funktion hos diffusionsspärren i pex-rör efter 7 års drift Anders Thorén, Corromat AB Forskning och Utveckling Värmegles 2004:12
FUNKTION HOS DIFFUSIONSSPÄRREN I PEX-RÖR EFTER 7 ÅRS DRIFT Forskning och Utveckling Värmegles 2004:12 Anders Thorén, Corromat AB ISSN 1401-9264 2004 Svensk Fjärrvärme AB Art nr 042225
I rapporten redovisar projektledaren sina resultat och slutsatser. Publicering innebär inte att Svensk Fjärrvärme AB eller styrgruppen för Värmegles Fjärrvärme tagit ställning till slutsatser och resultat.
Sammanfattning För att studera syrediffusion och korrosion i fjärrvärmenät med diffusionsspärrade PEX-rör genomfördes mätningar i två nybyggda sekundärnät i Enköping och Landskrona under perioden 1998 2000. Resultaten från dessa mätningar visade att korrosionshastigheterna var mycket låga och att syrediffusionen var av försumbar omfattning. För att studera om diffusionsspärren har försämrats med tiden har förnyade mätningar genomförts i samma nät under perioden januari - april 2004. Mätningarna har genomförts med korrosionskuponger och korrosionsmätsonder. Resultaten visar att korrosionshastigheterna fortfarande efter 7 års drift är mycket låga, <= 1,3 µm/år och syrediffusionen är av försumbar omfattning. Ingen försämring av diffusionsspärren har således observerats efter 7 års drift. Korrosionshastigheterna är i nivå med vad som normalt uppmäts i väl fungerande konventionella fjärrvärmenät med mediarör i stål. De använda mätmetoderna kan med fördel användas som en del i ett förebyggande underhåll, syftande till att korrosionsskador eller störningar orsakade av anrikning av korrosionsprodukter kan undvikas. 3
Summary During 1998 to 2000 corrosion measurements were carried out in two district heating systems for the purpose of determining the extent of oxygen diffusion through PEXpipes (crosslinked polyethylene). These measurements showed that the corrosion rates were very low and that diffusion of oxygen was very limited. The measurements were repeated in the same systems during the first months of 2004 in order to determine if the oxygen diffusion barrier deteriorates over time. Corrosion coupons and corrosion monitoring probes were used in the measurements. The results show that corrosion rates after 7 years are still low, <= 1,3 µm/year (0,051 mpy) and no deterioration of the oxygen diffusion barrier has been observed. The corrosion rates are of the same magnitude as those normally observed in district heting systems entirely built with steel piping. The methods for corrosion measurements used in this study are suitable for continuous corrosion monitoring for the purpose of avoiding corrosion attack or disturbances related to accumulation of corrosion products.
Innehållsförteckning 1. Inledning...7 1.1. Bakgrund... 7 2. Målsättning...7 3. Mätningar...7 4. Resultat...8 5. Diskussion...9 6. Slutsatser...10 Bilaga 1 Bilaga 2 Beskrivning av studerade PEX-system Mätsond för övervakning av korrosion i slutna vattensystem 5
1. Inledning 1.1. Bakgrund Under 1970-talet lanserades PEX-rör för användning i sekundära fjärrvärmenät och närvermenät vid temperaturer upp till 80 o C. Användningen gav en hel del negativa erfarenheter. Pga syrediffusion genom materialet uppstod korrosionsproblem. I korthet drabbades system där inga korrosionsinhibitorer användes av allmän korrosion och störningar av stora mängder slam av korrosionsprodukter. I system där korrosionsinhibitorer användes erhölls istället lokala korrosionsangrepp ofta med läckage som följd. Sedermera har PEX-rör