Ur ett konsumentperspektiv är vattenbehandling alltid både rätt och viktigt. På så sätt kan man vara säker på att det medium som ska transportera energi genom anläggningen har maximal förmåga att ta upp och/eller överföra energi.
Vid varierande vattenkvalitet, olika ämnesinnehåll i vattnet och olika beläggningar minskar energiöverföringsförmågan avsevärt. Dessutom är beläggningens sammansättning av avgörande betydelse för minskningen av energiöverföringen. Silikater medför, vid en beläggningstjocklek på 0,1 mm, en 8 gånger större minskning av energiöverföringen jämfört med exempelvis järnoxider (rost). I praktiken motsvarar en beläggning på 1 mm järnoxid en minskning av energiöverföringen på ca. 2%, eller det vi kallar verkningsgrad.
Korrosion (från latinets corrodere = gnaga) kan definieras som nedbrytning eller förändring av den metalliska strukturen. Nedbrytningen sker genom reaktioner mellan metallytan och ämnen i omgivningen. Miljön kan vara en vätska eller en gas.
Vid korrosion av järnhaltiga metaller kan två olika reaktioner uppstå: syrekorrosion och vätgaskorrosion. Båda reaktionerna sker under helt olika förhållanden. Här kan du läsa om vilka grundläggande förutsättningar som krävs för att vätgaskorrosion ska uppstå och vad som orsakar dem.
Vad orsakar vätekorrosion?
När syre i form av luft och vatten finns tillgängligt i närheten av metaller, särskilt järnhaltiga metaller, är den elektrokemiska reaktionen vanligtvis syrekorrosion, vilket innebär att järnet oxideras till rost. Men om syre saknas inträffar istället den så kallade syrakorrosionen eller vätkorrosionen. Slutprodukten är rent väte, och metallen oxideras. Den andra delen av redoxreaktionen är dock reduktionen av oxoniumjoner till väte. Metallen löses upp som joner. Detta leder till att materialet avlägsnas i en nästan jämn mängd. Vattenkorrosion uppstår alltid när det råder brist på syre. Båda reaktionerna, både väte- och syrekorrosion, är ansvariga för bildandet av rost.
Vattenkorrosion påverkas av komplexa samband mellan pH, koldioxidhalt, syrehalt, alkalitet och hårdhet. Hög jonhalt (ledningsförmåga) – särskilt klorid och sulfat – kan också leda till ökad korrosion. Förutom kemiska faktorer kan även fysiska egenskaper som partiklar och suspenderat material leda till korrosion. Genom att påverka vissa av dessa parametrar med hjälp av vattenbehandling kan man minska den korrosiva effekten av andra parametrar. Därför ser vi att det idag finns vattenbehandlingsmetoder på marknaden som «tar itu med» problemet på olika sätt genom att påverka olika parametrar. Vissa metoder fokuserar på att avlägsna syre så att vattnets alkalitet och hårdhet får mindre betydelse, vissa fokuserar enbart på att höja – och hålla pH-värdet stabilt, medan andra i sin tur kombinerar filtrering av vattnet med justering av pH-värdet samt justering av alkalitet och hårdhet.
Vilken typ av vattenbehandling?
Här följer en typisk beskrivning från en konsult, där en värme- och kylanläggning har beskrivits som en vattenbehandlingsanläggning som sköter följande funktioner:
- Genomströmningsvatten och cirkulerande vatten filtreras för att avlägsna partiklar ned till 20 µm
- Luft avges
- pH-värdet, alkaliteten och hårdheten hålls stabila på önskad nivå
- Bakterietillväxt förebyggs
Vattenkvaliteten i värmeanläggningen ska efter tre månaders drift uppfylla följande krav:
- pH 9,5–10
- Fe <0,01 mg/l
- Cu <0,02 mg/l
- O2 <0,02 mg/l (20 ppb)
Många frågar specifikt hur viktigt syrehalten i en värme- eller kylinstallation är. När man läser kommentarer från kollegor inom branschen är den omedelbara reaktionen att detta är av största betydelse och att syrehalten helst bör ligga så nära noll som möjligt, eller helst vara noll. Man hänvisar ofta till en syrenivå på <0,020 mg/l (20 ppb). Detta är extremt lågt och saknar betydelse; såvitt vi vet finns det ingen litteratur som kan bekräfta detta. För ordningens skull kan vi upplysa om att 1 ppb = 0,001 ppm.
Diagrammet nedan är hämtat från «Corrosion Engineering – Principles and Practice» (2008) av Pierre R. Roberge (kapitel 8, sidan 274). Diagrammet visar hur upplöst syre i vattnet påverkar korrosionen av stål vid olika vattentemperaturer. Som man ser påverkar syrehalten i vattnet korrosionen i mindre utsträckning när halten av upplöst syre i vattnet är under 1 ppm (det vill säga 1000 ppb), vid en vattentemperatur på 9 °C märks detta redan när halten är 3 ppm.
1 ppm är alltså en koncentration som är 50 gånger högre än vad vissa hävdar är en rekommenderad gräns.
