Kühltürme mit verzinkten Stahlrohren – Ablagerungen, Korrosion und Kalk vermeiden
Kalkablagerungen und Weißrost an Rohrbündeln eines Verflüssigers
Kühltürme mit verzinkten Rohrbündeln im Innenbereich werden häufig Verdunstungskondensatoren oder Verdunstungsverflüssiger genannt. Häufig wird dieser Anlagentyp beim Ammoniakkälteanlagen als Verflüssiger eingesetzt. Adiabatische Verflüssiger sind eine weitere Bauform.
Die Herausforderungen bei diesen Verdunstungskühlanlagen sind häufig signifikante Kalkablagerungen auf den Rohrbündeln und Korrosion der verzinkten Stahlrohrbündel durch Weißrost.
Seit Chrom, insbesondere Chrom VI, als Zusatzstoff in der Verzinkung von Stahl mehr oder weniger verboten wurde, treten teilweise schwere Korrosionsschäden bei vielen Verdunstungskondensatoren auf. Chrom VI gilt als krebserregend und umweltschädlich. Rohrbündel nicht in verzinktem Stahl, sondern in Edelstahl sind möglich, jedoch liegen die Investitionskosten ca. um das 3fache höher. Geschätzt jede Woche erhalten wir eine Anfrage bzgl. Reinigung der Rohrbündel, Verbesserung des Korrosionsschutzes oder Schutz vor Kalkablagerungen.
In diesem Fachartikel erfahren Sie:
- Warum sind Kühltürme mit verzinktem Stahl bevorzugt von Korrosion betroffen?
- Warum sind Verdunstungskondensatoren häufig von signifikanten Ablagerungen, wie z. B. Kalk betroffen?
- Wie können die Korrosionsrate und Kalkablagerungen in Verdunstungsverflüssigern reduziert werden?
- Wie können Sie die Verbesserung der Korrosionsrate kontrollieren?
- Was ist das richtige Biozid bzw. Desinfektionsmittel zur Bekämpfung von Mikrobiologie & Legionellen in Verdunstungsverflüssigern?
- Wie funktioniert eine Entkalkung / Reinigung von Verdunstungskondensatoren mit verzinktem Stahl?
- Kann man der Korrosion von verzinktem Edelstahl in Verdunstungskondensatoren durch Passivierung vorbeugen?
Die klassische Wasseraufbereitung sieht in vielen Fällen wie folgt aus:
- Trinkwasser bzw. Stadtwasser wird unbehandelt, teilweise durch eine Enthärtungsanlage teil- oder komplett enthärtet, als Zusatzwasser genutzt
- Dosierung eines Kombinationsproduktes Korrosionsschutz, Härtestabilisierung, Dispergierung
- Dosierung eines Biozids zur Bekämpfung von Mikrobiologie
- Die Aufkonzentration der Wasserinhaltsstoffe wird häufig durch eine leitwertgesteuerte Absalzautomatik begrenzt
Aufgrund der typischen Trinkwasserqualität in Deutschland, ergeben sich im, z. B. dreifach eingedickten Kühlwasser, häufig pH-Werte zwischen 8,8 und 9,5. Dies erfolgt automatisch, obwohl beispielhaft nur Wasser mit pH 7,5 nachgespeist wird. Die Gründe wurden bereits in anderen Fachartikel erläutert.
Fakt ist, dass die den verzinkten Stahl schützende Zinkoxid-Schicht bei alkalischen pH-Werten deutlich über 8,5 nicht sehr stabil und widerstandsfähig ist. Das wird man mit, ganz wichtig, dem RICHTIGEN Korrosionsinhibitor signifikant verbessern, aber nicht komplett verhindern können.
Eine signifikant erhöhte Korrosionsrate ist übrigens bei vollenthärtetem Nachspeisewasser die Folge. Nicht selten wird dies aus Angst vor Einbußen bei der Kühlleistung aufgrund Angst vor Kalkablagerungen in der Praxis durchgeführt. Die Korrosivität des Kühlwassers steigt dadurch signifikant. Besitzt das Kühlwasser zu wenig Härte, hat dies einen signifikanten Einfluss auf die Korrosionsrate von verzinktem Stahl.
