Wat is corrosie en hoe ontstaat het in koelers?

Wat is corrosie? De betekenis in het kort

Corrosie is de aantasting van een metaal door een reactie met zijn omgeving. Het metaal wil terug naar de toestand waarin het in de natuur voorkomt: als erts, een verbinding met zuurstof of zwavel. Water, zuurstof en zouten helpen daarbij. Bij ijzer en staal zie je het als roest, bij koper als een bruine of groene aanslag, bij aluminium als wit poeder. De betekenis van corrosie is dus breder dan roest: elk metaal corrodeert, alleen op zijn eigen manier en in zijn eigen tempo.

In een koeler of warmtewisselaar is corrosie geen cosmetisch probleem. De wand tussen de twee media is dun, vaak minder dan een millimeter. Elke aantasting van die wand kost warmteoverdracht, verhoogt de kans op lekkage en kan uiteindelijk tot uitval leiden. Daarom is dit het centrale onderwerp in het thema corrosie en bescherming.

Corrosie of oxidatie: wat is het verschil?

Oxidatie is de chemische reactie waarbij een metaal elektronen afstaat; corrosie is het praktische gevolg daarvan, de schade aan het materiaal. Elke corrosie begint met oxidatie, maar niet elke oxidatie leidt tot schade. Een dunne, gesloten oxidelaag kan een metaal juist beschermen. Roestvast staal, aluminium en koperlegeringen danken hun bestendigheid aan zo'n laag, die zichzelf herstelt zolang er zuurstof bij kan.

Het probleem ontstaat wanneer die laag poreus, los of plaatselijk beschadigd is. Bij ijzer is roest zo'n poreuze laag: hij houdt water vast en beschermt niets. Bij aluminium of koper kan een stabiele laag door chloriden of door stroming plaatselijk kapotgaan, waarna de corrosie zich op dat ene punt concentreert. Hoe dat per legering uitpakt lees je in koper, messing, cupronikkel en aluminium in koelers.

Hoe ontstaat corrosie: anode, kathode en elektrolyt

Corrosie in water is een elektrochemisch proces: een kleine batterij die zichzelf leegtrekt. Daarvoor zijn vier dingen nodig, en ze zijn in elke koeler aanwezig.

• Een anode: de plek waar het metaal oplost. Metaalatomen staan elektronen af en gaan als ionen het water in.
• Een kathode: de plek waar die elektronen weer verbruikt worden, meestal door opgeloste zuurstof die met water reageert.
• Een elektrolyt: een geleidende vloeistof die de ionen transporteert. Koelwater, en zeker zeewater, is een goede elektrolyt.
• Een elektrische verbinding: het metaal zelf, dat de elektronen van anode naar kathode geleidt.

Anode en kathode kunnen millimeters uit elkaar liggen op één stuk staal, bijvoorbeeld door een krasje, een insluiting of een verschil in zuurstofgehalte. Ze kunnen ook twee verschillende metalen zijn die elektrisch contact maken; dan spreek je van galvanische corrosie. In beide gevallen geldt: onderbreek één van de vier schakels en het proces stopt. Dat is precies wat een gesloten, elektrisch isolerende coating doet.

Waarom zuurstof, zouten en temperatuur corrosie versnellen

De snelheid van corrosie wordt bepaald door hoe makkelijk de kathodereactie verloopt en hoe goed het water geleidt. Drie factoren springen eruit.

Zuurstof

Zonder opgeloste zuurstof komt de kathodereactie in neutraal water nauwelijks op gang. Zuurstofrijk, bewegend water corrodeert daarom sneller dan stilstaand, zuurstofarm water. Maar ook het verschil in zuurstof is gevaarlijk: onder een laag slib of aangroei zit minder zuurstof dan erbuiten, en juist dat verschil maakt de bedekte plek tot anode.

Zouten

Opgeloste zouten verhogen de geleidbaarheid van het water, waardoor de stroom tussen anode en kathode makkelijker loopt. Chloriden doen meer: ze breken beschermende oxidelagen plaatselijk af en houden de corrosie op één punt actief. Dat maakt zeewater en brak water zoveel agressiever dan zoet water, zoals uitgelegd in corrosie door zeewater, brak water en rivierwater.

Temperatuur

Een hogere temperatuur versnelt vrijwel elke chemische reactie, dus ook corrosie. In een warmtewisselaar is de wand per definitie warmer dan het koelwater. De warme kant van een koeler corrodeert daarom sneller dan de koude kant, en plekken met plaatselijke oververhitting, zoals onder kalkaanslag, lopen extra risico.

Welke vormen van corrosie komen in koelers voor?

Corrosie kent veel verschijningsvormen. In koelwatersystemen zijn dit de vijf die je het vaakst tegenkomt.

Uniforme corrosie is het minst gevaarlijk: hij is zichtbaar, meetbaar en voorspelbaar. Put- en spleetcorrosie zijn verraderlijk, omdat een wand die er van buiten goed uitziet toch binnen een seizoen lek kan raken. Erosiecorrosie en galvanische corrosie zijn typisch voor koelers, omdat die hoge stroomsnelheden en meerdere metalen combineren.

Waar corrosie in een koeler begint

Corrosie begint vrijwel altijd op een plek waar de omstandigheden plaatselijk afwijken. In de praktijk zijn dat:

• de buisinlaten in de pijpenplaat, waar het water met de hoogste snelheid en turbulentie binnenkomt;
• de overgang tussen buis en pijpenplaat, waar vaak twee verschillende metalen elkaar raken;
• onder slib, kalk of biologische aangroei, waar zuurstoftekort en chlorideophoping samenkomen;
• waterkasten en deksels, waar water stilstaat als de installatie uit bedrijf is;
• de warmste zones van de bundel, waar temperatuur en afzetting samenvallen.

Dat zijn ook de plekken die bij reiniging en inspectie de meeste aandacht verdienen, en de plekken waar een coating het volledige oppervlak moet bedekken. Een coating die de schaduwzijden mist, mist precies de risicozones.

Wat betekent dit voor jouw installatie

Corrosie is geen defect maar een natuurlijk proces, en het verloopt in een koeler sneller dan in vrijwel elke andere installatie. Je kunt het proces niet uitschakelen, wel beheersen. Dat doe je door het elektrochemische circuit te onderbreken: het metaal scheiden van het water en van andere metalen.

Een phenol-epoxy inbrandcoating doet beide tegelijk. De laag is gesloten, chemisch resistent van pH 3 t/m pH 14 en elektrisch isolerend, en hij wordt in dunne lagen opgebouwd zodat de warmteoverdracht behouden blijft. Novocoatings brengt deze inbrandcoatings aan op shell and tube warmtewisselaars, lamellenkoelers en box coolers, na een chemische voorbehandeling die ook de schaduwzijden bereikt. Is een koeler al aangetast, dan laat het refit programma zien of hij nog te herstellen is. Welke methode van corrosiebescherming in welke situatie past, vergelijken we in een apart artikel.