DE3222757A1

DE3222757A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der korrosionsgeschwindigkeit einer waermeuebertragungsflaeche

Info

Publication number: DE3222757A1
Application number: DE19823222757
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Drew Chemical Corp
Current assignee: Drew Chemical Corp
Priority date: 1981-06-18
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1983-02-24
Also published as: GB2102945B; GB2102945A; JPS5837533A; NL8202486A; US4686854A; IT1152417B; ES8403619A1; AU8500282A; FR2508169B1; DE3222757C2; IT8221924A0; CA1189724A; ZA824346B; AR230707A1; ES8308070A1; ES520568A0; BE893555A; BR8203560A; ES513206A0; FR2508169A1

Description

Drew Chemical Corporation (Delaware Corporation)
One Drew Chemical Plaza
Boonton, N.J. Ο7ΟΟ5, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Messung
der Korrosionsgeschwindigkeit einer
Wärmeübertragungsfläche

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zur Messung der Korrosionsgeschwindigkeit
und insbesondere auf ein neuartiges Verfahren sowie eine neuartige Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit
bzw. des Ausmaßes der Korrosion einer wärmeübertragenden Fläche.

Gegenwärtig umfassen herkömmliche Techniken zum Messen
einer Korrosion entweder nicht-wärmeübertragende Verfahren, z.B. solche mit streifen- oder kreisförmigen Probestücken, Nippeln oder mit Änderungen im Widerstand eines dünnen Metallbandes oder -drahtes, oder wärmeübertragende Verfahren unter Verwendung von entweder Einzel- oder
Mehrfachröhren-Prüfaustauschern. Für nicht-wärmeübertra-

gende Verfahren existieren Icsiae absoluten oder wahren Bedingungen, wstasnd für wärmeübertragend® Verfahren die tatsächliche Geschwindigkeitswisrlrang tuuad/od®r die tatsächlichen Oberflächenteisierpaturea ssübten identisch sind, geschweige denn genaue Gewichtsmessung©», ergeben.

In den USA-Patentanmeldungen Nr. 202 351 und 202 352 der Anmeld©rin sind Verfahren -and Vorrichtungen zur Untersuchung von Flüssigkeiten auf Ablagerungskenndaten offenbart» Das Verschmutzen oder Ablagern ist ©in© äußerst komplexe ; Erscheinung. Von einem grundsätzlichen Gesichtspunkt aus kann das als kombiniertes Kraft-, Wärm®- und Massenübergangsproblem gekennzeichnet werden» In vielen Fällen ist eine chemische Reaktionskinetik beteiligt, wie auch Löslichkeitscharakteristika von Salsen in Wasser und ICorrosionstechnologie eine Rolle spielen_o Es wurde festgestellt, daß, wenn die Ablagerungstendenz eines Kühlwassers genau vorhergesagt werden kann, bevor eine Anlage konzipiert und gebaut wird, beträchtlich© Kapitalersparnisse durch genauere technische Daten für Wärmetauscher erzielt wer» '. den können.

Es wird als Tail des Verfahrens und der Vorrichtung eine Wärmeübertragungs-Prüfanordnung vorgeselieii, die ein Heizglied für eine gesteuerte Wärmezufuhr und Thermoelemente zur Messung der Wandtemperatur des Heizgliedes umfaßt, um die Möglichkeit für Bestimmungen iron Ablagerungen bei verschiedenen Durchflußmengen mit der gleichzeitigen Überwachung und Aufzeichnung dieser zusammen mit Daten,

wie Korrosion, pH-Wert, Leitfähigkeit und ähnlichen Angaben, zu bieten.-Das Messen einer Korrosion wird durch einen Korrelator bewirkt, in dem ein Stromfluß durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit gegen einen Spannungsabfall gemessen wird«

(Andere Verfahren zur Bestimmung einer Korrosion umfassen einmal die Messung einer Lochtiefe gegen die Zeit und zum anderen die visuelle Auswertung des Prozentsatzes der korrodierten Fläche. Die bisher angewendeten Verfahren zur Auswertung bzw. Bestimmung einer Korrosion messen jedoch nicht tatsächlich die Korrosion oder Korrosionsgeschwindigkeit unter gesteuerten Bedingungen von sowohl dem Wasserfilm-Wärmeübertragungskoeffizienten als einer Funktion eines von der Geschwindigkeit hervorgerufenen Schereffekte wie auch der Oberflächentemperatur als einer Funktion genau geregelten Wärmeflusses.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Messung der Korrosi- *° onsgeschwindigkeit einer auf eine Flüssigkeit Wärme übertragenden Fläche aufzuzeigen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur leichten Einschaltung in eine bzw. Verbindung mit einer On-line-Anlage oder Prozeß-Wärmetäuschanlage für eine in-situ-Messun'g der Korrosionsgeschwindigkeit einer Wärme auf eine Wärmeträgerflüssigkeit übertragenden Fläche aufzuzeigen.

Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch ein Ablagerungs- und Korrosionsprüfgerät erreicht, das eine metallische Röhre mit einem in einem wärmeleitenden Material eingebetteten Heizelement für eine gesteuerte Wärmeabgabe

und mit einem Thermoelement für die Messung der Wandtem-' 30

peratur der Röhre hat, wobei eine metallische Hülse um

einen vorbestimmten Abschnitt der Röhre herum angeordnet ist. Das Ablagerungs- und Korrosionsprüfgerät wird innerhalb eines Systems mit Leitungen und Ventilen derart angeordnet, daß es mit einer Flüssigkeit strömungsseitig in 35

Verbindung ist, um die Korrosionsgeschwindigkeit aus dem Gewichtsverlust der metallischen Hülse bei gesteuerter Wärmezufuhr sowie gesteuerten Temperaturbedingungen und

FlüssigkeitsstrÖnrangsraeragen für ©in® vorgegebene Zeitspanne zu bestimmen«

Weitere ZMe und Forteile des Erfindumgsgegenstandee werden aus der folgenden, im Verbindung mit den Zeichnungen gegebenen Beschreibung deutliefcu Es seigerns.

Fig. 1 eine Schnittansicifote des."* Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Setaiitassiclhit ©ines Teils der Fig. 1}

Fig. 3 eine Schnittansi ©Hat wie in. Figo 2 für eine abgewandelte Ausf ührusiggf orm j

Fig. 4 ein Rohrleitungsschema» in das die erfindungsgemaße Vorrichtung eingegliedert istβ

Die Fig. 1 und 2 zeigen eiaea Prüfmodul oder ein Prüfelement 10, der bzw«, das aus ©inem'Ablageruntgs- und Korrosionsprüfgerät 12 besteht, welches koaxial in einer Rohrleitung ik angeordnet ist und einen ringförmigen Strömungskanal l6 bildet. Das Ablagerung®- und Korrosionsprüfgerät 12 umfaßt ein zylinderförmiges Heisglied 18, an dem ein zylinderförmiges, hülsen- oder muffanartiges Korrosionsprüfglied 20 (im folgenden "Prüfhülse" genannt) angebracht ist. Das Innere des Heizgliedes 18 ist mit einem in einer Isoliermasse 24, z.B. Magx&esiutnoscyd, eingebetteten, hochohmigen Heizelement 22 versehen, und wenigstens ein im Heizglied 18 eingebettetes Thermoelement 26 dient dazu,

die Wandtemperatur zu erfassen»
30

Die Rohrleitung 14 besteht vorzugsweise aus einem durchsichtigen Material, z.B« Glas, um eine visuelle Beobachtung der Flüssigkeitsströmung wie auch jeglicher Bildung von (nicht gezeigten) Belägen (Ablagerungen, Kesselstein. od.dgl.) rund um die Oberfläche des Heizgliedes 18 zu ermöglichen. Das Heizglied 18 ist aus metallischem Material gebildet, z.B. aus rostfreiem Stahl, Kupfer, Titan, aus

weichem, unlegierten Stahl, aus Admiralitätslegierung od.dgl., was beispielsweise vom Rohrmaterial des der Auswertung unterliegenden Wärmetauschers oder von der durch Strömen durch den Prüfmodul 10 zu untersuchenden Flüssigkeit abhängt, oder es besteht aus dem gleichen Metallwerkstoff wie derjenige der Anlage, durch die die zu prüfende · Flüssigkeit strömt. Im allgemeinen kommt für eine normale Kühlwasseranwendung rostfreier Stahl zum Einsatz, während Admiralitätslegierung für die Anwendungsfälle bei See- IQ und Brackwasser benutzt wird.

