DE3222757A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der korrosionsgeschwindigkeit einer waermeuebertragungsflaeche - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur messung der korrosionsgeschwindigkeit einer waermeuebertragungsflaecheInfo
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Description
Drew Chemical Corporation (Delaware Corporation)
One Drew Chemical Plaza
Boonton, N.J. Ο7ΟΟ5, USA
One Drew Chemical Plaza
Boonton, N.J. Ο7ΟΟ5, USA
Verfahren und Vorrichtung zur Messung
der Korrosionsgeschwindigkeit einer
Wärmeübertragungsfläche
der Korrosionsgeschwindigkeit einer
Wärmeübertragungsfläche
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zur Messung der Korrosionsgeschwindigkeit
und insbesondere auf ein neuartiges Verfahren sowie eine neuartige Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit
bzw. des Ausmaßes der Korrosion einer wärmeübertragenden Fläche.
Vorrichtung zur Messung der Korrosionsgeschwindigkeit
und insbesondere auf ein neuartiges Verfahren sowie eine neuartige Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit
bzw. des Ausmaßes der Korrosion einer wärmeübertragenden Fläche.
Gegenwärtig umfassen herkömmliche Techniken zum Messen
einer Korrosion entweder nicht-wärmeübertragende Verfahren, z.B. solche mit streifen- oder kreisförmigen Probestücken, Nippeln oder mit Änderungen im Widerstand eines dünnen Metallbandes oder -drahtes, oder wärmeübertragende Verfahren unter Verwendung von entweder Einzel- oder
Mehrfachröhren-Prüfaustauschern. Für nicht-wärmeübertra-
einer Korrosion entweder nicht-wärmeübertragende Verfahren, z.B. solche mit streifen- oder kreisförmigen Probestücken, Nippeln oder mit Änderungen im Widerstand eines dünnen Metallbandes oder -drahtes, oder wärmeübertragende Verfahren unter Verwendung von entweder Einzel- oder
Mehrfachröhren-Prüfaustauschern. Für nicht-wärmeübertra-
gende Verfahren existieren Icsiae absoluten oder wahren
Bedingungen, wstasnd für wärmeübertragend® Verfahren die
tatsächliche Geschwindigkeitswisrlrang tuuad/od®r die tatsächlichen
Oberflächenteisierpaturea ssübten identisch sind,
geschweige denn genaue Gewichtsmessung©», ergeben.
In den USA-Patentanmeldungen Nr. 202 351 und 202 352 der
Anmeld©rin sind Verfahren -and Vorrichtungen zur Untersuchung
von Flüssigkeiten auf Ablagerungskenndaten offenbart»
Das Verschmutzen oder Ablagern ist ©in© äußerst komplexe ;
Erscheinung. Von einem grundsätzlichen Gesichtspunkt aus kann das als kombiniertes Kraft-, Wärm®- und Massenübergangsproblem
gekennzeichnet werden» In vielen Fällen ist
eine chemische Reaktionskinetik beteiligt, wie auch Löslichkeitscharakteristika
von Salsen in Wasser und ICorrosionstechnologie eine Rolle spieleno Es wurde festgestellt,
daß, wenn die Ablagerungstendenz eines Kühlwassers genau vorhergesagt werden kann, bevor eine Anlage konzipiert
und gebaut wird, beträchtlich© Kapitalersparnisse durch genauere technische Daten für Wärmetauscher erzielt wer»
'. den können.
Es wird als Tail des Verfahrens und der Vorrichtung eine Wärmeübertragungs-Prüfanordnung vorgeselieii, die ein Heizglied
für eine gesteuerte Wärmezufuhr und Thermoelemente
zur Messung der Wandtemperatur des Heizgliedes umfaßt,
um die Möglichkeit für Bestimmungen iron Ablagerungen bei
verschiedenen Durchflußmengen mit der gleichzeitigen Überwachung und Aufzeichnung dieser zusammen mit Daten,
wie Korrosion, pH-Wert, Leitfähigkeit und ähnlichen Angaben, zu bieten.-Das Messen einer Korrosion wird durch
einen Korrelator bewirkt, in dem ein Stromfluß durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit gegen einen Spannungsabfall
gemessen wird«
(Andere Verfahren zur Bestimmung einer Korrosion umfassen
einmal die Messung einer Lochtiefe gegen die Zeit und zum anderen die visuelle Auswertung des Prozentsatzes
der korrodierten Fläche. Die bisher angewendeten Verfahren zur Auswertung bzw. Bestimmung einer Korrosion messen jedoch
nicht tatsächlich die Korrosion oder Korrosionsgeschwindigkeit unter gesteuerten Bedingungen von sowohl
dem Wasserfilm-Wärmeübertragungskoeffizienten als einer
Funktion eines von der Geschwindigkeit hervorgerufenen
Schereffekte wie auch der Oberflächentemperatur als einer
Funktion genau geregelten Wärmeflusses.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur Messung der Korrosi-
*° onsgeschwindigkeit einer auf eine Flüssigkeit Wärme übertragenden
Fläche aufzuzeigen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zur leichten Einschaltung
in eine bzw. Verbindung mit einer On-line-Anlage oder Prozeß-Wärmetäuschanlage für eine in-situ-Messun'g
der Korrosionsgeschwindigkeit einer Wärme auf eine Wärmeträgerflüssigkeit übertragenden Fläche aufzuzeigen.
Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch ein Ablagerungs-
und Korrosionsprüfgerät erreicht, das eine metallische Röhre mit einem in einem wärmeleitenden Material
eingebetteten Heizelement für eine gesteuerte Wärmeabgabe
und mit einem Thermoelement für die Messung der Wandtem-' 30
peratur der Röhre hat, wobei eine metallische Hülse um
einen vorbestimmten Abschnitt der Röhre herum angeordnet ist. Das Ablagerungs- und Korrosionsprüfgerät wird innerhalb
eines Systems mit Leitungen und Ventilen derart angeordnet, daß es mit einer Flüssigkeit strömungsseitig in
35
Verbindung ist, um die Korrosionsgeschwindigkeit aus dem
Gewichtsverlust der metallischen Hülse bei gesteuerter Wärmezufuhr sowie gesteuerten Temperaturbedingungen und
FlüssigkeitsstrÖnrangsraeragen für ©in® vorgegebene Zeitspanne zu bestimmen«
Weitere ZMe und Forteile des Erfindumgsgegenstandee werden
aus der folgenden, im Verbindung mit den Zeichnungen
gegebenen Beschreibung deutliefcu Es seigerns.
Fig. 1 eine Schnittansicifote des."* Vorrichtung gemäß der
Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Setaiitassiclhit ©ines Teils der Fig. 1}
Fig. 2 eine vergrößerte Setaiitassiclhit ©ines Teils der Fig. 1}
Fig. 3 eine Schnittansi ©Hat wie in. Figo 2 für eine abgewandelte
Ausf ührusiggf orm j
Fig. 4 ein Rohrleitungsschema» in das die erfindungsgemaße
Vorrichtung eingegliedert istβ
Die Fig. 1 und 2 zeigen eiaea Prüfmodul oder ein Prüfelement
10, der bzw«, das aus ©inem'Ablageruntgs- und Korrosionsprüfgerät
12 besteht, welches koaxial in einer Rohrleitung ik angeordnet ist und einen ringförmigen Strömungskanal l6 bildet. Das Ablagerung®- und Korrosionsprüfgerät
12 umfaßt ein zylinderförmiges Heisglied 18, an dem ein
zylinderförmiges, hülsen- oder muffanartiges Korrosionsprüfglied
20 (im folgenden "Prüfhülse" genannt) angebracht ist. Das Innere des Heizgliedes 18 ist mit einem in einer
Isoliermasse 24, z.B. Magx&esiutnoscyd, eingebetteten, hochohmigen
Heizelement 22 versehen, und wenigstens ein im Heizglied 18 eingebettetes Thermoelement 26 dient dazu,
die Wandtemperatur zu erfassen»
30
30
Die Rohrleitung 14 besteht vorzugsweise aus einem durchsichtigen
Material, z.B« Glas, um eine visuelle Beobachtung der Flüssigkeitsströmung wie auch jeglicher Bildung
von (nicht gezeigten) Belägen (Ablagerungen, Kesselstein.
od.dgl.) rund um die Oberfläche des Heizgliedes 18 zu
ermöglichen. Das Heizglied 18 ist aus metallischem Material
gebildet, z.B. aus rostfreiem Stahl, Kupfer, Titan, aus
weichem, unlegierten Stahl, aus Admiralitätslegierung
od.dgl., was beispielsweise vom Rohrmaterial des der Auswertung unterliegenden Wärmetauschers oder von der durch
Strömen durch den Prüfmodul 10 zu untersuchenden Flüssigkeit abhängt, oder es besteht aus dem gleichen Metallwerkstoff
wie derjenige der Anlage, durch die die zu prüfende · Flüssigkeit strömt. Im allgemeinen kommt für eine normale
Kühlwasseranwendung rostfreier Stahl zum Einsatz, während
Admiralitätslegierung für die Anwendungsfälle bei See- IQ und Brackwasser benutzt wird.
