Vorhersage des Metal Dusting-Angriffs durch multiskalige Simulation

In der chemischen Industrie ist der aggressive Korrosionsangriff „Metal Dusting“ ein wichtiger Faktor, der die Prozesseffizienz und Anlagensicherheit sowie die Ressourcenverwendung negativ beeinflusst. Metal Dusting tritt bei Temperaturen zwischen 400 und 800 °C in kohlenstoffreichen Gasmischungen auf. Daher wird aktuell häufig das Prozessgas sehr schnell und ineffizient heruntergekühlt, oder die gefährdeten Bauteile werden vorsorglich ausgetauscht, auch wenn diese noch funktionstüchtig sind. Ein Hauptproblem ist, dass eine genaue Vorhersage des Auftretens von Metal Dusting bisher nicht möglich ist.

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Simulationsmodells zur besseren Vorhersage des Metal Dusting Angriffs. Dafür müssen die Vorgänge im Gas, wie Reaktionen und Strömung, zusammen mit den Prozessen in den Bauteilen (im Werkstoff), wie Diffusion im Festkörper, mit Modellen zur Reaktionskinetik verbunden werden.

So können nicht nur mögliche Reaktionen, sondern auch deren Geschwindigkeit realistisch beschrieben werden. Kombiniert mit umfangreichen Materialdatenbanken und bewährter Gleichgewichtssoftware entsteht ein neuartiger Modellansatz. Um die Vorhersagen zu überprüfen und abzusichern, wird die Modellbildung durch Validierungsexperimente unterstützt.

Der neue Modellansatz eröffnet die Möglichkeit, komplexe Prozesse abzubilden, in denen Gas-Festkörper-Reaktionen und Transportvorgänge entscheidend ineinandergreifen. Damit lassen sich nicht nur Korrosionsphänomene, sondern auch andere Hochtemperaturprozesse in Chemie, Energie- und Werkstofftechnik bis zu Halbleiterfertigung zuverlässiger simulieren. Der Erfolg zeigt sich in präziseren Vorhersagen, höherer Effizienz und besserer Ressourcennutzung.