med spärr mot syrediffusion tagits fram, men erfarenheterna från 70-talet har inneburit att en rimlig skepsis mot PEX-tekniken fortfarande finns på många håll i fjärrvärme-branschen och användningen av PEX-rör i värmesystem är tämligen begränsad. I syfte att fastställa funktionen hos diffusionsspärren genomfördes under perioden 1998 2000 korrosionsmätningar i två nybyggda PEX-system. Dessa mätningar har rapporterats i Korro-sionsmätningar i PEX-system i Landskrona och Enköping ; Fjärrvärmeföreningen FoU 2001:53. Mätningarna visade att korrosionshastigheten på kolstål var mycket låg och väl i nivå med vad som uppmätts i väl fungerande fjärrvärmenät med endast stålrör och att diffusionsspärren således fungerade på avsett sätt. Det observerades dock att syrediffusionen ökade påtagligt (om än från mycket låga nivåer) vid temperaturer över 70 o C. Vidare påtalades att om åldring sker hos diffusionsspärren skulle detta medföra ökad korrosion i värmesystemet och på sikt risk för samma typ av störningar som observerades på 1970-talet. 2. Målsättning Föreliggande projekt är en uppföljning av tidigare genomförda studier i syfte att fastställa om diffusionsspärren i PEX-rör försämras efter flera års drift. 3. Mätningar Mätningar har gjorts under perioden dec 03 till april 04 i PEX-system i Häljarp utanför Landskrona och i bostadsområdet Munksundet i Enköping. Nätet i Munksundet är ett sekundärsystem anslutet via en områdescentral till fjärrvärmenätet, medan nätet i Häljarp är ett närvärmenät anslutet till en separat pelletseldad panncentral. De båda systemen beskrivs närmare i bilaga 1. För att studera ev indiffusion av syre via PEX-rören har mätningar gjorts med korrosionskuponger och korrosionsmätsonder, som har monterats i delströmskretsar över cirkulationspumparna i näten. Vattenprov har uttagits från båda näten för analys. I vardera nätet har tre korrosionskuponger av kolstål exponerats. Före exponering rengjordes och vägdes kupongerna. Efter exponeringen betades kupongerna i inhiberad fosforsyra varefter de vägdes på nytt. Från den på detta sätt bestämda viktförlusten räknades korrosionshastigheten ut. Hastigheten anges som µm/år och representerar den avfrätning som skulle ske om korrosionsangreppet förekom som allmän korrosion, dvs med en jämn avfrätning av hela den exponerade ytan. Varje 7
kupong har en area av 28,5 cm 2, varav ca 1 cm 2 bildar en spalt vid infästningen, (skruv och bricka av polyamid). Mätsignalen från korrosionsmätsonderna har lagrats kontinuerligt i dataloggrar under hela mätperioden. I Häljarp användes en datalogger med GSM-kommunikation som medgav att mätvärden kunde hämtas till PC för presentation och utvärdering regelbundet via mobiltelenätet. I Munksundet användes en konventionell datalogger där mätvärden tappades till en bärbar PC på plats. Korrosionsmätsonden beskrivs närmare i bilaga 2. 4. Resultat Uppmätta korrosionshastigheter på kolstålskupongerna efter 3 månaders exponering framgår av nedanstående tabell. I tabellen har även angivits de korrosionshastigheter som uppmättes vid motsvarande mätningar 1998. Korrosionshastigheterna anges i µm/år. Uppgiften om lokal korrosion avser om angrepp av punktfrätning eller spaltkorrosion har observerats på korrosionskupongerna. Korrosionshastighet Lokal korrosion µm/år Häljarp 1,3 Nej Häljarp 1998 0,9 Nej Munksundet 1,0 Nej Munksundet 1998 1,2 Nej Mätningar med korrosionsmätsonderna redovisas som trendkurvor i nedanstående figurer 1 till 6. Resultaten av vattenanalyserna framgår av nedanstående tabell. I