Warum ist eine jährliche Kontrolle Ihrer Betriebsflüssigkeit so wichtig?

Betriebsflüssigkeiten verändern sich durch thermische, chemische und materialbedingte Einflüsse kontinuierlich, weshalb eine jährliche Kontrolle entscheidend ist, um Effizienzverluste, Korrosion und kostspielige Anlagenschäden frühzeitig zu vermeiden.

Kontrolle der Betriebsflüssigkeiten

Medien wie Heizungswasser oder frostschutzbasierende Wärmeträger (z. B. Glykole) übernehmen essenzielle Funktionen in technischen Anlagen, unterliegen jedoch während des Betriebs fortlaufenden chemischen und physikalischen Veränderungen.

Temperaturbelastung, Eisengehalt, Additivabbau sowie mögliche mikrobiologische Prozesse beeinflussen dauerhaft ihre chemische Stabilität und ihre Beständigkeit gegenüber diesen Einflussfaktoren. Eine jährliche Analyse ist daher entscheidend, um die Auswirkungen dieser Prozesse gezielt zu überprüfen, kritische Entwicklungen frühzeitig zu erkennen und potenzielle Schäden zu vermeiden.

Einflussfaktoren

Die chemische und physikalische Stabilität einer Betriebsflüssigkeit wird von verschiedenen Einflussfaktoren bestimmt, die im laufenden Anlagenbetrieb kontinuierlich wirken. Diese Einflüsse greifen ineinander und verändern schleichend Parameter wie pH-Wert, Leitfähigkeit oder die Inhibitor Reserve zur Korrosionsvermeidung.

Um den tatsächlichen Systemzustand korrekt beurteilen zu können, ist es daher entscheidend, die folgenden Faktoren gezielt zu betrachten und regelmässig zu überwachen.

Korrosion

Korrosion kann aus verschiedensten Faktoren entstehen und einen erheblichen Einfluss auf das System sowie auf die Effizienz im Betrieb haben. Dabei werden Metallionen aus der Oberfläche gelöst, was zu Materialabtrag, Schlamm- oder Ausfallbildung und langfristig zu Funktionsstörungen oder strukturellen Schäden im System führt.

Rost- und Magnetit-Bildung

Da von einem geschlossenen System ausgegangen wird, kann ein kontinuierlicher Sauerstoffeintrag grundsätzlich ausgeschlossen werden. Wird jedoch eine Probe der Betriebsflüssigkeit entnommen und entsteht nach dem Kontakt mit Sauerstoff ein Rost- (Fe₂O₃) oder Magnetit-Ausfall (Fe₃O₄), kann daraus geschlossen werden, dass Eisen im System vorhanden ist. Dieser Prozess entsteht durch eine Redoxreaktion mit dem Sauerstoff aus der Luft.

Dementsprechend analysieren wir im Labor sowohl den gelösten Eisengehalt (Eisen, das in der Betriebsflüssigkeit noch gelöst und nicht ausgefallen ist) als auch den totalen Eisengehalt (Eisen, das sowohl ausgefallen als auch noch gelöst vorliegt).

Magnetit-Ausfall entsteht häufig nach Neubefüllungen, da hierbei oftmals noch geringe Mengen Sauerstoff im System verbleiben. Bei einer Kontrolle mittels Trendanalyse (z. B. eine Probe direkt nach Neubefüllung und eine weitere nach einem halben Jahr) stellt dies jedoch nicht immer ein Problem dar.

Aufgrund des möglichen Sauerstoffkontakts bei der Probenentnahme ist die korrekte Entnahme entscheidend. Die Probenflasche sollte vollständig gefüllt werden, um Sauerstoff aus der Luft zu vermeiden und dadurch weitere Eisenausfällungen zu verhindern.
(siehe mehr im Kapitel: Wie entnehme ich eine Probe korrekt?)

Ein erhöhter Eisengehalt im Heizungs- oder Wärmeträgerkreislauf ist nicht nur ein Indikator für aktive Korrosion, sondern führt bei Überschreitung der Löslichkeitsgrenzen zu Ausfällungen und Schlammbildung. Dadurch entstehen Ablagerungen in Wärmetauschern, was die Wärmeübertragung verschlechtert, sowie Verengungen von Rohrquerschnitten, die zu einer Erhöhung des Differenzdrucks führen. Infolge dieser Prozesse steigt die mechanische Belastung der Pumpen, es kommt zu längeren Aufheizzeiten und insgesamt zu einer Reduzierung der Effizienz des Systems.

Besteht bereits Korrosion (Ausfall von Eisen), kann sich dieser Prozess durch Oxidationsreaktionen und pH-Verschiebungen selbst verstärken. Mit der Zeit steigen dadurch die Eisenwerte weiter an, was die Auswirkungen und Schäden zusätzlich verschlimmern kann.

