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Geothermal energy is an interesting alternative to polluting fossil energy sources. Therefore, in Belgium, two wells have been drilled for a deep geothermal power plant. However, the environment to which the installations are exposed is challenging. The geothermal brine has 165 g/l total dissolved solids (of which 90% are sodium and chlorine) and the production temperature can be up to 130 °C. To assess their suitability to be used in a geothermal power plant, the corrosivity of the artificial brine to three common construction materials was investigated with exposure and electrochemical tests. The metals under consideration are a low-alloyed carbon steel (S235JR), an austenitic stainless steel (UNS S31603) and a duplex stainless steel (UNS S31803). The carbon steel, that was found to corrode uniformly, could be considered as a constructional material if a sufficient wall thickness is chosen. The austenitic stainless steel and the duplex stainless steel demonstrate very low uniform
corrosion rates. They are however susceptible to pitting and crevice corrosion. To guarantee safe operation of the geothermal power plant, the susceptibility of the alloys to stress corrosion cracking should be tested and in situ experiments should be performed.
Dieses Werk bietet Personen, die sich mit Gefahrgutlagerung beschäftigen einen Ansatz und ein Hilfsmittel für deren Arbeit.
Dieses Buch ist lediglich ein Nachdruck der Masterarbeit. Einer redaktionellen Überarbeitung, am besten mit Rückmeldungen von Anwendern, sieht der Rezensent mit Interesse entgegen.
Recent studies have shown that even at a very low concentration of impurities (less than 100 ppmv of SO2, NO2, O2 and H2O) the droplet formation and condensation of sulfuric and nitric acids in dense phase CO2 are possible and observable. To reveal the mechanism of droplet corrosion in dense phase CO2 at high pressure and low temperature, further studies on factors that affect wettability and resulting corrosion behaviors of transport pipeline steels are needed. In this study, effects of surface morphology were investigated by varying surface roughness of carbon steel coupons exposed to CO2 stream containing impurities to measure the wettability by contact angle and to observe the condensation as well as possible droplet corrosion that followed. Other considered factors were: pH of the droplet, temperature, droplet volume, and exposure time.
Electrochemical deposition of polyaniline on carbon steel for corrosion study in geothermal solution
(2019)
Polyaniline has been widely developed for many applications, e.g. sensor, supercapacitor components, electrochromic devices, and anticorrosion pigments. Although the addition of polyaniline pigment in organic coatings has been an alternative for corrosion protection in industrial applications, the protection mechanism is still not fully understood. Herein in this study, as a part of the development of polyaniline/silicon dioxide coating for geothermal application, polyaniline has been deposited electrochemically on carbon steel surface in oxalic acid medium and tested in geothermal solution to understand the contribution of polyaniline to the corrosion protection of a polyaniline-based composite in the geothermal system. To observe the surface/interface reaction between the electrolyte and electrode surface during the electrochemical polymerization, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was applied after each cycle. For corrosion study in the geothermal application, an artificial geothermal solution was used with the composition of 1,500 mg/l Cl⁻, 20 mg/l SO₄²⁻, 15 mg/l HCO₃⁻, 200 mg/l Ca²⁺, 250 mg/l K⁺, and 600 mg/l Na⁺, and pH 4 to simulate a geothermal brine found in Sibayak, Indonesia. An electrochemical measurement was performed by monitoring the open circuit potential over seven days, with the interruption by EIS every 22 hours. The experiments were performed at room temperature and 150 °C (1 MPa) in an oxygen-free environment. Impedance spectra showed a reduction of the total impedance value of approximately 10 times for specimens measured at 150 °C compared to the specimens measured at room temperature, suggesting a less stable layer at high temperature.