Mehr zu den Wasserarten Trinkwasser / Stadtwasser und vollentsalztem Wasser und deren Vor- und Nachteile erfahren Sie übrigens unter folgendem Artikel:
Wasserarten – Vor- und Nachteile hinsichtlich Korrosion und Ablagerungen
Ungeeignete Korrosionsschutzmittel / Korrosionsinhibitoren oder signifikant korrosive Biozide, z. B. auf Chlorbasis, werden weiter häufig eingesetzt. Oxidative Biozide sollten in Verdunstungskondensatoren, z. B: Ammoniakkälteanlagen, möglichst vermieden werden.
Chloride oder Sulfate sind weitere Wasserinhaltsstoffe, die förderlich für die Korrosion sind, jedoch häufig nicht die zentrale Ursache fortschreitender Korrosion sind.
Warum sind Verdunstungsverflüssiger häufig von signifikanten Ablagerungen, wie z. B. Kalk betroffen?
Verdunstungskondensatoren oder Verdunstungsverflüssiger werden meist temperaturgesteuert betrieben. Ist die Solltemperatur für das Kühlwasser erreicht, wird die Kühlwasserpumpe abgeschaltet. Restwasser, dass auf den Rohrbündeln verweilt, verdunstet, zurück bleiben die Salze, u. a. Kalk.
Weiter ist auf den Rohrbündeln der heißeste Punkt. Sie kennen Kalkablagerungen von zuhause im Wasserkocher, Duschkopf oder an der Duschwand – an den heißen Flächen.
Zusätzlich sind die Sprühdüsen häufig entweder nicht korrekt ausgerichtet oder teilweise verstopft, was das Rieselbild beeinträchtigt und eine gleichmäßige Sprühwasserverteilung beeinträchtigt.
Raue Oberflächen, z. B. durch beginnende Kalkschichten oder Defekte in der Zinkoxidschicht des verzinkten Stahls, begünstigen weiter fortschreitende Ablagerungen.
Durch eine ungeeignete Wasserqualität oder ungeeignete Wasserbehandlungprodukte schließt sich häufig der Kreis.
Die Konstruktionsweise dieser Verdunstungskühlanlagen begünstigt bereits Ablagerungen auf den Rohrbündeln.
Wie können die Korrosionsrate und Kalkablagerungen bei Verflüssigern nach dem Prinzip der Verdunstungskühlung reduziert werden?
Prüfen Sie im ersten Schritt folgende Checkliste:
- Ist Ihre Wasserhärte im Kühlwasser hoch genug?
- Setzen Sie nicht korrosive Biozide ein?
- Begrenzen Sie die Aufkonzentration der Wasserinhaltsstoffe (Eindickung) ausreichend?
- Setzen Sie den besten Korrosionsinhibitor und Härtestabilisator ein?
- Wie hoch ist Ihr pH-Wert im Kühlwasser?
- Haben Sie zu wenig Wasserumwälzung im System? (häufiges Ein-/Ausschalten der Kühlturm- bzw. Sprühwasserpumpe)
Diese Checkliste verringert die Korrosionsrate von Verdunstungskondensatoren bzw. Verflüssigern faktisch. Allein ein geeigneter Korrosionsinhibitor kann die Korrosion des verzinkten Stahl um 30-60 % minimieren. Für genaue Grenzwerte für Ihre Anlage fragen Sie uns bitte.
Möchten Sie die Korrosion für einen langen Anlagenerhalt mehr oder weniger stoppen, werden Sie um die Themen chemische Reinigung, Passivierung der Rohrbündel, Wechsel der Wasserbehandlungschemie und Optimierung der Zusatzwasserqualität, z. B. durch Zuspeisung von Mischwasser aus vollentsalztem Wasser und Stadtwasser nicht herum kommen. Auch ein effizienter Inhibitor spielt natürlich eine zentrale Rolle. In Summe spielt ein maximaler pH-Wert von 8,5 für eine stabile Zinkschutzschicht eine zentrale Rolle.