tabellen har också angivits Svensk Fjärrvärmes riktvärden. Vattenanalyserna har utförts vid Analycen AB. Analys Häljarp Munksundet PEX-system Enköping primärnät Svensk Fjärrvärme Riktvärden Enhet Kem. syreförbr., COD 10 25 25 mg / l ph 8,9 9,7 9,9 9,5-10 Alkalitet 118 68 45 mg HCO 3 /l Konduktivitet 25 17 9,6 ms / m Hårdhet total 0,17 0,05 0,04 <1,0 o dh Ammoniumnitrogen 0,38 0,93 0,57 mg / l Ammoniak 0,46 1,13 0,70 <10 mg / l Nitrat-nitrogen <0,1 <0,01 <0,01 mg / l Nitrat NO 3 <0,44 <0,05 <0,05 mg / l Nitrit-nitrogen <0,002 <0,002 <0,002 mg / l Nitrit NO 2 <0,007 <0,007 <0,007 mg / l Fosfatfosfor <0,005 <0,005 0,008 mg / l Fosfat PO 4 <0,015 <0,015 0,024 mg / l Fluorid 0,38 <0,1 0,1 mg / l Klorid 19 5,7 2,7 ( <50 ) mg / l Sulfat <1,0 <1,0 5,5 mg / l Aluminium <0,01 <0.01 0,014 mg / l Kalcium 1,0 0,28 0,25 mg / l Koppar <0,02 0,032 0,042 <0,02 mg / l Järn <0,02 0,11 0,046 <0,1 mg / l Kalium 1,5 <1,0 <1,0 mg / l Magnesium <0,5 <0,5 <0,5 mg / l Mangan <0,01 <0,01 <0,01 mg / l Natrium 46 29 17 mg / l 8
5. Diskussion Korrosionshastigheterna i de båda studerade PEX-rörsystemen är mycket låga. I jämförelse med den föregående mätningen under 1998 är korrosionshastigheterna av samma storleksordning. Indiffusionen av syre i PEX-rörsystemen har således varit mycket begränsad och uppenbarligen fungerar diffusionsspärren ännu efter sju års drift. Ingen lokal korrosion har observerats, alla korrosionskuponger hade en tunn och väl vidhäftande beläggning av magnetit. Det faktum att ingen försämring av diffusionsspärren har observerats efter 7 år utesluter inte att en sådan försämring kan ske i framtiden. De resultat som framkommit i denna studie är således ingen garanti för att PEX-rören kommer att fungera under hela den förväntade livslängden. Kurvan från korrosionsmätsonden i Häljarp, figur 1, uppvisar under första halvan av mätperioden ett flertal toppar upp mot 1 µa, vilket motsvarar syrehalter av storleksordningen 0,5 till 2 ppb (µg/l ). I figur 2 visas kurvan under 5 dygn där det framgår att topparna sammanfaller med sänkningar av framledningstemperaturen. Det visade sig att topparna orsakas av att syresatt vatten från expansionskärlet kommer in i det cirkulerande nätvattnet vid temperatursänkningar i nätet. Vid ett driftstopp på pannan den 12/3, figur 3, sker en kraftig temperatursänkning i hela nätet varvid en stor mängd vatten från expansionskärlet tillförs nätet. Detta ger momentant ett mycket stort utslag från korrosionsmätsonden, men därefter uppvisar mätsignalen ett lugnare förlopp. Rimligen har den kraftiga temperatursänkningen medfört att huvuddelen av syret i expansionskärlet har förbrukats. Kurvan från korrosionsmätsonden i Munksundet, figur 4 visar att mätsignalen kontinuerligt ligger mycket stabilt vid en mycket låg nivå. Förutom ett par kortvariga toppar ligger mätsignalen under 0,3 µa, vilket innebär att syrehalten är < 1 ppb (µg/l ). Den topp som inträffar den 13/1 beror på uttaget av en korrosionskupong, vilket medfört en oundviklig tillförsel av en mindre mängd syre. Av figur 5 och 6 framgår att temperatursänkningar i framledningen inte ger upphov till någon ökning av mätsignalen som i nätet Häljarp. I stället sker en liten ökning av mätsignalen vid temperaturhöjningar i nätet. Detta observerades även vid den föregående mätningen och slutsatsen kvarstår att diffusionen av syre ökar något vid högre temperaturer. Verkan av att ha ett membran i expansionskärlet är således tydlig. Även om den korrosion som orsakas av syretillförseln via expansionskärlet i Häljarp