Danfoss District Heating
BC396576844420dk-000101 © Danfoss 01/2022
Side 1 af 9
Retningslinjer for vandkvalitet for kobberloddede varmevekslere
0 Sammenfatning
Danfoss District Heating har udarbejdet denne vejledning for vandkvaliteten af brugsvand
og fjernvarmevand, der anvendes i varmevekslere af rustfast stål (1.4404, X2CrNiMo17-12-2
iht. i henhold til EN 10088-2:2005 ~ AISI 316L) loddet med rent kobber.
Det vand, der løber i disse loddede varmevekslere (PHEX), varierer meget fra applikation
til applikation, og korrosion kan i nogle situationer blive et problem. Denne vejledning
er baseret på en omfattende litteraturundersøgelse og på vores mangeårige erfaring med
brug af kobberloddede rustfaste stål PHEX.
Det er vigtigt at understrege, at denne vandspecifikation ikke er en garanti mod korrosion, men
skal betragtes som et værktøj til at undgå de mest kritiske vandapplikationer. En sammenfatning
af parametrene og deres anbefalede grænser er anført i tabel 2 for vand på sekundærsiden
(brugsvand, drikkevand) og tabel 3 for vand på primærsiden (varmeforsyning, fjernvarmevand).
Disse grænser gælder kun for PHEX fremstillet af rustfast stål 1.4404 loddet med rent kobber.
1 Introduktion
Danfoss District Heating har udarbejdet denne vejledning for vandkvaliteten af brugsvand
og fjernvarmevand til brug i varmevekslere af rustfast stål (1.4404, X2CrNiMo17-12-2 iht.
i henhold til EN 10088-2:2005 ~ AISI 316L) loddet med rent kobber. Normalt løber brugsvand
(drikkevand) i sekundærsiden, og et varmemedie (f.eks. fjernvarmevand) løber i varmevekslerens
primærside.
Overflader, der er i kontakt med vand, kan støde på to problemer: kalkdannelse og korrosion.
Gasser og salte, der opløses i vandet, spiller den største rolle. Derudover har komponentdesignet
(f.eks. design, anvendte materialer, fremstillingsprocesser) og driftsforhold (f.eks. temperatur,
flowforhold, stagnationstidspunkter) indflydelse på risikoen for kalkdannelse og/eller korrosion.
Desuden skal man være opmærksom på, at reaktionshastigheden for kemiske reaktioner,
f.eks. korrosionshastigheden, øges ved stigende temperatur. Ifølge Van't Hoffs regel er stigningen
i rækkefølgen faktor 2 til 3 for hver 10 °C temperaturstigning.
Når man kender det kemiske vands sammensætning og driftsforholdene for et varmeanlæg,
kan risikoen for kalkdannelse og korrosion vurderes. På den baggrund kan der gives anbefalinger
for at undgå kalkdannelse og/eller korrosionsproblemer i komponenter. Dette er hensigten med
denne vandspecifikation.
Danfoss District Heating
BC396576844420dk-000101 © Danfoss 01/2022
Side 2 af 9
1.1 Kalkdannelse
Råvand, der anvendes til fremstilling af drikkevand (brugsvand), indeholder varierende store
mængder opløste gasser og salte afhængigt af de geologiske egenskaber i udvindingsområdet. Disse
forskelle forårsager også en anden sammensætning i det endeligt producerede drikkevand.
Til dannelsen af kalk er især karbonathårdhed (= indhold af hydrogenkarbonat) og samlet
hårdhed, dvs. summen af calcium- og magnesiumioner afgørende. Derudover kan andre ioner,
som f.eks. sulfat, have indflydelse.
Ud fra ovennævnte forbindelser kan der dannes kalk (kedelsten, calciumkarbonat, CaCO3)
under stigende temperaturer og/eller tab af kuldioxid, f.eks. ved afgasning). Yderligere
temperaturstigning kan medføre aflejring af forskellige salte, f.eks. gips (CaSO4).
