DE2212737B2 - Vorrichtung zum Verhindern von elektrolytischen Innenkorrosionen von Rohrleitungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verhindern von elektrolytischen Innenkorrosionen von Rohrleitungen zur Förderung wäßriger Flüssigkeiten, die keinen kathodischen Außenschutz besitzen und die mittels einer Isolierverbindung mit einem Rohrabschnitt v> verbunden sind, der einen kathodischen Außenschutz besitzt.

Es ist seit langem bekannt und gebräuchlich, die Lebensdauer erdverlegter Rohrleitungen durch die Anwendung eines passiven in Verbindung mit einem w> aktiven Außenkorrosionsschutz wesentlich zu verlängern. Es ist ferner bekannt, daß man solche kathodisch geschützten Leitungen nicht unmittelbar, sondern mittels Isolierverbindungen mit geerdeten Anlagen oder Anlageteilen verbinden darf, von denen z. B. die i>"> Rohrleitungen ausgehen und/oder in die sie münden. Wenn in derartig ausgebildeten Rohrleitungen gut elektrolytisch leitende wäßrige Flüssigkeiten, z. B.

Salzlösungen, transportiert werden, treten in dem nicht an den kathodischen Außenschutz angeschlossenen Rohrabschnitt in der Nähe der Isolierverbindung Innenkorrosionen auf, die dadurch bedingt sind, daß an der Isolierverbindung durch den kathodischen Schutestrom aufgrund des Widerstandes der Isolierverbindung ein Spannungsabfall entsteht Die kathodisch geschützte Seite ist dabei negativ, die ungeschützte Seite positiv geladen, und es bildet sich mit Hilfe des in der Rohrleitung befindlichen Elektrolyten ein Stromfluß von dem nicht an den kathodischen Schutz angeschlossenen Rohrleitungsstück zum kathodisch geschützten Abschnitt aus.

Bei eisernen Rohrleitungen entspricht eine anodische Stromdichte von 1 m A/cm² einem Eisenabtrag von etwa 10 g Eisen pro Jahr, wobei festgestellt wurde, daß dieser Materialabtrag im wesentlichen in unmittelbarer Nachbarschaft des Isolierringes stattfindet und z. B. in 10 mm Abstand nur noch rund 10% des Maximalwertes beträgt, so daß unmittelbar neben der Isolierverbindung ein Abtrag von etwa 5 bis 10 mm Tiefe auftritt

Es wurde festgestellt daß diese elektrolytische Innenkorrosion beim Transport von Flüssigkeiten, die einen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 2000 Ω ■ cm besitzen, durch eine Vergrößerung der Dicke des Isolierringes und/oder durch eine zusätzliche Isolierung der Innenwand eines oder beider an die Isolierverbistdung anstoßenden Rohre(s) weitgehend vermieden werden kann. Wenn die transportierten wäßrigen Flüssigkeiten jedoch einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen, d. h., wenn es sich um sogenannte niederohmige Flüssigkeiten handelt, muß sich die Innenisolierung über einen beträchtlichen Bereich erstrecken, um die angestrebte Wirkung zu erzielen. Bei einem spezifischen Widerstand der Flüssigkeit von 20 Ω ■ cm, die durch eine Leitung von 800 mm Nennweite transportiert wird, müßte die Länge der Innenisolierung beispielsweise rund 100 m betragen, um eine wesentliche Verringerung der Korrosion zu erreichen. Die Herstellung einer solchen Isolierung wäre mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden und würde hohe Kosten verursachen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die elektrolytische Innenkorrosion bzw. den durch sie verursachten Materialabtrag auf der außen nicht kathodisch geschützten Seite der Isolierverbindung in einer Rohrleitung, in der insbesondere niederohmige Flüssigkeiten transportiert werden, auf eine Weise zu verhindern, die weniger aufwendig ist als die oben beschriebene und die darüber hinaus eine größere Sicherheit der Wirkung hat, da bekanntlich die Herstellung »vollkommener« Innenisolationen von Rohrleitungen schwierig ist und außerdem relativ leicht Beschädigungen eintreten können und da an unvollkommen isolierten oder beschädigten Isolierstellen die Rohrleitung in verstärktem Maße angegriffen wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art im Rohrinnern im Bereich der Isolierverbindung mindestens eine Anode angeordnet ist, an der ein Potential anliegt, das positiver ist als das Innenpotential des außen nicht geschützten Leistungsabschnittes. So wird der Stromaustritt von der Innenwand des außen nicht kathodisch geschützten Rohrleitungsabschnittes, der der Isolierverbindung benachbart ist, auf die eingebrachte Anode verlagert und damit der Materialabtrag verhindert.

Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemä-

Ben Vorrichtung wird bzw. werden die Anode(n) derart symmetrisch zur Rohrachse in der Rohrleitung angeordnet daß ihre wirksame Oberfläche von der Rohrwand mindestens ¹Ao des Rohrdurchmessers entfernt ist und sich mindestens zur Hälfte im Bereich des außen nicht kathodisch geschützten Rohrabschnittes befindet

Erfindungsgemäß wird im Rohrinnern vorzugsweise mindestens eine passive Anode angeordnet, die über eine von der Rohrleitung isolierte leitende Verbindung mit dem positiven Pol einer außerhalb des Rohres befindlichen Gleichstromquelle verbunden ist deren negativer Pol mit dem außen nicht kathodisch geschützten Rohrabschnitt verbunden ist

Zum Einführen der Anode(n) ist gemäß einem weiteren Merkmal des Erfindungsgegenstandes vorzugsweise am außen nicht kathodisch geschützten Leitungsabschnitt neben der Isolierverbindung mindestens ein Stutzen in Richtung auf die Isolierverbindung angeordnet, dessen Achse einen Winkel von 15° bis 75°, vorzugsweise einen Winkel von 40 bis 50°, mit der Rohrachse bildet

Vorteilhaft ist es auch, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung an dem außen nicht kathodisch geschützten Rohrteil neben der Isolierverbindung einen Stutzen zur Einführung einer Bezugselektrode anzuordnen.

Weitere Einzelheiten der Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ihre Betriebs- und Wirkungsweise werden nachstehend unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 näher erläutert

F i g. 1 zeigt den berechneten und gemessenen Materialabtrag an der Innenwand eines außen nicht kathodisch geschützten Rohrabschnittes, der über eine Isolierverbindung mit einem Rohrabschnitt mit kathodischem Außenschutz verbunden war.

F i g. 2 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt.

F i g. 1 zeigt — zur Erklärung der einleitenden Ausführungen über die unvermeidbaren Schäden an ungeschützten Rohrabschnitten —, in welcher Form der Materialabtrag in der Nähe von Isolierverbindungen an ungeschützten Rohrleitungen, die mit einem kathodisch geschützten Rohr verbunden sind, erfolgt. Die Figur zeigt in starker Vergrößerung den Schnitt einer Rohrwand 1, die über einen 8 mm starken Isolierring 2 mit einem (nicht dargestellten) kathodisch geschützten Rohr verbunden war. Durch das Rohrsystem wurde in einer Versuchsstrecke eine niederohmige Flüssigkeit (Wasser) geleitet, und es wurde für den Versuch 70 Tage lang eine Spannung von 1 Volt über den Isolierring angelegt. Den aufgrund der Stromdichte errechneten Materialabtrag zeigt die Kurve A, während Kurve Aden nach Versuchsbeendigung festgestellten, tatsächlich aufgetretenen Materialabtrag zeigt, der größer war als der berechnete. Es ist deutlich ersichtlich, daß die Tiefe des Materialabtrages unmittelbar am Isolierring am größten ist und sich in einer Entfernung von etwa 3 mm, die im vorliegenden Fall etwa der Wandstärke des Rohres entspricht, auf weniger als die Hälfte verringert.

