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Untersuchung des Einflusses von verschiedenen Erdölanteilen im Formationswasser auf die Spaltkorrosion verschiedener metallischer Werkstoffe

Diplomarbeit 2010 54 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Kurzfassung

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Theoretische Grundlagen
2.1 Korrosion
2.2 Spaltkorrosion
2.3 Passivierung
2.4 Diffusionsgrenzschichtdicke
2.5 Löslichkeit von Erdöl und Formationswasseremulsionen

3. Versuchsdurchführung
3.1 Die Werkstoffe
3.2 Formationswasser/ Erdöl/ Elektrolyt
3.3 Versuchsaufbau
3.4 Durchführung der Messreihen

4. Auswertung und Vergleich der Ergebnisse
4.1 Vermischung von Erdöl und RFW
4.2 Versuche mit 1.4462 und 1.4542 als Mischelektrode
4.3 Versuche im ZRA- Betrieb

5. Zusammenfassung und Ausblick

Anhang

Versuchsübersicht

Aufgabenstellung

Laborprotokoll der Wasseranalyse

Kurzfassung

Multiphasenpumpen werden vor allem in der Erdölförderung eingesetzt. Die Wellen­Naben-Verbindungen von modernen Multiphasenpumpen bestehen in der Regel aus zwei verschiedenen Chrom- Nickel- Stählen. Eine mögliche Kombination ist z.B., dass die Welle und die Spannmutter aus 1.4542 und die Schraubenspindel aus 1.4462 gefertigt werden. Bei dieser Kombination kann im Einsatz Spaltkorrosion auf­treten, wodurch die Festigkeit der Welle herabgesetzt wird. Dadurch sind unerwartete Ausfälle und Zerstörungen, auch mit Personenschäden, möglich. Im Rahmen der Arbeit wird untersucht, wie sich verschiedene Erdölanteile im Formationswasser auf die Spaltkorrosion auswirken. Zur Durchführung der Versuche wurde eine Spaltkor- rosionsmesszelle entwickelt, in welcher reale Bedingungen nachgestellt werden kön­nen. Während der Versuche wurde mit realem Formationswasser und Erdöl jeweils aus der Mittelplate gearbeitet. Die Versuche wurden bei einer Drehzahl von 1480 [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] und Temperaturen von Raumtemperatur bis zu 70°C durchgeführt.

Als Ergebnis dieser Diplomarbeit wird gezeigt, wie Erdöl mit dem realen Formations­wasser vermischt und wieder getrennt wird. Dabei wurden die Temperaturen und der Erdölanteil im Elektrolyt variiert. Es wurde untersucht, bei welchem Erdölanteil und bei welchen Temperaturen keine Korrosion mehr auftritt. Die Ergebnisse spiegeln den Erdöleinfluss auf die gemessenen Korrosionsströme im Vergleich zu reinem rea­len Formationswasser wieder. Außerdem wird gezeigt, welcher der beiden Stähle in dieser Zusammensetzung anodisch in Lösung geht.

Literaturverzeichnis

A. Aloui

Untersuchung des Einflusses von unterschiedlichen Ölen, bei verschiedenen Temperaturen auf den Korrosionsstrom in einem Pumpenspalt

Helmut Schmidt Universität, Diplomarbeit 2006

A. Große

Untersuchungen bezüglich der Leitfähigkeit von Multiphasenflüssigkeiten ver­schiedener Zusammensetzungen im Pumpenspalt einer Schraubenspindel- pumpe in Abhängigkeit der Drehzahl

Helmut Schmidt Universität, Diplomarbeit 2006

H. Henke

Untersuchung des Spaltkorrosionsverhalten eines rotierenden Bauteils

Helmut Schmidt Universität, Diplomarbeit 2009

S. Kabelac

Vorlesungsreihe „Thermodynamik der energiewandelnden Prozesse"

