Korrosion und Korrosionsschutz in geschlossenen Kalt- & Kühlwasserleitungen
Korrosion bzw. Rost in wasserführenden Systemen, unter anderem in geschlossenen Wasserkreisläufen, verursacht jedes Jahr Schäden in Milliardenhöhe. Kunden- und Betreiberseitig wird diesem Thema häufig erst die notwendige Aufmerksamkeit geschenkt, wenn sichtbare Korrosionsschäden auftreten. Teure Reparaturen von Leitungssystemen, Ausfall von Produktionskapazitäten und notwendige Investitionen in Reinigung und in die richtige Wasserqualität sind häufige Folgen.
Seit mehr als 30 Jahren gehören derartige Herausforderungen zu unserem täglichen Brot. Mit diesem Fachartikel wollen wir uns dem Thema Korrosion in geschlossenen Kaltwasserleitungen ausführlich widmen.
Für geschlossene Kaltwassersysteme werden häufig unterschiedliche Begriffe verwendet. Dieser Fachartikel bezieht sich auf alle Arten geschlossener Wasserkreisläufe, die zur Atmosphäre geschlossen sind und unter Druck betrieben werden. Typische andere Begriffe für derartige Kreisläufe, auf die sich auch dieser Fachartikel bezieht, sind: Kältekreislauf, Kaltwasserkreislauf, Kühlkreislauf, Kaltwassersatzkreis, Kühlkreis geschlossen, Prozesswasserkreislauf, Wasserkreislauf geschlossen, Maschinenkühlkreis geschlossen, geschlossene Kühlwasserleitungen usw.
Unsere Themen in diesem Fachartikel:
- Was sind die häufigsten Ursachen für Korrosion in geschlossenen Wassersystemen?
- Was ist ein geeignetes Befüll-/Nachspeise-/Zusatzwasser für geschlossene Kühlwasserleitungen?
- Eine Checkliste – Für welche Metalle ist welche Wasserqualität hinsichtlich Korrosion wichtig?
- BTGA Regel 3.003 DIN EN 14868 – Richtlinien für geschlossene Wasserkreisläufe
- Der zentrale Punkt – Das richtige Korrosionsschutzmittel für geschlossene Kalt- und Kühlwasserkreisläufe
- Sind Sauerstoffbinder für geschlossene Kalt- und Kühlwassersysteme sinnvoll?
- Bakterien und Mikrobiologie in geschlossenen Kalt- und Kühlwasserkreisläufen
- Biozide, Reinigung & Desinfektion von geschlossenen Kühl- und Prozesswassersystemen
- Korrosion in geschlossenen Wassersystemen kontrollieren
Die häufigsten Gründe für Korrosion in geschlossenen Kühlleitungen sind:
- Der Einsatz von sehr reinem vollentsalzten oder demineralisierten Wasser als Befüll- oder Nachspeisewasser
Aufgrund geringer Pufferkapazität des Wassers entsteht häufig ein ungeeigneter pH-Wert. Meist ist dieser zu gering. Weiterhin neigt vollentsalztes Wasser dazu, sich mit Mineralien aus metallischen Werkstoffen zu sättigen, was die Korrosionsrate erhöht. - Ein ungeeigneter Mix aus Rohrleitungsmaterialien: Stichwort Mischinstallation. Häufig ist Kontakt- bzw. galvanische Korrosion zwischen edleren und weniger edleren Metallen die Folge.
- Ein deutlich zu niedriger pH-Wert im Kalt-/Kühlwasser: Häufig durch Mikrobiologie oder Korrosionsvorgänge bedingt.
- Kein, ein ungeeigneter oder in falscher Menge dosierter Korrosionsinhibitor bzw. Korrosionsschutzmittel: Ein geeignetes Korrosionsschutzmittel bzw. ein geeigneter Korrosionsinhibitor sind ein ganz zentraler Punkt.
- Mikrobiologisch induzierte Korrosion (MIC): Weit unterschätzt. Nicht selten sich sulfatreduzierende Bakterien Auslöser von schweren Korrosionsschäden.
- Fehlende Kontrolle von zentralen Wasserparametern, die für die Korrosion ausschlaggebend sind: Ohne sinnvolle Wasserkontrollen werden Korrosionsvorgänge im Wassersystem meistens zu spät entdeckt.
Weitere Gründe wie Sauerstoffeintrag spielen sicherlich auch eine zentrale Rolle, sind jedoch in vielen Fällen nicht ganz zu verhindern. Sauerstoffeintrag darf jedoch niemals ein Grund für schwere Korrosionsschäden in einem geschlossenen Wasserkreislauf sein.
