Effektiver Korrosions­schutz: Halten Sie Ihre Leitungen rostfrei.

Mit dem Begriff „Korrosion“ wird ein elektrochemischer Vorgang umschrieben, der zu einer Reaktion eines Metalls mit seiner Umgebung und somit zu einer Veränderung seiner Eigenschaften führt. In der Umgangssprache würde man sagen: „Der Stahl rostet“. Der Fachmann würde das damit begründen, dass Stahl thermodynamisch nicht stabil ist und mit Hilfe von Oxidationsmitteln wie z. B. Sauerstoff, sich Eisenatome aus dem Metallgittern entfernen und als Eisenionen im Erdboden in Lösung gehen. Dieser Prozess läuft solange weiter wie das Oxidationsmittel zur Verfügung steht.

Erfahrungsgemäß korrodiert die Stahloberfläche einer erdverlegten Anlage, die ohne kathodischen Korrosionsschutz betrieben wird, an den Stellen, wo die Umhüllung/Beschichtung beschädigt ist, mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 0,2 mm/a. Mit der Technik des kathodischen Korrosionsschutzes kann die Korrosionsgeschwindigkeit in der Regel bis auf Werte unter 0,01 mm/a (= 1 mm in 100 Jahren) reduziert werden. Gibt es eine Korrosionsgefährdung durch Wechselströme, kann die Korrosionsgeschwindigkeit mit Hilfe des kathodischen Schutzes bis auf Werte unter 0,03 mm/a vermindert werden.

Die zu schützende Anlage, z. B. eine erdverlegte Rohrleitung, wird an den Minus-Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen und ist damit die Kathode in einem Gleichstromkreis. Der Pluspol der Gleichstromquelle wird mit einer in die Erde eingebauten Anode verbunden. Über die Erde fließt Gleichstrom (Schutzstrom) zu den Stellen (= Fehlstellen = Beschädigungen in der Umhüllung/Beschichtung) wo die Stahloberfläche den Boden berührt. An der Grenzfläche Stahl/Boden werden dadurch verschiedene elektrochemische Vorgänge ausgelöst, die je nach den gegebenen spezifischen Umgebungsbedingungen zusammenwirken und die Korrosion nahezu zum Stillstand bringen:

• Das Potential der Stahloberfläche wird negativer
• Der Sauerstoff vor der Stahloberfläche wird reduziert (=“verbraucht“)
• Der pH-Wert an der Stahloberfläche wird angehoben

Anlagen aus Stahl (z. B. Rohrleitungen) können mit kathodischem Korrosionsschutz (KKS) ausgerüstet werden, wenn deren Oberfläche mit einer Elektrolytlösung (z. B. Erdboden) in Kontakt steht, über die ein kathodischer Strom in die Anlage eingespeist werden kann. Neben Erd- oder Meerwasser-verlegten Rohrleitungen können z. B. auch die Innenflächen von Wasserbehältern oder die Armierung von Stahlbetonbauwerken kathodisch gegen Korrosion geschützt werden. Aus wirtschaftlichen und elektrotechnischen Gründen ist es häufig sinnvoll, die zu schützenden Oberflächen mit einer fest haftenden Umhüllung oder Beschichtung aus isolierenden Kunststoffen zu versehen. Die Wirkung des kathodischen Korrosionsschutzes kann sich dann auf die im Laufe des Betriebes zufällig entstehenden kleinflächigen Fehlstellen beschränken.

Mit diesem Begriff wird (ungenau) der Messwert für die Spannung zwischen einer Bezugselektrode und Anlage (z. B. einer erdverlegten Rohrleitung) bezeichnet. Da das Potential der Bezugselektrode unter allen Umständen konstant bleibt, wird der o. g. Messwert einfach als „Potential“ bezeichnet, wobei die Art der Bezugselektrode, gegen die der Messwert ermittelt wurde, angegeben werden muss (in der Regel wird eine gesättigte Cu/CuSO₄-Elektrode verwendet, die eine Spannung von 320 mV gegen die Normalwasserstoffelektrode aufweist). Das so ermittelte Potential der Anlage bezeichnet zunächst „nur“ eine Art Mittelwert der elektrochemischen Bedingungen aller Fehlstellen in der Umhüllung der Rohrleitung. Durch Anwendung einer geeigneten Messtechnik, (Intensivmesstechnik) kann das Potential einer einzelnen Fehlstelle häufig mit guter Genauigkeit ermittelt werden. Da das Potential eine Kenngröße für die elektrochemischen Bedingungen an der Phasengrenze Stahl/Erdboden darstellt, gibt der Messwert Auskunft über den Korrosionsschutz oder eine mögliche Korrosionsgefährdung an dieser Stelle.

