Was Sie wissen sollten:
Definition und Grundlagen zur Korrosion
Korrosion ist ein elektrochemischer oder chemischer Abbau von Werkstoffen, meist Metallen, durch Reaktion mit ihrer Umgebung. Sie entsteht, wenn ein Material in Kontakt mit Wasser, Sauerstoff oder chemisch aggressiven Stoffen tritt. Dabei laufen Redoxprozesse ab: Metallatome geben Elektronen ab, werden oxidiert und gehen als Ionen in Lösung. Gleichzeitig findet an einer anderen Stelle eine Reduktion statt, häufig die Reduktion von Sauerstoff. Dadurch entstehen lokal anodische und kathodische Bereiche, was den Materialabbau verstärkt.Korrosion im Kühlturm: Ursachen und Mechanismen
Die Korrosion im Kühlwasserkreislauf entsteht durch das komplexe Zusammenspiel verschiedener Faktoren. Korrosive Elemente wie Sauerstoff und gelöste Salze greifen Metalloberflächen kontinuierlich an und stellen damit eine zentrale Herausforderung für den Anlagenbetrieb dar.
Besonders kritisch gestaltet sich die Situation bei verzinktem Stahl, der in vielen Kühlsystemen zum Einsatz kommt. Ein hoher pH-Wert über 8,5 oder der Einsatz von vollenthärtetem Nachspeisewasser begünstigen die Korrosion massiv. Dabei kann Weißrost entstehen, der die Schutzfunktion der Zinkschicht beeinträchtigt. Eine weitere Gefahr stellt die Lochkorrosion dar, die durch Chlorid-Ionen verursacht wird, welche die schützende Passivschicht gezielt angreifen.
Ein oft unterschätztes Phänomen ist die mikrobiologisch induzierte Korrosion (MIC). Bestimmte Mischkolonien von Bakterien – darunter Schleimbildner, Sulfatreduzierer und Säureproduzenten – können lokale Korrosionsangriffe hervorrufen, die besonders heimtückisch sind, da sie oft unbemerkt fortschreiten.
Die notwendige Wasserbehandlung hängt dabei stets von mehreren Faktoren ab:
- Konstruktion des Kühlturms
- wasserberührten Materialien
- Kontakttemperaturen
- Qualität des Zusatzwassers
Weitere Herausforderungen in der Verdunstungskühlanlage
Verdunstungskühlanlagen, auch Nasskühltürme genannt, nutzen den Effekt der Verdunstung zur Kühlung und sind besonders anfällig für multiple Probleme. Neben der Korrosion im Kühlturm Kreislauf treten hier verstärkt Ablagerungen und biologische Kontaminationen auf.
Ablagerungen (Scaling): Bei Verdunstungskondensatoren führen heiße Oberflächen und das Verdunsten von Restwasser auf Rohrbündeln dazu, dass Salze – insbesondere Kalk – zurückbleiben. Diese Kalk- und anderen Ablagerungen behindern die Wärmeübertragung erheblich und können durch ungeeignete Wasserqualität oder unpassende Behandlungsprodukte noch begünstigt werden. Der Ausfall von Calciumsulfat stellt eine zusätzliche Herausforderung dar. So bedingen Ablagerungen Korrosion zusätzlich. Eine regelmäßige Reinigung von Kühltürmen kann hier entgegenwirken.
Mikrobiologisches Wachstum: Dazu zählen Schlammbildung, die Entwicklung von Biofilmen und die Vermehrung pathogener Mikroorganismen wie Legionellen. Biofilme bilden Schleimschichten, in denen sich Mikroorganismen vermehren und vor Bioziden schützen können. Keimbelastete Wasserkreisläufe können Bioaerosole freisetzen – fein zerstäubte Tröpfchen, die in die Umgebung gelangen und schwere Krankheiten verursachen können.
Materialabbau vorbeugen durch Wassermanagement
Das Prinzip der Eindickung macht ein durchdachtes Wassermanagement unerlässlich. Durch die kontinuierliche Verdunstung konzentrieren sich gelöste Stoffe im Kühlturmwasser, was die Korrosion durch das Kühlturmwasser und Ablagerungsbildung begünstigt.
