das auf dem Kopf des Körpers 14 getragen ist. Eine elektrische Verbindung eines Korrosionsgeschwindigkeitsmeßgerätes (nicht gezeigt) erfolgt über einen Kabelanschluß 21, der die Leiter 22, 23 und 24 mit den Elektroden 16, 17 bzw. 18 der Sondenanordnung verbindet. Die Sondenanordnung 10 Kann von irgendeiner geeigneten Gestalt sein, so daß sie ohne weiteres an das die wäßrigen zu überwachenden Medien tragende Rohrleitungssystem befestigt werden kann. Vorzugsweise ist der Körper 14 aus einem metallischen Rohrstopfen konstruiert, der mit dem Leitungssystem kompatibel ist. So besitzt der Kopfteil des Körpers 14 polygonale Gestalt sowie einen unteren zylindrischen Teil mit einer mit Gewinde versehenen äußeren Seitenfläche.

Nach F i g. 2 erstrecken die Elektroden 16, 17 und 18 sich longitudinal vom Boden des Körpers 14 seitlich nebeneinander. Für bessere Messungen bevorzugt man, die Elektroden diametral ausgerichtet längs des Bodens des Körpers 14 anzubringen und nicht in einer Dreieckoder anderen Anordnung, bei der eine elektrische Zu sammenwirkung /wischen den Elektroden im korrodie renden Mittel eintritt.

Nach F i g. 3 ist das Vielstiftfitting 19 mittels Schrauben 24 gegen den Kopf des Körpers 14 befestigt. Die Elektroden V6, 17 und 18 sind elektrisch mit den Stiften 26, 27 bzw. 28 im Fitting 19 verbunden. Freiliegende elektrische Anschlüsse zwischen den Elektroden und dem Fitting 19 sind nicht vorhanden. Das Ergebnis ist, daß die Sondenanordnung 10 als ein anderes Rohrfitting während der Installation gehandhabt werden kann.

Die Konstruktion der Sondenanordnung 10 ergibt sich genauer aus F i g. 4. Der Körper 14 trägt Außengewinde 26. welches so ausgebildet ist, daß es gegen das Innengewinde im T-Stück 11 greift. Ein vorzugsweise zylindrischer Hohlraum 27 ist vom Kopf des Körpers 14 aus zu einem Bereich in der Nähe des unteren zylindrischen die Gewinde 26 tragenden Teiles vorgesehen. Dip Form der Ausnehmung 27 ist nicht wichtig, sie soll nur für ausreichend Raum sorgen, in dem die elektrischen Anschlüsse zwischen den Elektroden und dem Fitting 19 untergebracht werden sollen. Der untere Teil des Körpers 14 ist mit einer Vielzahl parallel verlaufender Kanäle 28, 29 und 31 versehen. Die Kanäle sind wenigstens teilweise mit Gewinde versehen und nehmen isolierende Elemente 32, 33 und 34 auf, an die die Elektroden befestigt sind. Da die isolierenden Elemente einander gleich sind, soll nur das isolierende Element 32 genauer beschrieben werden.

Das Isolierelement 32 nach den F i g. 4 und 5 ist mit einer mit Außengewinde versehenen Metallbuchse 36 ausgestattet, welche Gewinde 37 trägt, die in Gewinde im Kanal 28 eingreifen. Die Buchse 36 kann eine polygonale Außenfläche tragen, die leicht durch verschiedene Rohrwerkzeuge erfaßt werden kann, wie ein Blick auf F i g. 2 zeigt. Ein Glaselement 38 ist gegen Verschiebung durch Kompression und eine sich erweiternde Schulter innerhalb der Buchse 36 gesichert. Ein Metallstift 39 erstreckt sich zentral zum Isolierelement 32 und fluiddicht durch das Glaselement 38. Glaselement 38, Buchse 36 und Stift 39 werden durch einen Schmelzvorgang fluiddicht versiegelt. So werden Glaselement 38, Stift 39 und Buchse 36 mit Glas-Metall-Dichtungen ausgebildet. Das Ende des Stiftes 39 innerhalb der Ausnehmung 27 ist mit einem Gewinde 41 oder einer anderen Befestigungsfläche versehen, auf der der elektrische Anschluß vorgenommen werden kann. Insbesondere ist der elektrische Leiter 42 an den Gewinden 41

durch den Endklipp 43 befestigt. Das andere Ende des Leiters 42 ist an einem Endzapfen 44 befestigt, der elektrisch dem Stift 26 des Fittings 19 gemeinsam ist. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Elektroden 17 und 18 durch die Isolicrelemente 33 und 34 sind in gleicher Weise vorgenommen.