Die zylinderförmige Prüfhülse 20 wird im allgemeinen aus
dem gleichen Material wie das Heizglied 18 gebildet, um das eigentliche, wirksame Material der Wärmeübertragungseinheit
zu verdoppeln und um auch den korrodierenden Effekt von verschiedenartigen Metallen auszuschalten. Die Prüfhülse
20 weist eine minimale Dicke auf, um den Wärmeübertragungswider stand herabzusetzen, jedoch eine hohe Korrosion
vom Typ des Lochfraßes zuzulassen, und zwar beträgt die Dicke wenigstens etwa Q,762 mm. Um die Wirkung einer
Wirbelströmung an der Oberfläche der Prüfhülse 20 auf ein
Minimum herabzusetzen, wird ein angeströmter Oberflächenbereich 28 der Prüfhülse 20 maschinell zu einer Vorderkante
30 mit einer Dicke von weniger als etwa 0,381 mm abgearbeitet.
Die Prüfhülse 20 wird beispielsweise durch Punktschweißungen
32 aus Silberlot in bevorzugter Weise am Heizglied 18 derart angebracht, daß ihre Hinterkante 3^ mit dem Endteil
der Isoliermasse 24 übereinstimmt, um jegliche Waseerfilmstauung·
an der Seite des Thermeelements zu minimieren. Wie Fig. 3 zeigt, kann die Prüfhülse 20 am Heizglied 18
auch durch O-Ringe 36 aus federndem Material, die in im
Heizglied l8 ausgebildeten Nuten 38 angeordnet sind, festgehalten
werden. Um für eine Nachbildung gleicher Oberflächentemperaturen zu sorgen, ist die Prüfhülse 20 eng auf
das Heizglied l8 gesetzt, z.B. mit Preßsitz, so daß zwi-
way ο ν * ι
Ι«» 0 jr
„10-
sehen diesem. Teilen ein inaigar Kontakt besteht und jeglicher
¥ärmeübertragungswid©rstand aufgrund von Lufteinwir kung
auf eim Minii
Die Korrosiosisgeschwindigkeit einer Flüssigkeit wird durch
den Gewichtsverlust an der Prüfhülsa 20 beurteilt, wie er
während der Strömung der Flüssigkeit durch, den JPrüfmodul
10 bei geregelten Duirehflwßmengen und geregelter !Wärmeabgabe
vom Heiasglied 18 pro Zeiteinheit in Erscheinung tritt, worauf noch näher eingegangen werden wird»
Der Warme-Prüfmodul 10 ist innerhalb ©in©s Rohrleitungssystems 40 (Fig» 4) angeordnet„ das Durshflußmeßgeräte 42
und 44, ein Rotameter 46 und ein Durchflußstrom-Regelventil
48 aufweistφ Das Rohrleitungssystem 40 hat eine Einlaßleitung
50, die mit den Durchflußmessern 42, 44 durch Leitungen
52 und 54, die durch Yentile 56 bswo 58 regelbar sind,
in paralleler Strömungsverbindung steht.e Strömungsseitig
sind die Leitungen 52, 54 über die Leitung 60 unter Rege-
lung durch ein Absperrventil 62 mit dem einen Ende des
Rotameters 46 verbunden, während dessen' anderes Ende über
die Leitungen 64, 66 mit dem Einlaßende des Prüfmoduls 10
strömungsseitig verbunden ist. über ein Umgehungsventil
70 und eine Leitung 68 steht die Leitung 54 strömungsseitig
mit der Leitung 66 in Verbindung»
Das Auslaßende des Prüfmoduls 10 ist über die Leitungen 72.
und 74 unter Regelung durch ein Absperrventil 76 an das
Durchflußregelventil 48, das über di®'Leitung 80 mit dem-30
Auslaß 78 verbunden ist, strömungsseitig angeschlossen.
Des weiteren besieht eine strömungsseitige Verbindung zwischen
der Leitung 72 und dar Leitung 8ö über die Leitung
82, die durch ein. Umgehungsventil 84 geregelt wird. Die
Leitung 80 ist mit einer Durchflußzelle 86, die eine Mehr-So
zahl von (nicht gezeigten) Sonden zur Messung weiterer
Parameter der Flüssigkeit enthält, worauf noch eingegangen werden wird, versehen.