är mycket begränsad, så torde denna kunna undvikas mot en begränsad merkostnad genom att använda expansionskärl med membran. Av vattenanalyserna framgår att nätvattnet i Häljarp har ett något lågt ph-värde, men i övrigt ligger värdena inom riktvärdena. Halterna av järn och koppar är mycket låga, vilket styrker bilden av att korrosionen är av försumbar omfattning. Vattenanalyserna från Munksundet visar att vattnet i PEX-systemet har goda värden vad gäller ph och hårdhet, däremot är koppar- och järnhalter något förhöjda. Man kan observera att kopparhalten i primärnätet är ännu högre. Man kan således anta att koppar huvudsakligen tillförs via spädmatning från primärnätet. Förutom att ge information om funktionen hos diffusionsspärren i PEX-rören kan mätningarna också ses som ett exempel på förebyggande underhåll. Syreinläckage medför korrosion som förr eller senare leder till genomfrätning och läckage. Långt innan sådana skador uppstår kommer dock störningar orsakade av ökande mängder slam av korrosionsprodukter (magnetitslam) att inträffa. Då radiatorkretsarna är 9
direktkopplade innebär det att de störningar, som sannolikt först visar sig är igensättning av och försämrad funktion hos termostatventilerna på radiatorerna. Dessa korrosionsrelaterade störningar innebär en försämrad leveranskvalitet till kunden. Det finns således ett ekonomiskt intresse av att begränsa även måttlig korrosion, även om den inte inom överskådlig tid hotar att orsaka genomfrätning och läckage. Det finns å andra sidan ingen anledning att tillämpa mer avancerad och dyrbar vattenbehandling och kemikaliedosering än nödvändigt. Genom kontinuerlig eller återkommande mätning och övervakning av den faktiska korrosionshastigheten i nätet torde den mest kostnadseffektiva driften kunna tillämpas. Underhåll är alltid billigare än reparation. 6. Slutsatser De låga korrosionshastigheterna på kolstål som uppmätts i de båda PEXsystemen indikerar att diffusionen av syre genom PEX-rören fortfarande efter sju års drift är av försumbar omfattning. Att diffusionsspärren är intakt efter sju års drift är ingen garanti för att den kommer att vara intakt under hela den förväntade livslängden. Trycksatta expansionskärl med luftkudde utan membran ger signifikant högre korrosionshastigheter än om expansionskärl med membran används. De valda spädvattenkvaliteterna ger tillräckligt god vattenkvalitet i de studerade PEX-systemen. De övervakningsmetoder som använts i detta projekt torde med fördel kunna användas inom ramen för ett förebyggande underhåll. Härigenom kan korrosionsrelaterade störningar och skador undvikas, samtidigt som kostsam spädvattenbehandling eller kemikaliedosering endast behöver tillämpas då det verkligen behövs. 10
Bild 1 Mätvärden från nätet i Häljarp, februari april 2004. Korrosionsmätsond röd, framledningstemperatur grön, returtemperatur blå. Galv.str µa 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2004-02-01 2,242E+006 2004-02-09 6,704E+006 2004-02-17 Korr 2004-02-25 2004-03-04 2004-03-12 Temp fram 2004-03-20 Temp retur 2004-03-28 2004-04-05 Objekt: Häljarp 2004-04-13 45 2004-04-21 Temp Temp C C 85 70 83 68 81 66 79 64 77 62 75 60 73 58 71 56 69 54 67 52 65 50 63 48 61 46 59 44 57 42 55 40 53 38 51 36 49 34 47 32 30 Bild 2 Mätvärden från Häljarp, 2004-02-25 2004-03-01. Galv.str µa 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2004-02-25 1,255E+005 2004-02-25 4,32E+005 2004-02-26 Korr 2004-02-26 2004-02-27 2004-02-27 Temp fram 2004-02-28 Temp retur 2004-02-28 2004-02-29 Objekt: Häljarp 2004-02-29 45 2004-03-01 Temp Temp C C 85 70 83 68 81 66 79 64 77 62 75 60 73 58 71 56 69 54 67 52 65 50 63 48 61 46 59 44 57 42 55 40 53 38 51 36 49 34 47 32 30 11
