Ursachen für Rost und Perforation in Kühltürmen nach mehreren Betriebsjahren

 

 

 

 

 

 

I. Kernkorrosionsmechanismus: Elektrochemische Korrosion dominiert den Rost- und Perforationsprozess

 

 

 

 

 

Die Metallkomponenten von Kühltürmen (hauptsächlich Kohlenstoffstahl und verzinkter Stahl) sind über einen langen Zeitraum einer Wasser-{0}}Luft-Schnittstellenumgebung ausgesetzt, in der sich leicht zahlreiche mikrogalvanische Zellen auf der Oberfläche bilden, die eine kontinuierliche elektrochemische Korrosion auslösen – die Hauptursache für Rost und Perforation.

 

Eisenatome im Anodenbereich durchlaufen Oxidationsreaktionen und lösen sich allmählich in Eisenionen auf (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻), was zu einem kontinuierlichen Verlust der Metallmatrix führt; Reduktionsreaktionen finden im Kathodenbereich statt, wo gelöster Sauerstoff im Wasser sich mit Elektronen verbindet, um Hydroxidionen (O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻) zu erzeugen, was die Korrosionsreaktion kontinuierlich vorantreibt.

 

 

Durch die Korrosionsreaktion entsteht Eisenhydroxid [Fe(OH)₂], das weiter zu Eisenhydroxid [Fe(OH)₃] oxidiert wird und schließlich losen und porösen Rost bildet. Im Gegensatz zu dichten Metalloxidschichten kann Rost keinen Schutz bieten; Stattdessen adsorbiert es Feuchtigkeit und Sauerstoff und beschleunigt so die Korrosion der inneren Metallschicht.

 

 

Insbesondere wenn Chloridionen im Wasser vorhanden sind, dringen diese schnell in den Passivierungsfilm auf der Metalloberfläche ein und bilden verstopfte Zellen, die lokale Lochfraßkorrosion verursachen.

 

 

Da sich die Lochfraßbildung kontinuierlich vertieft, kommt es schließlich zur Perforation, die in vielen Kühltürmen der Hauptauslöser für kurzfristige Perforationen ist.

 

 

 

 

 

 

II. Vier wichtige Beschleunigungsfaktoren: Schlüssel zur schnellen Rostperforation innerhalb von 3–5 Jahren

 

(1) Eine Verschlechterung der Qualität des zirkulierenden Wassers erhöht die Korrosionsrate erheblich

 

 

 

 

 

 

Umlaufwasser wirkt als „Katalysator“ für die Korrosion im Kühlturm. Eine Verschlechterung der Wasserqualität beschleunigt direkt die Metallkorrosion und ist der wichtigste Beschleunigungsfaktor. Während des Kühlturmbetriebs führt die kontinuierliche Wasserverdunstung zu einer Konzentration von Salzen wie Chloridionen und Sulfatradikalen im Wasser, wodurch die Wasserleitfähigkeit stark ansteigt und die elektrochemische Korrosionsrate um das Drei- bis Fünffache ansteigt.

 

 

Unterdessen verschlimmert ein unkontrollierter pH-Wert des zirkulierenden Wassers die Korrosion: Wenn der pH-Wert unter 6,5 liegt, ist das Wasser sauer und löst die Metallmatrix direkt auf; Wenn der pH-Wert 9 überschreitet, bildet sich leicht Kalk. Die Bildung von Ablagerungen auf der Metalloberfläche verursacht Unter-Korrosion, wodurch örtliche Sauerstoffkonzentrationsunterschiede entstehen und die Rostbildung beschleunigt wird.

 

 

 

 

 

Darüber hinaus sättigt der Sprüh- und Belüftungsprozess von Kühltürmen den gelösten Sauerstoff im Wasser (normalerweise 8–10 mg/L), wodurch die Kathodenreaktion kontinuierlich verstärkt und die fortschreitende Korrosion gefördert wird. Mikroorganismen wie Bakterien und Algen im Wasser bilden Biofilme, und durch ihren Stoffwechsel entstehen saure Substanzen wie Schwefelwasserstoff, die den Passivierungsfilm auf der Metalloberfläche weiter schädigen und die lokale Korrosion verstärken.

 

 

 

(2) Ein frühzeitiges Versagen von Korrosionsschutzbeschichtungen führt dazu, dass Metalle keine Schutzbarrieren mehr haben

 

 

 

 

Korrosionsschutzbeschichtungen auf Metallkomponenten von Kühltürmen dienen als erste Verteidigungslinie gegen Korrosion. Durch frühzeitiges Versagen der Beschichtung werden Metalle direkt korrosiven Umgebungen ausgesetzt, was zu schneller Rostbildung führt.