Korrosive Wasserinhaltsstoffe wie Chloride spielen sicherlich ebenfalls eine Rolle. Eher selten sind diese jedoch ausschlaggebend, da in geschlossenen Wassersystemen keine Aufkonzentration von Wasserinhaltsstoffen stattfindet.
In den allermeisten Fällen wird für geschlossene Kalt- und Kühlwassersysteme eine der nachfolgenden Wasserarten verwendet:
- Unbehandeltes Stadt- bzw. Trinkwasser
- Vollenthärtetes Stadt- bzw. Trinkwasser
- Vollentsalztes Wasser (VE-Wasser)
- Eine Mischung aus vollentsalztem oder demineralisierten Wasser (VE-Wasser) und unbehandeltem Stadtwasser
Einen Fachartikel der sich speziell mit den Vor- und Nachteilen von Befüll- und Zusatzwasser für Maschinen- und Kühlkreisläufe auseinandersetzt, finden Sie hier:
Das am wenigsten geeignete Befüllwasser ist im Regelfall immer vollenthärtetes Stadtwasser. Stadtwasser ohne jegliche Wasserhärte ist für fast alle Metalle verstärkt korrosiv. Nicht umsonst ist es z. B. bei Wohnhäusern verboten, eine Wasserenthärtungsanlage auf 0 °dH Resthärte einzustellen.
Alle anderen Wasserarten sind vom Grundsatz geeignet, da hier in Verbindung mit dem richtigen Korrosionsschutzmittel ein sehr guter Korrosionsschutz erreicht werden kann.
Die BTGA-Regel 3.003 und die DIN EN 14868 bieten Leitlinien zur Sicherstellung der optimalen Wasserqualität. Schauen wir uns bei Richtlinien mal etwas genauer an. Insbesondere die BTGA-Regel 3.003 geht ins Detail und gibt folgende Richtwerte für die Wasserqualität in geschlossenen Kreisläufen vor:
| Parameter | Füll- und Ergänzungswasser | Umlaufwasser | |
|---|---|---|---|
| Geruch | – | geruchlos | unauffällig |
| Trübung | – | klar | klar, ohne Bodensatz |
| Färbung | – | farblos | farblos |
| pH-Wert (ohne Aluminium) | – | 7,5-9,5 | 8,5-9,5 |
| pH-Wert (mit Aluminium) | – | 7,5-8,5 | 8,2-8,5 |
| Elektr. Leitfähigkeit (25°C) | µS/cm | < 800 (salzhaltig) < 250 (salzarm) | > 250-800 (salzhaltig) 10 ≤ 250 (salzarm) |
| TOC | mg/l | < 10 | < 25 |
| Gesamthärte | °dH | < 20 | < 20 |
| Karbonhärte | °dH | < 20 | < 20 |
| Chlorid | mg/l | < 60 (salzhaltig) < 15 (salzarm) | < 60 (salzhaltig) < 15 (salzarm) |
| Sulfat + Nitrat | mg/l | < 60 | < 60 |
| Eisen | mg/l | < 0,2 | < 0,5 |
| Kupfer | mg/l | < 0,2 | < 0,5 |
| Zink | mg/l | < 0,05 | < 0,1 |
| Mangan | mg/l | < 0,05 | < 0,1 |
| Aluminium | mg/l | < 0,05 | < 0,1 |
| Kolonienzahl aerob | KBE/ml | < 100 | < 10.000 |
| Kolonienzahl anaerob UT | KBE/ml | – | < 1.000 |
| Pseudomonaden | KBE/ml | < 1 | < 1 |
Diese Richtwerte sind alle nicht falsch, aber auch nicht in allen Fällen richtig. Was unter anderem nicht berücksichtigt wird, sind die verbauten Werkstoffe und in welchem Verhältnis diese im Kaltwassersystem vorkommen. Weiter findet das so wichtige Hydrogencarbonat, der Calciumgehalt und die Gesamthärte keine ausreichende Berücksichtigung. Der Richtwert für die Gesamthärte ist z. B. mit <20 °dH angegeben. Sprich 0 °dH Gesamthärte wäre ok – weit gefehlt!
Bzgl. der Gesamthärte in Kaltwasserkreisläufen kann man festhalten, dass die Angst vor Kalk in den meisten Fällen unbegründet ist. Kalkausfälle in Kaltwassersystemen sind nicht häufig. Weiterhin muss bedacht werden, dass keine großen Mengen an „Kalk“ kontinuierlich zugeführt werden, da die Nachspeisemengen an Wasser häufig sehr gering sind.
