INSTALLATIE EN GEREEDSCHAP
Install Magazine 948 – maart 2018
Het fenomeen corrosie in verwarmingscircuits begrijpelijk voorgesteld
pH-grenzen van actieve en passieve corrosie voor ijzer, koper en aluminium. De loodrechte lijnen staan voor de algemeen aanvaarde (VDI 2035-2) grenswaarden voor verwarmingswater.
Het corrosieproces in een verwarmingscircuit voorgesteld als een elektrische schakeling.
Het Permaline systeem voor de behandeling van verwarmingswater werkt zonder dat de installatie hoeft stilgelegd te worden. Het maakt gebruik van een gesloten ontziltingspatroon PC 21000IL. Het proces kan toegepast worden tot 65°C en 4 bar.
Elke vakman weet ondertussen dat de waterkwaliteit steeds belangrijker wordt voor een goede werking op lange termijn van moderne verwarmingsinstallaties. Toch blijft er nog enige onduidelijkheid op welke manier – verzachten, ontzouten, inhiberen – de gewenste waterkwaliteit duurzaam bereikt kan worden. Het volgende artikel toont aan de hand van een elektrisch schakelschema hoe pH-waarde, elektrische geleidbaarheid en zuurstofgehalte in het vulwater de elektrochemische corrosie beïnvloeden.
Het corrosieproces voorgesteld als stroomkring
Zuurstof in verwarmingswater wordt algemeen gezien als corrosie-oorzaak nummer één. De corrosiesnelheid van de meeste metalen in contact met het verwarmingscircuit hangt inderdaad af van het gehalte aan opgeloste zuurstof. Dat wil zeggen: als zuurstoftoevoer effectief kan worden vermeden, vindt er over het algemeen geen corrosie plaats. Dat geldt echter niet bij lage pH-waarden (minder dan 6) of bij aluminium bij pH-waarden boven 8,5. Voor zuur- of basecorrosie is er geen zuurstof nodig om de ‘corrosiestroomkring’ te sluiten.
Eenvoudig gesteld, kan men de fasen in een corrosieproces voorstellen als een stroomkring, wat misschien nog bekend is uit de schooltijd. Zoals het schakelschema toont, bestaat dit uit een stroombron, gloeilamp, schakelaar en eventueel een weerstand. De corrosiereactie komt daarbij overeen met de stroombron (1). De kracht van het licht van de gloeilamp (2) toont de corrosiesnelheid. Of de schakeling gesloten is of niet, wordt bepaald door de aanwezigheid van zuurstof of zuren in het verwarmingswater, op het schema voorgesteld door de schakelaar (3). De kracht van de gloeilamp wordt nog beïnvloed door eventuele weerstanden (4 en 5). De ene weerstand komt daarbij overeen met de geleidbaarheid van het verwarmingswater, de andere met de vorming van een beschermlaag op het metaal.
Factoren bij corrosie
Om de invloed van pH-waarde en geleidbaarheid op een mogelijke corrosiereactie duidelijk aan te geven, moeten we de verschillende componenten in de stroomkring van nabij bekijken.
1) De spanning van de stroombron, en daardoor ook de mogelijke lichtsterkte van de lamp, hangt direct af van de chemische reacties aan de positieve en de negatieve pool. Elke reactie veroorzaakt een zeker potentiaal, en het potentiaalverschil tussen beide polen bepaalt de spanning van de stroombron.
Waar het metaal oplost, bijvoorbeeld Fe → Fe2+ + 2e-, bevindt zich de negatieve pool. Aan de andere elektrode, de positieve pool, vindt de reductie plaats van de zuurstof die in het water is opgelost. Dat wil zeggen, de zuurstof wordt verbruikt volgens de chemische formule O2 + 2 H2O + 4e- → 4 OH- , of zuren worden tot waterstof (H+) ontbonden. Het belangrijkste aspect daarbij is dat de reactie aan de positieve pool afhankelijk is van de pH-waarde. Naarmate de pH-waarde daalt, wordt er meer ‘spanning’ geproduceerd (59 mV/pH). Om deze reden versnellen lage pH-waarden de corrosie.
2) De helderheid van de gloeilamp geeft de corrosiesnelheid aan. Daarvoor moet de schakelaar gesloten zijn. Als dat het geval is, wordt de helderheid bepaald door hoeveel stroom er vloeit.
3) In het verwarmingscircuit komt een gesloten schakelaar overeen met ofwel de aanwezigheid van zuurstof of met een pH-waarde van minder dan 6. Bij een corrosietechnisch gesloten installatie en een pH van het verwarmingswater van 8,2 zou de schakelaar in dit schema geopend zijn. Dan zou er geen corrosie mogen plaatsvinden.
4) Hoeveel stroom er kan vloeien, hangt niet alleen af van de spanning in de stroombron. Ook de eventuele weerstand in het circuit speelt een rol. De elektrische geleidbaarheid van het verwarmingswater heeft hier een sterke invloed. Een lage geleidbaarheid betekent een hoge weerstand. Een zoutarme werking zal dus corrosiesnelheid enorm afremmen.
5) Vormt er zich een beschermlaag op de metalen in het verwarmingscircuit, dan betekent dat een extra weerstand. De eventuele vorming van een beschermlaag hangt hoofdzakelijk af van de pH-waarde. Daarom wordt over het algemeen een pH van 8,2 tot 10 aanbevolen. Aluminium is echter al van in het begin voorzien van een beschermlaag. Alkalische pH-waarden van meer dan 8,5 lossen die beschermlaag gemakkelijk op, zoals getoond in afbeelding 2.
De waterkwaliteit
De toevoeging van een corrosie-inhibitor betekent fundamenteel dat een beschermlaag wordt aangebracht, wat dus de weerstand vergroot. Toch moet men voorzichtig zijn met deze chemische methode, niet alleen omwille van de vereiste opvolging. Het is alleen aan te raden als zuurstoftoevoer technisch niet vermeden kan worden.
Het is duidelijk dat, naargelang de weerstand van het verwarmingswater stijgt, het relatieve belang van de beschermlaag daalt. Bij verwarmingswater met een laag zoutgehalte kan men eerder schommelingen qua pH-waarde tolereren, en kunnen inhibitoren achterwege blijven.
In de praktijk wordt een zo laag mogelijke corrosiesnelheid van de metalen delen bereikt indien het verwarmingsmedium de juiste pH-waarde bevat en de geleidbaarheid tegelijk zo beperkt mogelijk is (50 - 10 μS/cm). Men moet altijd streven naar een corrosietechnisch gesloten installatie, waar geen noemenswaardige hoeveelheid zuurstof in kan binnendringen. Daarvoor heeft men in de eerste plaats een goed werkend systeem voor drukbehoud nodig.
Om de waarden van het verwarmingswater in de juiste grenzen te houden, kan men de installatie met aangepast water vullen. In bestaande installaties is dat echter meestal erg omslachtig. Het is dan eenvoudiger en veiliger om gebruik te maken van een inline ontzouting zonder dat de installatie moet worden stilgelegd. Bij deze methode kan het circulerende water grotendeels automatisch ontzilt en gefilterd worden met regeling van de pH-waarde. Dat spaart niet alleen bij grote installaties tijd en moeite. Het is ook zeer duurzaam omdat de VE-harsen op ecologisch verantwoorde manier geregenereerd kunnen worden. In dit verband moet men opmerken dat veel verwarmingswater eigenlijk als gevaarlijk afval zou moeten worden beschouwd.
Door Dietmar Ende (perma-trade Wassertechnik)
Foto’s: Perma Trade