Die zylinderförmige Prüfhülse 20 wird im allgemeinen aus dem gleichen Material wie das Heizglied 18 gebildet, um das eigentliche, wirksame Material der Wärmeübertragungseinheit zu verdoppeln und um auch den korrodierenden Effekt von verschiedenartigen Metallen auszuschalten. Die Prüfhülse 20 weist eine minimale Dicke auf, um den Wärmeübertragungswider stand herabzusetzen, jedoch eine hohe Korrosion vom Typ des Lochfraßes zuzulassen, und zwar beträgt die Dicke wenigstens etwa Q,762 mm. Um die Wirkung einer Wirbelströmung an der Oberfläche der Prüfhülse 20 auf ein Minimum herabzusetzen, wird ein angeströmter Oberflächenbereich 28 der Prüfhülse 20 maschinell zu einer Vorderkante 30 mit einer Dicke von weniger als etwa 0,381 mm abgearbeitet.

Die Prüfhülse 20 wird beispielsweise durch Punktschweißungen 32 aus Silberlot in bevorzugter Weise am Heizglied 18 derart angebracht, daß ihre Hinterkante 3^ mit dem Endteil der Isoliermasse 24 übereinstimmt, um jegliche Waseerfilmstauung· an der Seite des Thermeelements zu minimieren. Wie Fig. 3 zeigt, kann die Prüfhülse 20 am Heizglied 18 auch durch O-Ringe 36 aus federndem Material, die in im Heizglied l8 ausgebildeten Nuten 38 angeordnet sind, festgehalten werden. Um für eine Nachbildung gleicher Oberflächentemperaturen zu sorgen, ist die Prüfhülse 20 eng auf das Heizglied l8 gesetzt, z.B. mit Preßsitz, so daß zwi-

way ο ν * ι

Ι«» 0 jr

„10-

sehen diesem. Teilen ein inaigar Kontakt besteht und jeglicher ¥ärmeübertragungswid©rstand aufgrund von Lufteinwir kung auf eim Minii

Die Korrosiosisgeschwindigkeit einer Flüssigkeit wird durch den Gewichtsverlust an der Prüfhülsa 20 beurteilt, wie er während der Strömung der Flüssigkeit durch, den JPrüfmodul 10 bei geregelten Duirehflwßmengen und geregelter !Wärmeabgabe vom Heiasglied 18 pro Zeiteinheit in Erscheinung tritt, worauf noch näher eingegangen werden wird»

Der Warme-Prüfmodul 10 ist innerhalb ©in©s Rohrleitungssystems 40 (Fig» 4) angeordnet„ das Durshflußmeßgeräte 42 und 44, ein Rotameter 46 und ein Durchflußstrom-Regelventil 48 aufweistφ Das Rohrleitungssystem 40 hat eine Einlaßleitung 50, die mit den Durchflußmessern 42, 44 durch Leitungen 52 und 54, die durch Yentile 56 bsw_o 58 regelbar sind, in paralleler Strömungsverbindung steht._e Strömungsseitig sind die Leitungen 52, 54 über die Leitung 60 unter Rege-

lung durch ein Absperrventil 62 mit dem einen Ende des Rotameters 46 verbunden, während dessen' anderes Ende über die Leitungen 64, 66 mit dem Einlaßende des Prüfmoduls 10 strömungsseitig verbunden ist. über ein Umgehungsventil 70 und eine Leitung 68 steht die Leitung 54 strömungsseitig

mit der Leitung 66 in Verbindung»

Das Auslaßende des Prüfmoduls 10 ist über die Leitungen 72. und 74 unter Regelung durch ein Absperrventil 76 an das

Durchflußregelventil 48, das über di®'Leitung 80 mit dem-30

Auslaß 78 verbunden ist, strömungsseitig angeschlossen.

Des weiteren besieht eine strömungsseitige Verbindung zwischen der Leitung 72 und dar Leitung 8ö über die Leitung 82, die durch ein. Umgehungsventil 84 geregelt wird. Die

Leitung 80 ist mit einer Durchflußzelle 86, die eine Mehr-So

zahl von (nicht gezeigten) Sonden zur Messung weiterer Parameter der Flüssigkeit enthält, worauf noch eingegangen werden wird, versehen.

Die Durchflußmesser 42, 44 sind vorzugsweise von der Venturi-Bauart, wobei jedes Meßgerät eine unterschiedliche Auslesungsleistung an Strömungsmengen hat, und sie sind elektrisch über Kabel 93 bzw. 94 und Wandler 88 an eine Differentialmeßdose 90 angeschlossen, die den Druckabfall an den Durchflußmessern 42, 44 erfaßt. Das Rohrleitungssystem 40 ist mit einem Thermoelement 96,um die Wassereintrittstemperatur im großen und ganzen zu überwachen, und mit einer Hochtemperatur-Abschaltung 98 versehen.