Andre forbindelser, der kan forårsage blokering af komponenter, er jernholdige aflejringer
såsom ”rust”, dvs. jernoxider og -hydroxider eller magnetit. Disse kan ophobes inde i selve
PHEX’en, men kan også indskylles fra andre dele af hele systemet, idet de dannes på grund
af korrosionsprocesser andre steder i systemet.
1.2 Korrosion
Korrosion kan forårsages af forskellige mekanismer, der resulterer i mange typer korrosion.
Nogle af disse kan forekomme i en PHEX under service. De fleste korrosionsmekanismer
forårsages kemisk, hvorimod vandets kemiske sammensætning påvirker de forskellige
materialer forskelligt.
Ud over ovennævnte faktorer (materiale, driftsforhold) spiller iltindholdet en vigtig
rolle i forbindelse med korrosion af metaller. Desuden er pH-værdi (syrekoncentration),
syrekapacitet (bufferkapacitet) og saltindhold vigtige parametre for, at korrosion kan opstå.
Kendskab til disse er afgørende for vurderingen af mulige korrosionsrisici.
En detaljeret forklaring af de forskellige korrosionsformer ligger uden for denne rapports rammer,
men en oversigt over de mest typiske korrosionstyper er dog angivet i nedenstående tabel 1.
Danfoss District Heating
BC396576844420dk-000101 © Danfoss 01/2022
Side 3 af 9
Korrosionstype
Beskrivelse
Generel korrosion
Hvis generel korrosion forekommer i en PHEX,
lækager i varmeveksleren.
Spaltekorrosion
Normalt er varmeveksleren fri for spalter,
samt uperfekte loddesamlinger.
Galvanisk korrosion
Metallisk kontakt mellem kobber og rustfast stål
metal, som i dette tilfælde er kobber.
Spændingskorrosionsrevnedannelse
Spændingskorrosionsrevnedannelse (SCC) kan opstå
ved temperaturer over 60 °C.
Interkrystallinsk korrosion
Rustfast stål kan udsættes for interkrystallinsk
korrosionsfølsomme.
Skørhed i flydende metal
Hvis loddeprocessen finder sted ved for høje
stålplader.
Tabel 1 Typiske korrosionstyper i kobberloddede varmevekslere i rustfast stål
er det typisk kobber, der korroderer og ikke
rustfast stål. Hvis kobberlodningen korroderer,
vil det medføre tab af mekanisk styrke og muligvis
men der kan dannes spalter under aflejringer
fra tilkalkninger og andre former for aflejringer
i vand med høj elektrisk ledningsevne kan igangsætte
et korroderende angreb af det mere elektronegative
i rustfast stål, hvis der er trækspændinger og en høj
forekomst af klorid til stede. En temperaturstigning
vil desuden øge risikoen for SCC. Det vil ofte ske
[14]
[12]
korrosion på grund af dannelse af kromkarbid
i korngrænserne under forkert varmebehandling.
Områder med reduceret kromindhold vil blive
loddetemperaturer, kan kobber spredes til det
rustfaste stål og reducere styrken af de rustfaste
Danfoss District Heating
BC396576844420dk-000101 © Danfoss 01/2022
Side 4 af 9
2 Vandspecifikationer
2.1 Sekundærside – brugsvand
Parametre for normalt brugsvand til bestemmelse af den generelle korrosionsstabilitet
i en PHEX er: Temperatur, pH, karbonathårdhed (alkalinitet), samlet hårdhed samt klorid-,
sulfat- og nitratkoncentration; ledningsevne anvendes ofte som sumparameter for det totale
ionindhold (salt).
Da kobber generelt har lavere korrosionsstabilitet end rustfast stål 1.4404 i brugsvand,
er disse vandspecifikationer hovedsageligt bestemt af kobberkorrosion. Generelt forekommer
korrosion af rustfast stål kun i brugsvand med høje kloridkoncentrationer ved høje temperaturer.