Die Elektrode 16 ist lösbar am Stift 36 in zweckmäßiger V/eise befestigt. Vorzugsweise erfolgt die gegenseitige Verbindung durch Gewinde, die so angeordnet sind, daß eine zwangsweise elektrische und mechanisehe Verbindung hergestellt wird, während gleichzeitig eine fluiddichte Abdichtung zwischen Elektrode 16 und Glaselement 38 geschaffen wird. Für diesen Zweck ist der Stift 39 zylindrisch ausgebildet, wobei ein Teil vollen Durchmessers 45 in der Nähe des Glaselemenles 38, ein zwischengeschalteter Schraubteil 46 und ein Teil mit vermindertem Durchmesser 47 angeordnet ist. Die Elektrode besitzt eine Axialbohrung 48, die in eines der Enden ausgebildet ist und eine eine Dichtung erfassende Fläche trägt. Die Bohrung 48 besitzt einen mit Schraubgewinde versehenen Teil 49 verminderten Durchmessers, der in Eingriff mit dem Gewindeteil 46 des Stiftes 39 tritt. Der Boden der Bohrung 51 besitzt eine Anschlagsfläche, die gegen eine komplementäre Fläche auf dem Ende des Teiles mit vermindertem Durchmesser 47 des Stiftes 39 greift So wird die Elektrode 16 auf den Stift 39 geschraubt, bis ein Metall/Metallkontakt zwischen den gegeneinander anliegenden Flächen auf dem Stift 39 und der Bohrung 48 der Elektrode 16 sich einstellt. Ein Raum zwischen den sich gegenüberstehenden Flächen 52 und 53 der Elektrode 16 bzw. des Glaselementes 38 wird durch die I^änge des Teiles mit vollem Durchmesser 45 geschaffen, wobei Elektrode 16 und Stift 39 gegeneinander anliegen. Der Raum zwischen den sich gegenüberstehenden Flächen 52 und 53 sorgt für eine genaue Abmessung, in der eine isolierende Fluiddichtung 54 in fluiddichtem Eingriff aufgenommen wird. Obwohl eine beliebige Art von Fluiddichtung verwendet werden kann, bevorzugt man vorzugsweise einen O-Ring. Die Dichtung 54 umgibt den Stift 39 und ist innerhalb des genauen Raumabstandes zusammengedrückt um wirksam als Druckdichtung zu gelten. Die Abdichtung 54 hält gewisse korrosive Fluide davon ab, eine Bimetallkontaktkorrosion längs der Schraubdichtung zwischen Stift 39 und Elektrode 16 hervorzurufen. Daher braucht die Elektrode 16 nicht verschraubbar auf dem Stift 39 eingestellt zu werden, um die Fluiddichtung 54 in einen gewissen Kompressionszustand zu bringen. Die Metall-Metall-Anlage zwischen Stift und Elektrode und der genaue hierdurch gelieferte Raum sorgen für die Dichtfunktion.

Die Elektroden 17 und 18 arbeiten mit gleichem Aufbau für ihre Einpassung auf die Isoliereinrichtungen 33 und 34, wie bezüglich des Elementes 16 beschrieben wurde.