Die Durchflußmesser 42, 44 sind vorzugsweise von der Venturi-Bauart, wobei jedes Meßgerät eine unterschiedliche
Auslesungsleistung an Strömungsmengen hat, und sie sind
elektrisch über Kabel 93 bzw. 94 und Wandler 88 an eine
Differentialmeßdose 90 angeschlossen, die den Druckabfall an den Durchflußmessern 42, 44 erfaßt. Das Rohrleitungssystem
40 ist mit einem Thermoelement 96,um die Wassereintrittstemperatur
im großen und ganzen zu überwachen, und mit einer Hochtemperatur-Abschaltung 98 versehen.
Um einen ausreichend großen Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten
zu bieten, kann eine Mehrzahl von Prüfmoduln 10 mit unterschiedlichem Durchmesser für einen Austauscheinbau
in das Rohrleitungssystem 40 verwendet werden. Das Durchfluß-Regelventil 48 ist vorzugsweise von einer Bauart
mit konstantem Durchfluß, wobei ein (nicht gezeigter) Innendruckausgleicher
dazu dient, eine Strömung mit dem vorgegebenen Wert sicherzustellen. Das Rotameter 46 ermöglicht
eine visuelle Überwacriung und kann durch eine (nbht ge-
2.0 zeigte) Differentialdruckmeßdose elektronisch gesteuert werden.
Das Rohrleitungssystem 40 ist in eine (nicht gezeigte)
Überwachungs- und Aufzeichnungsanordnung integriert oder mit einer solchen zusammengeschaltet, wie in den eingangs
genannten Patentanmeldungen offenbart ist, und ist auf einer Tragkonstruktion zur Anordnung in einem mobilen
Transportbehälter, wie einem Lastwagen, Kfz-Anhänger od.
dgl., montiert, um es leicht von Ort zu Ort zur Prüfung
^O einer durch eine Anlage, z.B. einen Wärmetauscher, Reaktor
od.dgl., fließenden Flüssigkeit transportieren zu können.
Im Betrieb wird die das Rohrleitungssystem, das auf einer geeigneten Tragkonstruktion angebracht und in einem in
sich abgeschlossenen, umgebenden Behälter untergebracht ist, enthaltende überwachungs- und Aufzeichnungsanordnung
nahe einer Betriebs- oder Prozeßanlage, z.B. einem Wärme-
tauscher bzw«, einem Delignifisierungadigestor 0 bei der eine
«.eßo auf ihre korrodierende Wirkung zu untersuchend® oder
zu psüfend© Flüssigkeit sur Anwendung kommt, in Stellung
gebracht „ um deren ICorrosionsgeschwindigkeit mit Bezug auf
ein© wärnjoübertsragerade Fläch® sau. h®st&mmezLa Ein. Prüfmodul
10 suit einem Heizglxed 18 und einer Prüfhüls© 20 aus gleichem Material wie die Rohrteile der Betriebs- oder Proaeß«=·
anlage wird innerhalb des Rohrleitungssystems 4o angeordnet
, wob®i die Prüfhüls© 20 vor ihrem Anbringen am Heiz» glied 18 einer Wägung unterworfen wird« Nach dem Positio=
nieren läßt man. diesu prüfend© Flüssigkeit durch den Ringkanal
l6 des Prtifmoduis 10 strömen... Dem Heizelement 22
des Heizgliedes 18 wird Energie zugeführt, und die Wandtemperatur
des Heizgliedes 18 wird, um deren Temperatur zu erhalten, überwacht» Gleichzeitig xirird durch das Thermoelement
96 zusammen mit der Kontrolle der Fließgeschwindigkeit
die Temperatur der strömenden Flüssigkeitsmenge über«-.
wacht. Durch das Regelventil 48 mit konstantem Durchfluß wird die Wassergeschwindigkeit geregelt, und es erfolgt
durch das Rotameter 46 gleichzeitig eine die elektronische überwachung durch die Differesitialdruckmeßdose 90,
die den Druckabfall entweder am Durchflußmesser 42 oder 44 erfaßt, begleitende visuelle Überwachung»
Nach einer vorbastiramten Zeitspanne , Thäspieisweise von
sieben bis dreißig Tagen, wobei die Minimalspanne zwei
bis drei Tage beträgt, wird die Flüssigkeitsströmung durch " den Prüfmodul 10 unterbrochen, und der Prüfmodul 10 wird
vom Rohrleitungssystem 40 entfernte Die Prüfhülse 20. wird
"^ vom Heizglied 18 abgenommen und gewogen, um eine Berechnung des Gewichtsverlustes zu ermöglichen, der in die folgende
Gleichung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit (CR) eingeht:
W1 . 365 Tage/Jahr . 1000 „ 25,4 U /25,4 mm
CR = τ ... .1 . . .
