Oberflächeneffekte beim KKS mit und ohne AC-Beeinflussung - ein neues Forschungsvorhaben - W. Fürbeth - 3R
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Research for Sustainable Technologies
W. Fürbeth
Oberflächeneffekte beim KKS mit und
ohne AC-Beeinflussung – ein neues
Forschungsvorhaben
Materials
W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
Chemical Engineering
Biotechnology
Das DECHEMA-Netzwerk 2 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
Interdisziplinäre Forschung für nachhaltige Technologien
• Stiftung bürgerlichen Rechts
• Gegründet: 1. März 2012
• Hervorgegangen aus dem Vorgängerinstitut
der DECHEMA e.V. (Gründung 1961)
• 80 – 90 Mitarbeiter (> 90% in F&E)
• Hauptarbeitsgebiete:
- Chemische Technik
- Biotechnologie
- Werkstoffe
3 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
DECHEMA-Forschungsinstitut
Forschung Lehre und Ausbildung
Auftragsforschung Lehre an Hochschulen
Öffentl. geförderte Forschung Ausbildung von Studierenden
Kooperationen / Netzwerke Weiterbildung
Gutachtertätigkeiten Über 30 Kurse jährlich
Gremien und Gesellschaften Highlight: Experimentalkurse
4 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
DECHEMA-Forschungsinstitut
Ressourcenschonung
Energieeffizienz
Biologisierung der Chemie
Spezialisiert Interdisziplinär Industrieorientiert
Korrosion Chemie / Biotech Brückenfunktion:
Elektrochemie Batterien & Grundlagenforschung
Brennstoffzellen
Photokatalyse Öffentlich geförderte
Funktionale Verbundforschung
Biotech. Aromastoffe Oberflächen
Direkte industrielle
etc. etc. Auftragsforschung
Industrielle Biotechnologie – Elektrochemie – Technische Chemie
Korrosion – Hochtemperaturwerkstoffe
5 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
AG Korrosion
PD Dr.-Ing. Wolfram Fürbeth (Dr. Stephan Lederer)
• Mechanismen-orientierte Untersuchung und Modellierung
von Korrosionsprozessen
• Korrosion und Korrosionsschutz von Leichtmetallen
• Entwicklung neuer Schutzschichtsysteme unter Einsatz
biogener Substanzen und chemischer Nanotechnologie
6 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
Wechselspannungsbeeinflussung von Rohrleitungen
Kks.steffel.com
Open Grid Europe
Mit zunehmend paralleler Trassenführung und dem notwendigen Ausbau
des Stromnetzes gewinnt Thematik an Bedeutung!
7 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
Berührungsschutz unter AC-Beeinflussung
Quelle: Bass Engineering
8 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
Korrosion durch induzierten Wechselstrom
Rohr
Boden Courtesy NACE
9 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
Wechselstromkorrosion
30% Materialverlust in 4 Jahren
Mike Ames, Nebraska Pipeline Safety Seminar, 2013 Rob Shoaf, Point Integrity Solutions, 2011
10 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018Bisheriges Modell zur Wechselstromkorrosion (M. Büchler)
Passivierung Erneute
Passivierung
GG-Potential
pH-Wert
Reduktion der Bildung einer porösen
Passivschicht Rostschicht
Theoretische Abtragsraten von bis zu 70 mm/Jahr zu erwarten !?
Prozess stoppt jedoch von selbst !?
11 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018Forschungsbedarf AC-Korrosion
Was genau an einer metallischen Oberfläche, die sich in einer Elektrolytlösung befindet
passiert, wenn Wechselspannungen von 50 Hz oder 16,7 Hz auf sie einwirken, ist bisher
nicht untersucht worden.
Demnach ist auch der genaue Mechanismus, der sich an einer derartigen metallischen
Oberfläche bei dieser Beeinflussung abspielt, nicht untersucht worden. Vorhandene
Theorien sind noch zu bestätigen.
Ebenfalls noch nicht abschließend geklärt ist, ob diese Oberflächeneffekte
frequenzabhängig sind.
Weiterhin scheint die Heranziehung des Pourbaix-Diagramms zur Beschreibung solcher
dynamischer Effekte unpassend zu sein, da in dieser Darstellung quasi-stationäre
Zustände beschrieben werden. Die Kinetik der Korrosionsprozesse ist bislang
unzureichend berücksichtigt.
12 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018Initiierung eines IGF-Vorhabens durch den fkks
Mechanistische Beschreibung der Vorgänge an der Metalloberfläche
Formulierung eines vollständigen Modells zur Beschreibung der Mechanismen
der Wechselstromkorrosion an in elektrisch leitfähigen Elektrolyten befindlichen
und wechselspannungsbeeinflussten kathodisch geschützten Objekten.