Die Abschlämmung ist eine essenzielle Maßnahme zur Kontrolle der Wasserqualität. Durch das kontrollierte Ablassen eines Teils des Kreislaufwassers wird die Konzentration gelöster Salze und anderer Stoffe begrenzt. Das entnommene Wasser wird durch frisches Zusatzwasser ersetzt, wodurch die chemische Zusammensetzung des Kühlwassers in einem akzeptablen Bereich gehalten wird.
Die Qualität des Zusatzwassers spielt eine entscheidende Rolle für den Erfolg der gesamten Wasserbehandlung. Rohwasser und Nutzwasser können durch verschiedene Verfahren aufbereitet werden:
- Kiesfiltration zur Entfernung von Schwebstoffen
- Teilentsalzung über Ionenaustauscher oder
- Umkehrosmose
- Entkarbonisierung zur Reduzierung der Karbonathärte
Korrosionsinhibitoren als effektive Vorbeugungsmaßnahme
Korrosionsinhibitoren bilden eine Schutzschicht auf Metalloberflächen, verhindern Oxidation und verlängern die Lebensdauer der Anlagen. Typische Mechanismen umfassen eine chemische Behandlung wie:
- Die Bildung einer Kalk-Rost-Schutzschicht nach Langelier
- Phosphate, Silikate und organische Inhibitoren
- Zink, Molybdat, Phosphonsäuren und Phosphonate
Passivierung und Inbetriebnahme neuer Kühltürme
Um die Korrosion von neu installiertem verzinktem Stahl zu minimieren, muss die Zinkoxidschicht passiviert, also verstärkt werden. Diese Phase dauert etwa 4–8 Wochen und erfordert besondere Aufmerksamkeit:
- Der pH-Wert im Kühlwasser sollte nicht über 8,3 liegen (besser 7,2–8,0)
- Eine hohe Gesamthärte (Alkalinität) muss sichergestellt werden
- Ein ausreichender Phosphatgehalt ist notwendig
Regulatorische Anforderungen und Kontrollen
Die 42. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (42. BImSchV) setzt die technischen Richtlinien VDI 2047-2 (für Verdunstungskühlanlagen), VDI 2047-3 (für Kühltürme) und VDI 3679 (für Nassabscheider) gesetzlich um und ist seit dem 19. August 2017 in Kraft.
Die hygienische Überwachung umfasst:
- Verpflichtende Einhaltung der 42. BImSchV
- Untersuchungen auf Legionellen und Koloniezahlen spätestens alle 3 Monate
- Mikrobiologische Untersuchungen zur Feststellung der hygienischen Qualität von Nutzwasser
- Schulungen zur „hygienisch fachkundigen Person“ nach VDI 2047-2 oder VDI 3679
Wirksamkeit von Korrosionschutzmaßnahmen
Die Wirksamkeit von Korrosionsschutzmaßnahmen in einer Verdunstungskühlanlage kann auf zwei Arten kontrolliert werden:
- Messung des Zink- und Eisengehaltes im Kühlwasser: Eine Verringerung dieser Gehalte signalisiert einen geringeren Masseverlust und damit eine geringere Korrosionsrate.
- Einbau einer Korrosionsmessstrecke: Hiermit kann die Korrosionsrate in Millimetern pro Jahr von Materialien wie Zink und Stahl präzise berechnet werden.
Häufige Fragen zur Korrosion im Kühlturm:
Korrosion im Kühlturm bezeichnet den chemischen und elektrochemischen Angriff auf Metalloberflächen durch korrosive Elemente wie Sauerstoff und gelöste Salze im Kühlwasser. Besonders kritisch ist die Korrosion von verzinktem Stahl, die bei pH-Werten über 8,5 oder durch vollenthärtetes Zusatzwasser stark begünstigt wird. Es können verschiedene Korrosionsformen auftreten: Weißrost, Lochkorrosion durch Chlorid-Ionen und die mikrobiologisch induzierte Korrosion (MIC), die durch bestimmte Bakterienkolonien verursacht wird.
