Landebahnenteisungsmittel mit Kaliumacetat (KAc) in einer Konzentration von 25 % werden bei Temperaturen von bis zu -10 Grad eingesetzt. Um ein Einfrieren in Lagertanks zu verhindern, werden elektrische Titanheizer eingesetzt. Während der aktiven Erwärmung arbeitet die Heizung bei 40–60 Grad und die Lösung befindet sich in einem flüssigen Zustand mit natürlicher Konvektionsströmung. Während der Standby-Zeiten, wenn die Heizung ausgeschaltet ist, kühlt die Lösung auf Umgebungstemperaturen von -10 Grad ab. Die Kaliumacetatlösung kann übersättigt werden und teilweise gefrieren oder sich konzentrieren. Die konzentrierte Acetatlösung hat eine höhere elektrische Leitfähigkeit und einen niedrigeren pH-Wert (durch Hydrolyse). Unter Eis oder konzentrierten Lösungsfilmen kommt es zu Spaltkorrosion. Die Korrosionsrate im Standby-Modus kann 5–10 Mal höher sein als im aktiven Heizbetrieb.

Der Mechanismus der beschleunigten Standby-Korrosion

Während der aktiven Erwärmung ist die Lösung warm und flüssig, der Sauerstoffgehalt ist moderat und der passive Titanfilm ist stabil. Im Standby-Modus bilden sich beim Abkühlen der Lösung Eiskristalle, wodurch die verbleibende Flüssigkeit auf 40–60 % Kaliumacetat konzentriert wird. Die konzentrierte Lösung hat aufgrund der Acetathydrolyse einen pH-Wert von 7–8 (im Vergleich zu pH 9–10 bei 25 Grad). Die hohe Konzentration und der niedrigere pH-Wert destabilisieren den Passivfilm. Darüber hinaus bilden sich unterschiedliche Belüftungszellen zwischen mit Eis-bedeckten und mit Flüssigkeit-bedeckten Bereichen. Die begrenzte Geometrie unter Eis oder konzentrierten Lösungsfilmen führt zu Spaltbedingungen. Die fehlende Strömung verhindert die Verdünnung aggressiver Arten.

Quantitative Korrosionsraten während der aktiven Erwärmung im Vergleich zum Standby-Modus

Durch kontrollierte Tests in 25 % Kaliumacetat bei verschiedenen Temperaturen wurden die folgenden Korrosionsraten für Titan der Güteklasse 2 ermittelt. Bei aktiver Erwärmung auf 50 Grad mit Strömung (natürliche Konvektion) beträgt die Korrosionsrate 0,005–0,010 mm pro Jahr und der Passivfilm ist stabil. Bei Dauerbetrieb bei 25 Grad und Durchfluss beträgt die Rate 0,008–0,015 mm pro Jahr. Bei Abkühlung auf 0 Grad und teilweiser Eisbildung steigt die Rate auf 0,03–0,08 mm pro Jahr. Im Standby-Modus bei -10 Grad und vorhandenem Eis (50 % Eis, 50 % konzentrierte Lösung) erreicht die Korrosionsrate 0,08–0,15 mm pro Jahr, was 10–20 Mal höher ist als die aktive Heizrate. Im Standby-Modus bei -10 Grad und vollständigem Gefrieren (keine flüssige Phase) sinkt die Korrosionsrate auf 0,01–0,03 mm pro Jahr, da kein Elektrolyt vorhanden ist.

Einfluss von Gefrier--Tauzyklen und Lösungskonzentration auf die Standby-Korrosion

Der Schweregrad der Standby-Korrosion hängt von der Anzahl der Gefrier-{0}}Tauzyklen und der Konzentration der verbleibenden Flüssigkeit ab. In einem einzigen Gefrier-{2}}Tauzyklus beträgt die maximal erreichte Konzentration 45–50 % KAc und die Korrosionsrate während der Tauperiode beträgt 0,05–0,10 mm pro Jahr. Nach 10 Gefrier-{9}}Tauzyklen wird die Lösung weiter auf 55–60 % KAc konzentriert und die Korrosionsrate steigt auf 0,10–0,20 mm pro Jahr. Bei einer Konzentration von 60 % KAc und einem pH-Wert von 7,0 beträgt die Korrosionsrate bei 0 Grad 0,15–0,30 mm pro Jahr. Bei einer Konzentration von 70 % (nahe der Sättigung) beträgt die Korrosionsrate bei 10 Grad 0,20–0,40 mm pro Jahr.

Leitfaden zur Standby-Korrosionsminderung für Landebahn-Enteisungsheizungen

Die folgende Tabelle enthält Empfehlungen zur Verhinderung beschleunigter Korrosion im Standby-Modus in Lagertanks mit 25 % Kaliumacetat-Enteisungsmittel für Landebahnen.

Engineering über den Standby-Betrieb hinaus

Der Titangrad beeinflusst die Korrosionsbeständigkeit im Standby-Modus. Klasse 7 (Palladium-stabilisiert) weist in konzentrierten Acetatlösungen eine 3–5-mal geringere Korrosionsrate auf, wodurch der Standby-Angriff um 70–80 % reduziert wird. Note 12 bietet eine mittlere Verbesserung. Die Wandstärke bietet einen Korrosionszuschlag; Eine 2,0 mm dicke Wand mit 0,10 mm Standby-Korrosion pro Jahr hält 20 Jahre. Die Heizung sollte horizontal montiert werden, um die Entstehung von Spalten zu vermeiden, in denen sich konzentrierte Lösung ansammeln kann. Eine kleine Umwälzpumpe, die im Standby-Modus arbeitet, verhindert Konzentrationsgradienten. Ein um den Tank gewickeltes Heizkabel hält die Lösungstemperatur über 0 Grad und verhindert so das Einfrieren vollständig.

Erstellen einer fundierten Spezifikation

Für einen Titan-Elektroheizer mit 25 % Kaliumacetat-Enteisungsmittel für Landebahnen bei -10 Grad Umgebungstemperatur ist das System so zu konzipieren, dass der Heizer im Standby-Modus auf niedriger Leistung (10–20 % der Nennleistung) bleibt, um die Oberflächentemperatur über 0 Grad zu halten und Eisbildung zu verhindern. Bei vorhandenen Heizgeräten, bei denen es im Standby-Modus zu Korrosion kommt, fügen Sie eine Umwälzpumpe hinzu, die im Standby-Modus jede Stunde 10 Minuten lang läuft. Geben Sie für Neuinstallationen Titan der Güteklasse 7 an. Überwachen Sie während des Betriebs den Heizstrom; Ein allmählicher Anstieg bei konstanter Spannung weist auf Eisbildung hin und erfordert sofortiges Handeln. Durch die Verhinderung der Eisbildung durch einen Standby-Betrieb mit geringem Stromverbrauch eliminiert der Ingenieur die beschleunigte Korrosion, die während des passiven Standby-Betriebs bei der Enteisung von Kaliumacetat-Landebahnen auftritt.