En beskrivelse af de vigtigste vandparametre og deres specifikationer fremgår af det følgende.
•
Temperatur: Generelt vil en temperaturstigning øge korrosionshastigheden for de fleste metaller.
For kobber i opvarmet vand er sandsynligheden for grubetæring højere ved temperaturer over
60 °C. Risikoen for spændingskorrosion af rustfast stål stiger også ved temperaturer over 60 °C,
og grubetæring og spaltekorrosion i rustfast stål er også temperaturafhængig (se afsnittet
[1, 2, 14]
om klorid).
•
pH: Generel korrosion af kobber afhænger hovedsageligt af pH, og risikoen for korrosion er lavest,
[1, 10, 12]
hvis pH holdes over 7,5 og under 9,0.
Man skal dog forvente en pH-værdi på omkring 7
i almindeligt brugsvand, men det anbefales at undgå vand med en pH-værdi under 7.
[4, 5, 6, 8]
Vand i fjernvarmeanlæg vil ofte være basisk op til pH 10.
•
Alkalinitet: Hvis indholdet af hydrogenkarbonat (HCO
-
) i vandet er meget lavt, dvs. under
3
60 mg/l, kan kobbers korrosionsprodukter opløses og blive frigivet til systemet. Det anbefales
også ikke at overskride en HCO
•
Ledningsevne: En høj ledningsevne i brugsvandet betyder, at vandet har en høj koncentration af
-koncentration på 300 mg/l.
3
[1, 10, 12]
ioniske stoffer. Generelt vil en forøgelse af brugsvandets ledningsevne øge korrosionshastigheden
for de fleste metaller. En maksimal ledningsevne på 500 μS/cm er generelt en ønskelig værdi.
•
Hårdhed: Kobber er modtageligt over for korrosion i blødt vand; forholdet [Ca2+, Mg2+] / [HCO
[9, 12]
(beregnet i molære mængder) skal derfor være større end 0,5.
•
Klorid: Tilstedeværelse af klorid i drikkevandet øger risikoen for lokal korrosion af rustfast stål.
Grænseværdien afhænger af temperaturen i henhold til tabel 2 og 3.
•
Sulfat: Høje koncentrationer af sulfat vil øge risikoen for grubetæring i kobber. En maksimal
[14, 15]
sulfatkoncentration på 100 mg/l anbefales, men korrosion kan også finde sted ved lavere
koncentrationer, hvis forholdet [HCO
-
] / [SO
3
2-
] (beregnet i molære mængder) er under 1.
4
[13]
[1, 10]
-
]
3
•
Nitrat: Nitrationer påvirker på en lignende måde som sulfat, og en maksimal nitratkoncentration
på 100 mg/l anbefales.
•
Klor: I mange brugsvandsinstallationer tilsættes klor af bakteriologiske årsager. Klor er stærkt
oxiderende og reducerer rustfast ståls korrosionsbestandighed. Undersøgelser foretaget af
leverandøren af rustfast stål, Outukumpu Oyj, har vist, at koncentrationen af frit aktivt klor
bør holdes under 0,5 mg/l for at undgå korrosion af rustfast stål 1.4404.