Unter diesem Begriff werden alle Korrosionsschutzmaßnahmen zusammengefasst, mit deren Hilfe die zu schützende Stahloberfläche von dem umgebenden (korrosiven) Medium getrennt werden. Typische Maßnahmen des passiven Korrosionsschutzes sind die Umhüllung von Rohren mit 3-Lagen-Polyethylen-Systemen für den Unterflur-Bereich oder die Applikation von Korrosionsschutz-Anstrichen für Rohrleitungen oder Armaturen im Überflur-Bereich. Generell wird unterschieden zwischen Umhüllungen/Beschichtungen, die im Werk aufgebracht werden (Werksumhüllungen) und solchen, die auf der Baustelle appliziert werden (Baustellenumhüllungen). Die lokale Beschädigung einer Werksumhüllung oder Baustellenumhüllung, bei der die darunterliegende Stahloberfläche sichtbar wird, wird als „Fehlstelle“ bezeichnet.

Eine Streustrombeeinflussung resultiert von allen Anlagen, die im Erdboden fließende Gleichströme verursachen. Dazu gehören z. B. kathodisch geschützte Rohrleitungen und deren Anoden, Gleichstrom-betriebene Straßenbahnen, aber auch Stahlbeton-Fundamente. Die Gleichströme bewirken lokale Veränderungen des Potentials des Erdreichs, wodurch das Potential einer in diesem Bereich verlegten fremden Anlage beeinflusst, d. h. verändert wird. Tendenziell führt eine positive Veränderung des Potentials zu einer Zunahme der Korrosionsgeschwindigkeit (Streustromkorrosion), während eine negative Veränderung des Potentials eine Verminderung der Korrosionsgeschwindigkeit bewirken kann.

Bei der Hochspannungsbeeinflussung wird durch den Betrieb einer Wechselstrom-Anlage (Drehstrom-Hochspannungsleitung, Umspannanlage, elektrifizierte Bahnstrecke, etc.; Frequenz 50 Hz oder 16 2/3 Hz) eine Wechselspannung in eine kreuzende oder parallel verlegte Rohrleitung eingekoppelt. Dabei werden ohmsche (durch Ströme im Erdreich), induktive (durch das Magnetfeld der Wechselströme) und kapazitive (durch das elektrische Feld der Hochspannungsanlage) Beeinflussungsmechanismen unterschieden. Die Höhe der in einer Rohrleitung eingekoppelten Wechselspannung muss aus Berührungsschutzgründen auf 60 V begrenzt sein. Nur bei kurzzeitigen Fehlerfällen auf den Hochspannungsanlagen (< 0,2 s) sind bis zu 1.000 V zulässig. Eingekoppelte Wechselspannungen sind auch die Ursache der Wechselstromkorrosion.
Anlagen zur Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) können ebenfalls zu einer Beeinflussung erdverlegter Rohrleitungen führen. Gleichströme, die über den Erdboden in die Rohrleitung eingekoppelt werden, können zu einer Streustromkorrosion führen; Umschaltvorgänge in den HGÜ-Leitungen und Anlagen bewirken eine kurzzeitige induktive Beeinflussung.

Mit diesem Begriff wird ein Korrosionsmechanismus umschrieben, bei dem neben dem Schutzstrom (resultierend vom kathodischen Korrosionsschutz) ein Wechselstrom (resultierend aus einer Hochspannungsbeeinflussung) über die Phasengrenze Stahl/Erdboden in einer Fehlstelle fließt, der um ein Vielfaches höher ist als der Schutzstrom. Für die Bewertung der Wechselstrom-Korrosionsgefährdung sind die Stromdichten, d.h. die auf Fläche der Fehlstelle bezogenen Schutz- und Wechselströme entscheidend. Die erhöhte Korrosionsgeschwindigkeit ergibt sich unter ungünstigen Bedingungen aus dem sich mit jeder (anodischen) Periode des Wechselstromes wiederholenden Aufbau und nachfolgender Zerstörung einer Passivschicht (Oxidschicht) von atomarer Dimension. Durch gezielte Steuerung der Schutz- und Wechselstromdichten kann ausreichende Sicherheit gegen Wechselstromkorrosion erzielt werden.

Wenn beim Bau einer Anlage, z. B. einer erdverlegten Rohrleitung, die erforderlichen Voraussetzungen (Längsleitfähigkeit, elektrische Trennung von geerdeten Anlagen, gute Umhüllung, allseitiger Erdbodenkontakt) beachtet wurden, ist der kathodische Korrosionsschutz eine wirtschaftliche Maßnahme zur Werterhaltung dieser Investitionen. Besonders bei dünnwandigen Rohrleitungen wird die Betriebsdauer deutlich verlängert. Bei Gashochdruckleitungen und wenn in den Rohrleitungen wassergefährdende Medien transportiert werden, ist der kathodische Korrosionsschutz im jeweiligen technischen Regelwerk vorgeschrieben und damit in jedem Falle eine Maßnahme der Betriebssicherheit und des Umweltschutzes.