Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiete des Korrosionsschutzes und der Abdichtung

86 Pages·1957·5.748 MB·German

by  Werner Kirsch (auth.)

DK 620.193:620.197
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Herausgegeben von Staatssekretär Prof. Dr. h. c. leo Brandt
Nr.406
Werner Kirsch
Chemieprodukte G. m. b. H., leverkusen-Rheindorf
Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiete des Korrosionsschutzes
und der Abdichtung
Als Manuskript gedruckt
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
1957
ISBN 978-3-663-03628-9 ISBN 978-3-663-04817-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-04817-6
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
G 1 i e der u n g
I. Einleitende Übersicht über Korrosionsschutz und Abdich
. . . . . . . . . .
tungsfragen " s. 5
Ir.
1. Korrosionstheorie •••••••••••.•••••• s. 6
a) Elektrochemische Theorie des Korrosionsvorganges im
. . . . . . .
s.
feuchten Erdreich • • • • • 6
s.
b) Korrosion durch elektrische Streuströme • 7
c) Durch mikrobiologische Wirkungen veranlaßte Korrosion S. 8
2. Korrosionsschutz durch Umhüllung. • • • • • s. 9
a) Anforderungen an Schutzbinden, insbesondere für erd-
. . . . . . . . . . . . . .
verlegte Anlagen S. 9
b) Meßmethoden und Versuchsergebnisse S. 14
111. Verbesserungen und Neuentwicklungen ••• S. 19
1 •
a) Verbesserungen durch Änderung des grundsätzlichen
Aufbaus s. 19
b) Hemmung der mikrobiologischen Einwirkung im Erdreich S. 22
c) Verhinderung des Durchwachsens von Pflanzenwurzeln S. 26
s.
d) Verbesserung der Wasserfestigkeit • • • • • • • • • • 27
e) Entwicklung wärmefester plastischer Schutzbinden auf
· . . . . . . .
Weich paraffin-Basis • • s. 30
2. Entwicklung von Spezialbinden, Folien, Platten und
Profilen auf Kunststoff-Basis für Korrosionsschutz
. . . .
und Abdichtung · · · · · · · · · · · · · · s. 34
s.
a) Korrosionsschutzbinden mit Kunststoffgewebeträger 34
b) Kunststoffbänder als Träger für Korrosionsschutz-
massen · · · · · · · s. 36
. . . .
c) Plastelan als Korrosionsschutzmittel · s. 37
d) Plastelan 2 als Rohstoff für Dichtungen und Zwischen-
. . .
lagen · · · · · · · · · · · · s. 49
e) Korrosionsschutzbänder und Abdichtungsprofile aus
. . . . .
Densit · · · · · · · · · · · · · · s. 52
Sei te 3
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3. Neuartige Abdichtungsmittel ••• s. 57
a) Abdichtungsmittel für Kanalrohre in Form von
TOK-Band • • • • • • • s. 57
b) Ibenulit-Dichtungen s. 59
IV. Entwicklung neuartiger Membranen für Gasdruckregler,
Gasmesser und Gasfernzündapparate s. 69
V. Literaturverzeichnis und Patentschriften • s. 75
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Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
I. Einleitende Übersicht über Korrisionsschutz- und
Abdichtungsfragen
Wenn im vorliegenden Bericht Entwicklungs- und Untersuchungsergebnisse
über neue Korrosionsschutz- und Abdichtungsmittel zusammengefaßt werden,
so geschieht es deshalb, weil in ihnen nicht nur stofflich und verfah
rensmäßig gleichartige bzw. ähnliche Erzeugnisse vorliegen, sondern weil
auch die Anwendungsgebiete in engster Beziehung zueinander stehen. Der
Haupteinsatz erfolgt im Bereich der Verteilungsanlagen für Gas, Wasser
und Elektrizität; aber auch mannigfache Anordnungen bei der Erdölgewin
nung, -Verteilung und -Verarbeitung sowie in der Industrie treten hinzu.
Darüber hinaus bedient sich auch die Abwassertechnik in großem Ausmaß
eines Teils der Produkte, die im folgenden in ihrem Aufbau und ihren
Eigenschaften beschrieben werden sollen.
Im allgemeinen sind es wirtschaftliche Momente, die vielen Zweigen der
Industrie den Anstoß für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten geben.
Nicht immer geht es lediglich um billigere Herstellungsmethoden bereits
vorhandener Produkte, sondern vor allem auch um die Gewinnung neuer bes
serer Materialien, die den gesteigerten Anforderungen der Praxis in hö
herem Ausmaß gerecht werden.
Wenn wir die bedeutenden Ausgaben berücksichtigen.., die in allen Ländern
der Erde durch zerstörende Einflüsse an Anlagen aus Eisen und Stahl ent
stehen - UHLIG nennt allein für die USA 5,5 Milliarden Dollar an Materi
alverlust und Ausgaben für die Materialerhaltung - so wird es verständ
lich, daß die Gewinnung hochwertiger Korrosionsschutzmittel mit dem Ziel
der Verhinderung von Zerstörungen an lebenswichtigen Anlagen eine vor
dringliche Aufgabe ist.