Es zeigt sich ohne weiteres, daß die Sondenanordnung 10 wie ein gewöhnlicher Rohrstopfen in Rohrleitungssysteme, ohne von Kunststoff abhängig zu sein, eingesetzt werden kann, diese Unabhängigkeit besteht auch anderen Arten von beschädigbaren Dichtungsmaterialien gegenüber, wodurch ein Lecken korrosiver Fluide verhindert wird. Die Anordnung des Isolierelementes 32 mit dem Glaselement 38 sorgt für eine ausgezeichnete Fluiddkhtiing, welche mechanisch fest ist Die hermetischen Eigenschaften dieser Anordnung hängen von einem Schmelzen zwischen Glaselement 38, Buchse 36 und dem Stift 39 sowie einer gewissen Regelkompression ab, die durch das Differentialschrumpfen der Buchse 36 um das Glaselement 38 hervorgerufen wurde. Das Glaselement 38 braucht sich nicht im wesentlichen über die Tiefe der Buchse 36 zu erstrecken. Das Glaselement kann sich auch nur teilweise in die Buchse 36 hineinerstrecken, wobei die verbleibende öffnung um den Stift 39 mit einer Glasbuchse 38a gefüllt ist, die an ihrem Ort durch ein Klebematerial gehalten ist. Die Funktion der Glasbuchse 38i besteht lediglich darin, eine Öffnung zu füllen, in der Feuchtigkeit oder Abfall sich sonst sammeln können. Die Anordnung des Glaselementes 38 stromaufwärts sorgt für die notwendigen mechanischen und elektrischen Funktionen innerhalb des Isolierelementes 32.

Im Isolierelement 32 sind Buchse 36, Glaselement 38 und Stift 39 aus geeigneten Materialien angeordnet welche kompatible Expansionskoeffizienten aufweisen die für die gewünschte hermetische Abdichtung durch Schmelzen und Kompressionseigenschaften sorgen Zusätzlich besitzt das Glaselement 38 eine beachtliche Strukturfestigkeit, gute chemische Beständigkeit und ausgezeichnete elektrische Eigenschaften. Das Glaselement 38 ist relativ unempfindlich gegen thermische und mechanische Zerstörung. So hängt die Sondenanordnung 10 nicht von polymeren Kunststoffen ab, um entweder die mechanischen oder elektrischen Funktionen zu erfüllen. Das Glaselement 38 ist in der Lage, erheblichen Fluiddruckgrößen unter rigorosen Arbeitsbedingungen standzuhalten.

Der Körper 14 kann mit oder ohne neue Elektroden immer dann, wenn ein Lecken auftritt, in einer beliebigen Schraubverbindung ersetzt werden.

Die mit dem Körper 14 verwendeten Elektroden sind von besonderer Brauchbarkeit, da sie sich ohne weiteres, so oft dies wünschenswert ist ersetzen lassen ohne daß die Genauigkeit der Korrosionsgeschwindigkeitfeststellungen geändert würde. Da eine Stirnfläche jeder Elektrode immer gegen die Dichtung 54 abgedichtet ist, sorgen im wesentlichen dimensioncü unc oberflächenglatte identische Metallelektroden für irr wesentlichen gleiche Außenseitenflächen, die gegen da; wäßrige Medium freiliegen. Die Elektroden sind durch gemeinsame Herstellungstechniken aus einer zylindrischen Stange geformt, der glatte Außenseiten- unc nichtdurchbrochene Endflächen gegeben sind. Bei spielsweise wird eine rauhe zylindrische Stange durch Drehen, Bohren und Einschrauben in die richtig dimen sionierte Elektrode bearbeitet. Dann wird die Elektro de (mit den bearbeiteten markierten Oberflächen) mi einem satinartigen glatten Finish versehen, indem eir »Sandstrahlen« mit Glaskugeln erfolgt, die bei hohei Geschwindigkeit auf die bearbeiteten Flächen ge schleudert werden. Dieses »Sandstrahlen« erfolgt aus reichend sorgfältig, damit die tatsächlichen und mathe matisch abgeleiteten Oberflächenbereiche im wesentli chen gleich innerhalb der kalibrierten Genauigkeit dei Polerisationsmessungen sind, & h, die Elektroden kön nen ohne weiteres in der Sondenanordnung 10 ausge tauscht werden, ohne daß eine Rekalibrierung des Kor rosionsgeschwindtgkeitsmeßgerätes erforderlich wäre dem die Sondenanordnung zugeordnet ist

