Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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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.
To set up recommendations on how to define “reasonable minimum composition thresholds” for CO2 streams to access CO2 pipeline networks, we investigated potential impacts of CO2 streams with different and temporally variable compositions and mass flow rates along the CCS chain. All investigations were based on a generic “CCS cluster scenario” in which CO2 streams captured from a spatial cluster of eleven emitters (seven fossil-fired power plants, two cement plants, one refinery and one steel mill) are collected in a regional pipeline network. The resulting CO2 stream (19.78 Mio t impure CO2 per year) is transported in a trunk line (onshore and offshore) and injected into five generic replicate storage structures (Buntsandstein saline aquifers) offshore. Experimental investigations and modeling of selected impacts revealed beneficial as well as adverse impacts of different impurities and their combinations. Overall, no fundamental technical obstacles for transporting, injecting and storing CO2 streams of the considered variable compositions and mass flow rates were observed. We recommend to define minimum composition thresholds for each specific CCS project through limiting
i) the overall CO2 content,
ii) maximum contents of relevant impurities or elements,
iii) acceptable variability of concentrations of critical impurities, and defining impurity combinations to be avoided.
A global transition towards more sustainable, affordable and reliable energy systems is being stimulated by the Paris Agreement and the United Nation's 2030 Agenda for Sustainable Development. This poses a challenge for the corrosion industry, as building climate‐resilient energy systems and infrastructures brings with it a long‐term direction, so as a result the long‐term behaviour of structural materials (mainly metals and alloys) becomes a major prospect. With this in mind “Corrosion Challenges Towards a Sustainable Society” presents a series of cases showing the importance of corrosion protection of metals and alloys in the development of energy production to further understand the science of corrosion, and bring the need for research and the consequences of corrosion into public and political focus. This includes emphasis on the limitation of greenhouse gas emissions, on the lifetime of infrastructures, implants, cultural heritage artefacts, and a variety of other topics.
The suitability of an Al2O3 coating for corrosion protection on X20Cr13 was evaluated in various artificial geothermal brines, focusing on the influence of different pH (4, 6 and 8) and their chemical compositions on the coating properties. All experiments were performed in the laboratory using autoclaves at 150 ◦C and 1 MPa in deaerated condition for 1 and 7 days. Results showed that the pH of geothermal waters is the most detrimental factor in the transformation of ɣ-Al2O3 and its protective abilities. Delaminations were found in the Coating exposed to geothermal brines with pH 4. FTIR spectra indicated a transformation of ɣ-Al2O3 to boehmite AlOOH after exposure to pH 4 and 6, and bayerite Al(OH)3 was formed after exposure to pH 8. Different Crystal structures of the hydrated Al2O3 also contribute to the stability of the coatings, observed by the SEM- EDX of the surface and cross-section of coatings. This study indicated that ɣ-Al2O3 sol-gel coating presents a promising aspect of corrosion protection in geothermal environment with a neutral pH.
Geothermal brines often contain high amounts of lead and copper ions that can precipitate as native Cu and Pb as consequence of galvanic corrosion when brines react with carbon steel materials. This contribution evaluates which materials could overcome the problem of galvanic corrosion at geothermal environment.
The behavior of these materials in water containing high chloride concentration (> 100 g/L NaCl) as well as various amounts of dissolved bCl2 and/or CuCl2 was characterized by electrochemical and exposure measurements.
Both methods reveal carbon steel suffers corrosion susceptibility, accompanied by Cu◦ and/or Pb◦ precipitation on the surface. Electrochemical measurements on stainless steels result in significant difference in corrosion and repassivation potentials (Ecorr = -189 mV, Erep = 70 mV), indicating a good corrosion resistance.
Al2O3 has been widely used as a coating in industrial applications due to its excellent chemical and thermal resistance. Considering high temperatures and aggressive mediums exist in geothermal systems, Al2O3 can be a potential coating candidate to protect steels in geothermal applications. In this study, γ-Al2O3 was used as a coating on martensitic steels by applying AlOOH sol followed by a heat treatment at 600 °C. To evaluate the coating application process, one-, two-, and three-layer coatings were tested in the artificial North German Basin (NGB), containing 166 g/L Cl−, at 150 °C and 1 MPa for 168 h. To reveal the stability of the Al2O3 coating in NGB solution, three-layer coatings were used in exposure tests for 24, 168, 672, and 1296 h, followed by surface and cross-section characterization. SEM images show that the Al2O3 coating was stable up to 1296 h of exposure, where the outer layer mostly transformed into boehmite AlOOH with needle-like crystals dominating the surface. Closer analysis of cross-sections showed that the interface between each layer was affected in long-term exposure tests, which caused local delamination after 168 h of exposure. In separate experiments, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was performed at 150 °C to evaluate the changes of coatings within the first 24 h. Results showed that the most significant decrease in the impedance is within 6 h, which can be associated with the electrolyte penetration through the coating, followed by the formation of AlOOH. Here, results of both short-term EIS measurements (up to 24 h) and long-term exposure tests (up to 1296 h) are discussed.
For reliability and safety issues of injection wells, corrosion resistance of materials used needs to be determined. Herein, representative low-cost materials, including carbon steel X70/1.8977 and low alloyed steel 1.7225, were embedded in mortar to mimic the realistic casing-mortar interface. Two types of cement were investigated: (1) Dyckerhoff Variodur commercial Portland cement, representing a highly acidic resistant cement and (2) Wollastonite, which can react with CO2 and become stable under a CO2 stream due to the carbonation process. Exposure tests were performed under 10 MPa and at 333 K in artificial aquifer fluid for up to 20 weeks, revealing crevice corrosion and uniform corrosion instead of expected pitting corrosion. To clarify the role of cement, simulated pore water was made by dispersing cement powder in aquifer fluid and used as a solution to expose steels. Surface analysis, accompanied by element mapping on exposed specimens and their crosssections, was carried out to trace the chloride intrusion and corrosion process that followed.
Indonesien gilt aufgrund seiner vielen Vulkane als einer der Hotspots für Geothermie. Doch Salz und Hitze setzen den Geothermie‐Anlagen zu und gefährden ihre Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. Ein Team an der BAM hat günstigen, lokal verfügbaren Baustahl jetzt so beschichtet, dass ein nachhaltiger und sicherer Betrieb der Geothermie‐Kraftwerke möglich ist ‐ auch unter Extrembedingungen.
Das BAM‐Team will das Beschichtungssystem nun den Anwendern in Indonesien zur Verfügung stellen, damit es unter Realbedingungen in einem Geothermie‐Kraftwerk getestet werden kann. Der Schutz vor Korrosion ist mitentscheidend, weil sie die Lebensdauer dieser Kraftwerke bestimmt. Unsere Arbeit könnte die Effizienz der Energieproduktion mit Geothermie wesentlich verbessern.
Often 3D‐printing and additive manufacturing are mentioned as the 3rd industrial revolution. In this conjunction this book provides a brief overview on additively manufactured metal pieces.
This book fulfills its intension to serve as an educational guide, providing a holistic picture encompassing science, technology and applications for the real‐life use of Metal Additive Manufacturing.