加热和冷却回路

氧气进入时的问题和水边解决方案

图 1：使用 perma-trade 的耗氧滤芯 OxRed，溶解在植物水中的氧气可以以“滤芯”的方式在流经时直接消除，从而抵消腐蚀问题。

封闭式加热和冷却回路的基本部件通常由低合金或非合金黑色金属材料制成。这些钢的耐腐蚀性与其说是由于材料特性，不如说是由于材料特性。相反，它与植物水中主要缺氧有关。因此，氧气的进入会引起相当大的问题。但是，有新的水边解决方案。

■ 在大气封闭的水基加热和冷却水回路中，氧气的间歇性和/或永久性渗透可能以不同的方式发生。■ 在加热和冷却水回路中采用低合金或非合金黑色金属材料时，水侧腐蚀过程主要由添加的氧气量决定。在这种情况下，仅使用尽可能高的pH值进行低盐操作并不能提供足够的腐蚀保护。■ 一种以“滤芯”形式在载体材料上带有无机氧粘合剂的新工艺，可以在填充过程中或在部分流中高速将溶解氧抽取到低残留浓度。

在德国，评估封闭式水基加热和冷却水回路腐蚀危害的最流行的技术规则是指南 VDI 2035 [1] 和 VDI/BTGA 6044 [2]。虽然 VDI 2035 明确假设系统在腐蚀方面是封闭的，但 VDI/BTGA 6044 还考虑了仅被视为大气封闭的系统。

不同之处在于，腐蚀密封的工厂不会经历任何显着的氧气进入，这导致在运行期间工厂水中的氧气浓度<为 0.1 mg/l。但是，如果氧气间歇性和/或永久性渗透，例如通过更换工具或渗透扩散的组件，则还必须监测循环水中的氯化物等参数。此外，如果材料配对不利，则存在双金属腐蚀的风险。

氧气的作用

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图2 基本上，黑钢（铁、Fe）有溶解在水性环境中的倾向（Fe2+） 如示意图所示。金属上残留的电荷（e−）在出口附近提供氧化剂（通常是溶解在水中的氧气），其中氢氧根离子（OH−）形成。“电”电荷均衡是通过水进行的。低电导率，就像低盐操作一样，大大限制了腐蚀速度，但最终也无法防止氧气腐蚀。

在这里考虑的加热和冷却系统中，腐蚀过程基本上由添加的氧气量决定——只要循环水的 pH 值在 8 到 10 的范围内。溶解在水中的氧气的任务是吸收金属溶解过程中残留的电荷，以保持腐蚀过程（金属泄漏到水相中）继续进行 （图2 ）。低 pH 值 < 6 也可以做到这一点，这被称为酸腐蚀。

腐蚀反应发生的速度取决于水的温度和电导率。在最好的情况下，工厂只会导致“黑污泥”（磁铁矿）的形成增加，而不会导致锅炉生锈，即 36 毫克的磁铁矿是由 10 毫克的氧气形成的。然而，即使没有壁面突破，腐蚀产物也会非常令人不安（ 图 3 和 4）。