Für den Korrosionsschutz in Kühlwassersystemen stehen verschiedene Inhibitoren zur Verfügung. Typische Wirkstoffe sind Phosphate, Silikate und organische Inhibitoren. Weitere Mechanismen umfassen die Bildung einer Kalk-Rost-Schutzschicht nach Langelier sowie den Einsatz von Zink, Molybdat, Phosphonsäuren und Phosphonaten. Diese Korrosionsinhibitoren bilden eine Schutzschicht auf Metalloberflächen, verhindern Oxidation und können die Korrosion von verzinktem Stahl um 30–60 % minimieren. Die Auswahl des geeigneten Korrosionsschutzmittels hängt von den verwendeten Materialien, der Systemkonstruktion und den Betriebsbedingungen ab
Ohne professionelle Wasseraufbereitung drohen einem Kühlturm multiple schwerwiegende Probleme. Kalk- und andere Ablagerungen behindern die Wärmeübertragung und reduzieren die Effizienz erheblich. Korrosionsschäden an Metalloberflächen verkürzen die Lebensdauer der Anlage drastisch. Besonders gefährlich ist das unkontrollierte mikrobiologische Wachstum: Schlammbildung, Biofilme und die Vermehrung pathogener Mikroorganismen wie Legionellen können entstehen. Keimbelastete Wasserkreisläufe können Bioaerosole freisetzen – fein zerstäubte Tröpfchen, die in die Umgebung gelangen und schwere Krankheiten verursachen können. Dies führt nicht nur zu Störungen und Ausfällen, sondern auch zu Verstößen gegen gesetzliche Vorschriften wie die 42. BImSchV.
Der Begriff bezeichnet das kontrollierte Ablassen eines Teils des Kreislaufwassers aus dem Kühlturm, um die Konzentration gelöster Salze und anderer Stoffe zu begrenzen. Durch die kontinuierliche Verdunstung im Kühlbetrieb reichern sich Mineralien und Verunreinigungen im verbleibenden Wasser an – ein Prozess, der als Eindickung bezeichnet wird. Ohne dieses Vorgehen würden diese Konzentrationen stetig steigen und Korrosion sowie Ablagerungsbildung massiv begünstigen. Das abgeschlämmte Wasser wird durch frisches Speisewasser ersetzt, wodurch die chemische Zusammensetzung des Kühlwassers in einem akzeptablen Bereich gehalten wird. Die Abschlämmrate muss dabei präzise auf die Verdunstungsrate und die Wasserqualität abgestimmt werden.
Die Korrosionsrate steigt, wenn das Auffüllwasser ungünstige Parameter wie sehr niedrige Härte, hohe Chloridwerte oder einen stark verschobenen pH-Wert aufweist. Vollenthärtetes Wasser kann die Korrosion verzinkter Oberflächen massiv fördern. Aufbereitungsverfahren wie Teilentsalzung, Entkarbonisierung oder Kiesfiltration stabilisieren die Wasserchemie und reduzieren das Risiko deutlich.
Während der Passivierungsphase bildet sich eine stabile Zinkoxidschicht. Sie schützt das Material vor frühzeitiger Korrosion. Ein pH-Wert zwischen 7,2 und 8,0, ausreichende Alkalinität und ein definierter Phosphatgehalt sind dafür entscheidend. Erfolgt diese Phase nicht korrekt, steigt die Gefahr für Weißrost und Lochkorrosion erheblich.
Zwei Methoden sind dafür etabliert. Erstens die Analyse von Zink und Eisen im Kühlwasser. Sinkende Konzentrationen deuten auf geringeren Metallabtrag hin. Zweitens der Einsatz einer Korrosionsmessstrecke. Damit lässt sich die Korrosionsrate verschiedener Materialien direkt in Millimetern pro Jahr bestimmen und Trends im Anlagenbetrieb werden frühzeitig sichtbar.
Biozide anwenden
Reinigung von Kühltürmen
