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Heizungswasseraufbereitung ohne Betriebsunterbrechung

In modernen Heizungsanlagen kommt schon alleine aufgrund der angestrebten besseren Wärmeübertragung und kompakteren Bauweise verstärkt der Werkstoff Aluminium zum Einsatz. Eine entscheidende Rolle für die Lebensdauer dieser zeitgemäßen Wärmeerzeuger spielt damit zunächst die Einstellung des richtigen pH-Werts im Heizungswasser. Aber auch der Gehalt an potentiell korrosiven Salzen, gemessen über die Leitfähigkeit, bestimmt die Art und die Geschwindigkeit der Korrosionsreaktionen, wenn Sauerstoff zum Heizungswasser hinzutritt. Um das Problemverursacher-Trio aus Säuren, Salzen und Sauerstoff mit geringem Aufwand auch in Bestandsanlagen unschädlich zu machen, sind clevere Aufbereitungsmethoden für die Praxis gefragt.

Cartoon zum Thema Rost.
Quelle: Perma-trade

Die drei Korrosions-Verursacher (SSS)

Säuren im Heizungswasser fördern die Korrosion von Metallen, indem sie die Passivschichtbildung auf der Ober­fläche verhindern. Eisen beispielsweise verhält sich bei pH-Werten von < 9 im Wasser aktiv, das heißt: Eisen-Ionen gehen ungehemmt ins Wasser über. Sofern Sauerstoff ins Spiel kommt, bildet sich zunächst Rostwasser und in der Folge Magnetit (Fe3O4), der sogenannte "Schwarzschlamm".

Bei pH-Werten von > 9 bilden sich auf Eisen Passivschichten, die das darunter liegende Metall vor weiterer Auflösung schützen. Dadurch wird der Korrosionsprozess praktisch zum Stillstand gebracht – ein Passivzustand, der grundsätzlich für alle im Heizkreis verbauten Metalle/Legierungen erwünscht ist und angestrebt werden sollte. Allerdings tritt er jeweils bei unterschiedlichen pH-Werten ein. Außer bei Eisen wird dies bei den üblichen im Anlagenbau verwen­deten Metallen ab einem pH-Wert von 8,2 immer erreicht.

Nebenbei bemerkt führt massive Sauerstoffkorrosion an Eisenwerkstoffen grundsätzlich zur Absenkung des pH-Werts im Anlagenwasser, da die primären Korrosionsprodukte sauer reagieren. Eine noch stärke Absenkung des pH-Werts bewirken die Abbauprodukte von Frostschutzmittelresten. Sie gelangen immer wieder unbeabsichtigt über Spülpumpen und Schläuche ins System. Mit den gebildeten Säuren werden sogar pH-Werte von 5 im Anlagenwasser erreicht.

Eine Sonderstellung unter den im Heizkreis eingesetzten Metallen nimmt Aluminium ein. Bei diesem Werkstoff ergibt sich das Korrosionsproblem regelrecht von der anderen Seite. Bereits bei leicht basischen pH-Werten zwischen 8,5 und 9 beginnt sich die auf dem Metall befindliche Passivschicht aufzulösen. Das Metall korrodiert unter Bildung von Wasserstoff, der am Entlüftungsventil eines Heizkörpers entzündet werden kann.

Ein pH-Wert von 10 im heißen Anlagenwasser (LF 800 µS/cm) verursacht zum Beispiel eine Korrosionsrate von ca. 5 mm/Jahr. Anders gesprochen: Nach 1,5 bis 2 Jahren kann hier mit einem Wanddurchbruch am Kessel gerechnet werden.

Erhöhte pH-Werte werden allerdings keinesfalls nur durch Zusätze wie Trinatriumphosphat oder Natronlauge hervor­gerufen, sondern resultieren aus der Selbstalkalisierung enthärteter Füllwässer. Ursache ist die Umwandlung der gelösten Härte in Natron durch den Natrium-Ionentauscher sowie weiter beim Erhitzen in Soda. Enthärtete Altwässer stellen somit ganz klar ein Problem dar. Sie dürfen bei einem Kesseltausch keinesfalls ohne vorherige pH-Kontrolle im Heizkreislauf belassen werden.

