Braunes Kühlwasser – Was tun?

Korrosion in Kühlkreisläufen und Kühlsystemen

Korrosion an metallischen Werkstoffen verursacht jährlich Schäden in Milliardenhöhe. Wir möchten in diesem Artikel speziell auf die Korrosion im Kühlwasser am Beispiel von offenen und geschlossenen Kühlkreisläufen eingehen. Hierbei handelt es sich häufig um Unterbelags-, Loch-, Flächen- oder mikrobiologisch induzierte Korrosion.

Braunes Kühlwasser im Kühlturm – was Sie wissen sollten

Warum verfärbt sich das Kühlwasser braun?

Sorgt für braunes Kühlwasser: Korrosion an Verrohrung

Sorgt für braunes Kühlwasser: Korrosion an Verrohrung

Betreiber von Kühltürmen, Verdunstungskühlanlagen oder anderen Kühlkreisläufen bemerken zu hohe Korrosionsraten häufig erst nach einer Verfärbung des Kühlwassers oder einer Verstopfung der Filter mit Korrosionsrückständen, meist Eisenoxiden. In der Regel ist braunes Kühlwasser also auf Korrosion zurückzuführen. Der umgangssprachlich gebräuchliche Begriff „Rost“ leitet sich von dieser rotbraunen Färbung ab.

Bei der Korrosion von eisenhaltigen Materialien, z. B. von Rohren oder Wärmetauschern, lösen sich Eisen-Ionen aus dem Werkstoff. Durch Sauerstoff im Wasser werden diese zu Eisen(III)-oxid (Fe2O3) oxidiert. Es entsteht ein rotbrauner Feststoff. Dieser ist jedoch nicht wasserlöslich, sodass die Rostpartikel das Kühlwasser nicht nur entsprechend verfärben, sondern auch zu ernsthaften Problemen in Kühlsystemen führen können.

Probleme von Rost im Kühlwasser

Das auf den ersten Blick größte Problem von Korrosion in Kühlkreisläufen und Kühlsystemen ist der Ausfall der Anlage. Aufwendungen für notwendige Reparaturen, der Austausch von Anlagen bzw. Anlagenteilen oder Ausfallzeiten sind typische Folgekosten. Ein zweites Problem ist der verringerte Wirkungsgrad der Anlage durch Verschmutzungen des Wärmetauschers mit Korrosionsprodukten, was zu einer geringeren Wärmeübertragung führt. Die Korrosionsrückstände lagern sich oft in Zonen mit geringer Strömungsgeschwindigkeit und in Umlenkzonen ab. Auch wenn keine Umwälzung stattfindet, kommt es zu Ablagerungen. Verstopfte Filter, z. B. Vorfilter von Maschinen, sind auch ein bekanntes Problem. Wesentlich ist, dass die Eisenoxide den Korrosionsprozess immer mehr beschleunigen. Deshalb sollte man in der Praxis möglichst schnell reagieren.

Korrosionsarten

Vereinfacht gesagt unterscheidet man zwischen gleichmäßiger Flächenkorrosion und lokal begrenzter Korrosion. Bei gleichmäßiger Korrosion ist die hohe Verschmutzung meist die größte Herausforderung, da mehr Korrosionsrückstände anfallen. Bei der lokalen Korrosion stehen vornehmlich Reparaturen und der Austausch von Bauteilen im Vordergrund.

Die lokale Korrosion in Kühlkreisläufen und Kühlsystemen ist wohl am häufigsten anzutreffen. Hierzu zählt man Lochfraß, Entzinkung, Spalt- oder Unterbelagskorrosion, galvanische Korrosion, mikrobiologisch bedingte Korrosion oder die Spannungsrisskorrosion. Anodische und kathodische Stellen, die für Korrosion ursächlich sind, haben viele Gründe. Dazu zählen u. a. lokale Spannungen, Verunreinigungen im Werkstoff, unterschiedliche Werkstoffqualität (Korngröße, Zusammensetzung etc.) oder Unterschiede in der jeweiligen lokalen Umgebung des Korrosionselements. Hier sind vorrangig die Temperatur, der Sauerstoff und der Salzgehalt zu nennen. Wenn die lokalen Unterschiede gering sind und sich die anodischen und kathodischen Stellen von Ort zu Ort auf der Metalloberfläche verschieben können, ist die Korrosion gleichmäßig.

Die Erosionskorrosion ist sicher eine Sonderform der Korrosion, deren Gründe in der Regel in Strömungsgeschwindigkeiten, Feststoffteilchen im Wasser und ungünstiger technischer Bauausführung liegen.

So verhindern Sie braunes Kühlwasser und Korrosion in Kühlkreisläufen

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten. Zum einen kann das von Korrosion angegriffene Material ausgetauscht werden. Ein großer Nachteil aber sind zum Beispiel bei einer Ausführung in Edelstahl die hohen Kosten und dass es teilweise gar nicht möglich bzw. sehr unwirtschaftlich ist. Weiter sollte bedacht werden, dass hochlegierte, sehr korrosionsbeständige Werkstoffe eher zu Spannungsrisskorrosion neigen. Wobei dies in vielen Kühlkreisen vernachlässigt werden kann.

Eine zweite, meist wirtschaftlichere Möglichkeit ist es, die Rahmenbedingungen zu ändern, was in der Regel die Wasserbeschaffenheit ist.

In wässrigen Systemen gibt es 3 grundsätzliche Möglichkeiten:

  1. Bildung eines Schutzfilms an der Metalloberfläche unter Ausnutzung des natürlichen Calciums und der Alkalität im Wasser: Wichtige Parameter für Stahl und Gusseisen sind hierbei beispielhaft ein Sauerstoffgehalt von >3 mg/l, ein pH-Wert >7, eine Säurekapazität von >2 mmol/l und ein Calciumgehalt >40 mg/l. Flächenkorrosion kann dadurch gut minimiert werden. Die kontrollierte Bildung einer Calciumcarbonatschutzschicht (Kalk) ist jedoch kompliziert, weshalb wir in Kühlkreisläufen davon abraten. In industriellen Kühlkreisläufen wird dies nur in Ausnahmefällen eingesetzt und bedingt eine sehr hohe Expertise.
  2. Der aggressive Sauerstoff kann durch mechanische Entlüftung oder chemische Sauerstoffbindung entfernt werden. Bei offenen Kühltürmen bzw. Verdunstungskühlanlagen ist dies aufgrund des ständigen Kontakts des Wassers mit der Atmosphäre natürlich nicht möglich.
  3. Die gängigste und meist auch am einfachsten zu realisierende Methode ist, das RICHTIGE Korrosionsschutzmittel in der RICHTIGEN DOSIERUNG hinzufügen. Unter Korrosionsschutzmittel sind hier im weiteren Sinne auch Produkte zu verstehen, die Ablagerungen, z. B. Kalk (Härtestabilisatoren) oder Biofilme (Biozide) im Kühlkreislauf bzw. Kühlsystem vermeiden. Auch kleine Maßnahmen, wie z. B. eine Veränderung des pH-Wertes oder der Speise-/Zusatzwasserbeschaffenheit kann in vielen Fällen sehr erfolgreich sein.

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