Bild 3 Mätvärden från Häljarp, 2004-03-09 2004-03-24. Galv.str µa 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2004-03-09 7,07E+005 2004-03-10 1,296E+006 2004-03-12 Korr 2004-03-13 2004-03-15 2004-03-16 Temp fram 2004-03-18 Temp retur 2004-03-19 2004-03-21 Objekt: Häljarp 2004-03-22 45 2004-03-24 Temp Temp C C 85 70 83 68 81 66 79 64 77 62 75 60 73 58 71 56 69 54 67 52 65 50 63 48 61 46 59 44 57 42 55 40 53 38 51 36 49 34 47 32 30 Bild 4 Mätvärden från Munksundet, dec 03 till mars -04. Korrosionsmätsond röd, framledningstemperatur blå. Galv ström µa 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2003-12-16 2003-12-26 2004-01-05 KORR TEMP Objekt: ENKÖPING 2004-01-15 2004-01-25 2004-02-04 2004-02-14 2004-02-24 2004-03-05 2004-03-15 Temp. C 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 2004-03-25 12
Bild 5 Mätvärden från Munksundet, 2004-01-22 2004-01-27. Galv ström µa 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2004-01-22 2004-01-23 2004-01-23 KORR TEMP Objekt: ENKÖPING 2004-01-24 2004-01-24 2004-01-25 2004-01-25 2004-01-26 2004-01-26 2004-01-27 Temp. C 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 2004-01-27 Bild 6 Mätvärden från Munksundet, 2004-03-20 2004-03-25 Galv ström µa 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2004-03-20 2004-03-20 2004-03-21 KORR TEMP Objekt: ENKÖPING 2004-03-21 2004-03-22 2004-03-22 2004-03-23 2004-03-23 2004-03-24 2004-03-24 Temp. C 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 2004-03-25 13
Bilaga 1 Beskrivning av studerade PEX-system. Häljarp, Landskrona Till närvärmesystemet är 108 enfamiljshus samt skola, idrottshall, fritidshem och församlingshem anslutna. Produktionsanläggningen utgörs av en fastbränslepanna (800 kw) för pellets samt en oljepanna som reserv. Närvärmesystemet är ett fjärrvärmekombisystem. Detta innebär att man har behållit vissa (oprioriterade) elradiatorer i villorna vid konverteringen, varigenom ledningsdragningen blivit enklare och konverteringskostnaden kunnat minskas betydligt. I villorna finns tappvarmvattenväxlare medan radiatorsystemen är direktkopplade till närvärmesystemet. Distributionsnätet är uppbyggt av tre olika typer av material: Utgående från panncentralen finns ca 200 m konventionell PEH-kulvert med mediarör av kolstål. Därefter finns ytterligare ca 200 m kulvert med kopparrör, Cu-flex fast system med förstärkta lödmuffar, dim 70/140 88/160. Resterande delar är plaströr LR-PEX med diffusionsspärr i dim 28/77 63/126. Max temperatur är 80 o C och maxtryck är 6 bar. Total kulvertlängd exklusive stålrörskulvert är 3.030 m. Fastbränslepannan har en cirkulationskrets med värmeväxlare mot distributionsnätet. Spädmatning görs i panncentralen till både panncirkulationskrets och distributionsnät med avhärdat kommunalt vatten. Tryckhållning sker med trycksatt expansionskärl med luftkudde (utan membran). Ingen kemikaliedosering sker till nätet. Linjetätheten är 321 kwh / m med fjärrvärmekombi. Om hela värmebehovet hade täckts med fjärrvärme hade linjetätheten varit 446 kwh / m. Munksundet, Enköping PEX-systemet i Munksundet är ett sekundärnät till fjärrvärmenätet med 44 enfamiljshus anslutna. Ansluten effekt är 518 kw. I en områdescentral växlas primär fjärrvärme mot sekundärnätet. Spädmatning till sekundärnätet sker från primärnätet, vilket innebär att spädvattnet är syrefritt och