Studium des Informationsgehaltes elektrochemischer Rauschsignale für die Sensorik von Korrosionsvorgängen (PDF)

Eine systemangepasste Mess- und Regeltechnik ist die Basis jedes technischen
Prozesses. Für jeden prozessbestimmenden Parameter benötigt man einen Sensor, der
ein Messsignal liefert, welches zur Regelung der Prozessbedingungen verwendet
werden kann. Während für die üblichen Prozessparameter wie Temperatur, Druck,
Durchfluss, Leitfähigkeit, pH-Wert, etc. geeignete Sensoren seit langem verfügbar sind
und technisch eingesetzt werden, sind Sensoren, welche den aktuellen
Korrosionszustand eines Anlagenwerkstoffs (Behälter, Rohrleitungen, Pumpen,
Aggregate) anzeigen und zur Systemregelung geeignet sind, nicht oder nicht in
verlässlicher Ausführung vorhanden. Für die Fälle, in denen die zu betrachtenden und
überwachenden Korrosionsvorgänge elektrochemischer Natur sind (z.B. alle in
wässrigen Medien ablaufenden Metallkorrosionsarten), kann man grundsätzlich
elektrochemisch arbeitende Sensoren einsetzen, welche z.B. über den
Polarisationswiderstand oder die elektrochemische Impedanz Informationen über die
Korrosionsgeschwindigkeit von Werkstoffen geben. Auch sog. Widerstandssensoren,
welche über die korrosionsbedingte Zunahme des Widerstands eines Messdrahtes
durch korrosionsbedingter Abnahme des Querschnitts die aktuelle Korrosionssituation
am Messdraht beschreiben, sind verfügbar und im technischen Einsatz. Der
grundsätzliche Nachteil aller dieser Korrosionssensoren ist jedoch, dass mit ihnen
allenfalls Aussagen über gleichförmig ablaufende Korrosionsabträge, nicht jedoch über
einsetzende oder bereits stattfindende Lokalkorrosion (Lochkorrosion, Muldenkorrosion,
Korrosion unter Ablagerungen oder in Spalten, etc.) erhalten werden. Dies ist ein
wesentlicher Mangel, da Lokalkorrosion technisch besonders gefürchtet ist und häufig
nicht, oder allenfalls zu spät durch andere Messtechniken und Maßnahmen festgestellt
werden kann.
Seit langem versucht man, die Methode des Elektrochemischen Rauschens (ECR) für
die Korrosionssensorik einzusetzen, da sie grundsätzlich das Potential besitzt, über die
Diagnostik der Rauschsignale nicht nur Informationen über gleichförmige, sondern auch
über lokal ablaufende Korrosionsangriffe zu liefern. Allerdings waren bisher die
Diagnosemethoden zu kompliziert und nicht zuverlässig genug, so dass eine
Korrosionssensorik auf dem ECR-Prinzip bisher technisch nicht oder nur sporadisch für
Testzwecke angewandt wird.
Von einem Hersteller von schwer entflammbaren, wasserbasierten Hydraulikflüssigkeiten
(HFA-Flüssigkeiten) für den Untertageabbau von Kohle wurde nun die
Frage aufgeworfen, ob man mit dem im Arbeitskreis G. Schmitt entwickelten ECRDiagnoseverfahren,
dem CoulCount-Verfahren [1], eine ECR-Sensorik entwickeln kann,
mit dem im Sinne einer Qualitätssicherung eine untertägige Echtzeitüberwachung der
HFA-Flüssigkeiten bezüglich deren Korrosionsschutzwirkung für die
Hydraulikausrüstungen im untertägigen Schreitausbau realisiert werden kann. Dabei
sollte das ECR-Korrosionsschutzmonitoring nicht nur für die Sicherung des Schutzes
gegen gleichförmige Korrosion, sondern auch gegen Lokalkorrosion in Form von
Spaltkorrosion und bimetallene Korrosion (früher: Kontaktkorrosion) anwendbar sein.
Dabei sollte die ECR-Sensorik nicht nur Korrosionsschutzzustände anzeigen, sondern
auch Signale liefern, welche regelungstechnisch verwendet werden können.
Diese Forderungen stellten die Ausgangssituation der vorliegenden Arbeit dar. Ihr lag
die Aufgabe zugrunde, eine ECR-Sensorik auf Basis des CoulCount-Verfahrens zu
entwickeln, welche auf die anwendungstypischen Zustandsänderungen der
Korrosionsschutzwirkung technisch eingesetzter HFA-Flüssigkeiten reagiert und
gleichzeitig Signale liefert, welche regeltechnisch eine optimierende Nachregelung
ermöglichen. Dabei sollte der Respons sowohl auf gleichförmige Korrosion als auch auf
Lokalkorrosion wie Spaltkorrosion und bimetallene Korrosion gesichert sein. Dies
bedeutet, dass zum einen ein geeignetes Sensordesign gefunden werden musste, das
sich auch im rauen Betriebseinsatz bewährt. Zum anderen bestand die
Herausforderung, die Auswertung von ECR-Signalen derart zu optimieren, dass
zwischen gleichförmiger und lokaler Korrosion unterschieden werden kann.