Warum ist ein tiefer pH-Wert und eine hohe Leitfähigkeit so eine Gefahr für Korrosionen?

Ein tiefer pH-Wert und eine hohe Leitfähigkeit stellen ideale Bedingungen für Korrosionsprozesse dar. Bei einem niedrigen pH-Wert ist Eisen gemäss dem Pourbaix-Diagramm stabiler in der ionischen Form (Fe²⁺ und Fe³⁺) vorhanden. Dies begünstigt die Auflösung des Metalls und führt letztlich zur Bildung von Rost (Fe₂O₃) und Magnetit (Fe₃O₄).

Eine hohe Leitfähigkeit erleichtert zudem den Stromfluss zwischen anodischen und kathodischen Bereichen und verstärkt dadurch galvanische Korrosionsprozesse.

Für die Rohrleitungen bedeutet dies eine schleichende Wanddickenreduktion, die zu mechanischer Schwächung und verringerter Druckbeständigkeit führen kann. Ebenso kann es zu punktueller Materialdurchdringung (Lochfrass) mit plötzlichem Leck trotz optisch intakter Oberfläche oder bereits zuvor zu ungleichmässigem Materialabtrag kommen.

Durch eine Analyse nach geeigneten Richtlinien und mit entsprechendem fachlichem Know-how können wir mittels Kontrolle des pH-Wertes, der Leitfähigkeit sowie der genauen Eisen- und Metallkonzentrationen überprüfen, ob solche Prozesse stattfinden oder bereits stattgefunden haben. Mithilfe einer Trendanalyse lässt sich zudem der Verlauf des Systems überwachen, sodass kritische Entwicklungen frühzeitig erkannt und Schäden vermieden werden können.

Abbildung 2: Visuell dargestelltes Diagramm des Rostvorgangs

Mikroorganismen (Mikrobiologisch induzierte Korrosion – MIC)

Insbesondere in Niedertemperaturbereichen, bei längeren Stillstands Zeiten oder in Systemen mit organischen Bestandteilen (z. B. Glykolen), aber auch in Heizungs- und Umlaufwasseranlagen, können sich Bakterien, Hefen oder Pilze ansiedeln und vermehren. Diese Mikroorganismen bilden sogenannte Biofilme – komplexe, schleimartige Strukturen, die sich an metallischen Oberflächen festsetzen.

Dadurch können sich kleinräumige Korrosionszellen ausbilden, die zu lokal begrenzter, aber intensiver Materialauflösung führen. Sulfatreduzierende Bakterien (SRB), die unter anaeroben Bedingungen Schwefelverbindungen reduzieren und dabei Sulfide bilden, reagieren mit Metalloberflächen und können Lochfrasskorrosion begünstigen. Dieser Prozess wird als mikrobiologisch induzierte Korrosion (MIC) bezeichnet und ist in der Industrie, insbesondere in Kühlkreisläufen und Prozessanlagen, häufig zu beobachten.

Neben der direkten Korrosionswirkung verschlechtern Biofilme auch die Wärmeübertragung, da sie isolierend wirken. Zudem können sie den Strömungsquerschnitt verringern, Druckverluste erhöhen und die Effizienz von Pumpen beeinträchtigen. In Glykol-Systemen kann der mikrobielle Abbau organischer Bestandteile zusätzlich zur Bildung organischer Säuren führen, was wiederum den pH-Wert senkt und Korrosionsprozesse verstärkt.

Auch in solchen Fällen können durch eine frühzeitige Analyse Spuren dieser Stoffwechselgruppen mittels biologischer Tests nachgewiesen werden.

Abbildung 4: Biofilm unter dem Mikroskop

Thermische Belastung

Auch die thermische Belastung stellt sowohl für Glykol- als auch für reine Heizungswassersysteme einen wesentlichen Einflussfaktor dar. Insbesondere die chemische Stabilität der Betriebsflüssigkeit wird durch erhöhte Temperaturen beeinflusst. Diese beschleunigen Oxidations- und Korrosionsprozesse (siehe Kapitel Korrosion), fördern bei Glykolen die Bildung organischer Säuren – was den pH-Wert senkt, und die Leitfähigkeit erhöht – und führen zum Abbau von Inhibitoren. Dadurch entstehen wiederum begünstigte Korrosionsbedingungen.

Inhibitoren Verbrauch

Korrosionsinhibitoren sind zentrale Schutzkomponenten in Glykol- und teilweise auch in Heizungswassersystemen. Sie bilden durch Adsorption oder chemische Reaktion eine passivierende Schutzschicht auf metallischen Oberflächen und unterbinden so die elektrochemische Metallauflösung. Dieser Schutzmechanismus ist jedoch nicht dauerhaft stabil. Im laufenden Betrieb werden Inhibitoren kontinuierlich durch oxidative Prozesse und thermische Belastung verbraucht.

