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Korrosionsformen, Anlagenstörungen

Autoren
OldBo
08.07.2012

Radtke 21.07.2009
Allgemein treten Flächenkorrosionen auf, die zunächst in Bezug auf die Anlagendichtigkeit als unkritisch bezeichnet werden können. In der Praxis kann jedoch auch ein ungleichmäßiger Flächenabtrag stattfinden.
Abb. 11.3. Durch Rostschlammablagerungen verstopftes Laufrad eine Umwälzpumpe.
 Abb. 11.3. Durch Rostschlammablagerungen verstopftes Laufrad eine Umwälzpumpe.
Allgemein treten Flächenkorrosionen auf, die zunächst in Bezug auf die Anlagendichtigkeit als unkritisch bezeichnet werden können. In der Praxis kann jedoch auch ein ungleichmäßiger Flächenabtrag stattfinden. So sind beispielsweise die für die Heizkörperherstellung verwendeten Stahlbleche gefettet. Bei der Verarbeitung zu Heizkörpern wird punkt- und rollnahtgeschweißt. An diesen Stellen brennt das Fett weg, so dass diese Zonen nicht mehr geschützt sind. Bei einer anschließenden Berührung mit Heizungswasser wird vorhandener Sauerstoff zunächst diese Flächen angreifen. Wenn Fettschichten durch Berührung mit sauerstoffhaltigem Wasser nicht schnell genug abgewaschen werden, kommt es an den nicht bedeckten metallischen Oberflächenbereichen zu ersten Korrosionsansätzen, die dann zu Anoden von Korrosionselementen werden. Die benachbarten passiven Flächen bilden die Kathoden.

Das charakteristische Erkennungsbild für diese Korrosionsart ist das Auftreten von örtlich begrenzten Korrosionsstellen in einer ansonsten nicht angegriffenen Oberfläche. In derartigen Fällen kann die korrodierte Oberfläche mitunter nur bis zu (einhundertstel) 1/100 der Gesamtoberfläche ausmachen. Punktkorrosion an Stahlflächen in Fußbodenheizungsanlagen mit Kunststoffrohren sind bislang nur vereinzelt bekannt geworden.

Es ist jedoch denkbar, dass unter bestimmten Voraussetzungen, wie Zusammensetzung des Heizwassers, Fremdstoffe und dgl. mehr, Punktkorrosionen begünstigt werden. Dem Verfasser ist nicht bekannt, inwieweit Stahlheizkörper und Kessel durch Punktkorrosion undicht wurden. Bei der Beurteilung undicht gewordener Heizkreisverteiler aus Stahl ist zusätzlich die konstruktive Gestaltung und die qualitative Ausführung der Schweißung zu berücksichtigen. Es ist denkbar, dass an Stellen mit mangelhafter Schweißung nur hauchdünne Querschnitte vorhanden sind, die bei einer Dichtigkeitsprüfung nicht festgestellt werden können.

Eine Flächenkorrosion könnte derartig dünne Querschnitte innerhalb eines Zeitraumes von wenigen Jahren zerstören, wodurch der Heizkreisverteiler undicht wird. Die häufig getroffene Aussage, Heizkreisverteiler aus Gusseisen könnten nicht korrodieren, ist nicht ganz richtig. Auch an derartigen Heizkreisverteilern können die gleichen Flächenkorrosionen wie an Stahlteilen auftreten. Allerdings wird auf Grund der Gefügestruktur nur das Eisen herausgelöst, das Graphitgitter bleibt bestehen. Nach mehrjährigem Betrieb kann es mit einem Schraubenzieher abgeschabt werden. Korrosionserscheinungen durch Sauerstoff sind auch an Heizkreisverteilern aus Messing bekannt. Es kann jedoch auch hier bei entsprechenden Anlagebedingungen und falscher Werkstoffwahl zu den in der Branche bekannten Entzinkungserscheinungen kommen. Da dieses Problem weitläufig bekannt ist, sollten nur entzinkungsbeständige Werkstoffe Verwendung finden.

Bei nitrathaltigem Wasser kann sich Ammoniak bilden und in Verbindung mit Sauerstoff Spannungsrisskorrosion auslösen. Die Korrosionsprodukte sind erheblich schwerer als Wasser. Entstandene Schlämme können also nur bei ausreichend großer Strömungsgeschwindigkeit transportiert werden. Da Heizkreisverteiler allgemein ca. 50 bis 75 cm oberhalb des Fußbodens installiert sind, müssen die Schlämme stets auf diese Höhe angehoben werden, um überhaupt den Fußbodenheizkreis verlassen zu können. Bei Kreisen mit geringer Wärmebelastung und somit geringer Strömungsgeschwindigkeit ist häufig eine Ansammlung der Schlammprodukte unmittelbar am Übergang vom Fußboden zum Verteiler, also am Beginn des Bogens, anzutreffen. Einerseits führt die Verwendung von Heizrohren mit großem Durchmesser nicht so schnell zur Verstopfung, andererseits ist bei Heizrohren mit geringem Durchmesser die Wassergeschwindigkeit höher, so dass Korrosionsprodukte besser transportiert werden können.