(CR =
l6.39cm 3/(25,4 mm)3 . A . d . t
W- . 365 Tage/Jahr „ 1000 mils/in
l6.39cm 3/in3 . A „
worin ist:
W1 = Gewichtsverlust in g
A s= Flächenbereich der Prüf hülse in cm . 2,5^0
d = Dichte des Metalls in g/cm
t rs Prüfzeit in Tagen
15 . Q
Leerseiie
Claims (1)
- Patentansprüche/ lötvorrichtung zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindiglceit einer Flüssigkeit gegenüber einem Material, gekennzeichnet durch eine innerhalb eines Rohrleitungssystems (kO) anzuordnende wärmeübertragende Anordnung, die ein zylinderförmiges Heizglied (l8) mit einem Heizelement (22) umfaßt, und durch ein metallisches, gewichtsmäßig vorbestimmtes Hülsenglied (20), das rund um das zylinderförmige Heizglied (l8) im Preßsitz aufgebracht ist.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenglied (20)ν» * eLJ « β · β-2-ttind das rj.yli.iiclsrformige Heiszglied (l8) aus dem glei-t sind.icfe^-a:^ :ru"i^b Anspruch 1 oder 2, dadurch g © Is. s 7;J. r.- s s i. <c h η e t, daß das metallische seragliscl (20* ©ine Dicke von wenigstens etwa 0,0762 cm4. Vorrichtung :-is.ch einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch g Q k e :.i η zeichnet, daß das metallische Hiilsengliec?. (SC·) mit einer konisch gestalteten vorderen Anstrcm£'l£i?;J?,3 %28) versehen ist»5. Vorrieht-OLiig nach Anspruch 4, dadurchg e k e ei r>. s e i c h η e t, daß die Vorderkante (30) der kOiiiachsri Anströmfläche (28) eine Dicke von wenigstens O3Ο254 sa hat.6„ Vorrichtung Each einem der Ansprüche i bis 5i dadurch g e Is e η η zeichnet, daß die Hinterkante des Hüis'5figi:l'-3äes (20) mit einem Endabschnitt des Heisgl?.csd2s '18) stisatnmenfällt»ichtung aaeh einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge ic £. -1 r> E e i c h η e t, daß das Hülsenglied (20) mit des syl^r-xlerförmigen Heizglied (l8) verlötet oder verschwe?.S,i ist,Vorrichtung Bach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e ία η zeichnet, daß das zyl inderf b'rmige Heisglieci (5.8) mit in Umf angsrichtung umlaufenden, zweiraEsdsr ^inen Abstand, der geringfügig größer als das Hü 13eP.gIi.'3c' (20) ist, aufweisenden Nuten (38) versehen is"c ".mo- daß in den Nuten je ein O-Ring (36) aus fedemcleir Η~ΐespial angeordnet ist, der das Hülsenglied auf dem '"ryliac^/srrorraigen Heizglied festhält.9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zylinderförmigen Heizglied (l8) ein die elektrische Energiezufuhr zum Heizelement (22) überwachendes und steuerndes Thermoelement (26) angeordnet ist.10. Verfahren zur Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit gegenüber einem wärmeübertragenden Material, wobei eine wärmeübertragende Anordnung mit einem zylinderförmigen Glied, das eine innere Heizeinrichtung aufweist, zur Anwendung kommt,gekennzeichnet durch Positionieren eines gewichtsmäßig vorbestimmten, zylinderförmigen Hülsengliedes rund um die wärmeübertragende Anordnung, durch ° Einfügen der wärmeübertragenden Anordnung in eine flüssigkeitsseitige Strömungsverbindung mit der Flüssigkeit, durch Versorgen der inneren Heizeinrichtung mit Energie, durch Unterbrechen der Strömung der Flüssigkeit nach einer bestimmten Zeitspanne und durch Abnehmen derzylinderförmigen Hülse sowie Wiegen dieser zur Bestimmung des während der bestimmten Zeitspanne eingetretenen Gewichtsverlustes.11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem zylinderförmigen Hülsenglied angebrachtes Thermoelement die elektrische Energiezufuhr zur Heizeinrichtung überwacht und steuert.12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurchgekennzeichnet, daß das zylinderförmige Hülsenglied an einem stromab gelegenen Teil·des zylinderförmigen Gliedes nahe einem Endabschnitt der inneren Heizeinrichtung angeordnet wird.13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragende Anordnung und das Hülsenglied aus gleichem Metall gebildet werden.Ik« Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der wärmeübertragenden Einrichtung überwacht wird.15· Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr zur inneren Heizeinrichtung in Abhängigkeit von der überwachten Temperatur der wärsneübertragenden Einrichtung geregelt wird.
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