Hinsichtlich der Vermeidung von Kalkablagerungen sind ein effizienter Härtestabilisator und die richtige Wasserqualität entscheident.
Nach Umsetzung von Maßnahmen sollte der Betreiber den Erfolg kontrollieren.
Hier bestehen im Prinzip 2 Möglichkeiten:
- Messung des Zink- und Eisengehaltes im Kühlwasser
Eine Verringerung der Zink- und Eisengehalte im Kühlwasser bedeutet einen geringeren Masseverlust an diesen metallischen Werkstoffen. Sprich eine geringere Korrosionsrate. - Einbau einer Korrosionsmessstrecke
Mit dieser kann sowohl optisch die Korrosion kontrolliert werden. Zusätzlich kann die Korrosionsrate in mm pro Jahr von z. B. Zink und Stahl berechnet werden.
Weitere Infos zu Korrosionsmesstrecken finden Sie hier: Korrosionsmessstrecken – Korrosionsrate selbst kontrollieren & messen
Was ist das richtige Biozid bzw. Desinfektionsmittel zur Bekämpfung von Mikrobiologie & Legionellen in Verdunstungsverflüssigern?
Betreibt man einen Verflüssiger bzw. Kondensator nach dem Verdunstungskälteprinzip, dann unterliegt man der 42. BImSchV. Die 42. BImSchV ist ein Gesetz und die Pflichten sind einzuhalten. Unter anderem müssen spätestens alle 3 Monaten Untersuchungen auf die Parameter Legionellen und Koloniezahlen durchgeführt werden.
Mehr zur 42. BImSchV und wie wir Sie hier unterstützen können erfahren Sie übrigens unter folgendem Link:
42. BImSchV & Legionellen – Aufklärung und Informationen
Vielfach sind Verdunstungsverflüssiger, z. B. bei Ammoniakkälteanlagen, durch eine hohe Verdunstungsleistung, aber relativ kleines Wasservolumen gekennzeichnet. Große Puffertanks mit mehreren m³ Wasservolumen sucht man meist vergeblich. Das Wasservolumen ergibt sich meist nur durch das Wasser in der Kühlturmwanne und dem entsprechenden Wasserverteilungssystem zu den Sprühdüsen. Es handelt sich also hinsichtlich des Aufbaus um einen sehr kleinen und überschaubaren Verdunstungskühlkreis. Für eine erfolgreiche Biozidbehandlung und die regelmäßige Einhaltung der Grenzwerte der 42. BImSchV, z. B. des Parameters Legionellen, benötigt man also ein sehr schnell wirkendes Biozid. Hat ein Biozid nämlich eine Einwirkzeit von mehreren Stunden, wird im Regelfall die Absalzung bereits wieder geöffnet und Teilmengen des Biozids aus dem Kühlkreis abgelassen, bevor das Biozid effizient Mikrobiologie bekämpfen kann.
Für viele Betreiber, wie auch für den ein oder anderen Wasseraufbereiter, sind deshalb Chlor, Brom oder Wasserstoffperoxid die naheliegenden Alternativen. Alle 3 Produkte verbindet, dass Sie Oxidationsmittel sind. Korrosion, z. B. bei Stahl ist im Prinzip die Oxidation von Eisen. Oxidationsmittel, speziell Chloridbildende Oxidationsmittel wie z. B. Chlorbleichlauge, können auf den verzinkten Rohrbündeln schwere Korrosion auslösen. Insbesondere Lochfraß ist bei den entstehenden Chloriden in Zusammenhang mit Verdunstung von Teilwassermengen auf den Rohrbündeln ein großes Problem und kann zur Zerstörung der Anlage führen.
