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Vorrichung zur Ermittlung der Korrosionsgeschwindigkeit
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von Metallen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung
der Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen in kondensierenden Brüden oder Dämpfen
oder Gasen, mit einer in den Brüden-bzw. Dampf- bzw. Gasstrom gehaltenen Metallprobe
und einer gravimetrischen Meßeinrichtung für dieselbe.
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Säure- oder salzhaltige Niederschläge durch Kondensation, erwünscht
beispielsweise in Detillationskolonnne, unerwünscht z.3. im Rauchgaszug großer Verbrennungsanlagen
verursachen Schäden durch Korrosion der Werkstoffe, aus denen die Apparaturen aufgebaut
sind. Als Gegenmaßnahmen werden gewöhnlich im einen Fall korrosionsmindernde Zusätze,
sog. Inhibitoren, eingesetzt, im anderen Fall di Rauchgastemperatur über der Taupunktstemperatur
gehalten.
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Um beide Maßnahmen möglichst wirtschaftlich betreiben zu können, ist
man bestrebt, die Mengen der Zusätze bzw. die Rauchgastemperatur auf ein Mindestmaß
zu beschränken.
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Dieses Mindestmaß kann für den jeweiligen Anwendungsfall durch Untersuchung
des Korrosionsgeschehens in Abhängigkeit von der Zusatzmenge bzw. Temperatur ermittelt
werden.
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Eine hierfür maßgebende Untersuchungsgröße ist Korrosionsgeschwindigkeit.
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Sehr verbreitet ist die quentitative Ermittlung des Gewichtsverlustes
durch Korrosion in einem bestimmten Zeitabschnitt. Hierzu werden Probeplättchen,
sog. Coupons, in das korrodierend wirkende Medium gebracht. Durc@ Wängung der Probe
nach Entfernung der Korrosionsprodukte kann mit dem auf den Zeitabschnitt bezogenen
Gewic@tsver@ust die Korrosionsgeschwindigkeit, gemessen in mm/2, bestimmt werden.
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Diese Meßmethode ist für Laboruntersuchungen geeignet, wo konstante
Meßbedingungen eingestellt werden können. Eine Aussage darüber, wie sich die verschiedenen
Temperaturen um den Taupunkt auf die Korrosionsgeschwindigkeit in der Praxis, insbesondere
in Produktionsanlagen mit den schwankenden Betriebsbedingungen, auswirken, kann
damit Jedoch nicht sicher getroffen erden.
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Zur Schnellbewertung der Korrosion in gut leitfähigen Medien ist
eine Meßmethode bekannt, bei der der Polarisationswiderstand zwischen einem zu untersuchenden
Probenkörper und einer bzw. zwei Hilfselektroden gemessen wird.
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(Gerätebeschreibung der Firma Petrolite Corp., nouston/ Texas, "Petrolite
Corrosion rate merter"). Die Messung über ale Hilfselektroden ist Jedoch nur sicher,
wenn ausreichena Kondensat vorhanden ist. Dies bedeutet, daß die Messung nur deutlich
unterhalb der Taupunkttemperatur möglich ist.
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Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zu entwickeln,
mit der die Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen bei definierten Temperaturen
um den Taupunkt ermittelt werden kann.
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Die Aufgabe wurde durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie in den Patentansprüchen
gekennzeichnet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich.-nung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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3ie den z untersuchenden Dämpfe- oder Gas- oder Brüdenstrom führende
Apparatur 1 ist für die Messung durch eine öffnung 2 zugänglich gemacht, an die
sich ein Rohrszutzen 3 anschließt. Dieser weist einen Flansch 4 auf, der durch einen
Flanschdeckel 5 abschließbar ist. Durch Bonrungen im
Flanschdeckel
fUhren mittels druckdichter Verschraubungen eine Zuführungsleitung 6 und eine Abführungsleitung
7. An diese ist die Metallprobe aus dem zu untersuchenden Werkstoff in Form eines
U-förmig gebogenen, in den Apparateraum 1 ragenden Rohres 8 Uber eine mit Dichtelementen
ausgestattete Verschraubung 13 angeschlossen. Anstelle des Rohres können selbstverstänclich
auch andere, für die Versuchsanordnung geeignete Hohlkörper verwendet werden.
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Das U-förmige Ronr 8 steht über die Zu- und Abführungsieitungen 6,
7 mit einer Kühl- bzw. Heizmittelquelle (in der Zeichnung nicht dargestellt) in
Verbindung, um die Probenoberfläche auf eine gewünschte Temperatur einstellen zu
können. Die für diese thermostatische Regelung erforderliche Temperaturmeßstelle
wird durch ein Thermoelement (in der Zeichnung nicht zu sehen) gebildet, das Im
nnern des Rohres 8 in direkten Kontakt mit der Wand gebracht ist. Dabei erreicht
man die genauesten Temperaturerte, wenn beide Thermoelementschenkel getrennt an
der Innenwand angeschweißt sind und die so gebildete Elementlötstelle vorweg kalibriert
wirc. Die Anschlußletitungen fUr das Thermoelement werden zweckmäßig In der Zu-
oder Abführungsleitung 6, 7 geführt. Das Gerät für die thermostatische Regelung
ist nicht Gegenstand vorliegender Erfindung und wird daher weiters nicht beschrieben.
