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Organisationseinheit der BAM
Durch Auslagerungs- und elektrochemische Tests im Labor kann das Korrosionsverhalten verschiedener metallener Werkstoffe beurteilt werden. Aus den Versuchsergebnissen, die in verschiedenen synthetischen Geothermalwässern im Labor erzielt wurden, lassen sich die folgenden Schlussfolgerungen ziehen:
• Die Anfälligkeit für Spaltkorrosion wurde als wichtigster Aspekt für die Werkstoffqualifizierung ermittelt.
• Der niedriglegierte Stahl 25CrMo4 zeigte bei niedrigem Salzgehalt in MB-Geothermalwasser eine gleichmäßige Korrosion unterhalb der akzeptierten Schwelle von 0,3 mm/Jahr. Daher kann er als geeignet für geothermische Bedingungen mit niedrigem Salzgehalt angesehen werden, wie sie für MB getestet wurden. Es besteht keine Notwendigkeit, auf höherlegierte (teurere) Werkstoffe auszuweichen. Ein niedrigerer pH-Wert (wie bei LHD) führt zu Korrosionsraten oberhalb der akzeptablen Grenzwerte, so dass die niedriglegierten Werkstoffe nicht für Flüssigkeiten mit niedrigem pH-Wert geeignet sind.
• Stark salzhaltige Geothermalwässer erfordern höherlegierte Werkstoffe, da die Korrosionsrate von niedriglegiertem Stahl zu hoch ist.
• Der Duplexstahl X2CrNiMo22-5-3 und der Superduplexstahl X2CrNiMoCuWN25-7-4 wurden aufgrund ihrer kritischen Anfälligkeit für örtliche Korrosion in Form von Loch- und Spaltkorrosion unter Betriebsbedingungen nicht als geeignet für geothermische Anwendungen in Geothermalwässern mit einer mit NDB und ORG vergleichbaren Zusammensetzung angesehen.
• Der superaustenitische Stahl X1CrNiMoCu32-28-7 eignet sich für ORG und salzarme Wässer. In NDB-Geothermalwasser wurde er bei 100 °C als geeignet angesehen. Jedoch schränkt seine Anfälligkeit für Spaltkorrosion seine Anwendbarkeit ein. Neben seiner guten Korrosionsbeständigkeit ist sein Repassivierungsverhalten für seine begrenzte Anwendbarkeit in Geothermalwässern mit niedrigem pH-Wert verantwortlich.
• Die Nickelbasislegierung NiCr23Mo16Al wurde als geeignet erachtet und stellt eine sichere Option für den Einsatz in geothermischen Anlagen dar, selbst wenn mit stark salzhaltigem Geothermalwasser gearbeitet wird.
Durch Auslagerungs- und elektrochemische Tests im Labor kann das Korrosionsverhalten verschiedener metallener Werkstoffe beurteilt werden. Aus den Versuchsergebnissen, die in verschiedenen synthetischen Geothermalwässern im Labor erzielt wurden, lassen sich die folgenden Schlussfolgerungen ziehen:
• Die Anfälligkeit für Spaltkorrosion wurde als wichtigster Aspekt für die Werkstoffqualifizierung ermittelt.
• Der niedriglegierte Stahl 25CrMo4 zeigte bei niedrigem Salzgehalt in MB-Geothermalwasser eine gleichmäßige Korrosion unterhalb der akzeptierten Schwelle von 0,3 mm/Jahr. Daher kann er als geeignet für geothermische Bedingungen mit niedrigem Salzgehalt angesehen werden, wie sie für MB getestet wurden. Es besteht keine Notwendigkeit, auf höherlegierte (teurere) Werkstoffe auszuweichen. Ein niedrigerer pH-Wert (wie bei LHD) führt zu Korrosionsraten oberhalb der akzeptablen Grenzwerte, so dass die niedriglegierten Werkstoffe nicht für Flüssigkeiten mit niedrigem pH-Wert geeignet sind.
• Stark salzhaltige Geothermalwässer erfordern höherlegierte Werkstoffe, da die Korrosionsrate von niedriglegiertem Stahl zu hoch ist.
• Der Duplexstahl X2CrNiMo22-5-3 und der Superduplexstahl X2CrNiMoCuWN25-7-4 wurden aufgrund ihrer kritischen Anfälligkeit für örtliche Korrosion in Form von Loch- und Spaltkorrosion unter Betriebsbedingungen nicht als geeignet für geothermische Anwendungen in Geothermalwässern mit einer mit NDB und ORG vergleichbaren Zusammensetzung angesehen.
• Der superaustenitische Stahl X1CrNiMoCu32-28-7 eignet sich für ORG und salzarme Wässer. In NDB-Geothermalwasser wurde er bei 100 °C als geeignet angesehen. Jedoch schränkt seine Anfälligkeit für Spaltkorrosion seine Anwendbarkeit ein. Neben seiner guten Korrosionsbeständigkeit ist sein Repassivierungsverhalten für seine begrenzte Anwendbarkeit in Geothermalwässern mit niedrigem pH-Wert verantwortlich.
• Die Nickelbasislegierung NiCr23Mo16Al wurde als geeignet erachtet und stellt eine sichere Option für den Einsatz in geothermischen Anlagen dar, selbst wenn mit stark salzhaltigem Geothermalwasser gearbeitet wird.