Um einen ausreichend großen Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten zu bieten, kann eine Mehrzahl von Prüfmoduln 10 mit unterschiedlichem Durchmesser für einen Austauscheinbau in das Rohrleitungssystem 40 verwendet werden. Das Durchfluß-Regelventil 48 ist vorzugsweise von einer Bauart mit konstantem Durchfluß, wobei ein (nicht gezeigter) Innendruckausgleicher dazu dient, eine Strömung mit dem vorgegebenen Wert sicherzustellen. Das Rotameter 46 ermöglicht eine visuelle Überwacriung und kann durch eine (nbht ge-

2.0 zeigte) Differentialdruckmeßdose elektronisch gesteuert werden.

Das Rohrleitungssystem 40 ist in eine (nicht gezeigte) Überwachungs- und Aufzeichnungsanordnung integriert oder mit einer solchen zusammengeschaltet, wie in den eingangs genannten Patentanmeldungen offenbart ist, und ist auf einer Tragkonstruktion zur Anordnung in einem mobilen Transportbehälter, wie einem Lastwagen, Kfz-Anhänger od. dgl., montiert, um es leicht von Ort zu Ort zur Prüfung

^O einer durch eine Anlage, z.B. einen Wärmetauscher, Reaktor od.dgl., fließenden Flüssigkeit transportieren zu können.

Im Betrieb wird die das Rohrleitungssystem, das auf einer geeigneten Tragkonstruktion angebracht und in einem in sich abgeschlossenen, umgebenden Behälter untergebracht ist, enthaltende überwachungs- und Aufzeichnungsanordnung nahe einer Betriebs- oder Prozeßanlage, z.B. einem Wärme-

tauscher bzw«, einem Delignifisierungadigestor ₀ bei der eine «.eßo auf ihre korrodierende Wirkung zu untersuchend® oder zu psüfend© Flüssigkeit sur Anwendung kommt, in Stellung gebracht „ um deren ICorrosionsgeschwindigkeit mit Bezug auf ein© wärnjoübertsragerade Fläch® sau. h®st&mmezLa Ein. Prüfmodul 10 suit einem Heizglxed 18 und einer Prüfhüls© 20 aus gleichem Material wie die Rohrteile der Betriebs- oder Proaeß«=· anlage wird innerhalb des Rohrleitungssystems 4o angeordnet , wob®i die Prüfhüls© 20 vor ihrem Anbringen am Heiz» glied 18 einer Wägung unterworfen wird« Nach dem Positio= nieren läßt man. diesu prüfend© Flüssigkeit durch den Ringkanal l6 des Prtifmoduis 10 strömen... Dem Heizelement 22 des Heizgliedes 18 wird Energie zugeführt, und die Wandtemperatur des Heizgliedes 18 wird, um deren Temperatur zu erhalten, überwacht» Gleichzeitig xirird durch das Thermoelement 96 zusammen mit der Kontrolle der Fließgeschwindigkeit die Temperatur der strömenden Flüssigkeitsmenge über«-. wacht. Durch das Regelventil 48 mit konstantem Durchfluß wird die Wassergeschwindigkeit geregelt, und es erfolgt durch das Rotameter 46 gleichzeitig eine die elektronische überwachung durch die Differesitialdruckmeßdose 90, die den Druckabfall entweder am Durchflußmesser 42 oder 44 erfaßt, begleitende visuelle Überwachung»

Nach einer vorbastiramten Zeitspanne , Thäspieisweise von sieben bis dreißig Tagen, wobei die Minimalspanne zwei bis drei Tage beträgt, wird die Flüssigkeitsströmung durch " den Prüfmodul 10 unterbrochen, und der Prüfmodul 10 wird vom Rohrleitungssystem 40 entfernte Die Prüfhülse 20. wird

"^ vom Heizglied 18 abgenommen und gewogen, um eine Berechnung des Gewichtsverlustes zu ermöglichen, der in die folgende Gleichung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit (CR) eingeht:

W₁ . 365 Tage/Jahr . 1000 „ 25,4 U /25,4 mm CR = ^τ ... .1 . . .