Sinkt die Inhibitor Konzentration unter einen kritischen Schwellenwert, verlieren metallische Oberflächen ihre Schutzwirkung, sodass Korrosionsprozesse trotz scheinbar stabiler Basisparameter wie pH-Wert oder Leitfähigkeit einsetzen können. Da dieser Verlust schleichend erfolgt und optisch meist nicht erkennbar ist, stellt die quantitative Bestimmung der Inhibitor Reserve einen entscheidenden Bestandteil der Zustandsdiagnostik dar.

Insbesondere bei Wärmeträgerflüssigkeitssystemen ist ein Inhibitor essenziell, weshalb die Kontrolle der Inhibitor Reserve durch Laboranalysen notwendig ist, um die Schutzschicht und Schutzwirkung dauerhaft aufrechtzuerhalten und zu überprüfen.

Bei Heizungswassersystemen ist ein Inhibitor ebenfalls sinnvoll, jedoch nicht zwingend erforderlich, sofern eine ausreichende Überwachung und Pflege erfolgt. Wird ein Inhibitor eingesetzt, ist die Beachtung der Reserve entscheidend, da bei vollständigem Verbrauch kein wirksamer Korrosionsschutz mehr gegeben ist.

Auch bei zusätzlicher Nachfüllung mit Nachspeisewasser ist darauf zu achten, dass dieses ebenfalls inhibiert ist. Andernfalls kommt es zu einer Verdünnung des vorhandenen Inhibitors, was die Schutzwirkung reduziert. Grundsätzlich wird empfohlen, vollständig deionisiertes Wasser zu verwenden, um die Ionenkonzentration gering zu halten und somit Leitfähigkeit und Wasserhärte nicht zu erhöhen.

Abbildung 5: Vergleich zwischen hoher Inhibitor-Konzentration (grün), wenige Inhibitor-Konzentration (gelb) und keine Inhibitor-Konzentration (rot)

Nachspeisewasser

Nachspeisewasser zählt zu den häufigsten Ursachen für chemische Instabilität in Heizungs- und Kühlsystemen. Mit jeder Nachfüllung von nicht vollständig deionisiertem Wasser gelangen neue Ionen, Härtebildner und gelöster Sauerstoff in das System und verändern das zuvor eingestellte chemische Gleichgewicht.

Calcium- und Magnesiumionen können bei Temperaturerhöhung als Calciumcarbonat ausfallen und Ablagerungen auf Wärmetauschern bilden, was die Wärmeübertragung verschlechtert und den Energieverbrauch erhöht.

Ca²⁺+2HCO₃⁻→CaCO₃↓+CO₂+H₂O

Bereits wenige Millimeter Kalkschicht können den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung und damit die Effizienz signifikant reduzieren. Daher ist die Verwendung von deionisiertem Wasser besonders wichtig, um die Ionenkonzentration im System nicht zu erhöhen. Wird kein deionisiertes Wasser verwendet, sollten die Ionenkonzentrationen frühzeitig durch Analysen überprüft werden, um mögliche Schäden rechtzeitig zu erkennen und zu vermeiden.

Abbildung 6: Visuelle Darstellungen von Ablagerungen in Systemen

Gleichzeitig erhöhen Chlorid- und Sulfationen die Korrosionsneigung, insbesondere gegenüber Edelstahl und Aluminium, und können Lochfrasskorrosion begünstigen. Diese Form der Korrosion schreitet lokal stark fort und verursacht strukturelle Schwächungen, ohne dass grossflächige Rostbildung sichtbar sein muss.

Dementsprechend ist auch die Analyse und Überwachung der Chlorid- und Sulfationenkonzentrationen von grosser Bedeutung. Besonders bei einer Nachspeisung mit nicht vollständig deionisiertem Wasser steigt die Ionenkonzentration im System, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des Mediums zunimmt.

Die chemische Stabilität einer Betriebsflüssigkeit wird von zahlreichen Einflussfaktoren bestimmt, die im laufenden Betrieb kontinuierlich und oftmals unbemerkt wirken.

Eine jährliche Kontrolle schafft Transparenz über den tatsächlichen Systemzustand und ermöglicht es, Risiken wie Korrosion, Ablagerungen, Inhibitor Abbau oder mikrobiellen Befall frühzeitig zu erkennen.

Gerne übernehmen wir diese umfassende Analyse für Sie und sorgen dafür, dass Ihre Anlage langfristig sicher, effizient und technisch stabil betrieben werden kann.