Geeignete Geräte stehen im Fachhandel zur Verfügung, beispielsweise unter der technischen
Bezeichnung "Thermostate".
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ur Signalisierung des Taupunktes ist in geringem Abstand von der Oberfläche
des U-förmigen R@hres 8 - zweckmäßig zwischen 0,01 mm und 0,2 mm - eine Elektrode
9 angeordnet, die durch elektrisch isolierende Befestigungssc@ellen 10 am Rohr angebracht
ist. Für den Ans@@lu@drant 11 der Elektrode ist im Flanschdeckel 5 eine ebenfalls
@ruckdichte Durchführung vorgesehen. Der elektrische Widerstand
zwischen
Rohr 8 und Elektrode 9 ist im Dampf- oder Gas-oder Brüdenstrom relativ hocn und
sinkt bei der durch Kondensation sich bildenden elektrolytischen Flüssigkeitsbrücke
deutlich ab. Mit Hilfe dieser Widerstandsänderung können der Taupunkt des vorliegenden
säurehaltigen Rauchgases bzw. Produktstromes festgestellt und davon ausgehend mittels
der vorstehend beschriebenen thermostatischen Regelung die Taupunkttemperatur oder
verschiedene Temperaturen darüber oder darunter eingestellt werden. Dies ermöglichst
die Untersuchung der korrosiven Wirkung des vorhandenen Rauchgases bzw. Produktstromes
auf das zu prüfende Metall in einem Temperaturbereich beispielsweise um den Taupunkt
oder zwischen Säure- und Wassertaupunkt.
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Eine diesbezüglich vorteilhafte Ausgestaltung er erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht darin, daß der Flanschdeckel 5 mit mehreren Zu- und Abführungsleitungen
6, ausgestattet ist, so daß in er Öffnung 2 der Apparatur 1 mehrere Probenrohre
8 nebeneinander angeordnet und an voneinander getrennte Kühl- bzw. Heizmittelquellen
angeschlossen werden können. Der interessierende Temperaturbereich kann dann in
einer Versuchsperiode bei für alle Probenrohre gleicher Dampf-, Gas- oder Brüdenzusammensetzung
untersucht werden.
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Um Störungen bei der Signalisierung des Taupunktes und damit verbundene
Fehlmessungen durch Partikelablagerungen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, das U-förmige
Rohr 8 im Bereich der Elektrode 9 zusammen mit dieser mit einem perforierten oder
an der Unterseite offenen Hüllrohr 12 zu umgehen, das beispielsweise auf die Verschraubung
13 aufgesteckt werden kann.
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Für die Bestimmung des Gewichtsverlustes durch Korrosion wird das
U-förmige Probenrohr 8 vor und nach der Versuchs-
periode mit einer
Analysenwaage genau gewogen. Dabei sollte das OberflGche/Gewicht-Verhältnis des
Rohres im Hinblick auf eine hohe Wägegenauigkeit möglichst groß sein. Die mittlere,
lineare Korrosionsgeschwindigkeit VL ergibt sich dann in Abhängigkeit vom Gewichtsverlust#G[g],
von der Probenrohroberflache sCcm2] und der Versuchszeit t[age] nach der mathematischen
Beziehung
wobei g das spezifische Gewicht des Probenwerkstoffs in g/cm3 ist.
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Die verhältnismäßig große Probenoberfläche bietet überdies eine gute
Untersuchungsmöglichkeit auf lokale Korr@-soin, wie Lochfraß, oder interkristalline
Korrosion - wenn in die Probe eine Schweißnaht eingebracht wurde -oder ähnliche
Korrosionsformen.
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Bei Anwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung i Rauchgasstrom
eines mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerks ist es jetzt möglich, die
zur Vermeidung von Korrosionsschäden erforderliche Mindestrauchgastemperatur schnell
an Änderungen der Brennstoffzusammensetzung sowie Betriebszustände anzupassen.
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In Rohöldestillationskolonnen ermöglicht die Vorrichtung eine eindeutige
Bewertung des Korrosionsgeschehens lr gesamten Kondensationsbereich der verschiedenen
Benzinfraktionen und des diese begleitenden Wassers sowie die Bewertung und entsprechende
Auswahl der jeweils günstigen @etriebsweise und Inhibitortypen und -konzentrationen.
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Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht bei der Kontrolie der Effektivität
von Gaswäschern. Häufig sind korrosive Schadstoffe nach Abgaswäschen in so kleinen
Spuren vorhandeln, daß sie nur mit erheblichem Aufwand analytisch nachweisbar sind.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelingt es jedoch, sehr schnell die
Effektivität derartiger Wäschen zu prüfen, und in den auf den Proben entstandenen
Belägen die korrosiven Schadstoffe durch gängige Analysenmethoden nachzuweisen.
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/ Zeichn.