Helmut Schmidt Universität 2009

O. Klein

Errosionskorrosion Teil 1, Powerpointpräsentation

Helmut Schmidt Universität 2009

Thomas Nassauer

Schriftliche Ausarbeitung des Experimentalvortrages zum Thema „Korrosion und Korrosionsschutz

Philipps-Universität Marburg 1999

G. Pompe

Binäre Phasensysteme

Helmut Schmidt Universität, Studienarbeit 2007

M. Röhnke

Untersuchung des Spaltkorrosionsverhaltenszwischen den Werkstoffen 1.4462 und 1.3974 beim Einsatz in rotierenden Bauteilen

Helmut Schmidt Universität, Studienarbeit 2009

J. Sigmund

Löslichkeitsuntersuchungen von Erdöl/ Formationswasseremulsionen

Helmut Schmidt Universität, Studienarbeit 2008

DIN EN ISO 8044 (ehemals DIN 50900 Teil 1 )

Korrosion von Metallen und Legierungen - Grundbegriffe und Definitionen

Ausgabe: 1999-11

Stahlschlüssel 2006 http://www.artikelpedia.com/artikel/chemie/1/erdl--frderung-vorkommen-60.php März 2010 http://www.bornemann.com/ 23

Februar 2010

http://www.flowserve.com/files/Files/Images/Products/Pumps/fpd-3a_main.jpg

Februar 2010

http://www.quiminet.com/archivos_empresa/8d3e927a15ba068a4d79a8e8121 df 297.pdf

Februar 2010

http://www.schweizer-fn.de/stoff/v2_start_stoff.htm

Stand 08.07.2009

http://www.uni-

kiel.de/anorg/bensch/lehre/Dokumente/versuch_k3_emulsionen.pdf

Stand 1997

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1-1: MPP im Teilschnitt

Abbildung 1-2: Vollschnitt einer zweispindeligen Schraubenpumpe

Abbildung 2-1: Funktionsweise elektrochemische Korrosion

Abbildung 2-2: Tabelle Korrosionsarten

Abbildung 2-3: Belüftungselement

Abbildung 2-4:Spaltkorrosion an passiven Werkstoffen durch Ausbildung von Kon-zentrationselementen

Abbildung 2-5: Ausbildung der Diffusionsgrenzschicht

Abbildung 2-6: Destabilisierungsprozess einer Emulsion

Abbildung 2-7: empirisch ermittelter Viskositätsverlauf

Abbildung 2-8: Löslichkeitsversuch mit Roherdöl und RFW bei 80°C

Abbildung 2-9: Löslichkeitsversuch mit Roherdöl und RFW bei 45°C Gefüge des 1.4542 bei 200 facher Vergrößerung unter einem LM

Abbildung 3-1: (100% Martensit)

Gefüge des 1.4462 bei 500 facher Vergrößerung unter einem LM (50% 14

Abbildung 3-2: Ferrit, 50% Austenit)

Abbildung 3-3: RFW

Abbildung 3-4: Utensilien für den Versuchsaufbau

Abbildung 3-5: Wasserbrücke

Abbildung 3-6: Rotor in zerlegter und zusammen gesetzter Form

Abbildung 3-7: Stromabnahme zwischen Rotor und Potentiostaten

Abbildung 3-8: Versuchsaufbau 70% Ölanteil- RT: von links nach rechts: 0sec, 5 sec, 15 sec, 30 sec,

Abbildung 4-1:45 sec 70% Ölanteil- 40qC: von links nach rechts: 0sec, 5 sec, 15 sec, 30 sec,

Abbildung 4-2:45 sec 70% Ölanteil- 55qC: von links nach rechts: 0sec, 5 sec, 15 sec, 30 sec, 24

Abbildung 4-3:45 sec 70% Ölanteil- 70qC: von links nach rechts: 0sec, 5 sec, 15 sec, 30 sec, 24

Abbildung 4-4:45 sec 25% Ölanteil- RT: von links nach rechts: 0sec, 5 sec, 15 sec, 30 sec, 25