In entsprechender Weise gilt diese Problemstellung auch für alle Fragen
der Erzeugung möglichst vollkommener Abdichtungsstoffe.
Über die aus wirtschaftlichen Erwägungen entstehende Forderung nach lei
stungsfähigen Erzeugnissen hinaus, geht es bei der Entwicklungsarbeit
jedoch auch um die Beachtung eines weiteren Moments. Es handelt sich um
die Sicherheit der Versorgungseinrichtungen für Gas, Wasser und Elektri
zität und die Verhinderung von Gefahren, die durch Korrosion und unzu
reichende Abdichtung entstehen können.
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In diesem Zusammenhang tritt im Gasfach in enger Anlehnung an das Gebiet
des Korrosionsschutzes und der Abdichtung ein weiteres sehr wichtiges
Problem auf, das die aus einheimischen Rohstoffen erfolgende Gewinnung
von gasdichten und gasunempfindlichen Membranen für Gas-Zähler und -Reg
ler zum Inhalt hat. Hier gilt insbesondere der Grundsatz, daß neben der
technischen Eignung auch die vollkommene Gebrauchssicherheit gewährlei
stet ist.
Mit den genannten Problemstellungen war das Ziel der Arbeiten bestimmt,
die diesem Bericht zu Grunde liegen.
11.
1. Korrosions-Theorie
a) Elektrochemische Theorie des Korrosionsvorganges im feuchten Erdreich
Unter Metallkorrosion versteht man eine zerstörende Einwirkung~ die an
der Oberfläche beginnt und allmählich nach der Tiefe zu fortschreitet,
wobei das angegriffene Metall aus dem Zustand des Elements in die Form
der chemischen Verbindung zurückkehrt, aus der es durch Energieaufwand
entstanden war.
Der Ablauf dieser Erscheinungen ist durch chemische, vorzugsweise aber
durch elektrochemische Vorgänge zu deuten, wie sie sich in wässrigen Lö
sungen abspielen. Durch Messung von Strömen, die von Potentialdifferen
zen zwischen kathodischen und anodischen Stellen der Metalloberfläche
verursacht werden, können die elektrochemischen Einzelvorgänge verfolgt
werden. Die auftretenden Ströme werden allgemein als Lokalströme bezeich
net.
Eine schematische Darstellung der Erscheinungen, die sich zwischen ka
thodischen und anodischen Bereichen abspielen, gibt Abbildung 1. Aus dem
Metall gehen im anodischen Bezirk Fe++-Ionen in Lösung über, während die
freiwerdenden Elektronen (ee) zu den kathodischen Bezirken wandern. Hier
stoßen sie auf Wasserstoffionen (H+), die auf diese Weise in den atoma
ren Zustand übergehen.
Da sich dieser atomare Wasserstoff als dünne Haut den Kathoden auflagert,
erhöht sich der Übergangswiderstand in Richtung des Wassers, und der die
Korr~sion kennzeichnende Strom wird geschwächt (Polarisation). Dieser
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Ei sen (Fe)
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Vorgang bringt in sauerstoffreien wässrigen Lösungen den Stromfluß prak
tisch zum Stillstand. In sauerstoffhaItigen Wässern tritt dagegen eine
Depolarisation durch Oxydation des Wasserstoff-Films an den kathodischen
Stellen zu Wasser ein. Auf diese Weise steigt das Potential zwischen Ka
thode und Anode wieder an, der StFomfluß wird verstärkt, und weitere
Eisenionen gehen in Lösung. Gleichzeitig werden diese zweiwertigen Eisen
ionen (Fe++) zu dreiwertigen Ionen (Fe+++) oxydiert, und Eisenhydroxyd
wird ausgefällt.
Der Korrosionsablauf an den dieser Betrachtung vorzugsweise zu Grunde ge
legten erdvergrabenen Rohrleitungen, die der Feuchtigkeit des Erdreichs
mit seinem Gehalt an Elektrolyt dauernd ausgesetzt sind, folgt den theo
retisch dargestellten Erscheinungen.
b) Korrosion durch elektrische Streuströme
Weitere sehr ernste und schwerwiegende Korrosionen kommen häufig durch
eine direkte Elektrolyse zustande, die durch elektrische Fremdströme an
Stromaustrittsstellen von Rohrleitungen verursacht werden. Das Ausmaß
der Zerstörungen durch die meist von elektrischen Gleichstrombahnen der
Großstädte ausgehenden Ströme ist gemäß den Faradayschen Gesetzen abhän
gig von ihrer Intensität und der Dauer des Stromflusses. Die wechselnde
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Intensität der in Gasleitungen fließenden Ströme in einem bestimmten
Zeitabschnitt kennzeichnet Abbildung 2, während Abbildung 3 eine prin
zipielle Darstellung des Stromverlaufs zeigt.
