Korrosion unter dem Kühlerstein

Einführung in die Korrosion unter Ablagerungen 1. Definition: Unter-Ablagerungskorrosion – Korrosion, die durch Ablagerungen auf der Metalloberfläche verursacht wird. 2. Korrosionsmechanismus: Es handelt sich um eine spezielle Form der lokalen Korrosion. Der Mechanismus beruht darauf, dass durch die Geometrie der Anlage sowie die Korrosionsprodukte und Ablagerungen der Fluss des Mediums auf der Metalloberfläche sowie die Diffusion des Elektrolyten eingeschränkt werden. Dadurch entstehen in den blockierten Hohlräumen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen des Mediums im Vergleich zum übrigen Medium. Zudem ändert sich der pH-Wert des Mediums in diesen Hohlräumen stark. Dadurch entsteht eine sogenannte „Blockierzellkorrosion“. Der Elektrodenspannung an den Spitzen sinkt, was wiederum zur Korrosion führt. Nach ihrem Korrosionsprinzip lässt sie sich in saure und basische Korrosion einteilen; die Korrosion unter Ablagerungen in Kreislaufkühlungssystemen ist in der Regel saure Korrosion. Ablagerungen bezeichnen den Prozess, bei dem die in dem Kühlmittel enthaltenen Ablagerungsstoffe auf der Metalloberfläche auf der Wasserseite abgelagert werden. Schmutz ist eine Ansammlung von festen Stoffen, einschließlich Kalkablagerungen. Zu den häufigen Verunreinigungen gehören Schlamm sowie Staub und Sandkörner, Korrosionsprodukte sowie natürliche organische Organismen. In der Regel gibt es auch Ablagerungen von Trümmern, Aluminiumoxid, Aluminiumphosphat, Eisenphosphat sowie Schmutz. Die Verunreinigungen in Kühltürmen stammen aus folgenden Quellen: ① Schmutz aus dem Nachfüllwasser. ②Von Luftverschmutzung. ③Schmutz, der vom System selbst stammt. Mikroorganismen sind kleine Lebewesen, die meist mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Zu den Mikroorganismen gehören Bakterien, Algen, Pilze und Protozoen. In Kühlsystemen vermehren sich diese Mikroorganismen in großer Anzahl, wodurch die Farbe des Kühlmittels dunkler wird und ein unangenehmer Geruch entsteht. Die Zerstörung der Umwelt führt außerdem zur Entstehung großer Mengen an Schlamm, wodurch die Kühlleistung der Kühltürme sinkt. Dadurch steigen die Verluste durch Druckabfälle rapide an. Die auf den Metalloberflächen abgelagerten Pilze verursachen eine ernsthafte Korrosion unter dem Schmutz. All das führt dazu, dass das Kühlsystem nicht langfristig sicher funktionieren kann – was wiederum die Produktion beeinträchtigt und wirtschaftliche Verluste verursacht. Daher sind die Schäden durch Mikroorganismen sowie die Korrosion durch Kalk gleich wichtig wie die Schäden am Kühlmittel. Von diesen dreien sollte die Kontrolle der Schäden durch Mikroorganismen an erster Stelle stehen. Zu den Mikroorganismen im Kühlmittel gehören folgende Arten: Pilze, Sulfatbakterien, Reduktionsbakterien, autotrophe Bakterien, Heterotrophe Bakterien, Schwefelbakterien, Eisenvakterien, Nitrifizierende Bakterien sowie Algen. Algen sind einfache grüne Pflanzen; sie weisen keine Differenzierung in Stängel und Blätter auf. Deshalb werden sie auch als Protophyten bezeichnet. Der Hauptunterschied zwischen Algen und Bakterien besteht darin, dass Algen Pigmente besitzen, mit deren Hilfe sie Photosynthese betreiben können. Die Herstellung von Nährstoffen übernehmen photosynthetisch autotrophe Organismen. In Systemen mit zirkulierendem Kühlmittel kommen häufig Blaualgen, Grünalgen sowie Diatomeen vor. In den Behältern für zirkulierendes Kühlmittel sowie in den Bereichen der Kühltürme, die der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, wachsen und vermehren sich Algen. Wenn diese Algen absterben, gelangen sie in das Zirkulationsystem und bilden dort einen Bestandteil der Ablagerungen. Die Korrosion von Metallen wird durch ihre eigene elektrochemische Korrosion sowie durch eine katalytische Wirkung verursacht. Die Säurekorrosion entsteht durch die Depolarisierung von Wasserstoff (2H++2e→H2). Die Korrosionsprodukte sind hauptsächlich lösliche Salze. Die Hydrolyse dieser Salze führt zu einer weiteren Versauerung des Mediums, was wiederum die Korrosion der Metalle beschleunigt. Die Korrosion von Metalloberflächen durch Wasser ist hauptsächlich elektrochemischer Natur. In der Korrosionszelle ist die Kathodenreaktion in erster Linie die Reduktion von Sauerstoff. Das Metall in den unter dem Schmutz liegenden, abgeschlossenen Bereichen fungiert als Anode; dort findet die Oxidation des Eisens statt. Die Korrosionsreaktion von Kohlenstahl in Wasser ist wie folgt: Anodenreaktion: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻. Die Hydrolyse des Eisen(II)-Ions: Fe²⁺ + H₂O → Fe(OH)₂ + H⁺. Dadurch sinkt der pH-Wert des Mediums unter der Ablagerung weiter, wodurch die Korrosion beschleunigt wird. Kathodische Reaktion: O2 + 2H2O + 4e⁻ = 4OH⁻. Man kann also