The effect of the presence of Fe(III) during the cultivation on the electrochemical activity and corrosion behaviour of dissimilatory iron reducing bacteria Shewanella putrefaciens was studied by means of ex situ and in situ X-ray absorption near-edge spectroscopy (XANES). Stainless steel AISI 304 and thin iron films were studied as substrates. XANES analysis indicated an accelerated iron dissolution and growth of an oxide/hydroxide film for the culture grown with Fe(III) in comparison to the culture grown in absence of Fe(III). Electrochemical Analysis indicated that the biofilm resulted in acceleration of the general corrosion but provides protection against local corrosion.
High resolution analysis of corrosion processes on stainless steels is a challenging task. The application of local electrochemical techniques such as scanning electrochemical microscopy (SECM) has opened new possibilities for the detection of corrosion products and activity on metallic surfaces. However, due to its stochastic nature, the analysis of pitting corrosion requires being at the right place at the right time. Scanning over large areas at a high resolution not only leads to long scan durations but also leaves many short-lived processes undetected. In this paper we present the combined automated operation of SECM and wire multi-electrodes connected to a multi-electrode analyzer (MMA). The inter-electrode currents between 25 wire electrodes connected via zero resistance ammeters (ZRA) are measured by the MMA at open circuit potential (OCP) and the electrodes reporting anodic currents are detected automatically to be analyzed by means of SECM. The results demonstrate the successful application of this methodology for the detection of unstable and stable pitting processes on 304 stainless steel in a corrosive aqueous environment.
Multielectrodes are arrays of single electrodes arranged in a particular geometry. In our work, all the single electrodes are identical stainless steel X5CrNi18-10 (1.4301) wire electrodes. Using a multielectrode analyser all single electrodes are connected via zero resistance ammeters, simulating a galvanically coupled single electrode surface. The advantage of the multielectrode analyser (MMA) is that the currents flowing between single electrodes can be measured. Thus, real-time maps can be generated indicating where anodic and cathodic areas lie on the surface of the multielectrode and how they behave.
The combination of the multielectrode analyser with the scanning electrochemical microscopy (SECM) enables the identification of corrosion sites and the detailed electrochemical analysis.
Since geothermal wells are a feasible energy source to replace fossil fuel supply, many technologies have been developed to take advantage of geothermal energy. Nevertheless, service conditions in geothermal facilities are due to the chemical composition of hydrothermal fluids and temperatures, in many cases, extreme in terms of corrosion. Therefore, materials selection based on preliminary material qualification is essential to guarantee a secure and reliable operation of the facilities.
The corrosion behavior of different high-alloyed metals including duplex and austenitic stainless steels as well as a nickel alloy have been evaluated in artificial geothermal fluids simulating the conditions in some locations with geothermal potential in Germany as well as two sites in Indonesia.
The suitability of carbon steel 25CrMo4, stainless steels X2CrNiMo17-12-2, X2CrNiMo-22-5, X2CrNiMoCuWN25-7-4 and super austenitic steel X1CrNiMoCu32-28-7 in these geothermal fluids obtained by electrochemical measurements and exposure tests is limited. The nickel alloy NiCr23Mo16Al shows an excellent corrosion resistance against pitting corrosion. Excluding its high cost, it is a very good alternative to be used in the construction of geothermal facilities having highly saline brines. Stainless and duplex steels exhibit a limited corrosion resistance concerning pitting and crevice corrosion.
Beside of the higher alloyed materials, also the low-alloyed steel 25CrMo4 could be employed as a constructional material for the geothermal power plant in stagnant highly acidic non saline environments, as long as the wall thickness of the material vs. corrosion rate is taken into account.
Since geothermal wells are a feasible energy source to replace fossil fuel supply, many technologies have been developed to take advantage of geothermal energy. Nevertheless, service conditions in geothermal facilities are due to the chemical composition of hydrothermal fluids and temperatures, in many cases, extreme in terms of corrosion. Therefore, materials selection based on preliminary material qualification is essential to guarantee a secure and reliable operation of the facilities.
This contribution deals with the evaluation of the corrosion behavior of duplex steel S31803 (318LN, X2CrNiMoN22-5-3, 1.4462) conducted by electrochemical measurements and exposure tests in artificial geothermal waters simulating the conditions in different locations with geothermal potential in Germany.
The duplex steel S31803 shows limited suitability for applications in artificial geothermal waters due to its susceptibility to pitting and crevice corrosion.
For low saline geothermal waters it can be considered suitable at moderate temperatures. Slight crevice corrosion susceptibility needs to be considered.
Results are being incorporated into a materials catalogue for geothermal applications which shall provide basic information for designers and users of geothermal facilities.
The generation of active disinfectants by electrochemical processes gains market share due to the lack of need for transportation and storage of dangerous goods as well as the ease of operation. Usually the process involves the use of specific electrodes for electrolysis of water to produce active chlorine species, sometimes supported by addition of chlorides to the process water. The resulting ECA (ElectroChemically Activated) solutions can cause corrosion due to the content of free active chlorine (FAC) or due to the chloride content of the process solution. These fluids are widely used because they show a good chemical and microbiological stability, are well suited for the standard cleaning procedures and allow reducing germ concentrations to meet hygienic standards. The influence of the respective agents to alloy 1.4301 is investigated by storage experiments and by electrochemical investigations. The results show, that the influence of chlorides is higher for short-term experiments. ECA-Fluids with low chloride concentrations are preferable. The goal of the investigations is to creat evaluation guidelines for the application parameters to provide a sufficient cleansing effect without causing corrosion of the surfaces.