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Steels used within the process chain of carbon capture and storage (CCS) are exposed to conditions that are currently not fully tested. In the present work a number of steels were selected as possible construction materials: Alloyed steels for application in the compression and injection sections and low alloyed carbon steels for use as pipelines. Exposure tests were conducted over 600 hours at ambient pressure in a continuous flow of a simulated gas stream consisting of carbon dioxide with low contents of the relevant flue gas components nitrogen dioxide, sulfur dioxide, carbon monoxide, oxygen and water. Temperatures were adjusted to 5, 60 and 170 centigrade.
Materials testing under mechanical stress, pressure and turbulent flow of impure supercritical CO2
(2013)
The climate change necessitates measures to reduce carbon dioxide (CO2) emissions in the atmosphere, one of which is carbon dioxide capture and storage (CCS). Transmission of pressurized liquid or supercritical CO2 containing residual flue gas constituents in pipelines is an important component of CCS systems. Material testing under conditions as close as possible to real conditions is a prerequisite for reliable and safe implementation of CCS. A novel pipeline corrosion test facility was developed, accounting for major mechanical, physical and chemical influencing factors: elastic deformation, pressure, temperature, gas composition and flow velocity can be independently adjusted. Radial and tangential stress distributions on a round sample were experimentally investigated, indicating a good accordance with expected theoretical values. In this contribution the idea of the novel corrosion test facility and the assembled equipment as well as first results are presented and discussed.----------------------------------------------------------------------------------------------------Die Klimaveränderung macht Maßnahmen zur Reduktion von Kohlendioxidemission (CO2) in die Atmosphäre erforderlich, Rückhalt und Speicherung in tiefen geologischen Formationen (carbon capture and storage (CCS)) stellt eine davon dar. Der Transport von verflüssigtem oder superkritischem CO2 mit Verunreinigungen in Pipelines stellt einen wichtigen Teil von CCS-Systemen dar. Die Materialprüfung unter möglichst realitätsnahen Bedingungen ist eine wichtige Voraussetzung für die Einrichtung zuverlässiger und sicherer CCS-Systeme. Hierzu wurde eine neue Versuchseinrichtung zur Korrosionsprüfung von Pipelinewerkstoffen entwickelt, die folgende wesentliche physikalische und chemische Einflussgrößen berücksichtigt: Elastische Verformung, Druck, Temperatur, Gaszusammensetzung, und Fließgeschwindigkeit können unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Verteilung der Radial- und Tangentialspannungen wurden in einer Rundprobe untersucht, und die Ergebnisse zeigten gute Übereinstimmungen mit den theoretisch zu erwartenden Werten. In dem vorliegenden Beitrag werden die Idee zu der neuen Korrosionsprüfeinrichtung und erste Ergebnisse vorgestellt sowie diskutiert.
Die klassische Metallographie basiert auf Abbildungen einzelner Schliffebenen und kann auf räumliche Formen und Anordnungen des Gefüges nur bedingt schließen. Die Idee, aus metallographischen Serienschliffen dreidimensionale Gefügestrukturen zu rekonstruieren, ist daher naheliegend und nicht neu. Allerdings ist der Aufwand, in Handarbeit viele Einzel-Schliffe zu präparieren und zu Bildstapeln zusammenzusetzen, sehr hoch und steht einer häufigen Anwendung entgegen.
Deshalb wird an der BAM ein Roboter-gestütztes 3D-Metallographie-System entwickelt, das an einer Schliffprobe die Schritte Präparation und Bildeinzug vollautomatisch mit vielen Wiederholungen ausführt. Die Präparation umfasst Schleifen, Polieren und optional Ätzen der Schlifffläche, der Bildeinzug autofokussierte lichtmikroskopische Aufnahmen bei mehreren Vergrößerungsstufen. Der erhaltene Bildstapel wird anschließend vorverarbeitet, segmentiert und in ein 3D-Modell umgesetzt, das einer mikrotomographischen Aufnahme ähnelt, allerdings mit besserer lateraler Auflösung bei großem Volumen. Im Gegensatz zu tomographischen Verfahren besteht die Möglichkeit der Kontrastierung durch klassische chemische Ätzung. Die Integration eines REMs ist geplant. Bislang durchgeführte Arbeiten verdeutlichen die Möglichkeiten der Darstellung von Heißgas-Korrosionsschichten, Grauguss-Werkstoffen und Keramik-basierten mikroelektronischen Strukturen (Vias).
Many microstructural features exhibit non-trivial geometries, which can only be derived to a limited extent from two-dimensional images. E.g., graphite arrangements in lamellar gray cast iron have complex geometries, and the same is true for additively manufactured materials and three-dimensional conductive path structures. Some can be visualized using tomographic methods, but some cannot be due to weak contrast and/or lack of resolution when analyzing macroscopic objects. Classic metallography can help but must be expanded to the third dimension. The method of reconstructing three-dimensional structures from serial metallographic sections surely is not new. However, the effort required to manually assemble many individual sections into image stacks is very high and stands in the way of frequent application. For this reason, an automated, robot-supported 3D metallography system is being developed at BAM, which carries out the steps of repeated preparation and image acquisition on polished specimen.
Preparation includes grinding, polishing and optionally etching of the polished surface. Image acquisition comprises autofocused light microscopic imaging at several magnification levels. The image stacks obtained are then pre-processed, segmented, and converted into 3D models, which in the result appear like microtomographic models, but with high resolution at large volume. Contrasting by classical chemical etching reveals structures that cannot be resolved using tomographic methods. The integration of further imaging and measuring methods into this system is underway. Some examples will be discussed in the presentation.