[10, 13]
[15]
Danfoss District Heating
BC396576844420dk-000101 © Danfoss 01/2022
Side 5 af 9
Parameter
Kommentar
Værdi
Udseende
klar
Lugt
ingen lugt
Indhold af urenheder
fri for bundfældninger/partikler
Olie og fedt
< 1 mg/l
pH mellem 7 og 10
Elektrisk ledningsevne
2.500 μS/cm
Karbonathårdhed *)
1 mmol/l < K
< 5 mmol/l **)
Samlet hårdhed ***)
[Ca2+, Mg2+]/[HCO
] > 0,5
Klorid
ved T ≤ 20 °C
1.000 mg/l
ved T ≤ 50 °C
400 mg/l
ved T ≤ 80 °C
200 mg/l
ved T > 100 °C
100 mg/l
Sulfat
[SO
] < 100 mg/l og
[HCO
]/[ SO
] > 1,5
Nitrat
< 100 mg/l
Nitrit
ikke tilladt
Ammoniak
< 2,0 mg/l
Frit klor
< 0,5 mg/l
Total jern
< 0,2 mg/l
Mangan
< 0,05 mg/l
Nedenstående tabel indeholder en oversigt over de specifikationer, der anbefales for
kobberloddede varmevekslere af rustfast stål til sekundærsiden, dvs. drikkevandssiden.
Tabel 2 Anbefalede vandkvalitetsgrænser for vand på sekundærsiden af PHEX
s 4,3
-
3
2-
4
-
3
2-
4
*) = indhold af hydrogenkarbonat, midlertidig hårdhed, (karbonat) alkalinitet
**) K
= syrekapacitet
s 4,3
***) = summen af calcium- og magnesiumioner
Danfoss District Heating
BC396576844420dk-000101 © Danfoss 01/2022
Side 6 af 9
2.2 Primærside – fjernvarmevand
Vandspecifikationer for fjernvarmevand er angivet i flere nationale retningslinjer, der evalueres
for denne specifikation
[4, 5, 6, 7, 8]
. Alle disse retningslinjer omhandler aspekter af korrosion
og forebyggelse af kalk i fjernvarmeanlæg.
Grænserne, der er angivet i nedenstående tabel 3, er et rimeligt kompromis for at undgå korrosion
og kalkdannelse på varmevekslerens primærside. De er stort set identiske med dem, der anvendes
til brugsvand på sekundærsiden.
De vigtigste parametre, der har en indvirkning på rustfast ståls korrosionsbestandighed
i fjernvarmevand, er klorid, temperatur og iltindhold. Det acceptable kloridniveau afhænger af
den maksimale temperatur, som PHEX udsættes for.
De vigtigste parametre for at begrænse kobbers korrosionsrisiko er at levere et næsten iltfrit (under
0,1 mg/l) og alkalisk miljø (pH-værdi under 10) og holde indholdet af ammoniak og sulfid under
minimumsgrænserne (se tabel 3).
I fjernvarmevand anvendes der ofte blødgjort eller afsaltet vand, der er behandlet til en pH-værdi
omkring 9-9,5; enten fjernes iltindholdet, eller det er kemisk bundet. Der bør tages særlige hensyn
til nogle af de kemikalier, der anvendes til pH-konditionering og/eller som iltbindere.
Brug af ammoniak til pH-konditionering bør undgås på grund af risikoen for kobberkorrosion
(og messingkorrosion). Brug i stedet natriumhydroxid (NaOH) eller trinatriumfosfat (Na3PO4)
til at øge vandets pH.
Natriumsulfit (Na2SO3) har været almindeligt anvendt som iltbinder, men bør undgås i systemer,
der indeholder kobber og rustfast stål. På grund af iltbindingsprocessen omdannes sulfit til sulfat.
Sulfat kan anvendes af visse bakterier, der reducerer sulfat til sulfid og dermed skaber et korrosivt
miljø for kobber og rustfast stål. I stedet bør der anvendes organiske iltbindere såsom tanniner.
Generelt kan øgede koncentrationer af sulfid i vandet tyde på bakteriel forurening
i fjernvarmevandsystemet. Det anbefales derfor at bevare et minimum af sulfid i vandet.
Der tilsættes nogle gange andre iltbindere til vandet. Eksempler herpå er C-vitamin og methylethyl-ketoxim (MEKO). Biocider kan også tilsættes vandet for at kontrollere dannelsen af bakterier
i systemet. Der tilsættes nogle gange tensider til vandet for at reducere friktionen i systemet.
