DE2422513C3 - Rohrheizkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Rohrheizkörper.

Der Begriff der Spannungsrißkorrosion beim austenitischen 18/8 CrNi-Stahl ist im DIN-Blatt 50300 erörtert. Obwohl eine Reihe von Publikationen über das Problem vorliegen, ist es bis heute nicht gelungen, das Phänomen der Spannungsrißkorrosion bis in alle Einzelheiten zu verstehen. Es sei in diesem Zusammenhang auf eine neuere Veröffentlichung aus dem Jahre 1972 Bezug genommen, nämlich auf die Dissertation von Dipl.-Ing. Ingo Bleckmann, Montan-Hochschule Leoben, »Kinetische Betrachtungen zur trankristallinen Spannungsrißkorrosion eines austenitischen Chrom-Nickel-Stahles (X5CrNI-189, W.Nr. 4301) in Magnesium-Chloridlösungen«.

Das Problem der Spannungsrißkorrosion spielt bei elektrischen Rohrhei/körpern eine große Rolle. Es wird in diesem Zusammenhang auf die DT-OS 621 45 1 Bezug genommen. Nach dem dort beschriebenen Verfahren wird das Problem der Spannungsrißkorrosion bei Rohrheizkörpern, weiche einen Mantel aus Chrom-Nickel-Stahl besitzen, dadurch gelöst, daß auf den Mantel eine Nickelscliicht aufgebracht und diese in den Mantel eindiffundiert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun ebenfalls die Aufgabe zugrunde, einen Rohrheizkörper mit einem Rohrmantel aus rostbeständigem Stahl gegen Spannungsrißkorrosion in wirksamer Weise zu schützen.

Diese Aufgabe wurde gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß auf dem Rohrmantel eine an sich bekannte »Opferanode« angeordnet ist und daß die Opferanode auf den Rohrmantel aufgepreßt oder in diesen eingepreßt ist.

Die »gitterförmige Opferanode« braucht keine regelmäßig sich wiederholende Raumform zu besitzen, d. h. sie kann auch von einem unregelmäßigen Gitter, von einer Lochplatte oder sogar von stegförmigen Teilen gebildet werden.

Aus der DT-OS 2211 506 ist eine Vorrichtung zum kathodischen Korrosionsschutz von Metallkörpern unter Verwendung einer Schutzanode bekanntgeworden. Entsprechend Anspruch 3 der genannten Vorveröffentlichung ist die Schutzanode schraubenförmig

a» vorgeformt. Sie ist unter federelastischem Aufweiten mit Klemmung um den Metallkörper herumwickelbar. Die bekannte Schutzanode soll zum Korrosionsschutz von Metallkörpern, wie vor allem Rohren, Leitungen od. dgl. dienen. Die Schutzanode hat dabei

*5 insbesondere die Aufgabe, bei im Erdboden verlegten Leitungen, Rohren u. dgl. vagabundierende Ströme aufzunehmen und diese von dem zu schützenden Objekt fernzuhalten.

Trotzdem Schutzanoden als solche bekannt sind, wurden sie bisher noch nicht in Betracht gezogen, um den Rohrmantel von Rohrheizkörpern vor Spannungsrißkorrosion und Lochkorrosion zu schützen. Es zeigt sich auch, daß die bisher bekannten Schutzanoden diese Aufgabe nicht ohne weiteres erfüllen könnten. Rohrheizkörper werden im allgemeinen in Wasser oder wäßrigen Lösungen, wie Waschlaugen od. dgl. betrieben. Eine Opferanode, die nur auf Grund einer relativ leichten Federspannung auf dem Rohrheizkörpermantel aufsitzt, würde infolge von Kalkbildung, Absetzung von Waschmittel oder anderen Verschmutzungen in kürzester Zeit den Kontakt mit dem Rohrmantel verlieren und dementsprechend nicht mehr wirksam sein. Auf der anderen Seite ist es unmöglich, wie dies in der genannten DT-OS 2211506 vorgeschlagen wird, zur Verbesserung des Kontaktes Halteelemente für die Schutzanode zu verwenden, die schraubenförmig um dieselbe herumgewickelt werden. Durch derartige Halteelemente würde die Wärmeabstrahlung des Rohrheizkörpers

beeinträchtigt, so daß dieser zur Überhitzung und zum Durchbrennen neigen würde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gitter von einer Drahtwendel gebildet, die auf den Rohrmantel aufgepreßt oder die in den Rohrmantel eingepreßt ist. In dem zuletzt erwähnten Fall muß sie aus einem härteren Material als der Rohrmantel bestehen.

Eine besonders günstige Ausführungsform ergibt sich, wenn bei einem Rohrmantel aus einem auste-

nitischen spannungsrißkorrosionsempfindlichen

Chrom-Nicke-Stahl, vorzugsweise mit 18% Chrom und 8% Nickel, die »Opferanode« aus einem Stahl mit X-30%, vorzugsweise 12-20% Chrom, 0-3% Aluminium und Rest Fe besteht. Sehr gute Ergebnisse wurden in diesem Zusammenhang mit »Opferanoden« aus Cr 18-Stahl erzielt, der aus 1S% Chrom, 2% Aluminium - Rest Fe - besteht.

Die vorliegende Erfindung geht also von einer

neuen Grundidee aus, nämlich eine Spannungsrißkorrosion und einen Lochfraß an dem Mantel des Rohriieizkörpers dadurch zu vermeiden, daß zusätzlich eine »Opferanode« vorgesehen wird. Unter ein^r »Opferanode« soll dabei ein zur Funktion des Rohrheizkörpers nicht unbedingt notwendiges TuI verstanden werden, welches durch einen entsprechenden Potentialunterschied den Spannungsrißkorrosions- und Lochfraßangriff von dem Rohrheizkörpermantel auf sich selbst ablenkt. Hierzu ist natürlich Voraussetzung, daß das Material der »Opferanode« hinsichtlich seines Potentialverhaltens auf die spezielle Legierung des Rohrheizkörpermantels abgestimmt werden muß. Wie das im einzelnen zu geschehen hat, ist in der nachfolgenden speziellen Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausfiihrungsform eines elektrischen Rohrheizkörpers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in schaubildlicher und abgebrochener Darstellung eine zweite Ausfiihrungsform,

Fig. 3 ein Diagramm der Spannungsrißbildung an Proben in 38%iger Magnesinmchloridlösung,

Fig. 4 ein Diagramm der Zeitabhängigkeit der Ruhepotentiale in siedender, 38%iger Magnesiumchloridlösung,

Fig. 5 ein Diagramm der Zeitabhängigkeit der Ruhepotentiale in siedendem Wasserleitungswass τ,

Fig. 6 ein Diagramm der Zeitabhängigkeit dt. Ruhepotentiale in siedender, 3%iger Kochsalzlösung, und

Fig. 7 ein Diagramm der Summenstromdichte-Pcitentialkurve für CNFL-Stahl in siedender 3%iger Kochsalzlösung, wobei die Potentialänderung in Schritten von + 50 mV/min erfolgte.

Der in Fig. 1 dargestellte Rohrheizkörper bei.teht aus einem Rohrmantel 1 aus einem austcnitischen spannungsrißkorrosionsempfindlichen Stahl, auf welchen eine Drahtwendel 2 aus einem bestimmten, im späteren noch ausführlich erläuterten Material aufgeschoben ist. Durch Verpressen in einem Gesenk werden die Wendelwicklungen in das Mantelrohr 1 eingepreßt, so daß eine gute Verbindung entsteht. Gleichzeitig wird bei diesem Preßvorgang das in dem Mantel 1 befindliche Isoliermaterial zusätzlich verdichtet. Weiterhin werden durch das Pressen in dem Gesenk von jeder Wicklung gegenüberliegende Schlaufen 3 so ausgepreßt, daß sie je etwa 2-15 mm von dem Rohrheizkörpermantel abstehen. Die Schlaufen können auch nur einseitig von dem Rohrheizkörpermantel abstehend ausgepreßt werden oder unterschiedliche Längen an den beiden Seiten besitzen.

Bei der in Fig. 2 abgebrochen dargestellten Ausführungsform wurde um die Schenkel 4 und 5 beispielsweise eines haarnadelförmig gebogenen Rohrhcizkörpers ein Runddraht 6 gewickelt. Durch entsprechendes Verpressen im Gesenk wird ein inniger Kontakt und eine entsprechende Umschlingung der Rohrheizkörperschenkel 4 und 5 durch die Drahtschlaufen 6 erzielt.