Darüber hinaus fordert die BTGA-Regel 3.003 eine regelmäßige Analyse des Umlaufwassers im Rahmen der jährlichen Inspektion. Dies dient der Sicherstellung der geforderten Wasserqualität sowie der frühzeitigen Erkennung von akuten Korrosionsprozessen. Zusätzlich wird empfohlen, den pH-Wert kontinuierlich zu überwachen, um rechtzeitig auf Abweichungen reagieren zu können. Dies sind alles sinnvolle Maßnahmen. Eine jährliche Wasserkontrolle in Form einer Wasseranalyse des Kühlwassers erscheint jedoch zu wenig. Es stehen für die wirklich wichtigen Wasserparameter sehr einfache Test-Kits für Kontrollen vor Ort zur Verfügung. Eine Selbstkontrolle alle 1-2 Monate bedeutet häufig einen Zeitaufwand von weniger als 15 Minuten.
Die DIN EN 14868 enthält u. a. Empfehlungen zur Vermeidung von Schäden durch Korrosion und Ablagerungen sowie zur regelmäßigen Überprüfung relevanter Wasserparameter. Aus unserer Sicht ist die BTGA-Regel 3.003 jedoch deutlich aussagekräftiger.
Nach 30 Jahren Erfahrung können wir Ihnen sagen, dass der zentrale Punkt eines stabilen Kaltwasserkreises das richtige Befüllwasser und noch viel wichtiger der richtige Korrosionsinhibitor in der richtigen Menge ist. Konstruktive Mängel können damit in fast allen Fällen ausgeglichen werden.
Nachfolgend eine kleine Liste mit typischen Korrosionsschutzmitteln bzw. Wirkstoffen für geschlossene Kalt- und Kühlwassersysteme mit Ihren wesentlichen Vor- und Nachteilen:
| Phosphat / Polyphoshat | Silikat | Molybdat | Nitrit | Triazole | |
|---|---|---|---|---|---|
| Schützt besonders gut: | Stahl, Kupfer | Stahl, Kupfer | Stahl, Edelstahl | Stahl | Buntmetalle |
| Vorteile: | Guter Grundschutz | Guter Grundschutz | Sehr effizient & stark, Langzeitwirkung | Schnelle Wirkung | Exzellenter Schutz für Buntmetalle, kann galvanische Korrosion minimieren |
| Nachteile: | Kann Biologie fördern, Umweltbelastung | pH-Wert wichtig, Ablagerungen möglich | Hoher Preis, sollte nicht zu gering dosiert werden | Kann Biologie fördern, toxisch, genaue Dosierkontrolle erforderlich | Wirkt nur spezifisch für Buntmetalle |
Es gibt also mehrere hervorragende Korrosionsschutzmittel für geschlossene Kühl- und Kaltwasserkreisläufe. Viele Wirkstoffe lassen sich miteinander kombinieren, um den Korrosionsschutz zu optimieren. Entscheidend ist die richtige Kombination der unterschiedlichen Wirkstoffe der Korrosionsinhibitoren, abgestimmt auf die Metallurgie des Systems, und eine korrekte Dosiermenge.
Unter nachfolgendem Link finden Sie eine Auswahl von Korrosionsschutzmittel / Korrosionsinhibitoren speziell für geschlossene Kühlkreisläufe:
In der Praxis kommen Sauerstoffbinder immer häufiger zum Einsatz. Die Idee dahinter ist einfach. Ohne Sauerstoff keine Korrosion. Es wird also ein Sauerstoffbinder, meist Natriumsulfit, ins geschlossene Kaltwassersystem dosiert. Für Dampfkesselanlagen ist dies zur Bindung von Sauerstoff und zur Verhinderung von Korrosion seit Jahrzehnten gängige Praxis.
Ein Problem macht eine anfangs gute Idee jedoch häufig zunichte. Zieht ein geschlossenes Kalt- oder Kühlwassersystem laufend Sauerstoff (was oft der Fall ist), muss sehr häufig ein Sauerstoffbinder zugegeben werden. Aus z. B. Natriumsulfit wird nach Reaktion mit Sauerstoff im Wasser Sulfat.
Sulfat ist für fast alle Metalle ein korrosiver Stoff. Da regelmäßige Wasserwechsel in geschlossenen Kreisläufen eher unüblich sind, konzentriert sich Sulfat im Wasser auf. Nach einiger Zeit können sehr hohe Sulfatwerte erreicht werden, was schwere Korrosion nach sich ziehen kann.
Uns sind hier einige Praxisfälle bekannt.
Bakterien und Mikrobiologie sind auch in geschlossenen Wasserkreisläufen ein relevantes Thema. Aufgrund meist fehlendem Nährstoffeintrag und fehlendem Lichteinfall sind die Herausforderungen rund um Mikrobiologie oft weniger groß, als es z. B. bei offenen Verdunstungskühlsystemen der Fall ist.