Salze erhöhen die Leitfähigkeit des Wassers und beschleunigen somit bei Sauerstoffzutritt die (galvanische) Korrosionsreaktion. Wesentlich entscheidender ist jedoch die Art des Salzes an sich. Chloride zum Beispiel lösen Lochkorrosionsvorgänge aus, auch bei Werkstoffen mit Passivschichten, wie etwa Edelstählen oder Aluminium. Nach DIN EN 14868 ist bereits ab einer Konzen­tration von 50 mg/l mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit dafür zu rechnen. Die TVO erlaubt hier 250 mg/l. Da eine Konzentration von 1 mg/l Chlorid einen Leitfähigkeitsbeitrag von ca. 3 µS/cm liefert, ist man bei der sogenannten salzarmen Fahrweise nach VDI 2035-2 mit einer Leitfähigkeit von ca. 100 µS/cm im Heizungswasser automatisch auf der sicheren Seite. Darüber hinaus können auch andere Korrosionsarten, wie beispielsweise Spannungsriss-Korrosion an Messing, gar nicht erst auftreten, wenn Salze als Versursacher fehlen.

Sauerstoff ist in der Regel der primäre Korrosionsauslöser in Heizsystemen, sofern diese nicht korrosionstechnisch geschlossen sind und keine – für die verbauten Metalle – schädlichen pH-Werte vorliegen. In der Regel wird der Sauerstoffgehalt des neuen Füllwassers innerhalb weniger Tage durch Korrosionsvorgänge an Eisenwerkstoffen aufgezehrt. Dabei entstehen bei guter Trinkwasserqualität (10 mg/lO2) zunächst 36 g Magnetitschlamm pro m³ Füllwasser.

Durch weiteren Zutritt von Sauerstoff, zum Beispiel über defekte Ent­lüfter, diffusionsoffene Fußbodenheizungsrohre oder häufiges Nachspeisen von Ergänzungswasser, kann sich die Schlammbildung im System weiter erhöhen. Mit salzarmem Heizungswasser, das sich in einem pH-Wert im alkalischen Bereich (Aluminium max. 8,5 bis 8,8) bewegt, lässt sich hier die Schlammbildung deutlich reduzieren. Zudem ist auch das mikrobiologische Wachstum in einem chemisch nahezu leeren Wasser regelrecht auf Diät gesetzt.

Die Grafik zeigt die pH-Bereiche aktiver und passiver Korrosion für Eisen, Kupfer und Aluminium.
Quelle: Perma-trade
pH-Bereiche aktiver und passiver Korrosion für Eisen, Kupfer und Aluminium. Edelstahl verhält sich über den gesamten Bereich korrosionsstabil. Die roten Linien begrenzen den nach dem Stand der Technik (VDI 2035-2) einzuhaltenden pH-Bereich für Heizungswasser.

Allein aus diesem Grund wäre es interessant, ein bereits sauerstoffgezehrtes Altwasser bei einem Kesseltausch in der Anlage belassen zu können, dieses dann in einem Arbeitsgang einfach von Salzen und Magnetit zu befreien und im pH-Wert entsprechend anzupassen.

Aufbereitung von Anlagenwässern

Zur Aufbereitung des Anlagenwassers nach einem Kesseltausch gibt es bislang mehrere Vorgehensweisen. Man kann das Wasser komplett ablassen, spülen und neu befüllen, was sich bei Anlagen mit größerem Schlammaufkommen anbietet. Auch eine Querspülung mit VE- oder Umkehrosmose-Wasser ist prinzipiell möglich, allerdings ist dies meist ein sehr langwieriges Unterfangen. Sofern der pH-Wert mit kor­rigiert werden muss, wird zudem viel Wasser benötigt.

Der Grund: Chemisch "leeres" Wasser kann überschüssige Säuren oder Basen nicht neutralisieren, sondern lediglich verdünnen. Beachtenswert ist hierbei, dass sich je pH-Stufe die Säurebeziehungsweise Basenkonzentration um den Faktor zehn verändert. Dies bedeutet: Bei einem pH-Wert von 10,0 im alten, enthärteten Heizungswasser ist die Basenkonzentration 100 mal größer als bei ­einem pH-Wert von 8,0.

Als äußerst smart erweist sich das Verfahren der sogenannten Inline-Auf­be­reitung, bei der das Heizungswasser vorzugsweise während des Heizbetriebes entsalzt und im pH-Wert korrigiert werden kann. Ein nennenswerter Zutritt von Sauerstoff erfolgt dabei nicht, es kommt zu keiner Betriebsunterbrechung und es muss wenig entlüftet werden, um nur ein paar Vorzüge zu nennen.

Mittwoch, 12.04.2017

Von Dietmar Ende
Leiter Forschung/Entwicklung perma-trade Wassertechnik GmbH
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