Was ist Heizwasser? (3) – Warum Heizwasser Rost verursacht (Korrosion)

Rost im Rohr? Korrosion ist für viele Materialien, die in einer Heizungsanlage verbaut sind, durch die Heizwasser strömt, ein Problem. Sie stört den Betrieb und kann der Heizungsanlage nachhaltig schaden. Die Qualität des Heizwassers entscheidet mit darüber, ob das Korrosionsproblem ein kleines oder ein großes ist. Wie Korrosion überhaupt entsteht, das schauen wir uns im vorliegenden Teil unserer Reihe zu Heizwasser genauer an.

Was ist Korrosion?

Als Korrosion bezeichnet man den reaktiven Prozess eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, infolgedessen sich der Werkstoff signifikant (messbar) verändert, so dass seine ursprüngliche Funktionalität als Bauteil davon beeinträchtigt wird. Metalle gehen während der Korrosion von der Oberfläche her

• entweder Verbindungen mit Gasen wie Luft oder Verbrennungsgasen ein, was auch als trockene Korrosion bezeichnet wird,
• oder es wandern bei Anwesenheit eines Elektrolyten aufgrund elektrischer Potentiale Metall-Ionen in den Elektrolyten ab, was man nasse Korrosion nennt und wobei ein Materialverlust verursacht wird.

Letztere, also die nasse Korrosion, ist die, die vorwiegend in geschlossenen Heizungssystemen anzutreffen ist.

Wie definiert die Technik den Begriff Korrosion?

Die europäische Norm DIN EN ISO 8044 (die frühere DIN 50900) definiert Korrosion so: „Korrosion ist die Reaktion eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines mechanischen Bauteiles oder eines ganzen Systems führen kann. In den meisten Fällen ist diese Reaktion elektrochemischer Natur, in einigen Fällen kann sie jedoch auch chemischer oder metallphysikalischer Natur sein.“

Was ist die Korrosionsrate?

Die Anfälligkeit eines Werkstoffs, unter bestimmten Bedingungen zu korrodieren, lässt sich mit Hilfe der sogenannten Korrosionsrate, auch als Abtragsrate bezeichnet, beschreiben. Diese gibt die Geschwindigkeit einer infolge der Korrosion passierenden Materialveränderung beziehungsweise des damit einhergehenden Materialabtrags an. Die Korrosionsrate wird in Millimeter pro Jahr (mm/a) erfasst.

Wovon hängt die Korrosionsrate ab?

Wie schnell ein Werkstoff korrodiert, das hängt unter anderem

• von den Konzentrationen der beteiligten Stoffe, darunter Sauerstoff, Wasser und Chlor,
• dem pH-Wert
• sowie der Temperatur ab.

Sogenannter rostfreier Stahl beispielsweise hat eine Korrosionsrate von unter 0,001 mm/a. Die Korrosionsrate niedrig legierten Stahls liegt im Bereich von mehreren Zehntel Millimetern pro Jahr.

Was ist Rost?

Als Rost bezeichnet man eine chemische Verbindung aus Eisen und Sauerstoff. Die Bildung von Rost kann von Sauerstoff, Luftfeuchtigkeit, Abgasen (hier insbesondere Schwefel), Säuren und Lagen verursacht werden. Heizungsrohre aus Stahl beispielsweise kommen mit Luft schon bei der Lagerung nach der Produktion in Kontakt und ebenso bei der Montage.

Welche Arten von Korrosion können an der Heizungsanlage auftreten?

Die Schweizer Branchenkommission Heizen unterscheidet in einem Merkblatt neun Korrosionsarten:

