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 den Einfluss variierender Erdölanteile im realen Formationswasser auf das Spaltkorrosionsverhalten der metallischen Werkstoffe 1.4462 und 1.4542 in Multiphasenpumpen, um das Ausfallrisiko durch Korrosion zu minimieren.
- Analyse des Einflusses von Erdölanteilen auf die Spaltkorrosion
- Untersuchung des Misch- und Trennverhaltens von Erdöl-Formationswasser-Emulsionen
- Einfluss der Temperatur auf die Viskosität und das Korrosionsverhalten
- Entwicklung einer geeigneten Spaltkorrosionsmesszelle
- Vergleichende Bewertung der Korrosionsbeständigkeit der Stähle
Auszug aus dem Buch
3.1 Die Werkstoffe
Der Wellen- und Spannmutterwerkstoff X5CrNiCuNb16-4 (1.4542) Hierbei handelt es sich um einen rost- und säurebeständigen Stahl, welcher semi austenitisch ist. Semi austenitische Stähle enthalten einen hohen Anteil Martensit, welcher durch Kaltumformung erzeugt wird. Die Härte von 1.4542 beträgt in der hier vorliegenden Form 320 HV. In Abbildung 3-1 ist die Gefügestruktur unter einem Lichtmikroskop (LM) zu sehen. Das für den Martensit typische, feine, nadelige Gefüge ist hierbei gut zu erkennen.
Der Schraubenspindelwerkstoff X2CrNiMoN22-5-3 (1.4462) Hierbei handelt es sich um einen rost- und säurebeständigen Duplex- Stahl. Er weist eine homogene Verteilung von Austenit und Ferrit im Mischungsverhältnis von 1:1 auf. Dieser Stahl kommt aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit vorwiegend in der chemischen Industrie zum Einsatz. Die Härte von 1.4462, in der hiervorliegenden Form, ist 200 HV. In Abbildung 3-2 wird ein Schliffbild der Gefügestruktur gezeigt.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die Bedeutung von Multiphasenpumpen für die Erdölförderung und die Problemstellung der Spaltkorrosion an kritischen Bauteilen.
2. Theoretische Grundlagen: Erläutert die Mechanismen der Korrosion, insbesondere der Spaltkorrosion, der Passivierung sowie die physikalischen Zusammenhänge von Diffusionsgrenzschichten und Emulsionseigenschaften.
3. Versuchsdurchführung: Dokumentiert die verwendeten Materialien, den Versuchsaufbau mit der entwickelten Spaltkorrosionsmesszelle sowie die methodische Vorgehensweise bei den Messreihen.
4. Auswertung und Vergleich der Ergebnisse: Präsentiert die experimentellen Daten zum Trennungsverhalten der Medien sowie die Ergebnisse der Korrosionsuntersuchungen unter Variation von Temperatur und Erdölanteil.
5. Zusammenfassung und Ausblick: Fasst die wesentlichen Erkenntnisse über die korrosionshemmende Wirkung von Erdöl zusammen und gibt Anregungen für weiterführende Untersuchungen.
Schlüsselwörter
Spaltkorrosion, Multiphasenpumpe, Erdöl, Formationswasser, Edelstahl, 1.4462, 1.4542, Korrosionsstromdichte, Emulsion, Phasenmischverhalten, Werkstoffprüfung, Korrosionsschutz, Mittelplate, Passivierung, Elektrochemie
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundlegend?
Die Arbeit untersucht, wie sich verschiedene Anteile von Erdöl im Formationswasser auf das Korrosionsverhalten von Edelstahlkomponenten in modernen Multiphasenpumpen auswirken.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Arbeit fokussiert sich auf die Elektrochemie der Spaltkorrosion, die Stabilität von Erdöl-Wasser-Emulsionen und die experimentelle Bestimmung korrosiver Prozesse in Abhängigkeit von Temperatur und Materialzusammensetzung.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, experimentell zu ermitteln, ab welchem Erdölanteil die Korrosion bei verschiedenen Temperaturen inhibiert wird, um die Zuverlässigkeit der Pumpenkomponenten zu erhöhen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es wurde eine spezifische Spaltkorrosionsmesszelle entwickelt, um reale Lagerstättenbedingungen nachzubilden und elektrochemische Messungen (Potentiostat/ZRA-Betrieb) unter kontrollierten Temperatur- und Durchmischungsparametern durchzuführen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Aufarbeitung der Korrosionsmechanismen, die detaillierte Beschreibung des Versuchsaufbaus sowie die umfangreiche Auswertung und Interpretation der Korrosionsstrommessungen und Oberflächenanalysen der Proben.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Spaltkorrosion, Multiphasenpumpe, Erdöl-Formationswasser-Gemisch, Korrosionsstromdichte, Opferanode und die Werkstoffe 1.4462 sowie 1.4542.
Welche Rolle spielt die Temperatur in den Versuchen?
Die Temperatur beeinflusst sowohl das Mischverhalten der Emulsion als auch die kinetischen Prozesse der Korrosion; mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität des Erdöls, was den Austausch des Elektrolyts in den Spalten begünstigt.
Warum konnte die Korrosion bei höheren Temperaturen nicht vollständig gestoppt werden?
Bei höheren Temperaturen wird die Viskosität des Erdöls so gering, dass der Austausch des Elektrolyts in den Spalten verbessert und das Erdöl durch Formationswasser ersetzt wird, was die schützende Wirkung des Erdöls vermindert.
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- Johannes Barz (Author), 2010, Untersuchung des Einflusses von verschiedenen Erdölanteilen im Formationswasser auf die Spaltkorrosion verschiedener metallischer Werkstoffe, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/161667