Danfoss District Heating
BC396576844420dk-000101 © Danfoss 01/2022
Side 7 af 9
Parameter
Kommentar
Værdi
Udseende
klar
Lugt
ingen lugt
Indhold af urenheder
fri for bundfældninger/partikler
Olie og fedt
< 1 mg/l
pH ved 25 °C
7 til 10
Resthårdhed for vand
[Ca2+, Mg2+]/[HCO
] > 0,5 ,
< 0,5 mmol/l (2,8 °dH)
Ledningsevne ved 20 °C
2.500 μS/cm
Oxygen
<0,1 mg/l
(så lavt som muligt)
Klorid
ved T ≤ 20 °C
1.000 mg/l
ved T ≤ 50 °C
400 mg/l
ved T ≤ 80 °C
200 mg/l
ved T > 100 °C
100 mg/l
Sulfat
[SO
] < 100 mg/l og
[HCO
]/[ SO
] > 1,5
Sulfit
f.eks. brug af iltbinder
< 10 mg/l
Sulfid
< 0,02 mg/l
Nitrat
< 100 mg/l
Ammoniak
< 2,0 mg/l
Total org. kulstof TOC
< 30 mg/l
Tabel 3 Anbefalede vandkvalitetsgrænser for fjernvarmevand på primærsiden
-
3
2-
4
-
3
2-
4
2.3 Hårdhed, kalkdannelse og garanti
Evnen til at overføre varme i varmevekslere vil blive reduceret ved udfældning af indhold
i vandet (kalk) og aflejring af urenheder. Kalkdannelse skyldes normalt tilstedeværelsen af
calcium- og magnesiumsalte.
Samlet hårdhed er primært summen af calcium- (Ca++) og magnesium- (Mg++) ioner i vandet.
Det udtrykkes normalt i milligram pr. liter (mg/l) eller dele pr. million (ppm) calciumkarbonat
(CaCO3) eller hårdhedsgrad (°dH). Et tysk °dH svarer til 17,8 ppm CaCO3.
Siden 2004 er vandets hårdhed klassificeret i EU iht. EF-forordning nr. 648/2004 om vaske-
og rengøringsmidler
[16]
som vist i følgende tabel.
Danfoss District Heating
BC396576844420dk-000101 © Danfoss 01/2022
Side 8 af 9
Hårdhedsområde
Calciumkarbonat
[mmol/l] 1)
Calciumkarbonat
[mg/l] 2)
°dH 2)
Tabel 4 Klassificering af vandets hårdhed iht. til EF-forordning nr. 648/2004 om vaske-
og rengøringsmidler
blødt Mindre end 1,5 Under 150 Mindre end 8,4 °dH
middel 1,5 til 2,5 150 til 250 8,4 til 14 °dH
hårdt Mere end 2,5 Mere end 250 Mere end 14 °dH
1
) Iht. Système international d’unités fra 1971 angives summen af jordalkali i mmol/l.
2
) Angivelse af værdier i mg/l og ”grad af tysk hårdhed °dH” er kun vejledende.
Opvarmning af vand med høj hårdhed forårsager udfældning af kalk (CaCO3). Dette vil kunne ses
som et lag på pladens overflade. Opvarmning til over 55 °C kan forårsage omfattende udfældning
af kalk. Dette vil reducere muligheden for at overføre varme i varmevekslere.
Det er derfor vigtigt at vælge varmevekslere fra Danfoss i størrelser, der sikrer, at flowhastigheden
er så høj som muligt. Dette vil hjælpe med at reducere kalkdannelse.
Indholdet af urenheder kan også aflejres som et lag på pladens overflade.
Urenheder og kalkdannelse kan fjernes ved at skylle varmeveksleren med forskellige typer
kemikalier, afhængigt af sammensætningen af aflejringerne. Danfoss anbefaler at bruge
leverandører med gennemprøvet teknologi og erfaring inden for rengøring af varmevekslere.