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Teil einer Rohrleitung, in den eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingebaut ist. Der dargestellte Leitungsteil besteht aus einem Abschnitt 3, der mit einer (nicht dargestellten) Einrichtung zum kathodischen Außenschutz verbunden ist, und einem über die aus Isolierring 4 und Isolierflansch 5 bestehende Isolierverbindung mit Rohrabschnitt 3 verbundenen Rohrabschnitt 6, der außen nicht kathodisch geschützt ist. Am Rohrabschnitt

6 ist ein Stutzen 7 angeordnet, dessen Achse mit der Rohrachse einen Winkel von 45° bildet, durch den die stabförmige Anode 8 in das Rohrinnere eingeführt wird. Die Anode 8 ist in dem dem Stutzen 7 und der Leitung 8 unmittelbar benachbarten Bereich mit einer Außenisolierung 9 versehen, die so weit reicht, daß die wirksame Oberfläche der Anode auf jeder Seite der gedachten Rohrachse etwa gleich groß ist Bei der beispielsweise dargestellten Ausführungsform ist die Anode 8 eine passive Anode, die über Leitung 10 mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle 11 verbunden ist Der negative Pol dieser Gleichstromquelle 11 ist über Leitung 12 mit dem Rohrabschnitt 6 verbunden. Durch einen weiteren Stutzen 13, der sich ebenfalls am Leitungsabschnitt 6 befindet ist eine Bezugselektrode 14 in die Rohrleitung eingeführt die dazu dient das Potential an dieser Stelle zu messen, damit der auf die Anode 8 gegebene Strom so eingestellt werden kann, daß der gesamte Stromfluß zum kathodisch geschützten Rohrteil 3 von der Anode 8 und nicht vom Rohrteil 6 ausgeht

Die im Rohrinneren angeordnete Anode kann auch in anderer Form ausgebildet sein als bei der in F i g. 2 dargestellten beispielsweisen Ausführung des Erfindungsgegenstandes. Sie kann z. B. Ring- oder Tellerform haben. Derart ausgebildete Anoden können jedoch in allgemeinen nicht durch einen Stutzen 7 in den Leitungsabschnitt 6 eingeführt werden, sondern müssen vor dem Zusammenbau der Leitung nahe der vorgesehenen Isolierverbindung im Leitungsabschnitt 6 befestigt werden. Der Stutzen 7 dient dann lediglich zur Durchführung des Kabels 10, wenn eine passive Anode verwendet wird. — Da jede mit einer Augenscheinnahme verbundene Kontrolle und insbesondere das Auswechseln von Anoden bei der zuletzt genannten Ausführungsform ein Öffnen der Rohrleitung erfordert, ist die Verwendung von Anoden, die durch einen Stutzen 7 einführbar sind, d. h. insbesondere die Verwendung stabförmiger Anoden, besonders vorteilhaft. Wenn der Durchmesser der Rohrleitung sehr groß ist — beispielsweise etwa 100 cm oder mehr —, kann es vorteilhaft sein, mehrere stabförmige Anoden im Rohrinneren anzuordnen.

Der Winkel, den der Stutzen 7 bzw. die durch diesen Stutzen in das Rohrinnere geführte stabförmige Anode 8 mit der Rohrachse bildet, wird durch mehrere Faktoren beeinflußt. Wenn nur eine Anode verwendet wird, ist das Verhältnis des Rohrdurchmessers zur erforderlichen Anodenlänge, die durch die abzugebende Strommenge bestimmt wird, von wesentlicher Bedeutung. Wenn also eine relativ lange Anode in ein Rohr von geringem Durchmesser eingeführt werden muß, ist ein flacher Winkel von z. B. 15° bis 35° zwischen dem Stutzen 7 bzw. der Anode 8 und der Rohrachse anzuwenden, während für kurze Anoden in Rohren großen Durchmessers ein relativ steiler Winkel von z. B. 60° bis 75° gewählt werden kann. Bei Anodenlängen, die etwa gleich dem Rohrdurchmesser sind, ist es vorteilhaft, einen Winkel von 40° bis 50° zu wählen. Bei der Verwendung mehrerer Anoden in Rohren mit großem Durchmesser werden die Winkel für jede der Anoden im allgemeinen kleiner als 45° sein.

L'ti eine einwandfreie Potentialmessung an der Bezugselektrode 14 zu erzielen, ist es im allgemeinen zweckmäßig oder vorteilhaft, den Rohrabschnitt 6 in der Umgebung der Bezugselektrode mit einer Innenauskleidung zu versehen. Diese Innenauskleidung braucht jedoch nicht die an eine »vollkommene« Isolierung zu

stellenden Anforderungen zu erfüllen, und sie ist nur in einem relativ eng begrenzten Bereich erforderlich, so daß sie ohne großen Aufwand hergestellt werden kann.

