Infotag Kälte. Wasserchemie-Einfluss auf das Material und die Folgen

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1 Infotag Kälte Wasserchemie-Einfluss auf das Material und die Folgen Dr. rer. nat. Oliver Opel Dipl.-Ing. Mani Zargari Dr. rer. nat. Tanja Eggerichs M.Sc. Tobias Otte Dr.-Ing. Stefan Plesser Prof. Dr.-Ing. M. N. Fisch Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Ruck B.Sc. Marlies Wiegand

2 Warum rostet es? Metallisches Eisen wird durch Reduktion von Eisenoxid (Erz) mit Kohlenstoff gewonnen bei der Korrosion dreht sich die Reaktion wieder um! H 2 O 3H + ½ H 2 O Fe 3+ Fe(OH) 3 Fe 2+ H 2O ½ O 2 + 2H + ¼ O 2 + H + Fe 0 Anode 2e - Kathode

3 Feldstudie Feldstudie Phase I Grobanalyse 64 Systeme

4 Untersuchte Gebäude

5 Untersuchungsumfang Feldstudie Metalle gelöst und partikulär: Eisen Kupfer Zink Aluminium Salzgehalt: Na K Cl SO 4 2- NO 3 - Nährstoffe NPOC P Härte: Ca Mg IC Legierungsmetalle Mn Cr Ni Elektrochemisch: ph-wert Leitfähigkeit Sauerstoffgehalt Redoxpotential Temperatur Inhibitor: Mo P

6 Korrosion in der Praxis Kühlkreise Heizkreise Schlecht 9 8 Schlecht 10 7 Kritisch Kritisch Gut Gut 12 8 Sensorwerte Gelöste Metalle Partikuläre Metalle Salze u. Nährstoffe Härtebildner Bewertung hoch grenzwertig ok ok ok Bemerkung Die Korrosionsrate weist auf akut ablaufende Korrosionsprozesse hin.

7 Offenkundige Störungen Anlagenteile werden durch Ablagerungen mechanisch blockiert: Pumpen, Ventile,.. Wärmeübertrager werden durch Verstopfungen eingeschränkt durchflossen Leckagen an Stahl durch Korrosion Leckagen an Aluminium durch zu hohen ph-wert Einschränkung der Energieeffizienz

8 Das richtige Füllwasser? Kühlkreise Heizkreise 2 2 Unbehandelt 10 Unbehandelt 9 Enthärtet Enthärtet Voll-Entsalzt Voll-Entsalzt 16 13

9 Einfluss des Sauerstoffgehalts 1000 Heizsysteme Kühlsysteme Fe ges. / mgl ,1 0,01 0,001 0,0001 0,001 0,01 0, O 2 / mgl -1

10 Einfluss des Sauerstoffgehalts

11 Einfluss des ph-werts ph 8,2 ph 9, Heizsysteme Kühlsysteme 10 Fe ges. / mgl ,1 0,01 0, ph

12 Einfluss der Leitfähigkeit Heizsystem Kühlsystem 10 Fe gel. / mgl ,1 0,01 0, Leitfähigkeit / µscm -1

13 Chloride

14 Zwischenfazit Kein Parameter alleine erklärt die beobachteten Unterschiede in den Anlagen In allen Anlagen sind geringe Sauerstoffkonzentrationen messbar (Korrosionsschutz muss andere Parameter miteinbeziehen) Leitfähigkeit als Parameter ist alleine nicht ausreichend (oder sehr hohe Anforderung nötig!) Chlorid ist der signifikanteste beeinflussbare Parameter: 1. Priorität: Materialwahl passend zum Konzept 2. Priorität: Das richtige Füllwasser (Entsalzt, nicht enthärtet!) besonders wichtig für Kühlsysteme!

15 Mikrobiologie 800 verschiedene Gattungen identifiziert! Viele Gattungen kommen in fast allen Systemen vor Für mehr Übersicht: Unterteilt in Stoffwechselprozesse In allen Systemen wurden ähnliche Zellzahlen gefunden (ca pro ml ähnlich Leitungswasser)! In allen Systemen mit Sauerstofflimitation findet sich nach kurzer Zeit kein Nitrat oder Sulfat mehr!

16 Typisches Fallbeispiel: Kühlsystem

17 Mikrobiologie Vier Haupt-Stoffwechselgruppen konnten identifiziert werden: Eisen- und Schwefelzyklus (Reduktion und Oxidation) Nitratreduktion, Stickstofffixierung Biofilmbildner Zum Teil komplexe, auch halogenierte Organik abbauende Organismen

18 Mikrobiologie Temperaturoptima: 15 C geochemisch aktive Organismen (Eisen- und Schwefelbakterien, Nitratreduzierer) 24 C Hautbakterien 37 C Enterobakterien (Darmbakterien) und pathologische Keime Aber: Auftragung gegen Temperatur ergibt keinen eindeutigen Trend, viele Organismen können außerhalb ihres Optimums wachsen!

19 Wasserwerte BTGA 3.003

20 Planungsgrundlagen Vermeidung des Sauerstoffeintrages Druckhaltung: sachgerecht geplant und ausreichend dimensioniert Ständige Überwachung des Systemdruckes Vermeidung diffusionsoffener Materialien (unkaschierte Kunststoffe) Materialwahl Kombination von Kupfer und Stahl vermeiden: salzarme Fahrweise Aluminium vermeiden (schränkt zul. ph-wert-bereich ein) Korrosionsfeste Materialien bei Sauerstoff-offenen Systemen Salzgehalt Wasserchemische Parameter nach BTGA einhalten Bei salzhaltigem Rohwasser: Voll-Entsalztes Wasser verwenden oder verschneiden Enthärtetes Wasser ist nicht erforderlich und teilweise korrosionsfördernd! BTGA und VDI 2035 beachten, aber die Planung ist nicht alles -> Betrieb!

21 Überwachung (jährl. Inspektion) Leitfähigkeit (mit entsprechendem Messgerät) Gesamthärte (Tropfentest) ph-wert (Messgerät, Tropfentest oder Messstreifen) Trübung / Färbung / Geruch (Sicht- bzw. olfaktorische Prüfung): Kann sehr viel aussagen! Anmerkung ph-wert: Kann nach Entnahme der Probe aus der Anlage stark abfallen. Dies kann ein Zeichen für gelöste Korrosionsprodukte sein. Praxistipp: Probe stehen lassen. Wenn sie sich braun verfärbt, ist gelöstes Eisen vorhanden!

22 Rechtzeitiges Monitoring des Umlaufwassers frühzeitig Messbar: FeQuan Sensorsystem (Wasserchemie) Sichtbar: braunes oder schwarzes Wasser Geruch: faule Eier? Zu spät SCHADENS- INTENSITÄT Wahrnehmbar: Fehlfunktionen der TGA-Installation Defekte

23 Best case: Eingebaute Sensoren (FeQuan-Sensor)

24 Gute Alkalisierung (Stahlsystem)

25 Schlechte Alkalisierung (Sauerstoffeintritt und Verkeimung)

26 Gute Alkalisierung mit späterer mikrobiologischer Besiedelung

27 Gute Alkalisierung mit späterer mikrobiologischer Besiedelung

28 Am besten: Eingebaute Sensoren UBA Dashboard Testanlagen Dashboard

29 Kontakt Nachhaltigkeitsforschung Energie Dr. rer. nat. Oliver Opel Nachhaltigkeitsforschung Energie Leuphana Universität Lüneburg Mail: Tel.: Dipl.-Ing Mani Zargari SIZ energie+ Braunschweig Mail: Tel.: