DE3121207C2

DE3121207C2 -

Info

Publication number: DE3121207C2
Application number: DE3121207A
Authority: DE
Inventors: Thomas William Abingdon Oxforshire Gb Conlon; Constantin Cambridge Gb Edeleanu
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1980-05-30
Filing date: 1981-05-27
Publication date: 1990-05-31
Also published as: GB2079949A; GB2079949B; US4412174A; IT1144719B; JPS5722535A; JPH0124254B2; DE3121207A1; FR2483618B1; IT8167735A0; FR2483618A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von lokal auftretender Korrosion.

An einer Metalloberfläche, welche einem korrodierenden Medium ausgesetzt ist, können zwei Korrosionsformen auftreten. Die eine Korrosionsform tritt im allgemeinen gleichmäßig über der Oberfläche auf, während die zweite Korrosionsform lokal oder örtlich festgelegt ist. Diese Einwirkungsform ist unter der Bezeichnung lokale Korrosion oder Lochfraß bekannt. Sie ist bei weitem schwerwiegender als eine gleichförmige Korrosion, da es bei einer gleichförmigen Korrosion lange Zeit dauern kann, bis die Dicke eines Materialteils, dessen Oberfläche angegriffen wird, an einer Stelle schwächer oder dünner wird, wo dessen mechanische Festigkeit zerstört ist, während eine lokale Korrosion oder Lochfraß schnell zu einem Durchbrechen oder Durchschlagen des Materialteils und den ent sprechenden Folgen und Auswirkungen führen kann.

Meßverfahren, die entwickelt worden sind, um eine gleichför mige Korrosion festzustellen und zu messen, haben sich als unbefriedigend erwiesen, wenn Versuche unternommen worden sind, diese Verfahren bei der Bestimmung einer loka len Korrosion bzw. von Lochfraß anzuwenden. Beispielsweise wird bei einem bekannten Verfahren zum Messen von Korrosion der Widerstand eines Elements, welches einem korrodierenden Medium ausgesetzt ist, mit dem Widerstand eines gleichen Elements verglichen, das sich in derselben Lage befindet , aber vor der korrodierenden Umgebung geschützt ist. Änderungen im Verhältnis der Widerstandswerte der zwei Elemente sind ein Maß für Querschnittsänderungen des einer korrodierenden Umge bung ausgesetzten Elements infolge von Korrosion. Dieses Ver fahren sagt jedoch (ohne eine Inaugenscheinnahme) nichts darüber aus, ob die Querschnittsänderungen lokalisiert oder weitverbreitet sind und folglich kann mit diesem Verfahren nicht zwischen einer lokalen und einer gleichförmigen Korro sion unterschieden werden. Folglich handelt es sich um eine Erscheinung, die Hauptursache für Schäden und den Ausfall von Einrichtungen und Anlagen ist und welche in der Praxis über den Bereich einer instrumentalen Bestimmung und Messung hin ausgeht.

Aus der US-PS 31 01 413 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bekannt, mit denen die Korrosionseigenschaften bzw. die Aggressivi tät von einer eingeschlossenen Atmosphäre z. B. in Druckkesseln oder Leitungsrohren festzustellen ist. Dabei wird ein Testmaterial, das mit geringen Spuren von radioaktiven Isotopen des Testmaterials versetzt ist, in die Gasatmosphäre eingeführt, deren Korrosions eigenschaften bestimmt werden sollen. Wenn nun die korrodierende Atmosphäre die betreffende Materialschicht korrodiert, so verändern sich damit in einer charakteristischen Weise die Schichtdicke bzw. die Schichteigenschaften des Testmaterials. Damit ändert sich gleichzeitig die Intensität der radioaktiven Strahlung, die von dem zu testenden Material ausgeht, womit sich eine Beziehung zwischen dem Testmaterial und der korrodierenden Wirkung der zu prüfenden Atmosphäre bestellen läßt. Somit läßt sich die korrodierende Wir kung einer bestimmten Atmosphäre auf ein bestimmtes Material fest stellen.

Aus der US-PS 35 99 090 ist eine Vorrichtung zur Feststellung und Messung von Korrosion in Rissen und Brüchen mittels einer Wieder standsmeßmethode bekannt. Dabei wird eine leitfähige, metallische Probe einem korrodierenden Medium ausgesetzt, wobei ein zweites Teil, das elektrisch nicht leitfähig ist, an der Probe anliegt. Die Probe und das Teil bilden zusammen die Simulation eines Risses mit definierten Dimensionen. Über eine Widerstandsmeßanordnung läßt sich nun die Anfälligkeit eines bestimmten Probenmaterials im Be reich des simulierten Materialrisses bestimmen.

Der explizit aufgeführte Stand der Technik ist nicht in der Lage, unter realen Bedingungen materialspezifisch auftretende Flächen korrosion von Lochfraß zu unterscheiden. Die beiden bekannten Vor richtungen sind deshalb mit den oben aufgeführten Nachteilen des Standes der Technik behaftet.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer lokalen Korrosion bzw. von Lochfraß gegenüber einer gleichförmigen Flächenkorrosion von Mate rialien zu erkennen und zu messen.

Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Bestimmung von lokal auftretender Korrosion durch die Merkma le im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorzugsweise ist der Parameter des Teils oder Elements, das gegen Korrosionseinflüsse welche überwacht werden, anfäl lig ist, der Widerstand des Teils oder Elements. Eine ent sprechende Methode, um einen Oberflächenbereich des Teils oder Elements zu schaffen, welcher radioaktiv ist, besteht darin, diesen Oberflächenbereich einem Beschuß mit einer Strahlung auszusetzen, deren Energie ausreicht, um nukleare Reaktionen in der Oberfläche dieses Bereichs des Elements hervorzurufen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh rungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Meß- oder Prüfvorrichtung, die bei der Durch führung der Erfindung anwendbar ist, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ein richtung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 weist eine Korrosionsüberwachungssonde 1 ein U-för miges Teil oder Element 2 aus einem leitenden, korrodierbaren Material auf, welches in einem nichtkorrodierbaren, dicht ver schlossenen Gefäß 3 gehaltert ist. Das Gefäß 3 weist einen An satz 4 und einen Sicherungsring 5 auf, mittels welchen es an einer Wandung 6 eines Rohrs oder eines Behälters 7 angebracht werden kann, das bzw. der ein fließendes, korrodierendes Mit tel 8 enthält. Das Teil oder Element 2 ist aus einem Material hergestellt, an welchem die Wirkung des korrodierenden Mittels 8 zu überwachen ist. Beispielsweise kann es das gleiche Mate rial wie das Material des Rohrs oder des Behälters sein, wenn beabsichtigt ist, den Zustand des Behälters oder der Leitung 7 zu überwachen, oder es kann aus demselben Material wie ein korrodierbarer Teil einer Pumpe oder einer anderen Einrichtung (welche nicht dargestellt sind) hergestellt sein, welcher in das korrodierende Mittel 8 eingetaucht wird. Das Gefäß 3 der Sonde 1 ist hohl und weist in seinem Inneren ein Paar Leitun gen 9, mittels welcher elektrischer Strom durch das Element oder Teil 2 in der Sonde 1 fließen kann, ein Paar Leitungen 10, mittels welcher der Spannungsabfall an einem Teil des Elements 2, welcher den dem Mittel ausgesetzten Teil auf weist, bestimmt und damit dessen Widerstand festgestellt wer den kann, und eine Leitung 11 auf, mittels welcher der Wider stand eines geschützten Teils 12 bestimmter Länge des Elemen tes 2 festgestellt werden kann.

Vorzugsweise ist das Gefäß 3 und insbesondere der Teil 13 des Gefäßes 3, durch welchen das Element 2 hindurchgeht, aus einem Isoliermaterial hergestellt, um so die Gefahr des Auftretens einer elektrolytischen Korrosion an dem Element 2 auf ein Mi nimum herabzusetzen. Ein Bereich 14 des Elements 2 wird radio aktiv gemacht, indem er vor dem Einführen der Überwachungsson de 1 in die Wandung 6 des Rohrs oder des Behälters 7 mit einem Protonenstrahl beschossen wird. Durch diese Behandlung wird eine radioaktive Materialschicht erzeugt, die einige zehn Mikron dick ist. Der aktivierte Bereich 14 des Elements 2 kann so gewählt werden, daß er eine vorteilhafte Größe hat, beispielsweise kann er 3 mm² klein oder 500 mm² groß sein. Fer ner kann das Element 2 eine vorteilhafte Form aufweisen, bei spielsweise kann es ein Draht, ein Streifen oder ein Flach rohr sein.

Das Gefäß 3 der Sonde 1 ist so geformt, daß die ge schützte Länge 12 des Elements 2 in dem Behälter oder dem Rohr 7 liegt, der bzw. das das korrodierende Mittel 8 ent hält, so daß es den gleichen Temperaturbedingungen wie der ungeschützte Teil des Elements 2 ausgesetzt ist. Durch Mes sen des Widerstandsverhältnisses der beiden Teile des Ele ments 2 werden die Wirkungen von Temperaturänderungen, welche beide Teile des Elements 2 beeinflussen, annuliert, so daß Widerstandsänderungen im ungeschützten Teil des Elements 2 gemessen werden können, und somit die Materialmenge, die von dem ungeschützten Teil des Elements 2 entfernt worden ist, bestimmt werden kann.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie die Überwachungssonde 1 verwendet werden kann, um das Vorhandensein einer lokalen Kor rosion oder von Lochfraß an dem Element 2 festzustellen und zu bestimmen. Die Sonde 1 ist in der Wandung 6 des Rohrs oder Behälters 7 angebracht, das bzw. der das korrodierende Mate rial 8 enthält, wie bereits ausgeführt ist. In Strömungsrich tung nach der Sonde 1 ist ein Strahlungsdetektor 21 angeord net, welcher die Radioaktivitätszunahme in dem fließenden kor rodierenden Mittel feststellt.

