Rohrwartung Inline-Opferanodentechnik schützt vor Kalk und Korrosion

Dem Brauchwasser-Rohrnetz von Industrieanlagen setzen häufig Kalkablagerungen und Korrosion zu. Um letztendlich Produktionsausfälle zu vermeiden, ist eine regelmäßige Wartung und Instandhaltung notwendig. Aufwand und Kosten dafür lassen sich mit Hilfe eines Aktivanodensystems auf umweltfreundliche Weise gering halten.

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Die Basis des Systems ist eine Zinkanode. Diese wirkt einerseits als Sollbruchstelle der Korrosion innerhalb des Leitungsnetzes entgegen; andererseits sorgt sie dafür, dass der Kalk bereits im Wasser ausfällt und ausgespült wird. An jeder Oberfläche, die im industriellen Produktionsbetrieb einem mineralreichen Medium ausgesetzt ist, bilden sich kristalline Ablagerungen. Dieser Prozess wird vom ph-Wert des Mediums beeinflusst und durch Temperatur- und Druckvariabilitäten beschleunigt.

Ablagerungen verringern die Durchflusskapazitäten

Für den Betrieb von industriellen Anlagen hat die Ablagerung von abgeschiedenem Kalk gravierende Folgen. So verringern sich auf Grund der verengten Leitungsquerschnitte die Durchflusskapazitäten. Außerdem wird zum Beispiel an Platten- oder Rohrbündelwärmeüberträgern der Energietransport über die Übertragungsfläche stark beeinträchtigt.

Aber auch Kühlkreislaufsysteme sind durch die hartnäckigen Inkrustierungen gefährdet: Speziell auf der Oberfläche von Kühlturmlamellen bilden sich häufig riffähnliche Kalkstrukturen, die das Substrat für das Wachstum von Algenmatten darstellen. Zugleich bietet die raue Oberfläche Mikroorganismen Schutz vor der Einwirkung von Bioziden.

Kalk und Korrosion bedrohen die Rohrleitungen

Umgekehrt entwickeln sich bei verzinkten Stahlrohren starke Korrosionserscheinungen. Diese treten vor allem bei kalkarmem oder aggressivem Wasser auf und führen mittelfristig zur Zerstörung von Rohrnetz oder Wärmeüberträgern.

Selbst wenn durch diese Erscheinungen zunächst nur punktuelle und vergleichsweise geringe Schäden entstehen, letztlich bedingt es die Störung der gesamten Produktionsanlage. Durch Produktionsausfall, Schädigung benachbarter Anlagenteile und Imageverlust wird außerdem eine Reihe von unerwünschten Folgekosten verursacht.

Zink wird für Erhalt des Rohrleitungssystems geopfert

Diesen Problemen wirkt das Aquabion-System der ION Deutschland GmbH auf Basis einer Zink-Anode entgegen (Bild 1). Die traditionelle Opferanodentechnik verringert den korrosionsbedingten Materialverlust. Das Grundprinzip dieser Technik liegt in der Kombination von zwei Metallen unterschiedlicher elektrochemischer Wertigkeit. Zwischen dem unedleren Zink und dem edleren Metall des Gehäusekörpers des Wasserbehandlungssystems entsteht eine Potenzialdifferenz.

Durch diese Spannung wird der Fluss eines Schutzstroms induziert, wodurch im Wasser zunächst das Zink mit seiner geringeren Wertigkeit angegriffen wird und korrodiert, bevor das edlere Metall von Gehäusekörper und Rohrnetz geschädigt wird. Die Zink-Opferanode ist also das schwächste Glied in der Kette und „opfert sich“ für den Erhalt des Leitungssystems. Korrosionsablagerungen und Materialverluste werden dort deutlich verringert.

Diese Opferanodentechnik wird bereits seit Jahrzehnten im Schiffsbau dazu genutzt, Schiffsrumpf und ?schrauben vor Korrosion durch aggressives Meerwasser zu schützen. Im Stahlbau wird das Prinzip zum Schutz von Brückenkonstruktionen eingesetzt. Und in Form einer Magnesiumstabanode kommt es auch in Heizkesseln zur Anwendung. Seit etwa zwanzig Jahren nutzt es die Firma ION zum Schutz von Brauchwasser-, aber auch von Trinkwasseranlagen.

Zusätzlich bewirkt die galvanische Zudosierung des Zinks eine Veränderung der Kalkstruktur. Der Kalk wird – vor der Ausfällung – in Form mikroskopischer Partikel stabilisiert, welche nicht aus dem Mineral Calcit, sondern aus Aragonit bestehen.

Letzteres hat eine geringere Anhaftungstendenz an Oberflächen und wird deshalb zum größten Teil mit der Wasserströmung abtransportiert. Deshalb bewährt sich dieses System gerade auch in Anlagen mit höheren Wassertemperaturen und dem damit verbundenen verstärkten Kalkausfall.

Neue Schäden an Rohrleitungen verhindern und eingetretene reduzieren

Besonders geeignet ist das Aquabion für den Einsatz in Kreislaufsystemen (Bild 2). Das Wasser passiert das Wasserbehandlungsgerät periodisch, wodurch ein Mehrfachbehandlungseffekt erzielt wird. Dank einer intelligenten Kombination strömungsdynamischer, physikalischer und chemischer Grundprinzipien vermag der Hersteller mit dem System nicht nur neuen Schäden vorzubeugen, sondern bereits eingetretene Beeinträchtigungen durch schädigende Wasserinhaltsstoffe zu reduzieren. Durch den Verzicht auf chemische Zusätze wie Härtestabilisatoren, Korrosionshemmer oder Herbizide werden aber auch folgende Effekte erreicht: Die Einsparungen verringern die laufenden Kosten und beweisen nicht zuletzt ein umweltbewusstes Selbstverständnis.

