Multiphasenpumpen werden vor allem in der Erdölförderung eingesetzt. Die Wellen-Naben-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 Spaltkorrosionsmesszelle 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 1/min 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.
Inhaltsverzeichnis
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
Zielsetzung & Themen
Die Diplomarbeit untersucht das Spaltkorrosionsverhalten der Werkstoffe 1.4462 und 1.4542 in Multiphasengemischen aus Erdöl und realem Formationswasser, um das Ausfallrisiko dieser Legierungen in Multiphasenpumpen zu bewerten und den Einfluss des Erdölanteils auf die Korrosionsinhibierung unter verschiedenen Temperaturbedingungen zu bestimmen.
- Analyse des Einflusses verschiedener Erdölanteile im Formationswasser auf die Spaltkorrosion.
- Untersuchung des Misch- und Trennungsverhaltens von Erdöl-Formationswasser-Emulsionen.
- Bestimmung der korrosionshemmenden Wirkung von Erdöl bei unterschiedlichen Temperaturen.
- Evaluation des Werkstoffverhaltens 1.4462 und 1.4542 unter realitätsnahen Betriebsbedingungen mittels Spaltkorrosionsmesszelle.
- Bewertung der Anoden-Kathoden-Beziehung der verwendeten Stahllegierungen.
Auszug aus dem Buch
Spaltkorrosion
Spaltkorrosion tritt, wie der Name schon sagt, örtlich verstärkt in Spalten auf. Es können konstruktive Spalte, wie in Flanschverbindungen und zwischen Verschraubungen, aber auch Spalte unter Ablagerungen oder unter sich lösenden Oberflächenbeschichtungen 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.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung erläutert die Bedeutung von Multiphasenpumpen in der Erdölförderung und begründet die Relevanz der Untersuchung von Spaltkorrosion an kritischen Bauteilen aus Chrom-Nickel-Stählen.
2. Theoretische Grundlagen: Das Kapitel vermittelt die notwendigen Kenntnisse über elektrochemische Korrosionsmechanismen, die spezifischen Anforderungen der Spaltkorrosion sowie die physikalischen Eigenschaften von Erdöl-Formationswasser-Emulsionen.
3. Versuchsdurchführung: Hier werden die verwendeten Werkstoffe 1.4462 und 1.4542, die Zusammensetzung des Elektrolyts sowie die technische Entwicklung und der Aufbau der Spaltkorrosionsmesszelle detailliert beschrieben.
4. Auswertung und Vergleich der Ergebnisse: Dieser Abschnitt dokumentiert die Messergebnisse der Versuchsreihen, analysiert das Trennungsverhalten der Medien und bewertet die Korrosionsströme sowie die auftretenden Schäden an den Proben.
5. Zusammenfassung und Ausblick: Diese Zusammenfassung reflektiert die Ergebnisse der Diplomarbeit, zieht Rückschlüsse auf die Korrosionsinhibierung durch Erdöl und gibt Empfehlungen für weiterführende Untersuchungen.
Schlüsselwörter
Multiphasenpumpe, Spaltkorrosion, Erdölförderung, Formationswasser, Edelstahl 1.4462, Edelstahl 1.4542, Korrosionsstrom, Emulsion, Phasentrennung, Elektrochemie, Werkstofftechnik, Passivierung, Belüftungselement, Lochkorrosion, Null-Ohm-Amperemeter.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Einflusses von Erdölanteilen im Formationswasser auf die Spaltkorrosion bei der Kombination der rostfreien Stähle 1.4462 und 1.4542, die in Multiphasenpumpen eingesetzt werden.
Welche Themenfelder sind zentral?
Zentrale Themen sind die elektrochemische Korrosion, die Werkstoffkunde rostfreier Stähle, das thermodynamische Verhalten von Emulsionen und der Aufbau von experimentellen Messzellen zur Korrosionsprüfung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, experimentell zu ermitteln, bei welchem Erdölanteil im Formationswasser die Spaltkorrosion an den untersuchten Proben unter verschiedenen Temperaturbedingungen minimiert oder vollständig verhindert wird.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurde eine eigens entwickelte Spaltkorrosionsmesszelle verwendet, um den Stromfluss zwischen den Proben zu messen und die Trennung von Erdöl und Wasser unter variierenden Temperaturen zu beobachten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Versuchsaufbau-Beschreibung, die Analyse des Misch- und Trennungsverhaltens, die Durchführung elektrochemischer Messungen mittels Potentiostat und ZRA-Betrieb sowie die mikroskopische Untersuchung der Probenoberflächen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit ist durch Begriffe wie Multiphasenpumpe, Spaltkorrosion, Formationswasser, Korrosionsinhibierung und Edelstahllegierungen charakterisiert.
Warum wurde für die Versuche "recyceltes" Erdöl verwendet?
Ab den Versuchen mit einem Erdölanteil von 60% wurde recyceltes Material verwendet, um eine stetige Versorgung mit dem spezifischen Gemisch aus der Lagerstätte Mittelplate zu gewährleisten und die Versuchsdauer zu optimieren.
Warum wurde bei der zweiten Versuchsreihe das ZRA-Betriebsverfahren gewählt?
Das ZRA-Betriebsverfahren (Zero Resistance Ammeter) wurde genutzt, um zu analysieren, wie sich die beiden Proben ohne äußeres Potenzial zueinander verhalten und welche Probe dabei als Anode beziehungsweise Kathode fungiert.
- Citation du texte
- Johannes Barz (Auteur), 2010, Untersuchung des Einflusses von verschiedenen Erdölanteilen im Formationswasser auf die Spaltkorrosion verschiedener metallischer Werkstoffe, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/158937