This study focuses on the corrosion mechanism of carbon steel exposed to an artificial geothermal brine influenced by carbon dioxide (CO2) gas. The tested brine simulates a geothermal source in Sibayak, Indonesia, containing 1500 mg/L of Cl-, 20 mg/L of SO4 2-, and 15 mg/L of HCO3-with pH 4. To reveal the temperature effect on the corrosion behavior of carbon steel, exposure and electrochemical tests were carried out at 70 °C and 150 °C. Surface analysis of corroded specimens showed localized corrosion at both temperatures, despite the formation of corrosion products on the surface. After 7 days at 150 °C, SEM images showed the formation of an adherent, dense, and crystalline FeCO3 layer. Whereas at 70 °C, the corrosion products consisted of chukanovite (Fe2(OH)2CO3) and siderite (FeCO3), which are less dense and less protective than that at 150 °C.
Control experiments under Ar-environment were used to investigate the corrosive effect of CO2. Free corrosion potential (Ecorr) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) confirm that at both temperatures, the corrosive effect of CO2 was more significant compared to that measured in the Ar-containing solution. In terms of temperature effect, carbon steel remained active at 70 °C, while at 150 °C, it became passive due to the FeCO3 formation. These results suggest that carbon steel is more susceptible to corrosion at the near ground surface of a geothermal well, whereas at a deeper well with a higher temperature, there is a possible risk of scaling (FeCO3 layer). A longer exposure test at 150 °C with a stagnant solution for 28 days, however, showed the unstable FeCO3 layer and therefore a deeper localized corrosion compared to that of seven-day exposed specimens.
This work examined the factors that influence the droplet corrosion of CO2 pipeline steels caused by oxyfuel flue gases in dense phase CO2 at 278 K, simulating the underground transport conditions. The wetting properties were studied by contact angle measurement, revealing pH and time dependency on the reactive wetting behaviors of carbon steel X70. Exposure tests with CO2 saturated water droplet on steel surface showed that the impurities (220 ppmv SO2 and 6700 ppmv O2) diffused into the droplet and then reacted with metal surfaces in dense phase condition, forming the corrosion products. The corrosion rate was confirmed strongly depending on the droplet volume as well as the SO2 concentration. Condensation experiments carried out on freshly polished coupons in CO2 with 200 ppmv H2O, 220 ppmv SO2 and 6700 ppmv O2, showed that the formation and aggregation of droplets is time and temperature dependent. At 278 K, condensation happened stronger and the corrosion products, mainly consisted of dense hydrated FeSO3/FeSO4. While at 288 K, more fluffy corrosion products consisting of iron oxide/hydroxide and hydrated FeSO3/FeSO4 were found. Further exposure tests on carbon steel coupons with different surface roughness did not reveal the difference in weight loss/gain and therefore the corrosion rate.
This contribution provides current findings regarding materials susceptibility for carbon capture, utilization and storage (CCUS) applications. Basing on results gathered in 2 German long-term projects (COORAL and CLUSTER) suitable materials are introduced as well as dominating impurities of the CO2-stream and corrosion mechanisms. Investigations cover the whole CCUS process chain and provide material recommendations for certain parts.
Im DGMK-Projekt 780 wurde eine forcierte Prüfmethode entwickelt zur Bestimmung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen gegenüber Brennstoffen aus Mitteldestillaten und Gemischen aus Mitteldestillat und paraffinischen Kohlenwasserstoffen, die jeweils Fettsäuremethylester (FAME) als biogene Komponente enthalten. Bei der Prüfmethode werden Proben des Werkstoffes in einem speziellen Prüfmedien ausgelagert. Die Zusammensetzung von zwei Prüfmedien wurde im Vorhaben erarbeitet. Die Prüfmedien decken für den FAME-Anteil einen Bereich von bis zu 20 % (V/V) ab. Die Auslagerung kann bei geringem Aufwand unter Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Die Eignung einer Auswahl von metallenen Werkstoffen und Polymerwerkstoffen, die für Versorgungsanlagen für Mitteldestillat relevant sind, wurde durch Auslagerung in folgenden nicht gealterten Brennstoffen bestimmt: Heizöl EL schwefelarm (B0), Heizöl EL schwefelarm mit 20 % (V/V) FAME (B20), FAME (B100) und hydriertes Pflanzenöl (HVO). Die Temperatur bei der Auslagerung betrug 50 °C für die metallenen Werkstoffe und 40 °C und 70 °C für die Polymerwerkstoffe. Die Ergebnisse der Beständigkeitsbewertung wurden in Beständigkeitslisten zusammengefasst. Die mit dem B20 erhaltenen Werkstoffbeständigkeiten gelten generell für Gemische aus Heizöl EL schwefelarm und FAME mit einem FAME-Gehalt bis zu 20 % (V/V). Sie sind auch auf Gemische aus Dieselkraftstoff und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 %(V/V) übertragbar.