Diese Umweltfreundlichkeit war nun ausschlaggebend dafür, dass Europas größtes Gipskartonwerk seit der Eröffnung 1996 in seinen Rohrleitungen, Maschinen und Anlagen für den Produktionsprozess auf die Opferanodentechnik setzt. Es laufen mehr als 140 000 Liter stündlich durch die Aquabion-Systeme, welche die Firma Rigips an ihrem Standort Brieselang bei Berlin und damit in einem Naturschutzgebiet installiert hat (Bild 3).

Produktionswasser aus dem angrenzenden Fluss

Das in der Produktion eingesetzte Prozesswasser wird über zwei Brunnen dem Grundwasser entnommen, welches direkt aus der angrenzenden Havel gewonnen wird. Es ist mit einem sehr hohen Eisenoxydanteil behaftet. Wie verschiedene Expertisen im Vorfeld ergaben, hätte das Unternehmen ohne eine entsprechende Wasseraufbereitung mit einem schnellen Zuwachsen der Rohrleitungen und braunem Produktionswasser rechnen müssen. Das technische Management wollte keine Risiken eingehen und auf den Einsatz von Chemie verzichten.

1996 entschloss man sich deshalb schon vor der Eröffnung des Werkes zum Einsatz von verschiedenen umweltfreundlichen Opferanodensystemen der Baugrößen DN 200, DN 125 und DN 25. Diese Technik war den Technikern von Rigips aus der Presse als aktiver Korrosionsschutz bekannt.

Das Grundwasser in Brieselang wird nach der Entnahme und Vorbehandlung zuerst in zwei 200 beziehungsweise 400 m³ große Absatzbecken geleitet, die dem Prozesswasser einen Großteil der Schwebeteile entziehen sollen. Eine Opferanode DN 200 wurde hinter dem Tankausgang in Richtung Fertigungsprozess installiert, um das aus dem Sedimentationsbecken kommende Wasser nachzubehandeln. Bis zu 60 000 l werden hier alleine stündlich behandelt. Das Produktionswasser wird stets knapp unterhalb des Füllpegels der Tankbehälter entnommen, wodurch die Ablagerungen am Boden zur Ruhe kommen.

Eine weitere Opferanode befindet sich strategisch direkt im Kühlkreislauf. Dieser dient der Kühlung des Gipses, dem zuvor thermisch das Wasser ausgetrieben wurde. Dieser Prozess benötigt wiederum eine enorme Menge Wasser. So kann ein Quadratmeter Rigips, 12,5 mm dick, bis zu 3 l Wasser zwischenspeichern. Eine konventionelle chemische Wasseraufbereitung hätte hier enorme Kosten verursacht und den Wasserverbrauch zudem noch drastisch gesteigert.

Seit 1996 hat die erste Generation von Opferanodensystemen bei Rigips bis zum ersten Austausch 2001 völlig wartungsfrei und ohne chemische Zusätze ihren Dienst geleistet. Vor dem Austausch 2001 wurde von dem Technikerteam eine positive Zwischenbilanz gezogen und der Austausch der verbrauchten Anoden wurde durch die Geschäftsleitung genehmigt und durch Jürgen Tomscheck, Leiter mechanische Werkstatt Wartung und Instandhaltung, veranlasst. 2006 erfolgte der zweite turnusmäßige Austausch. Dabei entschied sich Rigips für das neue Opferanodensystem der ION Deutschland GmbH, ION-Aquabion, welches zu diesem Zeitpunkt bereits drei Jahre auf dem Markt erprobt war (Bild 4).

Geld gespart trotz hoher Investitionskosten

Die Baureihe des ION-Aquabion unterscheidet sich, abgesehen von einigen technischen Dingen, in der Baulänge und der Größe der Flansche, von der bisher verwendeten Technik. Auch der innere Aufbau der Wirbelkörper in Verbindung mit der Opfer-anode differiert gänzlich von den bis dahin verwendeten Modellen eines englischen Herstellers, die allerdings auch alle seit 1996 von der ION Deutschland aus Düsseldorf geliefert wurden. Insgesamt ist die Baureihe in den Nennweiten ½“ bis 10“ (DN 10 bis DN 250) erhältlich.

Trotz der einmaligen hohen Investition in den Umbau der Anlagen zum Einbau der Aquabion-Systeme ist man bei Rigips mit den Einsparungen sehr zufrieden. Da der Wasserverbrauch sehr hoch ist, hat man nach Aussage von Jürgen Tomscheck bei Rigips sehr viel Geld gespart. Denn ein herkömmliches Wasseraufbereitungssystem wäre sowohl in der Anschaffung als auch im Unterhalt wesentlich teurer. Für Tomscheck und sein Team, die sich schon von Anfang an für die umweltfreundliche Variante der Opferanoden eingesetzt haben, spielt der Umweltaspekt eine große Rolle, nicht nur weil das Werk im Naturschutzgebiet liegt. Rigips ist schließlich ein nach DIN EN 14001 zertifiziertes Unternehmen. Deshalb wurde der Austausch der Aquabion-Systeme alle fünf Jahre mittlerweile fest im Budget eingeplant.

Marc Flettner ist Geschäftsführer der ION Deutschland GmbH in 40470 Düsseldorf.

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