Abbildung 4-5:45 sec 25% Ölanteil- 40qC: von links nach rechts: 0sec, 5 sec, 15 sec, 30 sec, 25

Abbildung 4-6:45 sec 25% Ölanteil- 55qC: von links nach rechts: 0sec, 5 sec, 15 sec, 30 sec, 25

Abbildung 4-7:45 sec

Abbildung 4-8: 25% Ölanteil- 70qC: von links nach rechts: 0sec, 5 sec, 15 sec, 30 sec, 25 45 sec

Abbildung 4-9: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] für verschiedene Erdölanteile bei RT 27

Abbildung 4-10: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] für verschiedene Erdölanteile bei 40°C 28

Abbildung 4-11: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] für verschiedene Erdölanteile bei 55°C 28

Abbildung 4-12: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] für verschiedene Erdölanteile bei 70°C

Abbildung 4-13: Versuch bei 35% Erdölanteil, 1.4462- Spaltfläche, Vergrößerung: 3,8x

Abbildung 4-14: Versuch bei 60% Erdölanteil, 1.4462- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x

Abbildung 4-15: Versuch bei 45% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 15,2x

Abbildung 4-16: Versuch bei 45% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x

Abbildung 4-17: Versuch bei 25% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x

Abbildung 4-18: Versuch bei 35% Erdölanteil, 1.4542- Außenfläche, Vergrößerung: 12x

Abbildung 4-19: Versuch bei 40% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x

Abbildung 4-20: Versuch bei 40% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x

Abbildung 4-21: Versuch bei 65% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 15,2

Abbildung 4-22: Versuch bei 70% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 15,2

Abbildung 4-23: Stromdichte über Erdölanteil und Temperatur

Proben 1.4462 und 1.4542 fotografiert nach Versuch bei 65% Erdölan-

Abbildung 4-24: teil

Abbildung 4-25: 1.4542 und 1.4462 im ZRA- Betrieb bei 0% Erdölanteil Versuch bei 0% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-26: Vergrößerung: 4,8x Versuch bei 0% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-27: Vergrößerung: 12x Versuch bei 0% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-28: Vergrößerung: 22,8x

Abbildung 4-29: 1.4542 und 1.4462 im ZRA- Betrieb bei 70% Erdölanteil Versuch bei 70% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-30: Vergrößerung: 22,8x Versuch bei 70% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-31: Vergrößerung: 22,8x

25% Ölanteil- 55°C: von links nach rechts: 0sec, 5 sec, 15 sec, 30 sec, 25 45 sec

Abbildung 4-9: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] für verschiedene Erdölanteile bei RT

Abbildung 4-10: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] für verschiedene Erdölanteile bei 40°C

Abbildung 4-11: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] für verschiedene Erdölanteile bei 55°C

Abbildung 4-12: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] für verschiedene Erdölanteile bei 70°C

Abbildung 4-13: Versuch bei 35% Erdölanteil, 1.4462- Spaltfläche, Vergrößerung: 3,8x 30

Abbildung 4-14: Versuch bei 60% Erdölanteil, 1.4462- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x 30

Abbildung 4-15: Versuch bei 45% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 15,2x 30

Abbildung 4-16: Versuch bei 45% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x 30

Abbildung 4-17: Versuch bei 25% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x 31

Abbildung 4-18: Versuch bei 35% Erdölanteil, 1.4542- Außenfläche, Vergrößerung: 12x 31

Abbildung 4-19: Versuch bei 40% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x 31

Abbildung 4-20: Versuch bei 40% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 22,8x 31

Abbildung 4-21: Versuch bei 65% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 15,2 32

Abbildung 4-22: Versuch bei 70% Erdölanteil, 1.4542- Spaltfläche, Vergrößerung: 15,2 32

Abbildung 4-23: Stromdichte über Erdölanteil und Temperatur Proben 1.4462 und 1.4542 fotografiert nach Versuch bei 65% Erdölan-