 

Das Versagen der Beschichtung ist hauptsächlich auf drei Aspekte zurückzuführen: erstens auf Konstruktionsfehler – während der Installation kommt es bei vielen Kühltürmen zu einer unvollständigen Entrostung der Metalloberfläche (die den Sa2,5-Standard nicht erfüllt), was zu einer schlechten Haftung zwischen Beschichtungen und Metallmatrizen und anschließender Rissbildung und Ablösung führt; zweitens Umweltschäden – ultraviolette Strahlung, tageszeitliche Temperaturschwankungen, Wasserdurchfluss und Staubabrieb in Freiluftumgebungen-überziehen die Beschichtungen allmählich, wodurch ihr Schutz ungültig wird;

 

 

Drittens können strukturelle Lücken – Beschichtungen können nicht gleichmäßig auf Schweißnähte, Flansche und Bauteilverbindungen aufgetragen werden, wo sich Wasser und Staub ansammeln und zu „Katastrophengebieten“ der Korrosion werden, die zuerst rosten und nach und nach eindringen.

 

 

 

(3) Inhärente Mängel bei der Materialauswahl und der Struktur schwächen die Korrosionsbeständigkeit

 

 

Eine falsche Materialauswahl ist ein wesentlicher Faktor für kurzfristiges Rosten von Kühltürmen. Um die Kosten zu senken, verwenden viele Hersteller gewöhnlichen Kohlenstoffstahl oder verzinkten Stahl für Turmkörper, Stützen und andere Komponenten, die eine schlechte Korrosionsbeständigkeit aufweisen, insbesondere in Umgebungen mit hohem -Salzgehalt oder saurem Wasser und extrem schnellen Korrosionsraten.

 

Eine unzureichende Dicke der verzinkten Schicht und minderwertige Verzinkungsprozesse führen zu einem schnellen Verschleiß und Abblättern der verzinkten Schichten, wodurch ihre Schutzwirkung verloren geht. Unterdessen führt eine unangemessene Strukturgestaltung des Kühlturms, wie etwa übermäßige Lücken an den Verbindungsstellen der Komponenten und eine schlechte Entwässerung, zu einer langfristigen Wasseransammlung und lokalen korrosiven Umgebungen. Eine unsachgemäße Gestaltung der Luvseite des Turms führt zu turbulenten Luftströmen, beschleunigt die Wasserdampfbildung auf Metallen und verschlimmert die Korrosion.

 

 

 

(4) Unzureichendes Betriebs- und Wartungsmanagement verschärft die Korrosion

 

 

 

Viele Benutzer vernachlässigen den täglichen Betrieb und die Wartung von Kühltürmen, wodurch Korrosionsprobleme unentdeckt und unkontrolliert bleiben und sich schließlich schnell zu Perforationen entwickeln.

 

Zu den häufigsten Wartungsmängeln gehören: Das Versäumnis, die Qualität des zirkulierenden Wassers regelmäßig zu testen und rechtzeitig Korrosionsinhibitoren und Kalkinhibitoren hinzuzufügen, was zu einer anhaltenden Verschlechterung der Wasserqualität führt;

 

Versäumnis, Ablagerungen, Biofilme und Ablagerungen im Inneren des Turms regelmäßig zu reinigen, wodurch die lokale Korrosion verstärkt wird; Versäumnis, die Korrosionsschutzbeschichtungen regelmäßig zu überprüfen und Risse und Abblättern nicht rechtzeitig zu reparieren, wodurch Metalle ständig freigelegt werden;

 

Fehlende Frostschutzmaßnahmen im Winter führen zu Rissen in Metallkomponenten aufgrund von Frost-{0}Tauzyklen und werden zu Durchbruchstellen für Korrosion.

 

 

 

III. Abschluss

 

 

Rost und Perforationen in Kühltürmen nach mehreren Betriebsjahren werden nicht durch einen einzigen Faktor verursacht, sondern durch die Kombination von elektrochemischer Korrosion als Kern, zusammen mit einer langfristigen Überlagerung von Wasserqualitätsverschlechterung, Beschichtungsfehlern, Material- und Strukturfehlern sowie unzureichendem Betrieb und Wartung.

 

 

Um die Lebensdauer von Kühltürmen zu verlängern, müssen die Bemühungen an der Quelle beginnen: Auswahl hochkorrosionsbeständiger Materialien, Standardisierung der Konstruktion von Korrosionsschutzbeschichtungen, Verbesserung der Qualitätskontrolle des zirkulierenden Wassers, Durchführung täglicher Betriebs- und Wartungsinspektionen sowie rechtzeitige Beseitigung versteckter Korrosionsrisiken. Nur so können Korrosionsgeschwindigkeiten wirksam verlangsamt und vorzeitiges Rosten und Durchrosten vermieden werden.