氧气可以通过多种方式进入加热或冷却系统：

● 由于大气压力维持不足（所有点的最小超压为 0.5 bar）。

● 通过扩散到可渗透部件（垫圈、软管、塑料管、膜）上。

● 通过填充水或补充水（7 – 13 mg/l）作为溶解氧。

● 来自维护或转换工作期间产生的气垫。

如果填充水中的天然氧含量因腐蚀过程而耗尽，如果在系统使用寿命期间补充的系统容积不超过两倍，并且几乎不可能进入氧气，则腐蚀速率可以忽略不计。

这里有三点不容小觑：

1. 空气中含有 260 毫克 O2每升气体与 10 mg O 相比2在一升新鲜饮用水中。

2. 非阻塞柔性软管，例如在天花板辐射加热器上，显示出相当大的扩散速率，例如，EPDM软管每天可达7毫克，软管仪表（40°C，DN 20）。

3. 即使是被认为被堵塞的软管，在较高温度（> 60 °C）下也显示出不可忽视的氧气进入率。

根据 DIN 4726，“扩散密封”是什么意思？

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图 3：现代无压盖泵对工厂水中的磁铁矿反应灵敏。

塑料管/软管最重要的区别是分为“氧扩散密封”和“非氧扩散密封”。根据 DIN 4726 标准，如果塑料管的最大透氧性小于 0.32 mg/（m），则塑料管被认为是不透氧的2∙ d） 在 40 °C 的水温下。对于非氧密管道或软管，在极端情况下，相应的值为 16 mg/（m2∙ d）。

在较高的水温下，扩散速率显著增加，与40°C的参考温度相比，温度每升高10°C，扩散速率增加2至3倍。 该标准考虑到了这一点，因此在80°C下允许3.60mg/（m值的11倍2∙ d）。

虽然在饮用水领域不允许使用环氧树脂对<DN 80的管道进行内部涂层，但显然将这种方法应用于旧的、可扩散的地暖管道（例如防氧）。然而，实施并不复杂，在专家圈子里也进行了有争议的讨论。该工艺目前在德国市场上不再可用。

影响氧腐蚀的其他因素

酸碱度： 碱性越强或pH值越高，金属表面氧气的还原就越受到抑制。此外，在通常在碱性pH值下使用的金属上形成保护性钝化层。

传导率： 在低盐操作下，即植物水的低电导率，金属表面的所有电化学过程通常都会减慢。

硬度： 植物水中的少量残留硬度对氧气腐蚀有积极影响，因为碳酸钙（尤其是中性水中的碳酸钙）会沉积在发生氧气还原的地方。固化剂可作为（阴极）缓蚀剂。

面积比： 如果系统中安装了许多耐腐蚀部件，例如由塑料或不锈钢制成的管道 （1.4520），氧气在其上不发生反应或仅缓慢反应，这将集中在由黑钢制成的少数部件上，并增加腐蚀损坏的可能性那里。

总之，这意味着具有尽可能高pH值的低盐操作在水侧提供了最佳的腐蚀保护，但在大量氧气输入的情况下，它不再提供足够的保护。

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图 4：内部有透明磁铁矿沉积物的透扩散橡胶软管。如果这些剥落，则水循环会受到干扰，例如来自热电联产装置或热泵的干扰。波纹不锈钢管在这里提供了补救措施。

如果氧气输入无法通过其他技术措施补救，则应考虑在封闭装置中采取消耗措施。在展示氧结合的可能性之前，先介绍一下所谓的全保护产品：这些产品不是为了消耗氧气，而是为了“密封”金属表面。

全防护产品通常含有阳极缓蚀剂，只能在大气开放系统中使用，而不仅仅是出于环保原因和最小化要求。事实上，这些只适用于闪亮的金属表面。此外，必须定期监测它们的浓度，并且根据产品的不同，还为微生物提供食物。在浓度不足的情况下，很容易发生局部腐蚀现象。

氧结合剂的用量

对于氧的化学结合，通常加注亚硫酸钠，在约40°C的温度下显示出很高的氧结合率。有机粘合剂仅在60°C以上有效，促进生物膜形成，从而增加微生物诱导腐蚀的可能性。因此，VDI 2035 指南建议在其有效范围内不要这样做。

但亚硫酸钠也有副作用。当与氧气反应时，会产生硫酸盐，随着时间的推移，硫酸盐大大增加了加热水的电导率。在工厂实践中，发现高达 2000 μS/cm 的值并不少见，这偶尔会在控制阀上引起风化（盐结皮）。此外，特别是在低温范围内，硫酸盐还原微生物产生腐蚀性硫化物的可能性也增加。