Abbildung 4-24: teil

Abbildung 4-25: 1.4542 und 1.4462 im ZRA- Betrieb bei 0% Erdölanteil Versuch bei 0% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-26: Vergrößerung: 4,8x Versuch bei 0% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-27: Vergrößerung: 12x Versuch bei 0% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-28: Vergrößerung: 22,8x

Abbildung 4-29: 1.4542 und 1.4462 im ZRA- Betrieb bei 70% Erdölanteil Versuch bei 70% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-30: Vergrößerung: 22,8x Versuch bei 70% Erdölanteil im ZRA- Betrieb, 1.4542- Spaltfläche,

Abbildung 4-31: Vergrößerung: 22,8x

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Erdöl ist der wichtigste Energieträger im Primärenergieverbrauch in der Bundesre­publik Deutschland. Mit einem Anteil von circa 35% an der Gesamtprimärenergienut- zung ist es zurzeit und in mittelbarer Zukunft unersetzbar.[1] Da die Erdölvorkommen weltweit begrenzt sind und die Anzahl von leichtzugänglichen Quellen immer kleiner wird, ist es wichtig neue Fördermethoden zu entwickeln, um neue schwerer zugängli­che Quellen, z.B. in der Tiefsee oder in der Antarktis, zu erschließen. Bei den her­kömmlichen Fördermethoden wird das Multiphasengemisch aus Öl, Gas und andern Bestandteilen unter Ausnutzung des vorhandenen Lagerstättendrucks gefördert. Wenn der Druck nicht mehr ausreicht, muss die Quelle geschlossen werden, obwohl sie noch lange nicht erschöpft ist. Deshalb werden nun Multiphasenpumpen (MPP) eingesetzt. Mit Hilfe des Einsatzes von MPP ist es möglich, den vorhanden Lagers­tättendruck zu erhöhen, Druckschwankungen auszugleichen, eine gleichbleibende Fördermenge zu garantieren und eine bessere Ausbeute der Hydrokarbonreserven zu erzielen.[2] In der Abbildung 1-1 ist eine MPP im Teilschnitt abgebildet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-1 MPP im Teilschnitt[3]

Da MPP immer häufiger in schwer zugänglichen Regionen, unter klimatisch schwie­rigen Umweltbedingungen oder in besonders geschützten Regionen eingesetzt wer­den, ist den Betreibern besonders an langen Standzeiten und an einem störungsfrei­en Betrieb der Anlagen gelegen. Somit müssen die MPP besonders robust und war­tungsarm gefertigt werden, da Instandsetzungsarbeiten sehr zeit- und kostenintensiv sind, wodurch die Anlagen ineffizient werden können.

In diesem Zusammenhang untersucht das ISSV e.V. verschieden Werkstoffe auf ihr Spaltkorrosionsverhalten, weil Spaltkorrosion eine wesentliche Ursache für den Aus­fall oder das Versagen von MPP sein kann. Spaltkorrosion kann überall dort auftre­ten, wo korrosive Medien in Kontakt mit Spalten an metallischen Werkstoffen kom­men. Dies können konstruktive Spalte, Spalte in Flanschverbindungen oder Spalte zwischen Verschraubungen sein. Somit kann Spaltkorrosion bei MPP zwischen den Werkstoffen der Welle, den Schraubenspindeln, den Spannmuttern und den Dicht­elementen auftreten. Die eben genannten Bauteile sind in Abbildung 1-2 im Voll­schnitt zu sehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-2 Vollschnitt einer zweispindeligen Schraubenpumpe[4]

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird das Spaltkorrosionsverhalten der beiden Werk­stoffe 1.4462 (X2CrNiMoN22-5-3) für die Schraubenspindel und 1.4542 (X5CrNiCuNb16-4) für die Welle und die Spannmutter in einem Multiphasengemisch aus Erdöl und realen Formationswasser jeweils aus der Mittelplate untersucht. Das Ziel ist es herauszufinden, ab welchem Erdölanteil bei verschiedenen Temperaturen die Korrosion komplett inhibiert ist.

