Schwefeldioxid-Korrosionstest

Schwefeldioxid ist für seine Aggressivität gegenüber Stahl und anderen Metalllegierungen bekannt. Obwohl die Verbindung in reiner Form nicht stark mit Metall reagiert, kann sie in der Atmosphäre stark korrosiv wirken. Schwefelsäure entsteht, wenn Schwefeldioxid mit Feuchtigkeit (Wasser) und Sauerstoff reagiert. Diese saure Verbindung ist stark korrosiv und kann zu einem beschleunigten Verfall von Stahlunterkonstruktionen führen. Auf der Oberfläche der Feuchtigkeitsschicht gebildete Sulfationen tragen wesentlich zur beschleunigten Korrosion auf metallischen Oberflächen bei.

Schwefeldioxid ist ein farbloses Gas, das zur Familie der Schwefeloxide gehört. Es reagiert auf der Oberfläche verschiedener in der Luft befindlicher Feststoffpartikel, löst sich in Wasser und kann in in der Luft befindlichen Wassertröpfchen oxidiert werden. Schwefeldioxid, ein Produkt der Verbrennung schwefelhaltiger fossiler Brennstoffe, spielt eine wichtige Rolle bei der atmosphärischen Korrosion in städtischen und industriellen Atmosphären. Es adsorbiert an Metalloberflächen, weist eine hohe Wasserlöslichkeit auf und neigt bei Vorhandensein von Feuchtigkeitsfilmen zur Bildung von Schwefelsäure (saurer Regen). Sulfationen entstehen in der Oberflächenfeuchtigkeitsschicht durch die Oxidation von Schwefeldioxid und ihre Bildung wird als Hauptwirkung von Schwefeldioxid bei der Beschleunigung der Korrosion angesehen.

Schwefeldioxid kann als Ablagerungsrate oder Konzentration in der Luft angegeben werden. Beide Messungen sollten gemäß der Norm „ISO 9225 Korrosion von Metallen und Legierungen – Korrosivität von Atmosphären – Messung von Umweltparametern, die die Korrosivität von Atmosphären beeinflussen“ erfolgen. In der Norm „ISO 9223 Korrosion von Metallen und Legierungen – Korrosivität von Atmosphären – Klassifizierung, Bestimmung und Abschätzung“ werden die Schwefeldioxidkategorien als Sulfatablagerungsraten in mg m⁻² Tag⁻¹ angegeben. Diese Norm spezifiziert die grundlegenden Faktoren der atmosphärischen Korrosion von Metallen und Legierungen. Dies sind das Temperatur-Feuchte-Verhältnis, die Schwefeldioxidbelastung und der Salzgehalt der Luft.

Zu den natürlichen Schwefeldioxidquellen zählen Emissionen aus Vulkanen, Ozeanen, biologischem Abbau und Waldbränden. Die wichtigsten vom Menschen verursachten Schwefeldioxidquellen sind die Verbrennung fossiler Brennstoffe, die Verhüttung, die Schwefelsäureproduktion, die Umwandlung von Zellstoff in Papier, die Müllverbrennung und die Produktion von elementarem Schwefel.

Die Kohleverbrennung ist die größte vom Menschen verursachte Quelle von Schwefeldioxid und verursacht etwa 50 Prozent der jährlichen weltweiten Emissionen, während die Ölverbrennung einen Anteil von 25 bis 30 Prozent hat. In der Atmosphäre vermischt sich Schwefeldioxid mit Wasserdampf und es entsteht Schwefelsäure. Diese saure Verschmutzung kann durch den Wind Hunderte Kilometer weit getragen werden und sich als saurer Regen ansammeln.

Unter Schwefeldioxidkorrosion versteht man die Korrosion, die durch die Reaktion eines Metalls mit Schwefelverbindungen in Umgebungen mit hohen Temperaturen entsteht. Als Folge dieser Korrosion dringt Schwefel im Allgemeinen etwas unter die ursprüngliche Dicke ein und es bildet sich eine Schwefelschicht auf der Oberfläche. Dieser Prozess wird in der Korrosionsliteratur allgemein als sulfidische Korrosion bezeichnet. Schwefeldioxidkorrosion kann überall dort auftreten, wo Schwefelverbindungen in einem Kohlenwasserstoffstrom vorhanden sind und die Temperatur etwa 230 Grad übersteigt.

Der Schwefeldioxid-Korrosionstest ist ein Labortest, der an elektrischen Isolierflüssigkeiten durchgeführt wird und das Vorhandensein von ätzendem Schwefel in der Probe erkennt. Korrosiver Schwefel kann in Form von elementarem Schwefel oder thermisch instabilen Schwefelverbindungen vorliegen. Elementarer Schwefel ist für einen Transformator unmittelbar schädlich, während thermisch instabile Schwefelverbindungen potenziell schädlich sind. Diese Formen von Schwefel verursachen Korrosion von Metallen wie Kupfer und Silber.

Das Problem des korrosiven Schwefels erregt in der Industrie große Aufmerksamkeit. Wenn ein Transformator bei ausreichend hohen Temperaturen betrieben wird, verwandeln sich instabile Schwefelverbindungen im Öl in korrosive Schwefelverbindungen. Korrosive Schwefelverbindungen greifen den Kupferleiter an und verursachen die Bildung von Kupfersulfid, das sich teilweise im Öl löst. Kupfersulfid hat eine Affinität zur Papierisolierung und bildet Schichten auf und in Papier. Kupfersulfid erzeugt einen leitenden Pfad, der schließlich zum Ausfall führt und die Isoliereigenschaften des Papiers verschlechtert.

Bei Schwefeldioxid-Korrosionstests wird im Allgemeinen die von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Norm „ASTM D1275-15 Standardtestmethode für korrosiven Schwefel in elektrischen Isolierflüssigkeiten“ verwendet. Diese Norm beschreibt ein Prüfverfahren zum Nachweis korrosiver Schwefelverbindungen (sowohl anorganischer als auch organischer Art) in Elektroisolierflüssigkeiten. Neue und in Betrieb befindliche Isolierflüssigkeiten können elementaren Schwefel oder Schwefelverbindungen oder beides enthalten, die unter bestimmten Einsatzbedingungen Korrosion verursachen. Mit dieser Testmethode soll das Vorhandensein oder die Tendenz zur Bildung von freiem Schwefel und korrosiven Schwefelverbindungen festgestellt werden, indem Kupfer oder Silber unter vorgeschriebenen Bedingungen mit einer Isolierflüssigkeit in Kontakt gebracht wird.

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