Die Auswirkung des Heizrohrdurchmessers auf die Wärmeleistung von Fußbodenheizungssystemen ist für die gebräuchlichen Abmessungen von 14 x 2 bis 20 x 2 mm bedeutungslos. Inwieweit der durch Fußbodenheizungsrohre aus Kunststoff eingedrungene Sauerstoff stets für Korrosionsprobleme verantwortlich gemacht werden kann, bleibt sehr umstritten. Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsfällen, wo gleichartige Heizungsanlagen von ein und demselben Heizungsbauer in der gleichen Weise installiert wurden, die Häuser absolut identisch waren und dennoch an einer Anlage nichts passierte, während die andere Anlage frühzeitig Verschlammungserscheinungen zeigte.

Genaue Angaben über die Zusammenhänge könnten nur durch Reihenuntersuchungen betroffener Objekte gemacht werden. Dazu fehlen jedoch den Prüfämtern die entsprechenden finanziellen Mittel. Treten in einer Heizungsanlage über die Berechnung hinausgehende Rostschlämme auf, so ist dies stets auf zusätzlich eingeschleusten Sauerstoff zurückzuführen. Dafür sind viele Möglichkeiten bekannt. Zusätzlicher Sauerstoff kann über Anlagenbauteile wie Verschraubungen, Stopfbuchsen von Armaturen und Pumpen, insbesondere aber über automatische Entlüftungsarmaturen, zusätzlich in das Heizungswasser gelangen. Diese aufgenommene Sauerstoffmenge ist stark von den jeweiligen Betriebsbedingungen der Anlage selbst abhängig. Die Aufnahme ist besonders intensiv, wenn die gesamte Anlage, oder Teilbereiche davon, in den Unterdruckbereich gelangen können. Deshalb müssen Ausdehnungsgefäße ausreichend groß bemessen werden. Das Gefäß sollte nicht allein die Ausdehnung des Anlagenwassers bei Aufheizung berücksichtigen, sondern zusätzlich einen Vorrat für die Kompensierung von Wasserverlusten aufweisen. Der Vordruck am Ausdehnungsgefäß muss bei der Inbetriebnahme mindestens höher als der statische Druck der Anlage eingestellt werden.

Nach der Befüllung der Anlage bis zum Ansprechen des Sicherheitsventils, soll eine stufenweise Aufheizung auf maximale Betriebstemperatur erfolgen, um eine größtmögliche Entgasung des Anlagenwassers zu bewirken. Bei einer mittleren Betriebstemperatur der Anlage ist am Manometer der erforderliche Betriebsdruck zu markieren und die Einhaltung des Druckes in regelmäßigen Zeitabschnitten zu überwachen. Man kann davon ausgehen, dass selbst bei einer dichten Anlage Leckagen in geringem Umfang vorhanden sind, an denen das Heizungswasser unbemerkt verdunstet. Aus diesem Grund muss der Druck regelmäßig überprüft und bei Bedarf Wasser nachgefüllt werden.

Um in allen Betriebsphasen einen Mindestwasservorrat im Ausdehnungsgefäß zu gewährleisten, ist es wie bei jeder Heizungsart empfehlenswert, das Nutzvolumen des Ausdehnungsgefäßes um ca. 20% gegenüber der Berechnung zu vergrößern. Auch der im Ausdehnungsgefäß durch das Stickstoffpolster gegebene Vordruck, kann sich im Laufe der Zeit als Folge von Diffussion bei der Gummi-Membran verändern. Auch dieser Druck ist im Rahmen der üblichen Wartungsarbeiten zu überprüfen. Eine Überprüfung ist besonders dann angeraten, wenn bei Aufund Abheizvorgängen gravierende Veränderungen der Druckanzeige festgestellt werden. Bei Verwendung von Wärmeerzeugern mit eingebautem Membranausdehnungsgefäß ist nachzuprüfen, ob das Nutzvolumen des Ausdehnungsgefäßes und der eingestellte Vordruck ausreichend sind. Gegebenenfalls ist ein zusätzliches oder größeres Ausdehnungsgefäß zu installieren. Besonders groß ist die Gefahr einer zusätzlichen Sauerstoffeinschleusung bei dichtschließenden Mischern und Regelarmaturen. Kommt es als Folge einer Temperaturabsenkung in den Fußbodenheizkreisen, z. B. durch übermäßige Nachtabsenkung, zum vollständigen Schließen der Regelarmatur, so wird sich das sekundärseitige Heizwasser bei der Abkühlung zusammenziehen und wenn keine Verbindungsleitung zum Ausdehnungsgefäß besteht, Unterdruck bilden. Sind auf den Heizkreisverteilern automatische Schnellentlüfter installiert, so wird durch diese eine erhebliche Menge Luft angesogen, wodurch zusätzlicher Sauerstoff in das Heizungswasser gelangt. Es gibt auch konstruktive Möglichkeiten, den in der Anlage auftretenden Schlamm zu separieren.