2. Theoretische Grundlagen

2.1 Korrosion

Der Begriff Korrosion ist im Volksmund weitgehend unter dem Begriff des „Rostens" bekannt. Hinter dem Begriff verbirgt sich aber weit mehr als nur das „Rosten von Ei­sen".

Der Begriff Korrosion kommt aus dem Lateinischen und bedeutet in der Übersetzung zernagen, zerfressen. Eine allgemeine Definition könnte wie folgt lauten: „Korrosion ist eine qualitätsmindernde Veränderung bei Werkstoffen durch Reaktionen mit ihrer Umgebung, die bis zur vollständigen Zerstörung der Werkstoffe führen kann."[5] Eine andere Definition ist: „Korrosion ist die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umwelt, die den Werkstoff messbar verändert und die Funktion eines metallischen Bauteils oder eines ganzen Systems beeint­rächtigen kann."[6] Im Groben wird zwischen drei Teilbereichen der Korrosion unterschie­den. Zum einen die physikalische Korrosion, die chemische Korrosion und die elektroche­mische Korrosion in wässrigen Medien, auf welche in dieser Arbeit weiter eingegangen werden soll.

In Abbildung 2-1 ist die Funktionsweise der elektrochemischen Korrosion schematisch dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-1 Funktionsweise eiektrochemi- Für die elektrochemische Korrosion wird ein sehe Korrosion[7]

Für die elektrochemische Korrosion wird einionenhaltiges wässriges Elektrolyt in Kontakt mit einem Metall benötigt und sie besteht aus mindestens zwei voneinander abhän­gigen Teilreaktionen. Diese sind durch die Elektronenleitfähigkeit des Elektrolyts und der Metalle voneinander räumlich trennbar. Die erste Teilreaktion ist die anodische Oxidation. Hierbei werden die Metallatome zu Metallionen oxidiert. Die zweite Teil­reaktion ist die kathodische Reduktion. Diese Reaktion ist abhängig vom umgeben­den Milieu. Ist das Umfeld neutral bis schwach alkalisch, so findet Sauerstoffkorrosi­on statt. Dabei wird der im Elektrolyt gelöste Sauerstoff unter Aufnahme von Elektro­nen und der Gegenwart von Wasser zu Hydroxidionen reduziert. In neutralen bis schwach alkalischen Milieus bei Sauerstoffmangel wird der Wasserstoff im Wasser­molekül zu elementarem Wasserstoff reduziert und es entstehen Hydroxidionen. Sol­che Bedingungen herrschen häufig in salzhaltigem Öl, Gas und Wassergemischen. In einem sauren Milieu findet Wasserstoffkorrosion statt. Dabei wird ein Hydroniumi- on unter Aufnahme von Elektronen zu elementarem Wasserstoff reduziert, wobei Wasser als weiteres Produkt entsteht.[8]

Wenn Werkstoffe mit verschiedenen Stellungen in den Spannungsreihen zusam­mengeführt werden, wird das edlere Metall bevorzugt für die kathodische Reaktion dienen. Dieses Metall wird als Kathode bezeichnet. Das unedlere Metall hingegen geht die anodische Reaktion ein und reagiert mit einer erhöhten Auflösungsrate; die­ses Metall wird Anode genannt. Das edlere Metall wird durch das unedlere Metall geschützt.[9]

Es gibt unterschiedliche Arten von Korrosion; jede hat ihre charakteristischen Ursa­chen. In Abbildung 2-2 sind die wesentlichsten von ihnen abgebildet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-2 Tabelle Korrosionsarten[10]

Die in der Arbeit maßgebliche Art der Korrosion ist die Spaltkorrosion, auf welche im nächsten Abschnitt näher eingegangen wird..

