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Schädigungen durch Korrosion/Erosion

Korrosion

Die Schädigung von Wärmetauschern kann durch eine große Zahl von Faktoren ausgelöst werden.
Als eine der Hauptursachen für die Beschädigung – im schlimmsten Fall Leckage – eines Wärmetauschers muss die Korrosion angesehen werden.
Die DIN EN ISO 8044 beschreibt die Korrosion als „die Reaktion eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion (…) führen kann“. Die Norm definiert u.a. 37 Korrosionsarten, darunter Lochfraßkorrosion, Spannungsrisskorrosion und Erosionskorrosion.
Lochfraßkorrosion entsteht vor allem bei passivierten Werkstoffen unter Vorhandensein eines Elektrolyten. Das Auftreten wird stark beeinflusst von hohen Temperaturen, niedrigem Elektrodenpotenzial des Werkstoffs sowie einem niedrigen pH-Wert des Elektrolyten, d.h. des Fluids, und einer geringen Sauerstoffkonzentration im Elektrolyt.
Für das Auftreten von Spannungsrisskorrosion ist die Erfüllung von drei Bedingungen notwendig: Zum einen muss der Werkstoff empfindlich gegen Spannungsrisskorrosion sein. Außerdem müssen Zugspannungen vorliegen in Form von Eigenspannungen oder extern aufgebrachten Spannungen. Darüber hinaus muss ein spezifisches Angriffsmittel vorhanden sein; dies sind bei austenitischen Stählen chloridhaltige Fluide und bei Kupfer-Zink-Legierungen u.a. Ammoniak, Amine, Nitrite oder Nitrate.
Die Erosionskorrosion ist nicht nur von den mechanischen Werkstoffeigenschaften abhängig, sondern auch von den Strömungsbedingungen, also Geschwindigkeit und Geometrie, sowie von eventuellen besonderen Stoffbedingungen wie z.B. gelösten Festkörperteilchen in Fluiden oder Tröpfchenbildung in Gasen, die zu abrasivem Abtrag führen können.

Korrosion+Erosion

Erosion
Erosion oder auch Verschleiß ist per Definition der fortschreitende Verlust von Material aus der Oberfläche eines festen Körpers. Wirken auf diesen Grundkörper mechanische Kräfte ein, das heißt Kontakt- und Relativbewegungen eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers, entsteht Erosion.

Diese unerwünschte Veränderung der Oberfläche tritt unter anderem an Rohren oder Rohrleitungen auf. Verschleiß ist einer der Hauptgründe für Rohrschädigungen und Ursache für die damit verbundenen Ausfälle von Wärmetauschern und den mit ihnen zusammenhängenden Komponenten. Erosion an Rohren tritt in vielfältigen Formen auf, deren Folgen mehr oder weniger schwerwiegend sind.

Erosion an Stützblechen
Bei dieser Art der Rohrschädigung handelt es sich um eine Erosionsform, die durch an die Rohre schlagende Stütz- und Einbaubleche verursacht wird. Stützbleche halten und stabilisieren in herkömmlichen Wärmetauschern die eingebauten Rohre. Unter bestimmten Umständen, zum Beispiel wenn zwischen Bohrung und Rohr Spiel ist oder andere thermische und mechanische Einflüsse gegeben sind, können die Rohre in den Stützblechen vibrieren und durch das Anschlagen beschädigt und damit verschlissen werden. Dies führt sehr schnell zu ungewollten Leckagen, womit neben finanziellen auch Umweltschäden verbunden sein können.

Einlauferosion
Gerade die ersten Zentimeter eines Wärmetauscherrohres sind starken Erosionsbelastungen ausgesetzt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die einströmenden Medien auf den ersten Zentimetern starken Verwirbelungen und Turbulenzen ausgesetzt sind. Diese wiederum können zu gefährlichen Ausdünnungen des Einlaufbereichs führen, es entsteht Erosion.

Dampf- und Nassdampferosion
Dampferosion ist vor allem an der Außenseite von Wärmetauscherrohren, die von Dampf oder Kondensat angeströmt werden, zu finden. Je nach Bauweise des Kühlers kann es zu starken Dampfkonzentrationen an den Stützblechen oder den freien Rohrbereichen kommen, was ebenfalls zu Leckagen führt.

Erosion durch Ablagerungen und Fremdeinschlüsse in Rohren
Setzen sich Ablagerungen oder Fremdkörper in einem Rohr fest, werden diese von dem einströmenden Medium umspült. Dadurch kommt es zu Verwirbelungen und Turbulenzen direkt hinter der den freien Fluss blockierenden Stelle. In Zusammenhang mit Wasser oder abrasiven Teilchen kann sich hier dann starker Verschleiß entwickeln.

Tropfenschlagerosion
Die Tropfenschlagerosion tritt besonders an Kraftwerkskondensatoren auf. Dabei bilden sich durch die Kondensation mikroskopisch kleine Wasserdampftröpfchen, die mit einer enorm hohen Geschwindigkeit und Energie auf die äußere Oberfläche von Rohren auftreffen. Diese Energie der Tröpfchen kann unter Umständen so hoch sein, dass die Rohroberfläche mit winzig kleinen Einschüssen bis hin zur Leckage beschädigt wird.

Korrosion

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