Wie stark rosten Rohre in einem Jahr?
17.05.2021
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Welche Bedeutung hat Korrosion?
Nach Angaben der Association of Materials Protection and Performance (AMPP) belaufen sich die geschätzten durch Korrosion verursachten Gesamtkosten auf jährlichen bis zu 3,5 % des BIP eines Landes [1]. Eine internationale Studie der AMPP [2] ergab, dass allein in den Vereinigten Staaten die korrosionsbedingten Kosten im Öl- und Gassektor jährlich bis zu 1,4 Mrd. USD betragen können. Für die Gas- und Trinkwasserversorgung sowie die Abwasserkanäle liegt diese Zahl sogar bei bis zu 40 Mrd. USD. Korrosionsbedinge Schäden sind kaum zu vermeiden und bringen hohe Kosten mit sich.
Auch wenn Korrosion an sich nicht zu vermeiden ist, kann sie durch die richtige Materialwahl auf ein Minimum reduziert werden. Mit einem zuverlässigen, kostengünstigen und einfachen Prüfverfahren sollte die Korrosionsbeständigkeit von Werkstoffen geprüft und deren mögliches Verhalten prognostiziert werden können.
Was ist Korrosion?
Korrosion ist ein natürlich vorkommender Prozess, bei dem Metalle und Legierungen durch eine chemische Reaktion beschädigt oder abgebaut werden. Die Korrosionsgeschwindigkeit hängt hauptsächlich von der Art des Materials, der Umgebungstemperatur, Verunreinigungen und anderen Umweltfaktoren ab. Die meisten Korrosionserscheinungen sind elektrochemischer Natur und bestehen aus mindestens zwei Reaktionen an der Oberfläche der Metalle oder Legierungen.
Diese elektrochemischen Prozesse finden statt, wenn folgende Hauptelemente:vorhanden sind:
- Anode: Stelle, an der die Metallkorrosion stattfindet.
- Kathode: der elektrische Leiter, der während des Korrosionsprozesses in der eigentlichen elektrochemischen Anordnung der Zelle nicht verbraucht wird..
- Elektrolyt: das korrosive Medium, das die Übertragung von Elektronen zwischen Anode und Kathode ermöglicht.
Je nach Material und Umgebung kann Korrosion auf unterschiedliche Weise auftreten, z. B. als gleichmässige Korrosion, Lochfrass, Spaltkorrosion, galvanische Korrosion oder mikrobiologisch induzierte Korrosion, um nur einige zu nennen. Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Arten von Korrosion in unserem kostenlosen White Paper.
White Paper: Fundamentals of Electrochemical Corrosion Research
Dieses White Paper enthält auch Einzelheiten über relevante elektrochemische Techniken wie Linear Sweep Voltammetry (LSV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) und Electrochemical Noise (ECN or ZRA). Mit diesen Techniken lassen sich Korrosionsmechanismen, das Verhalten unterschiedlicher Materialien, die Korrosionsgeschwindigkeit sowie die Eignung von erforschen sowie die Eignung von Korrosionsschutzlösungen wie Schutzbeschichtungen und Inhibitoren bestimmen.
Informieren Sie sich über die Einzelaspekte anhand folgender Application Notes.
EIS of three coated aluminum samples
Corrosion Part 2 – Calculation of Corrosion Parameters with NOVA
Corrosion part 3 – measurement of polarization resistance
Corrosion part 4 – equivalent circuit models
Corrosion part 5 – corrosion Inhibitors
Übereinstimmung mit Normen und Standards
Die folgenden Verfahren sind ASTM-konform, wenn die mitgelieferten Richtlinien befolgt werden (klicken Sie auf einen Link, um die entsprechende kostenlose Metrohm Application Note herunterzuladen)::
- Critical Pitting Temperature (CPT)
- Cyclic Galvanostaircase Polarization
- ASTM G5: Potentiodynamic Anodic Polarization Measurements
- Cyclic Potentiodynamic Polarization Measurements as per ASTM G61
- Coulometric Reduction as per ASTM B825
- Corrosion inhibitor efficiency measurement in turbulent flow as per ASTM G185
Erzeugung von Rohrströmungsbedingungen in Ihrem Korrosionslabor
Korrosion im Inneren von Rohren ist die problematischste Ursache für das Ausfallen von Rohrleitungen. Wenn man die Grundlagen der verstehen möchte, die zu innerer Korrosion führen, muss die Umgebung im Labor simuliert werden.