Es gibt anaerobe (benötigen keinen Sauerstoff) und aerobe (benötigen Sauerstoff) Bakterien, also Mikrobiologie, die in geschlossenen Systemen relevant sein kann. Weiter gibt es auch Bakterien, die sowohl mit als auch ohne Sauerstoff entstehen und gedeihen können. Häufig vorkommende Mikrobiologie in geschlossenen Kühlkreisläufen sind die Bakteriengruppe Pseudomonas und sulfatreduzierende Bakterien.
Sind bereits schleimige Beläge, sogenannte Biofilme, im geschlossenen System erkennbar, ist es höchste Zeit zu handeln. Der Grund ist, dass Mikrobiologie häufig zur Reduzierung des pH-Wertes und somit zu einer signifikanten Erhöhung der Korrosionsrate beitragen kann. Weiter sind viele Bakterien stark korrosiv für metallische Werkstoffe. Die sogenannte MIC (Mikrobiologisch induzierte Korrosion) ist zwar weit verbreitet, aber bleibt in vielen Fällen unentdeckt.
Bakterien und Mikrobiologie
Ist ein geschlossenes Wassersystem von Mikrobiologie befallen, gibt es 2 grundsätzliche Lösungsmöglichkeiten. Häufig werden beide miteinander kombiniert.
Einerseits kann ein Biozid zur Bekämpfung der Mikrobiologie in das System zugegeben werden. Hier ist insbesondere darauf zu achten, dass keine ausgasenden, oxidativen Biozide wie Chlor, Brom oder Wasserstoffperoxid verwendet werden. Diese wirken korrosiv und können die Korrosion verstärken, weitaus kritischer ist jedoch die Ausgasung, die zu Druckaufbau im System führen kann.
Im laufenden Betrieb zur Bekämpfung von Mikrobiologie sollten nichtoxidative Biozide verwendet werden. Bewährt in vielen Fällen hat sich ein Gemisch aus 5-Chlor-2-methyl-2H-isothiazol-3-on und 2-Methyl-2H-isothiazol-3-on (Gemisch aus CMIT/MIT). Es können aber auch andere Typen eingesetzt werden.
In vielen Fällen werden zur Prävention von Mikrobiologie derartige Produkte in kleinen Mengen einem geschlossenen Kalt-, Kühl- oder Prozesswassersystem zudosiert. Hierbei ist zu beachten, dass aufgrund fehlendem Wasserwechsel eine Aufkonzentration des Biozids und deren Abbauprodukte im System erreicht werden. Auch diese können schädlich sein. Es muss also mit Vorsicht gearbeitet werden.
Andererseits ist bei stark belasteten Kühl- und Kaltwassersystemen eine Reinigung bzw. Desinfektion häufig das Mittel der Wahl. Dies ist mit Außerbetriebnahme der Kühlung und anschließenden Spülungen verbunden. Bei sehr komplexen Systemen werden oft Teilstrecken separat gereinigt und desinfiziert. In diesem Rahmen kann auch mit oxidativen Bioziden gearbeitet werden, die als einziges Mittel dafür geeignet sind, Biofilme ausreichend zu entfernen. Dies sollte allerdings einer Fachfirma überlassen werden.
Ein Korrosionsschaden hat den wesentlichen Nachteil, dass dieser meist erst entdeckt wird, wenn es zu spät ist. Präventiv bieten sich 2 Möglichkeiten an:
Korrosionsmessstrecke für Heißwasserkreisläufe
- Einbau einer Korrosionsmessstrecke in einen Bypass des KühlsystemsHier kann optisch und auch über Laboranalytik die Korrosionsrate von verschiedenen Metallen kontrolliert werden. In den Messstrecken befinden sich Sichtgläser mit speziellen Korrosions-Coupons, die eine optische Kontrolle ermöglichen. Dadurch lässt sich schnell erkennen, welche Metalle bevorzugt von Korrosion betroffen sind. So können frühzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Eine sehr günstige Methode, um rechtzeitig gegen Korrosion tätig werden zu können.
- Kontrolle wesentlicher WasserparameterWesentliche Mindestparameter sind hier:
- pH-Wert
- Elektrische Leitfähigkeit
- Gehalt an Eisen, Kupfer, Zink, Aluminium etc. (je nach vorhandenem Materialien im Kreislauf)
Diese Wasseranalyse kann über Test-Sets per Eigenkontrolle gemacht oder über ein Labor organisiert werden. Auch ein Probenversand zu einem Labor ist sicherlich möglich.