(CR =

l6.39cm 3/(25,4 mm)³ . A . d . t W- . 365 Tage/Jahr „ 1000 mils/in

l6.39cm 3/in³ . A „

worin ist:

W₁ = Gewichtsverlust in g

A s= Flächenbereich der Prüf hülse in cm . 2,5^0

d = Dichte des Metalls in g/cm

t rs Prüfzeit in Tagen

15 . Q

Leerseiie

Claims

Patentansprüche

/ lötvorrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindiglceit einer Flüssigkeit gegenüber einem Material, gekennzeichnet durch eine innerhalb eines Rohrleitungssystems (kO) anzuordnende wärmeübertragende Anordnung, die ein zylinderförmiges Heizglied (l8) mit einem Heizelement (22) umfaßt, und durch ein metallisches, gewichtsmäßig vorbestimmtes Hülsenglied (20), das rund um das zylinderförmige Heizglied (l8) im Preßsitz aufgebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenglied (20)

ν» * e

LJ « β · β

-2-

ttind das rj.yli.iiclsrformige Heiszglied (l8) aus dem glei-

t sind.

icfe^-a:^ :ru"i^b Anspruch 1 oder 2, dadurch g © Is. s 7;J. r.- s s i. <c h η e t, daß das metallische seragliscl (20* ©ine Dicke von wenigstens etwa 0,0762 cm

4. Vorrichtung :-is.ch einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch g Q k e :.i η zeichnet, daß das metallische Hiilsengliec?. (SC·) mit einer konisch gestalteten vorderen Anstrcm£'l£i?;J?,3 %28) versehen ist»

5. Vorrieht-OLiig nach Anspruch 4, dadurch

g e k e ei r>. s e i c h η e t, daß die Vorderkante (30) der kOiiiachsri Anströmfläche (28) eine Dicke von wenigstens O3Ο254 sa hat.

6„ Vorrichtung Each einem der Ansprüche i bis 5i dadurch g e Is e η η zeichnet, daß die Hinterkante des Hüis'5figi:l'-3äes (20) mit einem Endabschnitt des Heisgl?.csd2s '18) stisatnmenfällt»

ichtung aaeh einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge ic £. -1 r> _E e i c h η e t, daß das Hülsenglied (20) mit des syl^r-xlerförmigen Heizglied (l8) verlötet oder verschwe?.S,i ist,

Vorrichtung Bach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e ία η zeichnet, daß das zyl inderf b'rmige Heisglieci (5.8) mit in Umf angsrichtung umlaufenden, zweiraEsdsr ^inen Abstand, der geringfügig größer als das Hü 13eP.gIi.'3c' (20) ist, aufweisenden Nuten (38) versehen is"c ".mo- daß in den Nuten je ein O-Ring (36) aus fedemcleir Η~ΐespial angeordnet ist, der das Hülsenglied auf dem '"ryliac^/srrorraigen Heizglied festhält.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zylinderförmigen Heizglied (l8) ein die elektrische Energiezufuhr zum Heizelement (22) überwachendes und steuerndes Thermoelement (26) angeordnet ist.

10. Verfahren zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit gegenüber einem wärmeübertragenden Material, wobei eine wärmeübertragende Anordnung mit einem zylinderförmigen Glied, das eine innere Heizeinrichtung aufweist, zur Anwendung kommt,

gekennzeichnet durch Positionieren eines gewichtsmäßig vorbestimmten, zylinderförmigen Hülsengliedes rund um die wärmeübertragende Anordnung, durch ° Einfügen der wärmeübertragenden Anordnung in eine flüssigkeitsseitige Strömungsverbindung mit der Flüssigkeit, durch Versorgen der inneren Heizeinrichtung mit Energie, durch Unterbrechen der Strömung der Flüssigkeit nach einer bestimmten Zeitspanne und durch Abnehmen der

zylinderförmigen Hülse sowie Wiegen dieser zur Bestimmung des während der bestimmten Zeitspanne eingetretenen Gewichtsverlustes.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem zylinderförmigen Hülsenglied angebrachtes Thermoelement die elektrische Energiezufuhr zur Heizeinrichtung überwacht und steuert.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch

gekennzeichnet, daß das zylinderförmige Hülsenglied an einem stromab gelegenen Teil·des zylinderförmigen Gliedes nahe einem Endabschnitt der inneren Heizeinrichtung angeordnet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragende Anordnung und das Hülsenglied aus gleichem Metall gebildet werden.

Ik« Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der wärmeübertragenden Einrichtung überwacht wird.

15· Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr zur inneren Heizeinrichtung in Abhängigkeit von der überwachten Temperatur der wärsneübertragenden Einrichtung geregelt wird.