Ableitung von Verfahrensweisen zur Vermeidung von Wechselstromkorrosion
Ableitung von Messverfahren zur Beurteilung der Gefährdung durch
Wechselstromkorrosion an in elektrisch leitfähigen Elektrolyten befindlichen und
wechselspannungsbeeinflussten kathodisch geschützten Objekten
Beantragung eines IGF-Vorhabens bei der AiF unter Begleitung durch den fkks
13 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.201814 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
15 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018
36 von 40 Punkten !!!
Start: 01.10.2018
Fachbeirat
Nov. 2017Bearbeitungsschritte I
• Referenzuntersuchungen unter kathodischem Korrosionsschutz ohne
Wechselspannungsbeeinflussung
Konventioneller Rohrleitungswerkstoff (z.B. St E 500)
Künstliche Bodenlösung als definierter Bulkelektrolyt bei Raumtemperatur
Oberflächenzustand als Funktion von
− Definierten Gleichstromdichten
− Transportbedingungen im Elektrolyten
− Spezifischer Widerstand des Elektrolyten
− Konstant eingestellter pH-Wert der Lösung
− Chemische Zusammensetzung des Elektrolyten im Hinblick auf
deckschichtbildende Zusätze
20 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018Bearbeitungsschritte II
• Systematische Parametervariationen unter kathodischem Korrosionsschutz mit
Wechselspannungsbeeinflussung
Systematische Variation des dem kathodischen Schutzgleichstrom überlagerten
Wechselstromes unter Variation von:
− Definierte Gleichstromdichten
− Definierte Transportbedingungen im Elektrolyten
− Beeinflussende Frequenz (16,7 Hz, 50 Hz, 100 Hz)
− Höhe der beeinflussenden Wechselstromdichte
− Chemische Zusammensetzung des Elektrolyten (Deckschichtbildner)
− Spezifischer Elektrolytwiderstand
− pH-Wert
• Einfluss der o.g. Parametervariation auf die Korrosionsgeschwindigkeit und deren
zeitliche Veränderung
Serienuntersuchungen mit Multipotentiostaten
Massenverlustmessungen
21 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018Bearbeitungsschritte III
• Einfluss der o.g. Parametervariation auf die Deckschicht
Ex-situ Untersuchungen: REM/EDX, ESMA/WDX
In-situ Untersuchungen:
− Aufbau einer elektrochemischen Messzelle zum konfokalen
Raman-Mikroskop lokale spektroskopische Untersuchung der
Stahloberfläche bei gleichzeitiger elektrochemischer Beeinflussung
− Kopplung mit neuem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop
Korrelation lokaler topographischer Informationen mit Veränderungen
in der Deckschicht
• Einfluss der o.g. Parametervariation auf die Passivschichteigenschaften
Systematische Untersuchung der elektrochemischen Eigenschaften der
Deckschicht mittels Elektrochemischer Impedanzspektroskopie
Aussagen über Porosität von Deckschichten, deren Widerstand und Kapazität
Ableitung des Polarisationswiderstandes über die Zeit
• Ableitung einer geschlossenen mechanistischen Vorstellung der AC-Korrosion
• Entwicklung eines KKS-Managements zur Vermeidung von AC-Korrosion
22 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018Arbeitsplan (01.10.2018 – 31.03.2021)
Quartal
Arbeitspaket I
I II III IV V VI VII VIII X
X
Referenzuntersuchungen unter
kathodischem Korrosionsschutz ohne
Wechselspannungsbeeinflussung
Systematische Parametervariationen
unter kathodischem Korrosionsschutz
mit Wechsel-spannungsbeeinflussung
Einfluss der Parametervariation auf
die Korrosionsgeschwindigkeit und
deren zeitliche Veränderung
Einfluss der Parametervariation auf
die Deckschicht
Einfluss der Parametervariation auf
die Passivschichteigenschaften
Ableitung einer geschlossenen
mechanistischen Vorstellung der
Wechselstromkorrosion
Entwicklung eines KKS-Managements
zur Vermeidung von
Wechselstromkorrosion
23 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018Projektbegleitender Ausschuss
• TZ-ICC Dipl.-Ing. N. Tenzer, Hagen
• Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH, Dresden
• IfB Ulrich Bette, Wuppertal
• Suicorr AG, Dietikon/CH
• MARTIN GmbH – Kathodischer Korrosionsschutz, Ratingen
• Netze BW GmbH, Stuttgart
• ONTRAS Gastransport GmbH, Leipzig
• STREICHER Tief- und Ingenieurbau Jena GmbH & Co. KG, Jena-Maua
• Open Grid Europe GmbH, Essen
• Westnetz GmbH, Dortmund
• Fkks Fachverband Kathodischer Korrosionsschutz e.V., Esslingen
Weitere pbA-Mitglieder, insbesondere KMU sind herzlich willkommen!
Bitte melden: fuerbeth@dechema.de
24 W. Fürbeth, Projekt AC-Korrosion, 27.06.2018Sie können auch lesen