2.2 Spaltkorrosion

Spaltkorrosion tritt, wie der Name schon sagt, örtlich verstärkt in Spalten auf. Es kön­nen konstruktive Spalte, wie in Flanschverbindungen und zwischen Verschraubun- gen, aber auch Spalte unter Ablagerungen oder unter sich lösenden Oberflächenbe- schichtungen sein. Die Korrosion erstreckt sich über den kompletten Spalt und findet besonders am Spaltgrund statt. Durch die Korrosion wird Material abgetragen, wo­durch sich der Spalt aufweiten kann. Häufig ist Spaltkorrosion nur zu erkennen, wenn sich an der Öffnung außerhalb des Spaltes Korrosionsprodukte bilden. Dies ist be­sonders bei unlegierten oder niedrig legierten Stählen der Fall. Bei hochlegierten, korrosionsbeständigen Stählen oder anderen korrosionsbeständigen Metallen ist die Spaltkorrosion vielfach erst nach Öffnung des Spaltes zu sehen. Dadurch wird sie immer wieder erst nach Durchbrüchen oder ähnlichen Schadensfällen entdeckt.

Spaltkorrosion entsteht grundlegend aufgrund von zwei Mechanismen. Im ersten Fall ist es die „Spaltkorrosion durch Ausbildung von Belüftungselementen"(siehe Abbil­dung 2-3). Diese ist bei unlegierten und niedriglegierten Stählen die häufigste Ursa­che für Spaltkorrosion. Hierbei ist durch die Geometrie des Spaltes ein Eindringen von Sauerstoff in den Spalt erschwert, so dass Spalte weniger gut „belüftet" sind als die restliche Metalloberfläche. Der Spalt bildet eine Lokalanode, an welcher Eisen in Lösung geht. Durch Hydrolyse der Korrosionsprodukte im Spalt sinkt der pH-Wert der Elektrolytlösung. Sie wird saurer. Die Elektronen, welche durch die Auflösung des Eisens frei werden, werden von dem gelösten Sauerstoff durch Bildung von Hydroxi­dionen an den kathodischen Stellen außerhalb des Spaltes aufgenommen.[11]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-3 Belüftungselement

Der zweite Mechanismus ist die „Spaltkorrosion an passiven Werkstoffen durch Aus­bildung von Konzentrationselementen". Veranschaulicht wird dieser in der Abbildung 2-4. Bei dem Mechanismus kommt es dazu, dass Verunreinigungen im Spalt Chlori­dionen aus dem Elektrolyt absorbieren. Dadurch kommt es zu einem Konzentrati­onsgefälle, so dass sich im Spalt eine derart hohe Konzentration von Chloridionen bildet, wodurch die Passiveigenschaften des Metalls verloren gehen. Im Spalt findet dann die anodische Reaktion statt und außerhalb des Spaltes die kathodische Reak­tion. Auch hier hydrolysieren die Korrosionsprodukte im Spalt, wodurch sich der pH- Wert senkt und der Korrosionsangriff verstärkt wird. Zum anderen ist die anodische Fläche im Spalt viel kleiner als die kathodische Fläche außerhalb des Spaltes, wo­ durch die Korrosion im Spalt weiter begünstigt wird. Diese Form der Spaltkorrosion tritt vor allem bei hochlegierten Stählen auf. Das Verhältnis aus Spaltbreite und Spalt­tiefe haben einen großen Einfluss auf den Ablauf der Korrosion. Bei nichtrostenden Stählen wird die Spaltkorrosion noch verstärkt bei Kontakt mit nichtmetallischen Bau­teilen wie auch unter Ablagerungen und Oberflächenversiegelungen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-4 Spaltkorrosion an passiven Werkstoffen durch Ausbildung von Konzentrationselementen[12]

2.3 Passivierung

Wenn die an der Anode austretenden Metallionen mit dem Elektrolyt reagieren, kann es zu einer Passivierung kommen. Es geschieht durch Korrosionsprodukte, welche je nach Metall und Korrosionsbedingungen einen dünnen aber dichten Film auf der Oberfläche der Anode bilden können. Die Schicht ist chemisch stabil und verhindert, dass weitere Metallionen aus der Anode im Elektrolyt in Lösung gehen können. Da­durch inhibiert die Korrosionsreaktion. Die Passivschicht ist nicht unbegrenzt haltbar oder beständig. Die Schicht kann durch mechanische, chemische oder elektrochemi­sche Vorgänge zerstört werden, z.B. durch ein hohes Potential, oder eine Verringe­rung des pH-Wertes. Ist das der Fall läuft die anodische Reaktion wieder ungehindert weiter.