• Sauerstoffkorrosion: Die Ursache der Sauerstoffkorrosion, die sich als sogenannter Lochfraß zeigt, könne demnach ein Sauerstoffüberschuss im Heizungswasser Sie komme insbesondere an Stellen ohne Zirkulation oder bei großen Temperaturspreizungen vor. Auffällig dabei könne sein, dass Wasserstoff an den Entlüftungsstellen, darunter Heizkörper, auftrete. Zur Abhilfe empfiehlt die Kommission sauerstoffdiffusionsdichte Rohre wie Verbundrohre sowie Expansions- und Druckhalteautomaten zu verwenden und den Vordruck richtig einstellen.
• Korrosion infolge sogenannter Streuströme: Als Ursache dieser Korrosionsart werden Gleichstromquellen genannt, wie sie insbesondere bei erdverlegten Leitungen und Tanks vorkommen. Dazu müsse man wissen, dass 1 Milliampere (mA) innerhalb eines Jahres 10 Gramm Eisen zerstöre. Abhilfe brächten demnach Schutzleiter und ein sogenannter Potenzialausgleich.
• Stillstandkorrosion: Diese Korrosionsart trete bei Stillstand der Anlage auf, wie er vor Inbetriebnahme derselben vorkomme – und das vor allem dann, wenn nicht entgastes oder ungenügend alkalisches Heizwasser verwendet werde. Als Maßnahmen zur Abhilfe nennen die Schweizer: Kontrolle und Konservierung.
• Spaltkorrosion: Die Ursache der sogenannten Spaltkorrosion sei demnach das schlechte Hanfen. Auch unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen trügen dazu bei. Um abzuhelfen, solle man Schweißen oder Pressen statt „gehanfte“ Schraubverbindungen einzugehen.
• Spannungsrisse entstünden infolge mechanischer Beanspruchung wie Zugspannungen. Sie träten demnach unter Einfluss von Chlor auch bei nicht rostenden Stählen auf. Als Gegenmaßnahme seien Rohrleitungen, Kompensatoren und Apparate richtig zu montieren.
• Erosionskorrosion trete bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Heizwassers und/oder hohen Betriebstemperaturen auf und trage das Material mechanisch. Dagegen helfe ein genügend hoher Vordruck im Heizsystem, wobei auf die Lieferantenhinweise zu achten sei.
• Korrosion durch Kavitation: Hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Heizwassers verursachen hier Korrosionsschäden an Umwälzpumpen, indem sie Veränderungen der Oberfläche (sogenannte Zerklüftung) bewirken. Dagegen helfe ein genügend hoher Vordruck im Heizsystem, wobei man die Lieferantenhinweise beachten solle. Empfohlen wird zudem, darauf zu achten, dass der Betriebsdruck auf der Saugseite der Umwälzpumpe nicht zu gering sei.
• Korrosion aufgrund von Ablagerungen entstünde bei zu niedriger Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere in nicht zirkulierenden Leitungen. Dem könne abgeholfen werden, indem man die Zirkulation ermögliche, Rohrleitungen kurzschließe und gegebenenfalls für Entlüftungsmöglichkeiten sorge.
• Korrosion wegen Halogenen (Chlor- und Fluorverbindungen) entstünde bei entsprechend belasteter Verbrennungsluft, in der beispielsweise Lösungsmittel wären, die zur chemischen Reinigung genutzt wurden. Entstehende Säuren wirkten dann korrosiv. Diesen Effekt vermeide man, indem man keine Wasch- und Reinigungsmittel im Heizungsraum einsetze oder indem man für externe Luftansaugung sorge.

Was fördert die heizungswasserseitige Korrosion?

Die wasserseitige Korrosion der Heizung wird von den nachfolgend aufgelisteten Faktoren beschleunigt:

• zu tiefer oder hoher pH-Wert des Heizungswassers
• zu hohe Wasserstoffgehalt
• sauerstoffreiches Wasser
• säurehaltiges Wasser
• mineralienreiches Wasser
• große Temperatursprünge im Heizungsbetrieb
• offene zirkulierende Expansionsgefäße
• Salzsäure (aus in der Verbrennungsluft enthaltenen Halogenen)
• Schwefelsäure (aus dem im Heizöl enthaltenen Schwefel)
• Salpetersäure (aus den bei der Verbrennung entstehenden Stickoxiden)
• nicht diffusionsdichte Kunststoffrohre
• häufiges Nachfüllen
• falsche Frostschutzmittel bzw. falsche Frostschutzmittelkonzentration
• zu klein ausgelegtes MAG (Membran-Ausdehnungs-Gefäß)
• undichte Membran
• zu geringer Vordruck im Expansionsgefäß bzw. am Saugstutzen der Umwälzpumpe
• nicht richtig angeschlossene Expansionsgefäße

Wie verhindert man eine Außenkorrosion an den Rohrleitungen der Heizungsanlage?

Einer Außenkorrosion an Rohrleitungen in Gebäuden lässt sich entgegenwirken, indem man verhindert, dass die Rohroberfläche in Kontakt mit Wasser kommt. Dabei helfen Rohrdämmungen und/oder Rohrhülsen. Dazu muss man wissen, dass Kupfer, Blei, Aluminium und Zink an der Luft eine so dichte Oxidschicht bilden, dass keine weitere Korrosion stattfindet. Aus diesem  Grund kommen diese Metalle überall dort zum Einsatz, wo das Material mit der Luft beziehungsweise Atmosphäre in Verbindung gelangt.

Ausgehend vom Alter der Heizungsanlagen im Bestand hierzulande, die Rede ist von durchschnittlich 17plus Jahren, lässt sich als Werkstoff häufig noch sogenannter Schwarzstahl finden. Daneben sind Materialien wie Kupfer, Stahl, C-Stahl, Edelstahl, Rotguss, Kunststoff sowie verschiedene Materialmixe und Legierungen verbaut.

Zu den anderen Aritkeln dieser Reihe zu Heizwasser:

Was ist Heizwasser? (1) – Warum Wasser Wärme weiterleitet

Was ist Heizwasser? (2) – Wann Heizwasser Probleme macht

 

Foto: birdys/photocase