Skylning kan fjerne aflejringerne og øge evnen til at overføre varme, men det kan også reducere
varmevekslerens levetid.
Danfoss District Heating kan ikke påtage sig garantiansvaret for varmevekslere:
•
Med reduceret kapacitet forårsaget af kalkudfældning og kalkdannelse.
•
Som lækker udvendigt eller indvendigt efter skylning for at fjerne udfældning
og kalkdannelse.
•
Som lækker udvendigt eller indvendigt forårsaget af vandinduceret korrosion,
hvis anbefalingerne for vandkvaliteten i disse retningslinjer ikke er opfyldt.
Danfoss District Heating
BC396576844420dk-000101 © Danfoss 01/2022
Side 9 af 9
3 Referencer
[1] EN 12502-2:2004. Beskyttelse af metalliske materialer mod korrosion - Vejledning
til vurdering af sandsynlighed for korrosion i vandlednings- og opbevaringssystemer
– Del 2: Influerende faktorer for kobber og kobberlegeringer
[2] EN 12502-4:2004. Beskyttelse af metalliske materialer mod korrosion - Vejledning
til vurdering af sandsynlighed for korrosion i vandlednings- og opbevaringssystemer
– Del 4: Influerende faktorer for rustfrit stål
[3] EN 14868:08-2005 Beskyttelse af metalliske materialer mod korrosion - Vejledning
til vurdering af sandsynlighed for korrosion i lukkede vandcirkulationssystemer.
[4] VDI 2035-2:08-2009 Prevention of damage in water heating installations,
Part 2: Water- side corrosion.
[5] AGFW-Arbeitsblatt FW 510:06-2011 Requirements for circulation water in industrial
and district heating systems and recommendations for their operation.
[6] ÖNORM H 5195-1:12-2010 Heat medium for technical building equipment,
Part 1: Prevention of damage by corrosion and scale formation in closed
warm-water-heating systems.
[7] SWKI BT 102-01:04-2012, Richtlinie ”Wasserbeschaffenheit für Gebäudetechnik-Anlagen”
Ed.: Schweizerischer Verein von Gebäudetechnik-lngenieuren, www.swki.ch
[8] DFF-vejledning ”Vandbehandling og korrosionsforebyggelse i fjernvarmesystemer”.
DFF Danske Fjernvarmeværkers Forening, 1999.
[9] Mattsson, E., 1988. Counteraction of pitting in copper water pipes by bicarbonate dosing.
Werkstoffe und Korrosion 39,499-503
[10] Mattsson, E., 1990. Tappvattensystem av kopparmaterial. Korrosionsinstitutet,
ISBN 91- 7332-558-9.
[11] Anonym, 2004. Fachthema Gelötete Plattenwärmeüberträger. Euroheat & Power 33,
3, 96-104
[12] Nilsson, K., Klint, D., Johansson, M., 2007. ”Corrosion aspects of compact heat exchangers
consisting of stainless steel plates brazed with copper filler metal in water applications”,
14th Nordic Corrosion Congress, , København, Danmark.
[13] Pajonk, G., udateret. ”Korrosionsschäden an gelöteten Plattenwärmetauschern”,
Materialprüfungsamt Nordrhein-Westfalen, Dortmund. http://www.vau-thermotech.de/
mediapool/40/409506/data/Korrosionsschaeden_an_geloeteten_Plattenwaermetauschern.pdf
[14] Outukumpu ”Corrosion Handbook for Stainless Steels”, Tenth edition, 2009
[15] Mameng, S., Pettersson, R., 2011. ”Localised corrosion of stainless steels depending
on chlorine dosage in chlorinated water”. Outukumpu acom 03-2011.
[16] Europa-Parlamentets og Rådets forordning (EF) nr. 648/2004 af 31. marts 2004 om
vaske- og rengøringsmidler
Loading...