sagen, dass die Korrosion unter dem Schmutzfilm auf dem Metall durch die selbstkatalytische Wirkung der elektrochemischen Korrosion entsteht – diese beschleunigt die Korrosion des Metalls. Der elektrochemische Mechanismus der Pitting- und Spaltkorrosion ist ähnlich. Der Kalk, der sich auf den Wärmeaustauschflächen ansammelt, weist in der Regel eine ungleichmäßige Dichte, Dicke und chemische Zusammensetzung auf. Diese ungleichmäßige Ablagerung führt zu elektrochemischen Ungleichheiten an der Metalloberfläche, was wiederum zu chemischen Korrosionsreaktionen führen kann. Zudem sorgt der Kalk dafür, dass bestimmte korrosive Stoffe im Wasser wie H+, OH-, Cl-, Mg2+ und S2- unter der Ablagerung an der Metalloberfläche angesammelt werden und dort chemische Korrosionsreaktionen auslösen. Das Ergebnis der Korrosion ist, dass das Metall lokal beschädigt und abgenutzt wird. In schweren Fällen kann die Korrosion so weit gehen, dass sie die Stahlplatten des Geräts durchdringt und zu Leckagen führt. Bestehende Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Entstehung von Korrosion unter Ablagerungen bestimmte Bedingungen sowie eine gewisse Vorlaufzeit erfordert. Die wichtigsten Bedingungen sind das Vorhandensein von korrosiven Anionen sowie Oxidationsmitteln im Medium. Der durch die Blockade der Batterie entstehende Korrosionsbereich ist sehr klein; im Rahmen dieses Korrosionsbereichs kann das Elektrolyt nur schwer mit den Medien außerhalb des Bereichs konvektieren und diffundieren. Im Inneren der blockierten Batterie führt die Ablauf der Anodenreaktionen sowie die Hydrolyse der Metallionen zu einer Erhöhung der H+-Aktivität. Dadurch wird das Medium in den korrodierten Bereichen weiter angegriffen, wodurch die Korrosionsreaktionen verstärkt werden. Verunreinigungen wie MnS im Metall, Oberflächenfehler, Walzoxidationsschichten sowie an der Oberfläche haftende Stoffe (insbesondere lockere Sulfide), stehende Medien, Cl‑Ionen im Medium sowie hohe Temperaturen tragen zur Entstehung und zum Fortschreiten von Blockaden in den Zellen bei. Die Anwesenheit von Sauerstoff erhöht die Geschwindigkeit des Korrosionsprozesses um 1–2 Größenordnungen. Durch die Schwerkraft entstehen an den Löchern am Boden des Behälters viel schneller Risse als an den Löchern an den vertikalen und nach unten gerichteten Flächen, wodurch der Boden des Behälters zuerst durchbrochen wird. Die Sulfide im Medium bilden auf der Stahloberfläche eine mehr oder weniger dicke, undichte Sulfidenschicht. Diese Schicht trägt dazu bei, die Feuchtigkeit in dem blockierten Bereich zu bewahren und verhindert zugleich die Ausbreitung des Mediums nach außen. Dadurch wird die Entstehung von blockierten Zellen sowie die Entwicklung von Korrosion beschleunigt. Die entstandenen blockierten Zellen können innerhalb von 3 bis 24 Monaten dazu führen, dass die Stahloberfläche eine Dicke von 3 mm erreicht – was wiederum zum Durchbruch der Stahlplatte führt. Eine glatte, saubere Oberfläche hilft dabei, das Entstehen von Verstopfungen in der Batterie zu verhindern. Wenn solche Verstopfungen dennoch entstehen, kann man durch die Reinigung der Oberfläche den Korrosionsprozess verlangsamen. 3. Schäden: Im Produktionsprozess der Petrochemie und der Wärme- und Stromerzeugung ist das Ablagerungsproblem in Kühlanlagen ein häufiges Problem. Durch diese Ablagerungen sinkt die Wärmeübertragungseffizienz der Anlagen, wodurch deren Produktionskapazität reduziert wird ； Die Reibung beim Fluss des Mediums wird erhöht, wodurch der Energieverbrauch der Transportanlagen steigt. Die Ablagerungen können außerdem zu einer Korrosion unter den Ablagerungen in den Geräten führen, wodurch die Lebensdauer der Geräte verkürzt wird ； In schweren Fällen führt dies zu Verstopfungen der Anlagen, was die reibungslose Produktion beeinträchtigt und sogar zu Stillständen führen kann. Derzeit wird der Verkalkung der Kühler hauptsächlich durch periodische Stilllegungen zur Reinigung begegnet (chemische Reinigung oder Hochdruckreinigung). Dies ist eine nachträgliche Lösung, die Probleme wie die durch Verkalkung während des Betriebs des Kühlers verursachte geringe Effizienz sowie die Korrosion unter dem Schmutz nicht beheben kann. Mitgeführte Schmutzstoffe wie Ton können sich leicht ablagern und zu Ablagerungen führen, was wiederum zu Korrosion unter diesen Ablagerungen führt. Je höher die Massekonzentration des Sauerstoffs in der Lösung ist, desto größer ist auch der Konzentrationsunterschied zwischen Wasser und den Ablagerungen. Dadurch wird auch die Spannung zwischen den Polen größer – dadurch reagiert das Eisen leichter mit Sauerstoff und es kommt zur Korrosion. Je dicker die Ablagerungsschicht ist, desto leichter kommt es unter der Ablagerung zu Korrosion, die sich weiter ausbreitet, bis schließlich ein Loch entsteht.