Ergebnisse der Batchversuche und Experimente an der KorrVA zur Korrosion von verzinkten Stahlproben und dem Verhalten der Korrosionsprodukte

Mit feuerverzinkten Stahlproben wurden Korrosionsexperimente unter Kühlmittelverluststörfall-Bedingungen durchgeführt. Ziel dieser Arbeiten ist die Untersuchung des Einfluss von Korrosionsprodukten auf das Verhalten der Mineralwolleablagerungen an den Sieben der Sumpfabsaugung des Notkühlsystems eines Druckwasserreaktors (DWR). Dadurch soll eine Datenbasis zu diesem sicherheitsrelevanten Vorgang für die numerische Strömungsmodellierung bereitgestellt werden. Mit Hilfe von Batchversuchen, bei denen eine verzinkte Stahlprobe in eine gerührte Borsäurelösung tauchte, wurden bei 45, 70 und 90°C grundlegende Untersuchungen zur Korrosion im Kühlmittel des Primärkreislaufs eines DWR ohne Isoliermaterial ausgeführt, wobei neben Oberflächenuntersuchungen der Probe auch die Zusammensetzung des Mediums analysiert wurde. Im Gegensatz zu reinem Wasser findet in Borsäurelösungen eine deutliche Zinkauflösung statt, ohne dass sich wesentliche Mengen an festen Korrosionsprodukten bilden. Nur bei 90°C entstehen auf der Zinkoberfläche kugelförmige Korrosionsproduktablagerungen, die durch Laser-Raman-Spektroskopie als Zinkborat identifiziert wurden. Die Experimente wurden auf eine spezielle Versuchsanlage KorrVA übertragen, die in Anlehnung an die Sumpfgeometrie mit 65l Badvolumen bei vergleichbarer Strömungsgeschwindigkeit eine Untersuchung von beregneten oder getauchten Gitterrostproben (30x30cm) ermöglicht. Die Faserablagerung nach einem Störfall wird durch separat hergestelltes Faserbett aus fragmentierten Isoliermaterialfasern nachgebildet und als für die Praxis relevante Größe, der sich bildende Differenzdruck registriert. Eine im Verhältnis zu den Batchversuchen langsamere Zunahme der Zinkkonzentration in der Lösung ist durch den weniger intensiven Kontakt der Medien bei Beregnung zu erklären, ebenso wie durch noch geringeren Kontakt bei Durchströmung eines getauchten Gitterrosts. Eine wesentliche Zunahme des Differenzdrucks über das Faserbett wurde bei diesen Versuchen nicht festgestellt, da die Sättigungskonzentration von Zinkborat offensichtlich nicht erreicht ist und die Bedingungen für die Bildung der beiden schwerer löslichen Zinkkorrosionsprodukte basisches Zinkcarbonat und Zinkhydroxid bzw. Zinkoxid nicht erreicht werden. Wie Schliffbilder zeigen, erfolgt an den direkt beregneten Kreuzungspunkten am Gitterrost eine narbenförmige Korrosion der obersten Zinkschicht (Reinzink) bis auf das darunter liegende Hartzink (Zn-Fe Legierung). Korrosionsprodukte des Eisens aus dem Basismaterial werden unter diesen Bedingungen nicht gebildet.