Die besonders zur Verwendung in der Sondenanord nung 10 geeigneten Elektroden können aus irgendei nem geeignet leitfähigen Material konstruiert sein Vorzugsweise sind die Elektroden aus Weichstahl 1021 hergestellt Obwohl Stahl sich als Bezugselektrode al: geeignet bei der erfindungsgemäßen Korrosionsson denprüfanordnung herausgestellt hat zeigt die Mate rialtechnik, daß andere Materialien und Metallegierun

gen Anwendung finden können. Materialien wie Eisen, Aluminium, Kupfer, Messing, Blei, Nickel, Tantal, Zirkonium, Chrom und Legierungen hiervon können unter ähnlichen Bedingungen Einsatz finden. Die Verwendung von Stahl für die Elektroden wird bevorzugt. Korrosionsgeschwindigkeiten können jedoch in einer kürzeren Prüfperiode bei höheren Temperaturen und Drücken festgelegt werden, wenn die Elektroden aus anderen Materialien hergestellt sind. Elektroden, die aus dem gleichen Material hergestellt sind, sind von Vorteil, da sämtliche Elektroden genau der korrosiven Flüssigkeit entsprechen, in der der Korrosionsgeschwindigkeitsversuch durchgeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

509517/11

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Sonde zur Messung der Korrosion in einem Flüssigkeitsbehälter, bestehend aus einer mit einem Gewinde zum Einschrauben in die Behälterwandung versehenen metallischen Hülse mit mindestens je einem durch die Hülse ragenden Leiter, einer elektrischen Isolation sowie einer Flüssigkeitsdichtung, welche den Leiter von der Hülse trennen und ihn fest in der Hülse halten, einer Elektrode mit vorgegebener Oberflächengröße zur Beaufschlagung mit dem korrosiven Medium, welche eine Bohrung mit Innengewinde zu ihrer Befestigung an einein exponierten Ende des Leiters mit Außengewinde versehen ist, und einer ringförmigen isolierenden Flüssigkeitsdichtung zwischen einem ringförmigen Ende der Elektrode und der elektrischen Isolierung der Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (48) der Elektrode (16) eine solche Länge hat, daß die isolierende ringförmige Flüssigkeitsdichtung (54) zum Erzielen der erforderlichen Dichtfunktion zusammengepreßt ist, wenn das exponierte Ende des Leiters (39) bis zum Anschlag in die Bohrung (48) eingeschraubt ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonde zur Mes- jo sung der Korrosion in einem Flüssigkeitsbehälter, bestehend aus einer mit einem Gewinde zum Einschrauben in die Behälterwandung versehenen metallischen Hülse mit mindestens je einem durch die Hülse ragenden Leiter, einer elektrischen Isolation sowie einer Flüssigkeitsdichtung, welche den Leiter von der Hülse trennen und ihn fest in der Hülse halten, einer Elektrode mit vorgegebener Oberflächengröße zur Beaufschlagung mit dem korrosiven Medium, welche eine Bohrung mit Innengewinde zu ihrer Befestigung an einem exponierten Ende des Leiters mit Außengewinde versehen ist, und einer ringförmigen isolierenden Flüssigkeitsdichtung zwischen einem ringförmigen Ende der Elektrode und der elektrischen Isolierung der Hülse.

   Oft ist es wünschenswert, die Geschwindigkeiten zu bestimmen, bei denen Metalle innerhalb einer korrosiven Flüssigkeit korrodieren. Beispielsweise werden Korrosionsschutzmittel wäßrigen Flüssigkeiten zugesetzt, um die Korrosion von freiliegenden Metallen zu vermindern. Instrumente werden verwendet, um die Geschwindigkeiten zu messen, bei denen diese Metalle korrodieren, so daß die Wirksamkeit des Inhibitors bestimmt werden kann. Die Messung der Korrosionsgeschwindigkeit an Metallen erfolgt gewöhnlich mittels eines einer Sonde zugeordneten Instrumentes, wobei letztere eine Vielzahl von Elektroden trägt, die in die korrosive Flüssigkeit eingetaucht werden. In Raffinerien, petrochemischen Anlagen und anderen Industrien der Verfahrenstechnik, bei denen große Volumina wäßriger Medien eingesetzt werden, werden die Sonden gewöhnlich innerhalb des Rohrleitungssystems installiert, welches das zu überwachende Medium führt. Zusätzlich sind Sonden für andere Zwecke bereits eingesetzt worden, beispielsweise zur Überwachung der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen, welche die Rohrleitungen auf ölbohrfeldern bilden, wobei in diesen Rohrleitungen Wasser geführt wird, welches dazu benutzt wird, die Ölproduktion aus unterirdischen Speichern zu stimulieren.