2.4 Diffusionsgrenzschichtdicke

Es gibt drei Arten des Stofftransportes in Flüssigkeiten. Als erstes gibt es die Diffusi­on. Sie beschreibt die Bewegung von Teilchen durch thermodynamische Eigenbe­wegungen. Als zweites die Migration, welche die Bewegung aufgrund von elektro­magnetischen Feldern beschreibt. Als drittes gibt es die Konvektion. Diese beschreibt die Bewegung von Teilchen aufgrund von lokalen Dichtegradienten.[13] Im folgendem soll weiter auf die Diffusion und die Diffusionsgrenzschichtdicke eingegangen wer­den, weil der Einfluss der Diffusion auf die Bewegung der Teilchen am größten ist. In Abbildung 2-5 ist die Ausbildung der Diffusionsgrenzschicht an der Kathode anhand einer Wasserstoffreaktion dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-5 Ausbildung der Diffusionsgrenzschicht

Durch Diffusion werden die Edukte zur kathodischen Reaktion transportiert und die Produkte von der anodischen Reaktion abtransportiert. Die Reaktionsgeschwindigkeit und somit die Geschwindigkeit der Korrosion hängt von der Dicke der Diffusions­grenzschicht und den Konzentrationen im Elektrolyt und an der Elektrode ab. Glei­chung 1 zeigt die Abhängigkeiten.

[...]


[1] S. Kabelac, Vorlesungsreihe „Thermodynamik der energiewandelnden Prozesse", Hamburg 2009

[2]

[3]

[4] Thomas Nassauer, Schriftliche Ausarbeitung des Experimentalvortrages zum Thema „Korrosion und

[5] Korrosionsschutz", 1999

[6] Thomas Nassauer, Schriftliche Ausarbeitung des Experimentalvortrages zum Thema „Korrosion und Korrosionsschutz", 1999

[7] O. Klein, Errosionskorrosion Teil 1, Powerpointpräsentation, Helmut Schmidt Universität 2009

[8] Thomas Nassauer, Schriftliche Ausarbeitung des Experimentalvortrages zum Thema „Korrosion und Korrosionsschutz“, 1999

[9] A. Große, Untersuchungen bezüglich der Leitfähigkeit von Multiphasenflüssigkeiten verschiedener Zusammensetzungen im Pumpenspalt einer Schraubenspindelpumpe in Abhängigkeit der Drehzahl, Diplomarbeit 2006

[10] H. Henke, Untersuchung des Spaltkorrosionsverhalten eines rotierenden Bauteils 2009

[11] H. Henke, Untersuchung des Spaltkorrosionsverh 2009

[12] H. Henke, Untersuchung des Spaltkorrosionsverhalten eines rotierenden Bauteils 2009

[13] O. Klein, Errosionskorrosion Teil 1, Powerpointpräsentation, Helmut Schmidt Universität 2009

Details

Seiten
54
Jahr
2010
ISBN (eBook)
9783640722549
ISBN (Buch)
9783640722969
Dateigröße
7.5 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v158937
Institution / Hochschule
Helmut-Schmidt-Universität - Universität der Bundeswehr Hamburg
Note
1,3
Schlagworte
Untersuchung Einflusses Erdölanteilen Formationswasser Spaltkorrosion Werkstoffe

Autor

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Titel: Untersuchung des Einflusses von verschiedenen Erdölanteilen im Formationswasser auf die Spaltkorrosion verschiedener metallischer Werkstoffe