Diagrammet nedan är också hämtat från «Corrosion Engineering – Principles and Practice» (2008) av Pierre R. Roberge (kapitel 8, sidan 276). Denna graf visar korrosion i vatten som innehåller 5 ppm upplöst syre (det vill säga en syrenivå som är 250 gånger högre än vad vissa hävdar är den rekommenderade gränsen) som en funktion av pH vid två olika temperaturer. Som man ser förekommer ingen mätbar korrosion när pH-värdet i vattnet ligger mellan ca 4,5 och 9 och syrehalten i vattnet är 5 ppm. Mot bakgrund av detta kan man med ganska stor säkerhet säga att en syrehalt på 20 ppb, som det hänvisas till, inte kommer att orsaka korrosion när pH-värdet i vattnet är >9.
När det gäller halten av upplöst Fe (järn) och upplöst Cu (koppar) är det viktigt att poängtera att man inte får låta sig förblindas av siffrorna <0,10 mg/l och <0,02 mg/l, utan att förhålla sig realistiskt till dem och bedöma dessa värden i förhållande till de övriga parametrarna som analyseras. Så länge halten av löst Fe är <0,1 mg/l och löst Cu <0,02 mg/l samt att halten av suspenderat material är <10 mg/l, finns det ingen anledning att tro att det förekommer någon betydande korrosion i systemet. Det ligger helt inom det normala att man ser en viss variation i koppar- och järnkoncentrationerna i vattnet – även om man har vattenbehandling. Variationerna kan bero på rent tekniska faktorer, såsom till exempel analysosäkerhet hos laboratoriet. Det innebär att om man analyserar järnhalten två gånger på samma prov, kommer man garanterat inte att få två identiska resultat (åtminstone inte på tre och fyra decimaler, vilket man lätt kan falla för att jämföra). Dessutom är vattenprovet en ögonblicksbild – och enskilda prov måste därför också bedömas utifrån detta. Det är först när man har flera vattenprov över tid som man eventuellt kan se trender och bedöma om det finns anledning till oro.
Slutsatsen kan vara: Variationen i halten av löst koppar och järn som observeras i proverna kan inte förklaras ytterligare, eftersom det inte finns några andra omständigheter som tyder på att detta skulle vara något annat än en normal variation.
Om EnwaMatic-vannbehandling
EnwaMatic vattenbehandling är en multifilterlösning som 1) filtrerar bort partiklar i vattnet ned till 5 my, och 2) påverkar vattnets pH (ca. 9–10,5), hårdhet och alkalitet. Det innebär att EnwaMatic inte aktivt påverkar syrenivån i vattnet, men som beskrivits ovan: genom att justera pH-värdet, alkaliniteten och hårdheten blir syrets inverkan på korrosionen mindre betydande. En viktig parameter är vattnets alkalinitet. Vattnets alkalitet säger något om hur «effektivt» vattnet kan neutralisera syra och är därför en viktig faktor för vattnets buffertförmåga. Genom att ge vattnet ökad buffertkapacitet kommer vattnet i mycket större utsträckning att kunna tåla «syraangrepp» – till exempel luft med koldioxid – utan att pH-värdet förändras i någon betydande utsträckning. Alkaliteten i vattnet ger ett mer stabilt och jämnt pH-värde.
I våra rekommenderade specifikationer för god vattenkvalitet i system som behandlas med EnwaMatic hänvisar vi till Nordvärmeföreningens rapport om korrosion och vattenbehandling i nordiska fjärrvärmesystem:
- Utseende: Klart
- pH: 9-10,5
- Löst järn (Fe): <0,1 mg/l
- Upplöst koppar (Cu): <0,05 mg/l
- Material i hängslen: <10 mg/l
En klok man har en gång sagt: «Alla vägar leder till Rom». Förutsatt att alla uppfyller dessa minimikrav kan detta vara sant. Utmaningarna med en god och stabil vattenbehandling ligger i att leverera och dokumentera förutsägbara resultat dag efter dag och år efter år.
Ordlista/förklaringar
Redoxreaktion: En kemisk reaktion där ett ämne reduceras och ett annat oxideras.
Oksoniumjon: Jonen H3O+, som bildas när en syra reagerar med vatten och som ger lösningen sura egenskaper.
Grumlighet: Vattnets halt av små partiklar (grumlighet), enhet FTU. Silikater: Samlingsbegrepp för kiselföreningar, mycket hårda och med hög kemisk beständighet, uttrycks i mg/l.
Alkalinitet: Innehållet av bikarbonat, ett mått på vattnets förmåga att motstå försurning, anges i mg/l.
Hårdhet: Vattnets halt av kalcium och magnesium anges i tyska hårdhetsgrader (°dH).
Ledningsförmåga/konduktivitet: Koncentrationen av upplösta salter i vattnet uttrycks i mS/m.
Klorid: Med klorförbindelser avses här kalciumklorid och natriumklorid, och halterna anges i mg/l.
Sulfat: Kemisk förening – här avses natriumsulfat – anges i mg/l.
pH-värde: Vattnets surhetsgrad mäts på en skala från 1 till 14, från surt till basiskt.
ppm: delar per miljon
ppb: delar per miljard
