Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Korrosionsprozesse an kathodisch geschützten Rohrleitungen mit überlagerter Wechselspannung (Wechselstromkorrosion) und Ableitung von Schutzmaßnahmen

Erdverlegte Rohrleitungen werden durch eine Kombination aus organischer Umhüllung und kathodischem Korrosionsschutz vor Korrosion geschützt. Trotz langer Erfahrung kommt es immer wieder zu Korrosionsschäden dort, wo Rohrleitungen parallel zu Wechselstromleitungen verlaufen und dadurch einer Wechselspannungsbeeinflussung unterliegen, die dem kathodischen Schutzgleichstrom überlagert ist. Die dadurch ausgelöste Wechselstromkorrosion führt dazu, dass Durchbrüche auf kathodisch an sich ausreichend geschützten Rohrleitungen auftreten und deren Integrität gefährden. Dieses Phänomen ist grundsätzlich lange bekannt, gewinnt jedoch heute im Zuge der Energiewende, die den Neubau, die Erweiterung oder die Leistungserhöhung von Hochspannungs-Freileitungssystemen erforderlich macht, an Bedeutung. Da es üblich ist, Energietrassen mit längerer Parallelführung von Hochspannungsleitungen und erdverlegten Rohrleitungen auszubilden, kommt es zu einer Zunahme der Wechselstrom-Beeinflussung auf den erdverlegten Anlagen. Die Theorien zur Wechselstromkorrosion wurden bisher auf rein phänomenologischer Basis entwickelt und weisen deshalb Erklärungslücken auf, so dass bis heute kein allgemein anerkanntes Verständnis vorliegt. Die bisher abgeleiteten Maßnahmen können daher nicht auf einem wissenschaftlich gesicherten Fundament aufbauen. Weiterhin sind sie in der Praxis durch die Rohrnetzbetreiber und die ausführenden Unternehmen (vor allem KMU) nur schwer umsetzbar, weil die Einhaltung der Schutzkriterien unter AC-Belastung oft mit klassischen Schutzmaßnahmen gegen Bodenkorrosion kollidiert.

Mit diesem Vorhaben soll nun ein fundiertes Modell zur Erklärung aller Mechanismen der AC-Korrosion erarbeitet werden. Auf der Basis dieses Modells sollen den Betreibern und Installationsfirmen dann Maßnahmen zum Schutz kathodisch geschützter Anlagen gegen AC-Korrosion sowie neue Messmethoden zur besseren Erkennung einer evtl. vorliegenden Gefährdung derartiger Anlagen an die Hand gegeben werden.

Die im Plan zum Ergebnistransfer in die Wirtschaft vorgesehenen Maßnahmen sind sehr gut geeignet, möglichst viele Unternehmen, insbesondere KMU, im relevanten Nutzerkreis anzusprechen.

Ergebniszusammenfassung:

Die Oberflächenprozesse einer kathodisch geschützten Stahlprobe mit Wechselstromüberlagerung wurden umfassend untersucht. Zu den durchgeführten Arbeiten zählte zunächst die Entwicklung eines Messstandes, welcher erst eine Parametrisierung kritischer Größen ermöglichte. Neben Polarisierungsparametern wurde der Einfluss von deckschichtbildenden Zusätzen geprüft. Aus elektrochemischen und mikroskopischen Untersuchungen wurde dabei festgestellt, dass die Bildung von Deckschichten generell zu einer Erhöhung des Widerstandes der Stahloberfläche führt. Trotzdem können in einer Deckschicht Korrosionsprodukte gefunden werden, wenn das Schutzkriterium von -0.85 V vs CSE nicht eingehalten wurde. In dem untersuchten Parameterfeld wurde allgemein eine kleinere Menge an gebildeten Korrosionsprodukten bei höheren kathodischen Strömen gefunden, unabhängig von einer Deckschichtbildung. Eine Beschleunigung der Korrosionsprozesse durch übermäßiges Aufprägen von kathodischen Strömen konnte in keiner Versuchsreihe festgestellt werden. Aufgrund der Potentialdaten kann vermutet werden, dass eine Aufprägung hoher kathodischer Stromdichten zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit des Bodens führt. Die Erhöhung der Leitfähigkeit bedeutet in der Praxis eine Induzierung größerer Wechselströme, weshalb aus früheren Arbeiten eine Erhöhung der Korrosionsgeschwindigkeiten erklärt werden kann. Der Bodenwiderstand sollte bei einer Risikoabschätzung daher mitberücksichtigt werden.