Nachstellung von Erosionsbelastungen

Erosionsversuche mit Partikeln im Gasstrom#

© Fraunhofer IEG

Hintergrund

Um dauerhaft eine Interaktion mit dem Untergrund gewährleisten zu können, werden in Bohrungen Bohrlochfilter eingesetzt, welche den Produktstrom frei von Partikeln halten. Bei hohen Strömungsgeschwindikeiten im Filtersegment können auftreffende Partikel jedoch ein verstärktes Erosionspotentail bergen und den Filter beschädigen. Insbesondere gilt dies für die Förderung von Gas oder Dampf.

Da nach Fertigstellung einer Bohrung keine Möglichkeit besteht verbaute Bauteile wie Bohrlochfilter zu wechseln, werden hohe Anforderungen an die Funktionalität und Langlebigkeit der Filter gestellt. Ein durch Erosion verursachtes Bauteilversagen ist in jedem Fall zu vermeiden.

Versuche im Labormaßstab

Um Bauteile auf ihre Widerstandsfähigkeit unter Laborbedingungen testen zu können, wurde am Fraunhofer IEG eine Versuchsanlage entwickelt, ausgelegt und gebaut, welche die gezielte Erosion durch Partikel im Gasstrom an Bauteilen wie Bohrlochfiltern ermöglicht. Hierbei sind die Massenströme für Gas und Feststoff, die Partikelgrößenverteilung und der Aufprallwinkel frei wählbar. Die resultierende Aufprallgeschwindigkeit und der Partikelmassenanteil können somit beliebig vorgegeben werden um eine definierte Erosionsbelastung nachzustellen.

Aufbau der Anlage

Als Trägergasstrom wird in der Versuchsanlage Druckluft eingesetzt, als Partikel kann herkömmlicher Sand gewählt werden. Der Sandmassenstrom wird mittels Dosiereinheit mit Schneckengetriebe bereitgestellt. Hinter der Sandinjektion werden die Partikel in einem gerade Rohrstück definierter Länge beschleunigt und treffen anschließend in der Probenkammer in beliebigem Winkel auf den Probenkörper. Im Anschluss wird der Abluftstrom von Partikeln gesäubert.

Versuchsablauf und Auswertung

Erosionsversuche können über mehrere Tage gefahren werden. Je nach Gasvolumenstrom und Partikelmassenstrom wird hierbei die Erosion nach wenigen Stunden messbar. Neben der Bestimmung von Massenverlusten können im IEG-eigenen Labor Oberflächenscans erstellt und zu 3D-Modellen zusammengefügt werden.

Das Projekt startete im März 2020 und wurde im Januar 2021 abgeschlossen.