avhärdat. Tryckhållning sker med trycksatt expansionskärl med membran i områdescentralen. Ingen kemikaliedosering sker till sekundärnätet, Primärnätet är dock doserat med Pyranin, vilket således även tillförs sekundärnätet vid spädmatning. Sekundärnätet är i sin helhet uppbyggt av kulvert av typen Wirsbo Ecoflex Thermo Twin i dimensionerna 32/160, 40/160 och 50/200. Mediarören är av typen Wirsboeval/PEX med diffusionsspärr. Kulverten är förlagd enligt kammetoden där rören läggs från hus till hus i anpassade längder, vilket innebär att inga skarvar finns under mark. Vidare kan ev fuktskador i kulverten inte sprida sig mellan mer än två hus. Max temperatur för sekundärnätet är 80 o C och max tryck är 6 bar. Total kulvertlängd är 920 m. Linjetätheten är 640 kwh / m. 14
Jämförelse av näten ur vattenbehandlings- och korrosionssynpunkt. I Munksundet sker spädmatning från primärnätet, som har ett vatten som är syrefritt och normalt håller god kvalitet. Spädmatningen i Häljarp sker däremot med avhärdat syremättat kommunalt vatten. Så länge spädmatningen är begränsad har denna skillnad dock ingen praktisk betydelse. Avsaknaden av membran i expansionskärlet i Häljarp innebär att syre kan tillföras nätet vid temperaturvariationer i nätet då vattenutbyte sker med expansionskärlet. Denna risk undviks i Munksundet där expansionskärlet är försett med membran. Distributionsnätet i Häljarp innehåller förutom PEX-rör även mindre delar stål- och kopparrör. Trots detta bedöms dock de båda systemen ha jämförbara förhållanden mellan PEX - röryta och stålyta eftersom huvuddelen av stålytan utgörs av radiatorer. 15
Bilaga 2 Mätsond för övervakning av korrosion i slutna vattensystem. Korrosion i slutna vattensystem såsom ång/kondensatsystem samt het- och kylvattensystem leder till frätskador och i värsta fall läckage på rörledningar och andra delar i systemet. Korrosionen leder också till att korrosionsprodukter anrikas i systemet. Oftast bildas beläggningar av magnetitslam, som minskar värmeöverföringsförmågan i pannor och värmeväxlare. Magnetitslam som transporteras med vattnet ger ökat slitage i bl.a. pumpar. Ett speciellt problem är att magnetitbeläggningar stör funktionen hos induktiva vattenmätare. Låg syrehalt och ett alkaliskt ph-värde är den metod man använder för att begränsa korrosionen i de flesta system. Detta uppnås med eller utan tillsatsmedel. I syfte att ta fram en enkel och tillförlitlig metod för att kontrollera syretillförsel och korrosion har korrosionsmätsonden från Corromat AB utvecklats. Korrosionsmätsonderna används huvudsakligen i större fjärrvärmesystem med syfte att indikera ev. läckor i varmvattenväxlare i abonnentcentraler. Övriga applikationer är matarvatten- och kondensatsystem samt slutna hetvatten- och kylvattensystem. I matarvattensystem är syftet att övervaka avgasarens funktion, i förlängningen finns ofta en önskan att kunna minimera eller eliminera användningen av kemikalier för syrereduktion. För samtliga applikationer gäller att mätsonden används i miljöer, som normalt skall vara "syrefria" och att mätsonden omedelbart indikerar avvikelser från detta idealvärde. Mätsonden kan ses som en "syreindikator", som kontinuerligt lämnar en mätsignal proportionell mot syrehalten. Eftersom den har en mycket enkel konstruktion är den dels mycket driftsäker och kräver ett minimum av service. Mätsonden monteras direkt på rörledningen och därför behövs ingen provtagningsledning eller provtagningskylare. Installation och drift av korrosionsmätsonder är därmed avsevärt enklare