Es wurden nun eine Reihe von Proben untersucht, wobei die Untersuchungsergebnisse in den Diagrammen in den Fig. 3-7 wiedergegeben sind. Die Proben sind wie folgt be/.eichnel:

Probe 7

Rohrmantel aus CNFL-Stahl (austenitisehei Stahl mit 18% Chrom und 8% Nickel), Wandstäi ke 0.5(Jmm blank geglüht - keine Opferanode, ζ. B. in Form einer Drahtwendel;

Probe 8

Rohrmantel wie Probe 7 mit aufgepreßter Drahtwendel NiCr 60-Stahl, welcher 65% Nickel, 15% Chrom - Rest Fe - enthält, Steigung 3 mm entsprechend der Darstellung in Fig. 1;

Probe 9

Rohrmantel wie Probe 7. jedoch mit aufgepreßter Drahtwendel entsprechend Fig. 1 aus Cr 18 (18% Chrom, 2% Aluminium, Rest Fe), Steigung 3 mm;

Probe 10

Roiirmantel wie Probe 7 mit aufgepreßter Drahtwendel aus Nickeldraht. Steigung 10 mm.

Probe 11

»ο Rohrmantel wie Probe 7 mit Drahtwendel aus Cr 18 (18% Chrom, 2% Aluminium. Rest Fe). Steigung 10 mm;

Probe 12

Rohrmantel wie Probe 7 mit aufgepreßter Wendel aus Kupferdraht, Steigung 10 mm.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Proben 7 und S hinsichtlich des Auftretens von Spannungsrissen ein etwa gleichwertiges Verhalten zeigen - und zwar bis zu einer Kochzeit von 8'/, Stunden in 38%iger Magnesiumchloridlösung. Nach 16'/,stündiger Kochzeit zeigt der übliche, mit keiner Opferanode in Form einer Schutzwendel versehene Rohrmantel einen Bruch, während die Probe, welche mit einer Wendel aus NiCr 60 versehen war, zwar bereits mit freiem Auge erkennbare Risse zeigte, jedoch noch standhielt. Der Bruch bei dieser Probe setzte dann nach 32' -,stündiger Kochzeit ein.

Sämtliche anderen Proben waren frei von Spannungsrißkorrosion. Die Wendel wird jedoch im Laufe der Zeit geopfert. Zur Erzielung eines näheren Aufschlusses wurde die Zeitabhängigkeit der Ruhepotentiale in siedender 38%iger Magnesiumchloridlösung gemessen, wobei auf die Diagramme in Fig. 4 und 5 Bezug genommen wird.

Wie die Potentialmessungen zeigen, ist anzunehmen, daß die Probe 10 an der Grenze zum Auftreten von Spannungsrißkorrosionen liegt. Aus den Potentialmessungen lassen sich zwei Gruppen von Proben unterscheiden:

a) Proben mit edlem Ruhepotential. In diese Gruppe fallen die Proben 7, 8 und 10. Be; diesen Proben muß mit dem Auftreten von Spannungsrißkorrosion gerechnet werden.

b) Proben mil unedlem Ruhepotential. In diese Gruppe fallen die Proben 9, 11 und 12. Auf Grund der Potentiallage der Proben ist hier das Auftreten von Spannungsrißkorrosion ausgeschlossen. An den Wendeln der Proben zeigte sich jedoch deutlicher Angriff, bei der Probe 12 mit Kupferdraht in Form von ebenmäßiger Korrosion, bei den Proben 9 und 1 1 mit einer Wendel aus Cr 18-Draht ais Lochfraß. Diese Wendeln wirken somit als ()pferanoden und schützen das Rohrmatci ial vor Spannungsrißkorrosion.

Bei den Prüfungen in Wasserleitungswasser entsprechend Fig. 5 und in 3^rrigei Kochsalzlösung entsprechend Fig. (i und 7 lassen sich die Proben auf

Grund des Potcntialverlaufes in drei Gruppen einteilen:

a) edles Ruhepolenlial: Probe 12 (Kupferdraht)

b) unedles Ruhepotential: Proben 7, 9 und 11

c) instabiles Potential: Proben 8 und 10.

Um Aufschluß über die Lage des aktiven Buckels und des Lochfraßpotentials zu erhalten, wurde die Summenstiomdichte-Potentialkurve der Probe 7 (Rohrmantel ohne Opferanode) in siedender 3%iger Kochsalzlösung aufgenommen. Um auch den aktiven Bereich erfassen zu können, mußte ein relativ hoher Potential vorschub gewählt werden, bei dem ein Überfahren des Lochfraßpotentials um l()()-2()() mV angenommen werden muß. Bei dem gewählten Potentialvorschub von + 50 mV/min mit Haltezeiten von 1 Minute liefern die Werte von 0 Minuten und 1 Minute einen Hinweis auf die Verschiebungen dieser Kurve bei längeren Zeiten. Aus Fig. 7 ergibt sich, daß zwischen Aktiv- und Passivbeieich sehr geringe Unterschiede in der Korrosionsgeschwindigkeit bei insgesamt niedrigen Korrosionsdaten bestehen. Aus dem bei kurzen Haltezeiten festgelegten Loehfraßpotential von + 50 mV_M ist im Gleichgewichtszustand auf ein wesentlich unedleres Loehfraßpotential von etwa - 100 mV_H zu schließen.