Die Rotierende Zylinderelektrode (RCE) ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Durchführung hydrodynamischer elektrochemischer Experimente im Labor. Sie bildet turbulente Strömungsbedingungen nach, wie sie durch Rohre fliessende Flüssigkeiten erzeugen. Die RCE kann mit den meisten elektrochemischen Techniken wie Chronoamperometrie, Chronopotentiometrie und Potential Sweep verwendet werden.
Die Untersuchung der Korrosionsrate in Funktion der Rotationsgeschwindigkeit (konvektiver Fluss) ist eine der häufigsten Anwendungen für das RCE. Korrosionsstudien können mit linearen oder zyklischen Polarisationsmessungen (LP, DPD, CP), elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) und elektrochemischem Rauschen (ECN) in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden.
Die mit elektrochemischen Methoden erzielten Ergebnisse sind genauer und werden viel schneller erzielt als bei herkömmlichen Korrosionsuntersuchungsmethoden (z. B. Salzsprühnebel), was jedem Korrosionsmesslabor mehr Effizienz und Produktivität verleiht. Erfahren Sie in unserem kostenlosen White Paper mehr über das RCE und wie man realistische Rohrströmungsbedingungen im Labor in Kombination mit elektrochemischen Korrosionsverfahren simuliert..
Eine typische Methode in elektrochemischen Korrosionsstudien ist die lineare Polarisation (LP). Mit dieser Methode ist es möglich, das Korrosionsverhalten einer Probe unter Rohrströmungsbedingungen (d.h. bei turbulenter Strömung) zu bewerten und etwas über die Korrosionsrate der Probe bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit zu erfahren.
Metrohm bietet zwei Application Notes an, die diese Technik gezielt einsetzen:
Das aus der LP-Messung gewonnene Diagramm gibt einen Hinweis auf das Korrosionspotenzial. Mit Hilfe spezieller Analysewerkzeuge in der NOVA-Software von Metrohm Autolab kann die Korrosionsratenanalyse durchgeführt und die Korrosionsrate berechnet werden, was einen Hinweis darauf gibt, wie stark das Rohr unter gegebenen Bedingungen in einem Jahr rosten wird (in mm/Jahr). Sobald diese Informationen für ein bestimmtes Material vorliegen, kann durch Auftragen einer bestimmten Beschichtung oder eines Korrosionsinhibitors eine korrosionsbeständigere Umgebung geschaffen werden.
Eine zweite Bewertung kann durchgeführt werden, um zu erfahren, wie stark das Rohr unter diesen Widerstandsbedingungen in einem Jahr rostet. In dem nachstehenden Beispiel wird die Korrosionsrate von Kohlenstoffstahl unter Standardbedingungen mit 0,25 mm/Jahr gemessen. Wird jedoch ein spezieller Korrosionsinhibitor verwendet (in diesem Fall Tryptamin), verbessert sich die Leistung erheblich und die Korrosionsrate sinkt auf 0,065 mm/Jahr. Diese Ergebnisse können mit elektrochemischen Methoden in wenigen Minuten erzielt werden, während es bei herkömmlichen Methoden (z. B. Salzsprühkammer in Kombination mit Gewichtsverlustanalyse) bis zu einigen Monaten dauert, bis die Ergebnisse vorliegen. Das ist ein gewaltiger Unterschied in der Effizienz!
| Korrosionsparameter | Ohne Inhibitor | Mit Inhibitor |
| Ecorr (V) aus linearer Regression | -0.479 | -0.392 |
| Ecorr (V) gemäss Tafel Analyse | -0.482 | -0.396 |
| Rp (Ω) faus linearer Regression | 42.62 | 135.96 |
| Rp (Ω) gemäss Tafel Analyse | 43.32 | 136.39 |
| Korrosionsgeschwindigkeit (mm/year) gemäss Tafel Analyse | 0.25 | 0.065 |
Zusammenfassung
Die Kenntnis des Korrosionsverhaltens eines Werkstoffs unter realen Bedingungen hilft den Herstellern, das Materialdesign im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit schneller zu optimieren, entweder durch die Verwendung eines besser geeigneten Werkstoffs für die Rohre oder durch den Einsatz geeigneter Korrosionsschutzmethoden (d. h. Beschichtungen oder Korrosionsinhibitoren), was zu erheblichen Kosteneinsparungen und einem sichereren Betrieb führt.
Informationen zum Thema
White Paper: Fundamentals of Electrochemical Corrosion Research