Mehr zu Korrosion durch Biozide erfahren Sie übrigens hier: Korrosion durch Chlor und Chlorid in Kühltürmen
Nichtoxidative Biozide mit schneller Wirkung sind hinsichtlich der Korrosion und einen Werterhalt der Anlage faktisch die bessere Wahl. Produkte auf Basis Isothiazolinonen, z. B. CMIT/MIT-Verbindungen, eignen sich wegen einer langen Einwirkzeit hier eher weniger. Biozide auf Basis von DBNPA oder QAV / Quats sind hier vielfach die bessere Wahl. Fragen Sie uns gerne.
Eine Reinigung rückt kundenseitig meist in den Fokus wenn optisch schwere Korrosion und Ablagerungen auf dem verzinkten Stahl ersichtlich sind. Nicht selten auch wenn Leistungseinbußen in der Wärmeübertragung zu Tage treten.
Eine Entkalkung in Eigenregie durch Zugabe einer Säure ist möglich. Wir kennen einige Beispiele bei denen der verzinkte Stahl der Rohrbündelwärmeübertrager von Verdunstungskondensatoren durch eine nicht fachgerechte Reinigung schwere Korrosionsschäden davon getragen hat. Dies ging teilweise bis zum Totalausfall der Kühlanlage.
Eine chemische Reinigung und Entkalkung von Verdunstungskondensatoren, z. B. für Ammoniakkälteanlagen, stellen aufgrund der Bauart der Rohrbündel, der Anfälligkeit von verzinkten Stahl in Kontakt mit Säuren und der häufig dicken Kalkablagerungen häufig eine Herausforderung dar. Dies beginnt mit der Auswahl der richtigen Säure und der richtigen Zugabemenge, erstreckt sich über die Dauer der Reinigung, der Zugabe wirksamer von Korrosionsinhibitoren bis über das korrekte Verfahren für die Passivierung bzw. Neutralisation der Säuren. Dies sollte Fachfirmen mit großer Erfahrung im Bereich Entkalkung & Reinigung von Verdunstungskondensatoren überlassen werden.
Mehr Informationen rund um Reinigung von Anlagen, Maschinen & Verdunstungskühlanlagen finden Sie unter nachfolgenden Links:
Mehr Informationen zur Reinigung von Kühltürmen / Verdunstungskühlanlagen
Mehr Informationen zur Reinigung von Wärmetauschern
Kann man der Korrosion von verzinktem Stahl in Verdunstungskondensatoren durch Passivierung vorbeugen?
Faktisch ja. Will man lange Freude an einer neuen Anlage haben, muss die Zinkoxidschicht passiviert, im Prinzip „verstärkt“ werden. Nur dann ist eine stabile und widerstandsfähige Zinkoxidschicht gewährleistet und der bekannte Weißrost wird minimiert. Im Auslieferungszustand ist keine ausreichende Zinkoxidschicht vorhanden. Sie erkennen dies optisch bereits an dem Glanz der verzinkten Rohrbündel. Nach der Passivierung nehmen diese eine matte Farbe an. Optisch ist so bereits der Erfolg der Passivierung ersichtlich.
Eine hervorragende Passivierung des verzinkten Stahls der Rohrbündel wird ca. 4-8 Wochen Zeit beanspruchen. Während der Passivierung von Verdunstungskondensatoren mit verzinktem Stahl ist insbesondere darauf zu achten, dass der pH-Wert im Kühlwasser von 8,3 nicht überschritten wird. Besser ist es sogar den pH-Wert im Bereich 7,2 – 8,0 zu halten. Zusätzlich muss eine hohe Gesamthärte (Alkalinität) und ein ausreichender Phosphatgehalt im Wasser sichergestellt sein. Eine erfolgreiche Passivierung ist z. B. mit unseren erprobten Produkt Passivante 181, das speziell für die Passivierung von Verdunstungskondensatoren entwickelt wurde, auf einen einfache Art und Weise möglich.