Die Sonde 1 erzeugt ein Ausgangssignal, welches sich auf Än derungen im Widerstand des Elements 2 bezieht. Dieses Signal wird an eine erste elektronische Schaltung 22 angelegt, wel che ein Signal s ₁ erzeugt, welches ein Maß für den Material verlust von der Sonde 1 ist, wie durch deren Widerstandsände rung angezeigt wird. Der Strahlungsdetektor 21 erzeugt ein Ausgangssignal, welches ein direktes Maß für die verloren gegangene Materiallmenge in dem aktiven Bereich 12 des Ele ments 2 der Sonde 1 ist. Dieses Signal wird an eine zweite elektronische Schaltung 23 angelegt, welche ein Signal s ₂ er zeugt, welches ein Maß für den Materialverlust im aktiven Be reich 12 des Elements 2 der Sonde 1 ist. Die Signale s ₁ und s ₂ werden in einem Vergleicher 24 miteinander verglichen.

Wenn das Element 2 der Sonde 1 gleichmäßig korrodiert, dann ist der Materialverlust, der durch die Widerstandsänderung des Elements 2 der Sonde 1 gemessen wird, gleich der Menge, die durch den Verlust an (radio)aktivem Material vom Element 2 der Sonde 1 gemessen worden ist, da mit beiden Methoden ab solut der Materialverlust von dem Element 2 der Sonde 1 ge messen wird.

Sollte es jedoch zu einer lokalen Korrosion bzw. zu einem Lochfraß am Element 2 der Sonde 1 gekommen sein, dann unter scheiden sich die zwei gemessenen, vom Element 2 der Sonde 1 entfernten Materialpumpen, und dieser Unterschied ist ein Maß dafür, daß eine lokale Korrosion oder ein Lochfraß statt findet. Der Vergleicher 24 kann so ausgelegt sein, daß er einen geeichten Ablesewert oder ein Signal abgibt, das auf gezeichnet werden kann oder zum Auslösen eines Alarms benutzt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung von lokal auftretender Korrosion in einem korrodierenden Medium, dadurch gekennzeichnet, daß dem korrodierenden Medium ein korrodierbares Element ausgesetzt wird, von welchem ein Oberflächenbereich radioaktiv gemacht worden ist, daß Änderungen eines Parameters des Elements gemessen werden, der bezüg lich der Korrosionswirkungen des Elements empfindlich ist, daß gleich zeitig entweder Änderungen in der Radioaktivität des Elements oder bei einem strömenden Medium eine Radioaktivitätszunahme an einer in Strö mungsrichtung nach dem Element liegenden Stelle gemessen werden, daß aus den beiden Messungen Anzeigen bezüglich der Menge des von dem Ele ment entfernten, korrodierten Materials erhalten werden, und daß die angezeigten, von dem Element entfernten Materialmengen verglichen wer den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Oberflächenbereich des Elements durch Beschuß mit einer Strahlung radioaktiv gemacht worden ist, deren Ener gie ausreicht, um nukleare Reaktionen in der Oberfläche her vorzurufen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Strahlung ein Protonenstrahl ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter des Elements, welches überwacht wird, der elektrische Widerstand des Ele ments ist.

5. Vorrichtung zur Bestimmung von lokal auftretender Korrosion in einem korrodierenden Medium, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (1), die in einem fließenden, korrodierenden Medium ein korrodierbares Element (2) hält, von welchem ein Oberflächenbe reich (14) radioaktiv gemacht worden ist, durch eine Einrichtung (22), die Änderungen in einem Parameter des Elements infolge einer Korrosion des Elements mißt, und daraus ein erstes Signal (s ₁) ableitet, das die Korrosionsrate des Elements darstellt, durch eine Einrich tung (21), die entweder Änderungen in der Radioaktivität des Ele ments oder eine Radioaktivitätszunahme an einer in Strömungsrichtung nach dem Element (2) liegenden Stelle mißt und daraus ein zweites Signal (s ₂) ableitet, das die Menge des von dem Element entfern ten, radioaktiven Materials anzeigt, und durch eine Einrichtung (24) zum Vergleich der beiden Signale (s ₁, s ₂).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zum Messen von Änderungen in einem Parameter des Elements (2) eine Einrichtung zum Messen von Änderun gen des elektrischen Widerstandes des Elements (2) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein zweites Element, das mit dem korrodierbaren Element iden tisch, aber in einem nichtkorrodierenden Medium angeordnet ist, durch eine Einrichtung, um das zweite Element auf der gleichen Temperatur wie das korrodierbare Element zu halten, und durch eine Einrichtung zum Vergleichen des elektrischen Widerstandes der zwei Elemente, um dadurch Änderungen im elektrischen Widerstand des kor rodierbaren Elements festzustellen, die von der Korrosion des Ele ments herrühren.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung (24) zum Verglei chen der beiden Signale (s ₁, s ₂) einen Alarm auslöst, wenn der Unterschied in den Korrosionsmengen, die durch die beiden Signale (s ₁, s ₂) angezeigt werden, einen vorbestimmten Wert überschrei tet.