Die forcierte Prüfmethode kann insbesondere KMUs bei der Weiterentwicklung von bestehenden Produkten und der Entwicklung von neuen Produkten als ein kostengünstiger Schnelltest zur Überprüfung der Werkstoff- und Bauteilbeständigkeit gegenüber Mitteldestillaten mit hohem FAME-Anteil dienen. Sie kann für die Hersteller die Sicherheit erhöhen, dass Bauteile die Freigabeprüfungen der Bauaufsicht bestehen, wobei die Freigabe aber nur für Deutschland gültig ist.
Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens können in eine harmonisierte Europäischen Norm für alternative Brenn- und Kraftstoffe einfließen. Diese ist für die Bauteilhersteller die Voraussetzung für die Erschließung des europäischen Marktes.
Im Vorhaben wurde eine forcierte Prüfmethode zur Bestimmung der Beständigkeit von metallenen Werkstoffen gegenüber Brennstoffen aus Mitteldestillaten und Gemischen aus Mitteldestillat und paraffinischen Kohlenwasserstoffen, die jeweils Fettsäuremethylester (FAME) als biogene Komponente enthalten, entwickelt. Bei der Prüfmethode werden Prüfkörper des jeweiligen Werkstoffes in speziellen Prüfmedien ausgelagert. Die Zusammensetzung von zwei Prüfmedien wurde im Vorhaben erarbeitet. Diese Prüfmedien erfassen die Effekte der Alterung des FAME, die zu erwarten sind, wenn der Brennstoff länger als 2 Jahre im Feld lagert. Sie decken den Bereich bis 20 % (V/V) FAME-Anteil ab. Die Auslagerung kann bei geringem Aufwand unter Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Die Eignung einer Auswahl von metallenen Werkstoffen und Polymerwerkstoffen, die für Versorgungsanlagen für Mitteldestillat relevant sind, wurde durch Auslagerung in folgenden nicht gealterten Brennstoffen bestimmt: Heizöl EL schwefelarm (B0), Heizöl EL schwefelarm mit 20 % (V/V) FAME (B20), FAME (B100) und hydriertes Pflanzenöl (HVO). Die Werkstoffe wurden auch in einem 1 Jahr gealterten B20 und einem 8 Jahre gealtertem B10 ausgelagert. Die Temperatur bei der Auslagerung betrug 50 °C für die metallenen Werkstoffe und 40 °C und 70 °C für die Polymerwerkstoffe. Die Ergebnisse der Beständigkeitsbewertung wurden in Beständigkeitslisten zusammengefasst. Die mit B20 erhaltenen Bewertungen gelten generell für Gemische aus Heizöl EL schwefelarm und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 % (V/V). Sie sind auch auf Gemische aus Dieselkraftstoff und FAME mit einem FAME-Gehalt bis 20 %(V/V) übertragbar.
Die forcierte Prüfmethode kann insbesondere KMUs bei der Weiterentwicklung von bestehenden Produkten und der Entwicklung von neuen Produkten als ein kostengünstiger Schnelltest zur Überprüfung der Werkstoff- und Bauteilbeständigkeit gegenüber Mitteldestillaten mit hohem FAME-Anteil dienen. Sie kann für die Hersteller die Sicherheit erhöhen, dass Bauteile die Freigabeprüfungen der Bauaufsicht bestehen, wobei die Freigabe jedoch nur für Deutschland gültig ist.
Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens können in eine harmonisierte Europäische Norm für alternative Brenn- und Kraftstoffe einfließen. Diese ist für die Bauteilhersteller die Voraussetzung für die Erschließung des europäischen Marktes.