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A b b i 1 dun g 3
Korrosion durch elektrische Streuströme
c) Durch mikrobiologische Wirkungen veranlaßte Korrosion
In anaeroben sulfathaltigen Böden kann es durch mikrobiologische Vorgän
ge zu sehr schweren kommen. Sulfatabbauende Bak
Korrosionsersche~nungen
terien (z.B. sporovibrio desulfuricans) redu~ieren in Gegenwart von orga-
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nischen Kohlenstoffspendern die vor allem in Meeresablagerungen und
Lehm-, Sumpf- bzw. Moorböden vorhandenen Sulfate, wobei in Abwesenheit
von Sauerstoff die Wasserstoff-Depolarisation an den kathodischen Berei
chen der Eisenoberfläche durch die Tätigkeit der sulfatabbauenden Bakte
rien übernommen wird.
Der Prozeß der mikrobiologisch beeinflußten kcthodischen Depolarisation
des Wasserstoffs verläuft nach UHLIG in Anlehnung an die Forschungen von
WOLZOGEN-KÜHRS in folgender Weise:
1 ) 4 Fe + 8 H+ , 4 Fe ++ + 8 H;
)
2) 8 H + CaSO 4
3) Weiterverlauf in Gegenwart von H2C03:
4) Zusammenfassung des Gesamtprozesses:
Die Korrosionsschäden durch derartige mikrobiologische Vorgänge sind
deshalb besonders groß, weil die elektrische Leitfähigkeit von Bö~en der
beschriebenen Art oft sehr hoch ist. Ferner scheint eine Ausbildung
schützender Deckschichten an der Metalloberfläche nicht möglich zu sein,
so daß auf diese Weise die besonders starken Korrosionen unter dem Ein
fluß von sulfatabbauendenoBakterien verständlich werden.
2. Korrosionsschutz durch Umhüllung
a) Anforderungen an Schutzbinden, insbesondere für erdverlegte Anlagen
Die bisher geschilderten, hauptsächlich an Rohrleitungen und Kabeln im
feuchten Erdreich betrachteten Korrosionserscheinungen machen einen be
sonders wirksamen Korrosionsschutz notwendig, der meist aus Umhüllungen
besteht, für die hinsichtlich der zu verwendenden Ausgangsstoffe strenge
Ansprüche gestellt werden müssen. Die jeweilige Struktur des Bodens in
physikalischer Beziehung, der chemische Aufbau sowie die elektrische
Leitfähigkeit, sind neben mikrobiologischen Einflüssen bestimmende Fak
toren für die Auswahl der im Einzelfalle geeigneten Korrosionsschutzum
hüllung.
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Grundsätzlich sind auf Grund der praktischen Erfahrungen und der eigenen
Untersuchungen von einem guten Korrosionsschutzmittel folgende Eigen
schaften zu verlangen:
1) Es muß den zu schützenden Gegenstand (im vorliegenden Fall die boden
verlegten Leitungen, insbesondere Rohrleitungen) dicht und lückenlos
umhüllen, damit kein Wasser mit darin gelöstem Bodenelektrolyt an das
Schutzobjekt gelangen kann.
2) Der Schutzbelag muß fest am Rohr haften, damit er weder durch Wasser
noch durch Bodenbewegungen oder Austrocknungsvorgänge und Schrumpfun
gen im Erdreich abgelöst wird.
3) Der Belag muß druck-, stoß- und erschütterungsfest sowie wasserabwei
send sein.
4) Er soll im allgemeinen einen möglichst hohen elektrischen Widerstand
besitzen und behalten.
5) Die schützende Umhüllung muß eine gute Standfestigkeit aufweisen; ge
gen chemische, physikalische und biologische Einwirkungen der Umge
bung soll sie resistent sein.
6) Die Schutzwirkung muß dauernd erhalten bleiben.
Stahlrohre, insbesondere solche großen Durchmessers, erhalten meist be
reits im Röhrenwerk eine gegen Korrosionen schützende Isolierung. Im Nor
malfall besteht diese aus sogenannten Wickelmassen, die im geschmolzenen
Zustand über einen Voranstrich maschinell aufgetragen werden und die
fast ausschließlich aus bituminösen Stoffen aufgebaut sind, denen zur Er
höhung ihrer Standfestigkeit Füllstoffe eingemischt sind. Beim Wickel
vorgang dient als Träger und Stütze der geschmolzenen Bitumenmischungen
eine Einlage aus Glasvlies (mit Kunstharzen gebundene Glasfaser-Schleier).
Im Ausland erfolgt die Auftragung der bituminösen Massen häufig maschi
nell auf der Baustelle; Gußrohre werden bei besonderen Bodenverhältnis
sen auch in Deutschland auf der Baustelle mit Steinkohlenteer-Sonderpe
ehen geschützt.
Die Rohrverbindungen der im Lieferwerk bereits fertig isolierten Rohre,
sowie die ohne Umhüllung angelieferten Leitungsteile, werden im Rohrgra
ben nach der Verlegung vorzugsweise im Kaltverfahren mit Schutzbändern
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