Das Ende der goldenen Zeit

Nachhaltiges Derouging für die Prozessindustrie

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01.03.2017 Rot heißt Stopp: Auf Oberflächen der austenitischen nichtrostenden Stähle in Rohrleitungen, Installationen und Behältern der pharmazeutischen Prozessindustrie, die in längerem Kontakt mit warmgehaltenen gereinigten Wässern stehen, sind häufig gelbe bis rötliche Korrosionsprodukte zu beobachten.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Auch nichtrostende Stähle neigen zu Korrosion, eine spezielle Art ist das sogenannte Rouging. Dieses führt zwar nicht unmittelbar zu Schäden, kann aber trotzdem gefährlich für den Prozess sein. Denn die ablagerten Korrosionsprodukte können sich lösen und damit das Produkt verunreinigen.
  • Der Anbieter hat ein Verfahren entwickelt, bei dem ein umweltfreundliches Derouging-Medium zum Einsatz kommt. Dieses ermöglicht das selektive Eliminieren des Rougings und ist auch für die CIP-Reinigung im Sprühverfahren geeignet.
Abb. 1 Golding

Ein Behälter im Frühstadium der Korrosion mit „Golding“. (Bild: Beratherm)

Das auftretende sogenannte Rouging [1-3], mit der Bildung von kristallinen Eisenoxiden mit Eisen in dreiwertiger Oxidationsstufe, sollten Betreiber aufgrund problematischer Sicherheits- und Produktrelevanz periodisch vollkommen entfernen. Moderne milde Derougingverfahren reinigen betroffene Edelstahloberfläche selektiv, umweltfreundlich und nachhaltig. Solche Verfahren ermöglichen Anwendern gleich zwei Vorteile: Einerseits eliminieren sie die Korrosion vollständig; andererseits können sie mit dem erzeugten quasi Neuzustand der gereinigten Anlage einen deutlichen Mehrwert erreichen.

Entstehung des Korrosionssystems

Die Korrosion eines nichtrostenden austenitischen Stahls, üblicherweise vom Typ CrNiMo, die zur Ausbildung des sogenannten Rougings führt, ist ein komplexer Vorgang, der von den gegebenen Systembedingungen abhängig ist. Sie setzen sich im Allgemeinen aus dem Elektrolyten Wasser, dem Werkstoff selbst mit seinen Legierungsbestandteilen, der Oberflächenqualität des Werksstoffes sowie den Prozessparametern Druck, Temperatur und Zeit etc. zusammen. Ionenfreies Wasser hat bei einer Temperatur von 25 °C und einem Druck von 1.013 mbar definitionsgemäss einen pH-Wert von 7. Bei diesen Systembedingungen liegt das Wasser minimal dissoziiert vor, wobei die Stoffmengenkonzentration c an freien Protonen H3O+ die der konjugierten Base OH- mit je 10-7 mol/L entspricht. Es ist ein amphoterer Stoff mit einem Redoxpotential von E0 = 0 mV und kann somit erstmal keine Reaktion mit einem nichtrostenden Stahl eingehen. Das Wasser besitzt des Weiteren als polares Lösungsmittel die Eigenschaft, viele feste, flüssige und gasförmige Stoffe zu lösen. Die Eigenschaften des Wassers verändern sich allerdings selbst beim Auflösen geringster Mengen an bestimmten Gasen drastisch. Speziell beim Auflösen von Kohlendioxid CO2 aus der Atmosphäre reagiert es zu Kohlensäure und es kommt zu einer pH-Wert Absenkung des H2O. Die Löslichkeit von Gasen nimmt in der Regel mit zunehmenden Druck zu und mit steigender Temperatur ab. Sauerstoff hingegen löst sich molekular, wobei aber eine Erhöhung des Redoxpotentials beobachtet wird. Das Redoxpotential E0 einer wässrigen Lösung nimmt mit abnehmenden pH-Werten in der Regel zu. Überschreitet das Redoxpotential als Beispiel den Wert bei dem elementares Eisen zur zweiwertigen Oxidationsstufe oxidiert werden kann, so handelt es sich bei Metallen um Korrosion. Wasser fungiert hierbei als Elektrolyt eines galvanischen Elementes aus Sauerstoff und Eisen des nichtrostenden Stahls. Die entstehenden primären Eisen(II)verbindungen sind in reinem Wasser gut löslich und verteilen sich als Ionen unterstützt durch ihre Diffusionseigenschaft in einem Reinstwasser-Kreislauf problemlos.

Abb_4_Wischprobe

Wischprobe mit alkoholfeuchtem Tuch vor einem Derouging.

Vom Golding zum Rouging

Bei vollständiger Oxidation entsteht zunächst das nahezu wasserunlösliche Eisen(III)oxidhydroxidhydrat Limonit FeOOH * n H2O mit amorpher Struktur, welches sich gleichmässig in Form feinster Partikel mit gelbem Farbton auf der Edelstahloberfläche ablagert. Bei dieser Redoxreaktion fungiert die Säure als Katalysator und verbraucht sich nicht. Entsprechend den Prozessparametern Zeit und Temperatur können diese agglomerierten Partikel kristalline Schichten aufbauen. In diesem Frühstadium der Korrosion können Betreiber häufig eine goldgelbe Färbung des nichtrostenden Stahls beobachten, das als Phänomen „Golding“ bekannt ist. Durch Dehydratation des Limonits entsteht zunächst das ebenfalls gelb-braune, wasserunlösliche, kristalline Eisen(III)oxidhydroxid Goethit FeOOH. Unter weiterer Wasserabspaltung wandelt sich der Goethit in das rote, praktisch wasserunlösliche, kristalline Eisen(III)oxid Hämatit Fe2O3 um. Die Edelstahloberfläche verfärbt sich zunehmend röter und es entsteht mehrheitlich nichtwischbares Rouging. Erfolgt diese Reaktion direkt an gelben Goethitpartikeln, so bilden sich die klassischen wischbaren Rougingpartikel aus. Goethit und Hämatit sind nachweislich die kristallinen Hauptbestandteile des Rougings. Keine Reaktion läuft hierbei alleine und vollständig ab, sodass in der Praxis alle Formen und Farben von dreiwertigen Eisen(III)oxidhydroxidhydraten zu beobachten sind. Aufgrund der unterschiedlichen und wechselnden Systembedingungen und der Vielzahl an möglichen kristallinen Verbindungen ist jeder Korrosionsvorgang einzigartig.

Heftausgabe: Februar 2017
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Über den Autor

Dr. Michael Göbel, Geschäftsführer Alexander Pohl, Betriebschemiker, Beratherm
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