Studium des Informationsgehaltes elektrochemischer Rauschsignale für die Sensorik von Korrosionsvorgängen

Eine systemangepasste Mess- und Regeltechnik ist die Basis jedes technischenProzesses. Für jeden prozessbestimmenden Parameter benötigt man einen Sensor, derein Messsignal liefert, welches zur Regelung der Prozessbedingungen verwendetwerden kann. Während für die üblichen Prozessparameter wie Temperatur, Druck,Durchfluss, Leitfähigkeit, pH-Wert, etc. geeignete Sensoren seit langem verfügbar sindund technisch eingesetzt werden, sind Sensoren, welche den aktuellenKorrosionszustand eines Anlagenwerkstoffs (Behälter, Rohrleitungen, Pumpen,Aggregate) anzeigen und zur Systemregelung geeignet sind, nicht oder nicht inverlässlicher Ausführung vorhanden. Für die Fälle, in denen die zu betrachtenden undüberwachenden Korrosionsvorgänge elektrochemischer Natur sind (z.B. alle inwässrigen Medien ablaufenden Metallkorrosionsarten), kann man grundsätzlichelektrochemisch arbeitende Sensoren einsetzen, welche z.B. über denPolarisationswiderstand oder die elektrochemische Impedanz Informationen über dieKorrosionsgeschwindigkeit von Werkstoffen geben. Auch sog. Widerstandssensoren,welche über die korrosionsbedingte Zunahme des Widerstands eines Messdrahtesdurch korrosionsbedingter Abnahme des Querschnitts die aktuelle Korrosionssituationam Messdraht beschreiben, sind verfügbar und im technischen Einsatz. Dergrundsätzliche Nachteil aller dieser Korrosionssensoren ist jedoch, dass mit ihnenallenfalls Aussagen über gleichförmig ablaufende Korrosionsabträge, nicht jedoch übereinsetzende oder bereits stattfindende Lokalkorrosion (Lochkorrosion, Muldenkorrosion,Korrosion unter Ablagerungen oder in Spalten, etc.) erhalten werden. Dies ist einwesentlicher Mangel, da Lokalkorrosion technisch besonders gefürchtet ist und häufignicht, oder allenfalls zu spät durch andere Messtechniken und Maßnahmen festgestelltwerden kann.Seit langem versucht man, die Methode des Elektrochemischen Rauschens (ECR) fürdie Korrosionssensorik einzusetzen, da sie grundsätzlich das Potential besitzt, über dieDiagnostik der Rauschsignale nicht nur Informationen über gleichförmige, sondern auchüber lokal ablaufende Korrosionsangriffe zu liefern. Allerdings waren bisher dieDiagnosemethoden zu kompliziert und nicht zuverlässig genug, so dass eineKorrosionssensorik auf dem ECR-Prinzip bisher technisch nicht oder nur sporadisch fürTestzwecke angewandt wird.Von einem Hersteller von schwer entflammbaren, wasserbasierten Hydraulikflüssigkeiten(HFA-Flüssigkeiten) für den Untertageabbau von Kohle wurde nun dieFrage aufgeworfen, ob man mit dem im Arbeitskreis G. Schmitt entwickelten ECRDiagnoseverfahren,dem CoulCount-Verfahren [1], eine ECR-Sensorik entwickeln kann,mit dem im Sinne einer Qualitätssicherung eine untertägige Echtzeitüberwachung derHFA-Flüssigkeiten bezüglich deren Korrosionsschutzwirkung für dieHydraulikausrüstungen im untertägigen Schreitausbau realisiert werden kann. Dabeisollte das ECR-Korrosionsschutzmonitoring nicht nur für die Sicherung des Schutzesgegen gleichförmige Korrosion, sondern auch gegen Lokalkorrosion in Form vonSpaltkorrosion und bimetallene Korrosion (früher: Kontaktkorrosion) anwendbar sein.Dabei sollte die ECR-Sensorik nicht nur Korrosionsschutzzustände anzeigen, sondernauch Signale liefern, welche regelungstechnisch verwendet werden können.Diese Forderungen stellten die Ausgangssituation der vorliegenden Arbeit dar. Ihr lagdie Aufgabe zugrunde, eine ECR-Sensorik auf Basis des CoulCount-Verfahrens zuentwickeln, welche auf die anwendungstypischen Zustandsänderungen derKorrosionsschutzwirkung technisch eingesetzter HFA-Flüssigkeiten reagiert undgleichzeitig Signale liefert, welche regeltechnisch eine optimierende Nachregelungermöglichen. Dabei sollte der Respons sowohl auf gleichförmige Korrosion als auch aufLokalkorrosion wie Spaltkorrosion und bimetallene Korrosion gesichert sein. Diesbedeutet, dass zum einen ein geeignetes Sensordesign gefunden werden musste, dassich auch im rauen Betriebseinsatz bewährt. Zum anderen bestand dieHerausforderung, die Auswertung von ECR-Signalen derart zu optimieren, dasszwischen gleichförmiger und lokaler Korrosion unterschieden werden kann.