Die vorteilhafte Wirkung des Erfindungsgegenstandes zeigt das folgende praktische Beispiel:

Bei einer Soleleitung von 200 mm Durchmesser, die zum Transport einer etwa 30%igen Natriumchlorid-Lösung diente, wurde an der Isolierverbindung zwischen kathodisch geschütztem und nicht kathodisch geschütztem Rohrabschnitt ein Spannungsabfall von ca. 0,8 bis κι 1 Volt gemessen. Dieser Spannungsabfall würde im Verlauf eines Jahres unmittelbar neben dem Isolierring zu einem Materialabtrag von etwa 10 mm Wandstärke führen, d. h, die Leitung wäre vor Ablauf eines Jahres an dieser Stelle durchgefressen. Durch Einbau einer is erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer stabförmigen passiven Anode wurde das an der Bezugselektrode gemessene Potential auf — 0,85 Volt, bezogen auf eine unpolarisierbare Cu/CuSO^-Halbzelle, eingestellt, d. h. auf das bekannte bzw. übliche Schutzpotential von Eisen bzw. eisernen Werkstoffen. Der zur Aufrechterhaltung dieses Potentials mittels der in der Rohrleitung befindlichen Anode benötigte Strom betrug 500 mA. Es wurde festgestellt, daß sich der Materialabtrag auf der gefährdeten Rohrinnenseite auf diese Weise auf rund 0,02 mm/Jahr, d. h. auf einen bedeutungslosen Betrag, verringerte.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist also geeignet, die Lebensdauer von Leitungsteilen, die durch die eingangs geschilderten elektrolytischen Innenkorrosionen gefährdet sind, entscheidend zu verlängern. Die Kosten des Betriebes solcher Leitungen verringern sich erheblich, und die Betriebssicherheit steigt, weil die früher häufigen Unterbrechungen zum Erneuern von Leitungsteilen entfallen. Gegenüber diesen Vorteilen und Ersparnissen fallen die einmaligen Installationskosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung und die beim Betrieb einer passiven Anode anfallenden Stromkosten nicht ins Gewicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verhindern von elektrolytischen Innenkorrosionen von Rohrleitungen zur Förderung wäßriger Flüssigkeiten, die außen nicht kathodisch geschützt sind und die mittels einer Isolierverbindung mit einem Rohrabschnitt verbunden sind, der einen kathodischen Außenschutz besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrinnern im Bereich der Isolierverbindung (4,5) mindestens eine Anode (8) angeordnet ist, an der ein Potential anliegt, das positiver ist als das Innenpotential des außen nicht geschützten Leitungsabschnittes (6).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- is zeichnet, daß die Anode(n) (8), deren wirksame Oberflächen) von der Rohrwand mindestens '.Ίο des Rohrdurchmessers entfernt ist (sind), symmetrisch zur Rohrachse in der Rohrleitung angeordnet ist (sind) und daß ihre wirksamen) Oberfläche^) sich mindestens zur Hälfte im Bereich des außen nicht kathodisch geschützten Rohrabschnittes (6) befindet (befinden).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrinnern mindestens eine passive Anode (8) angeordnet ist, die über eine von der Rohrleitung isolierte leitende Verbindung (10) mit dem positiven Pol einer außerhalb des Rohres befindlichen Gleichstromquelle (11) verbunden ist, deren negativer Pol mit dem außen nicht kathodisch geschützten Rohrabschnitt (6) verbunden ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise am außen nicht kathodisch geschützten Leitungsabschnitt (6) neben der Isolierverbindung (4, 5) mindestens ein Stutzen (7) zum Einführen der Anode(n) (8) in Richtung auf die Isolierverbindung (4,5) angeordnet ist, dessen Achse einen Winkel von 15° bis 75°, vorzugsweise einen Winkel von 40° bis 50°, mit der Rohrachse bildet

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem außen nicht kathodisch geschützten Rohrteil (6) neben der Isolierverbindung (4, 5) ein Stutzen (13) zur Einführung einer Bezugselektrode (14) angeordnet ist.