Obwohl also die Spannungsrißkorrosion bei den Proben 9-12 völlig vermieden werden konnte, ergeben sich jedoch folgende Unterschiede zwischen den Proben.

Bei der Probe 12 schützt die Kupferwendel durch eine Potentialumkehr in Magncsiumchloridlösung durch sein unedleres Potential gegen Spannungsrißkorrosion des Rohrhcizkörpermantels - birgt aber in aggressiven Medien durch sein edles Potential die Gefahr einer Polarisation der Probe in den Lochfraßbcreich. Am besten erwiesen sich Wendeln aus dem Werkstoff CR 18, da dieser den Werkstoff CNFL kathodisch vor Lochfraß und Spannungsrißkoriosior schützt. Eine Polarisation des CNFL durch CR 18 ir den Bereich der aktiven Auflösung kann wegen dei gelingen Unterschiede der Korrosionsgeschwindigkeit zwischen Aktiv- und Passivbereichen als ungefährlich angesehen werden.

ίο Hs zeigt sich also gcmäW der Erfindung, daß durch die Bereitstellung einer »Opferanode« ein absolutei Schutz gegen Spannungsrißkonosion ermöglicht wird. Die Materialabstimmung hängt selbstverständlich davon ab, in welchen Medien die Rohrheizkörper haupt

•5 sächlich betrieben werden sollen. Man kann z. B. tür gegebene Wassei Verhältnisse eine optimale Abstimmung sovvohl hinsichtlich der Materialauswahl als auch der Stärke der Opferanode erzielen.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform zeigl noch einen besonderen Effekt. Bei Rohrheizkörper!; treten oftmals Übertemperaturen durch die sogenannte »Filmverdampfung« auf. Dies bedeutet, dali ein sich am Rohrheizkörpermantel bildender Wasserdampffilm eine entsprechende wirksame Würmeableitung verhindert. Die aus der Wendel 2 ausgepreßten Schlaufen 3 besitzen jedoch eine etwas geringen. Temperatur als der Rohrheizköi pci mantel 1 selbst Der Wasserdampffiim reißt an diesen Schlaufen ab so daß sie wieder von Wasser umspült werden. Durch die Wärmeleitung wird daraufhin der Rohrmantel 1 sofort wiedei abgekühlt, so daß auch dort die Filmverdampfung aufhört. Es geht also von den ausgepreßter Wendeln 3 ein ausgeprägter Löscheffekt für eint Filmverdampfung aus.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Rohrheizkörper, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rohrmantel (1) eine an sich bekannte »Opferanode« angeordnet ist und daß die Opferanode auf den Rohrmantel (1) aufgepreßt oder in diesen eingepreßt ist.

2. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Opferanode ein Drahtgebilde, ein Drahtgitter oder eine Drahtwendel (2) dient.

3. Rohrheizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Drahtwendel (2) Schlaufen (3) ausgepreßt sind, die vom Rohrheizkörpermantel (1) abstehen.

4. Rohrheizkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaufen (3) vom Rohrmantel (1) beidseitig, einseitig oder beidseitig in verschiedenen Längen abstehen.

5. Rohrheizkörper nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rohrheizkörpern mit üblichen Rohrmanteldurchmessern von 6-10 mm die Schlaufen (3) 2-15 mm von dem Rohrmantel abstehen.

6. Rohrheizkörper nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (1) aus einem austenitischen, spannungsrißkorrosionsempfindlichen Chromnickelstahl besteht.

7. Rohrheizkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rohrmantel (1) aus Chromnickelstahl des Typus 18% Chrom und 8% Nickel die Opferanode aus einem Stahl mit 8-30%Chrom, vorzugsweise 12-20%Chrom und 0-3% Aluminium - Rest Fe - besteht.

8. Rohrheizkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Opferanode aus Cr 18-Stahl mit 18% Chrom und 2% Aluminium - Rest Fe - besteht.