氧结合的电化学过程

电化学氧结合的方法使用“贱金属”（通常是镁合金）进行电偶短路，其组件由不锈钢制成。当镁溶解时，氧的电化学还原同时发生在不锈钢表面。

总的来说，氢氧化镁是作为腐蚀产物生产的，必须将其作为污泥去除。同时，pH值略有提高。到目前为止一切顺利，如果不是因为氧结合速度很低，并且该装置更有可能是为主流设计的。如果系统在低盐度下运行，则必须对功能提出质疑。

通过真空脱气去除氧气？

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图5：OxRed耗氧滤芯剖面图。该滤芯包含一种离子交换树脂，其中装有经批准的无机氧粘合剂。由于反应表面积非常大，溶解氧在温水中被快速完全消耗。

在大气封闭但对腐蚀敏感的系统中，通过脱气机去除循环水中与腐蚀相关的溶解氧只能在有限的范围内进行 （VDI/BTGA 6044）。即使是可以去除溶解氧的负压和膜脱气机，也不足以将其降低到不再担心腐蚀损坏的程度。为了进行比较：指导值为 0.1 mg/l，真空脱气机达到 1...2 mg/l 溶解残余氧。然而，补给水仍然很有趣：真空脱气机可用于显着减少直接流动中的溶解氧量，通常减少 60% 至 80%。

只需过滤掉氧气即可！

通过目前市场上推出的这种新方法，溶解在水中的氧气可以在流经水中时以“滤芯”的形式直接消除（ 图5 ）。这些滤芯含有一种无机氧结合剂，该结合剂与载体材料络合，并在与氧气反应后保留在其上。与氧结合剂的剂量相比，循环水的成分在这里没有显着变化，因此不会发生已知的缺点/副作用。

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图6 OxRed滤芯下游的氧气浓度，作为体积的函数，用博登湖水（O2= 13 mg/l） 在 q = 7 l/min 的单向操作中。

如果加热系统通过这种滤芯重新填充冷饮用水（如有必要，结合海水淡化或软化），则可以直接从填充水中提取 80% 至 90% 的溶解氧。其原因还在于，与电极技术（约1000：1）相比，预处理树脂球的表面积非常大，而这是不可能的。因此，形成的腐蚀产物减少了多达 90%，例如，这些腐蚀产物可能会占据地暖分配器的顶部米数。对于补给水的处理，这种组合滤芯可以定义一个新标准。

这个过滤过程注定要采用部分流的应用。例如，如果在用植物中的饮用水冲洗后处理水。从35°C的水温，溶解氧可以高速消耗到<0.05mg/l的残留浓度。通过这种方式，可以在一次操作中控制相关的腐蚀驱动因素盐、酸和氧气（ 图 7）。

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图7 部分流动操作中的海水淡化和氧气消耗量，例如，在用永马电动员向工厂灌注饮用水后。

对于大容量（问题）系统，与永久安装的局部流量海水淡化模块相结合是一种技术上优雅的解决方案。在这里，水可以在时间控制的基础上进行机械过滤，并从连续或间歇性渗透的氧气中释放出来。如有必要，海水淡化滤芯也会根据工厂水的电导率自动打开，从而始终确保低盐运行。

视图

有了新的耗氧滤芯，封闭式加热和冷却系统中的 1 号腐蚀驱动因素现在可以由专业技工轻松控制。这种方法特别有趣，不仅可以完美地处理大量的补充水，而且可以作为大型问题系统的安全解决方案。

将永久安装的用于部分流动处理的模块与腐蚀监测系统相结合，可以指示所需的滤芯更换，将是该问题的最佳解决方案。这也是由于使用的离子交换树脂都是再生的，没有明显的浪费。

加热水中的氧气测量

就像人体中的血液一样，循环水也揭示了很多关于系统状况的信息——但如果直接在系统中进行氧气测量，则只能进行氧气测量。否则，在实验室取样或在容器中测量只会产生不正确的、显着升高的值。为确保下游组分在流动方向上的腐蚀概率保持在较低水平，溶解氧浓度应< 0.1 mg/l（VDI 2035 的指导值）。