Gegenüber den früheren Schwerkraftanlagen mit geringer Strömungsgeschwindigkeit verfügen heutige Anlagen nur noch über enge Querschnitte der Rohrleitungen und damit verbundene hohe Strömungsgeschwindigkeiten. Ein Absetzen der Korrosionsprodukte ist jedoch nur da möglich, wo entsprechend niedrige Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Insofern lagern sich die Schlammprodukte besonders in den Heizkreisen ab, in denen die Strömungsgeschwindigkeit auf Grund einer geringen erforderlichen Wärmeleistung durch Voreinstellung der Ventile stark gedrosselt werden muss. Die Ablagerungsgefahr in Heizkreisleitungen ist bei den Anlagen am größten, bei denen die Kessel mit höherer Betriebstemperatur arbeiten.

Diese Anlagen sind zur Erzielung einer besseren Regelfähigkeit im Sekundärkreis mit einem Bypass ausgerüstet, über den ein großer Anteil der Rücklaufwassermenge der Heizkreise unmittelbar in den Vorlauf zurückgeführt wird. Dadurch kann nur eine sehr geringe Wassermenge über den Kessel fließen und somit bleibt der überwiegende Teil der Korrosionsprodukte im Sekundärkreislauf. Die Situation lässt sich durch Zuschaltung einer Entschlammungseinrichtung wesentlich verbessern. Vom Rücklauf der Heizkreise kommend, wird das Heizwasser über einen Abscheidetopf geführt, in dem die Wassergeschwindigkeit nahezu auf Null herabgesetzt wird. Der am Boden abgelagerte Schlamm kann von Zeit zu Zeit über besondere Anschlüsse abgelassen werden. Allerdings ist dies stets mit einer, wenn auch geringen, Wassernachspeisung verbunden, die nicht unbedingt erwünscht ist.

Da die Schlammprodukte allgemein ferromagnetisch sind, müsste auch eine Abscheidung durch Bindung an Elektro- oder Permanentmagnete möglich sein. Entsprechende praktische Beispiele waren die von Herstellern angebotenen Megnetitfallen zur Vorschaltung vor Wärmemengenzähler. Sehr oft sind jedoch die Bindekapazitäten der Megnetitfallen nicht ausreichend, um den gesamten in der Anlage entstehenden Schlamm zu binden, so dass es dennoch zu Funktionsstörungen kommen kann. Bisweilen kann man auch an Umwälzpumpen Ablagerungen von Eisenoxiden(Fe3O4,Fe2O3) vorfinden. Diese Korrosionsprodukte aus der Anlage lagern sich auf der gesamten Oberfläche des Pumpenlaufrades ab und können unter Umständen sogar nach längerer Betriebszeit zu einer völligen Verstopfung des Pumpenlaufrades führen (Abb. 11.3.)
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Die Pumpenbauteile, häufig aus Edelstahl, wurden dabei selbst nicht angegriffen. Besonders betroffen von dieser Erscheinung waren stets die Umwälzpumpen, die der Regelung des Systems entsprechend, mit Unterbrechung betrieben wurden. Auch scheint sich der Verdacht zu erhärten, dass die Ablagerungsprobleme in Laufrädern auch fabrikatsbedingt sind. Ob bauartbedingte magnetische Felder der Antriebsmotoren die Anziehung des Magnetitschlammes und somit die Ablagerung begünstigen, kann nicht mit absoluter Sicherheit festgestellt werden, die Vermutung liegt jedoch nahe.
Quellen
Das ABC der Flächenheizung und Flächenkühlung Winnenden: Heizungs-Journal Verlags-GmbH, ISBN 3-924788-16-2
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