   Die Sonden müssen sich ohne weiteres in das die flüssigen Medien führende Rohrleitungssystem einschalten lassen, so daß ihre Elektroden dem korrodierenden Mittel ausgesetzt sind. Unabhängig von der Konstruktion der Sonden darf ihr Einbau im Rohrleitungssystem nicht zu einer Schwächung führen. So sind beispielsweise Sonden, bei denen Kunststoff zu Isolierzwecken eingesetzt wird, nicht universell brauchbar. Ein Grund für dieses Ergebnis ist im chemischen und physikalischen Angriff in gewissen wäßrigen Systemen auf verschiedene Kunststoffmaterialien zu sehen. Die Sonde kann wäßrigen Systemen ausgesetzt sein, die verschiedene korrodierende Mittel und kunststoffzerstörende, organische Verunreinigungen bei Drücken bis zu 1050 kg/cm² und Temperaturen bis zu 205⁰C enthalten. Unter diesen Arbeitsbedingungen darf die Sonde auf Grund ihrer Konstruktion in das Rohrleitungssystem keine schwache Stelle einführen. Ein Versagen der Sonde durch Lecken oder Ausblasen kann /u einem ernsten wirtschaftlichen Verlust führen, wenn das Rohrleitungssystem ein wesentliches Pro/.eßglied darstellt. Unier diesen Bedingungen muß der gesamte Prozeß zeitweise unterbrochen werden, während die Son de ersetzt wird.

   In vielen Fällen wird die Sonde in einem »Beipass«- Rohrleitungskreis installiert, so daß sie schnell entfernt werden kann. Diese Anordnung ermöglicht es, die Elektroden auf der Baustelle zu ersetzen. Das Ersetzen von Elektroden auf der Baustelle in einer Sonde ist von großem Vorteil. Die Sondcnclektroden können ersetzt werden, um die Einflüsse einer vorherigen Korrosion oder eines Aussetzens Inhibitoren gegenüber zu eliminieren. Zusätzlich können die Elektroden untersucht werden, um den tatsächlichen Gewichtsverlust zu messen, der auftritt, während ein Aussetzen gegen das korrosive wäßrige Medium erfolgt, Jedoch muß die gleiche freie Oberfläche zwischen den an der Sonde ausgewechselten Elektroden aufrechterhalten weiden. Sonst muß die Sondenanordnung rekalibriert werden, um übereinstimmende Ergebnisse im Meßverfahren nach jedem Ersetzen der Elektroden sicherzustellen. Die Elektroden werden auf dem Bohrleid gewöhnlich durch Nichttechniker ausgewechselt. Daher darf beim Auswechseln der Elektroden keine komplizierte Messung oder ein kompliziertes Auswechseln gefordert werden So können beispielsweise die freiliegenden Oberflächen der Elektroden nicht davon abhängig werden, daß ein gewisser gemessener Eingriff relativ zu einer Lager- oder Dichtfläche erfolgt.

   Zusätzlich darf die Sondenanordnung selbst nich eine spezielle Handhabung, speziellen Einbau oder spe zielle Werkzeuge erfordern, die normalerweise zu: Wartung des Rohrleitungssystems nicht erforderlicl sind. Vorteilhaft sieht die Sondenanordnung wie ein re guläres Rohrfitting aus und wird auch so gehandhabl Diese Sondenanordnung darf kein Material (es sei dem gegebenenfalls die Elektroden) enthalten, welches kor rodierbarer im wäßrigen Medium als das Rohrleitungs system ist. Daher darf die Sonde nicht das schwächst! Glied im Rohrleitungssystem darstellen.

   Gewöhnlich benutzt die Sondenanordnung eine Viel zahl von Elektroden, die gegeneinander und gegen da Rohrleitungssystem isoliert sind. Im allgemeinen beste hen die Elektroden aus Metallen, ihre dem korrodieren den Mittel ausgesetzten Oberflächenbereiche sini gleich. Die Elektroden erleiden in einer korrosive