och mindre kostsamt än vad som gäller för konventionella syremätinstrument. Korrosionsmätsonden ger inget exakt värde på syrehalten. Erfarenhetsmässigt kan man dock översätta mätvärdena till ungefärlig syrehalt enligt den empiriska regeln: syrehalt i ppb (µg/l) = (0,5 till 2) * (galvanisk ström i µa). Exempel: 1 µa motsvarar 0,5 till 2 ppb syre; 5 µa motsvarar 2,5 till 10 ppb syre och så vidare. I praktiken har det visat sig att i väl fungerande,"syrefria" fjärrvärmesystem är den galvaniska strömmen < 0,5 µa, vilket motsvarar < 1 ppb syre. Ju högre mätvärdet är, desto större är syretillförseln och desto viktigare är det att lokalisera och åtgärda denna läcka. Nedan ges några exempel på mätningar med korrosionsmätsonden i matarvatten och fjärrvärmesystem. Beskrivning av mätsonden. Korrosionsmätsondens utformning och funktion framgår av nedanstående figur. Den består av ett dykrör av syrafast stål, SS 2343, monterad i en svetsnippel för anborrning enligt Toniscos system. Tryckklass PN 16. Mätsonden kan monteras på rörledningar av kolstål eller koppar. Tonisco-systemet medger att mätsonden kan monteras på trycksatt ledning. Mellan det syrafasta materialet i mätsonden och kolstålet eller kopparmaterialet i rörledningen bildas en galvanisk cell. Den galvaniska ström, som flyter i denna cell beror på hur korrosivt vattnet är, dvs. i praktiken hur hög syrehalten är. Den galvaniska strömmen tas som ett relativt mått på vattnets korrosivitet. I mätsondens elektronikbox omvandlas den galvaniska strömmen till en 4-20 ma-signal. 16
Genom att mätsonden endast utgörs av en yta av syrafast stål finns inget behov av service eller kalibrering av mätsonden, vilket annars är fallet med de flesta mätinstrument. Mätsonden torde kunna sitta monterad i åratal. Hittills har mätsonder som längst varit monterade i fjärrvärmenät i Stockholm i drygt 12 år utan behov av service. 4-20 ma-signalen kan presenteras på valfritt sätt, t ex på skrivare, PC eller befintlig processdator. Det är lämpligt att presentera den kontinuerliga signalen som trendkurva i ett tidsdiagram. Det har visat sig att det är värdefullt att känna till vid vilken tidpunkt en förändring i korrosiviteten inträffar så att detta kan härledas till någon viss händelse, t ex ett tidsbegränsat inläckage. 17
Exempel på mätningar. Nedanstående figur visar resultatet från en jämförande mätning under 5 dygn i matarvatten. Spädvattnet är avsaltat (katjon- och anjonfilter, men inget blandbäddsfilter). Spädvatten och kondensat passerar en avgasare på matarvattentanken. Inget tillsatsmedel har använts i matarvattnet under mätperioden. Korrosionmätsonden var monterad direkt på sugledningen av kolstål före matarvattenpumpen och ansluten till en datalogger där mätvärden lagrades varannan minut. För syremätningen användes ett instrument av typ Orbisphere 3660. Instrumentets givare var monterad på en provtagningsledning efter en provtagningskylare. Provtagningsledningen var ansluten till sug-ledningen före matarvattenpumpen. Orbisphereinstrumentet var anslutet till samma datalogger som korrosionsmätsonden. I diagrammet har signalen från korrosionsmätsonden angivits i µa och signalen från Orbisphereinstrumentet i ppb (µg/l) syre. De båda skalorna har anpassats manuellt i diagrammet. Galv.ström µa 4 Matarvattenledning sugsida Mätsond Syremätare Syrehalt ppb 2 3,6 1,8 3,2 1,6 2,8 1,4 2,4 1,2 2 1 1,6 0,8 1,2 0,6 0,8 0,4 0,4 0,2 0 2002-06-20 06:00:00 2002-06-20 18:00:00 2002-06-21 06:00:00 2002-06-21 18:00:00 2002-06-22 06:00:00 2002-06-22 18:00:00 2002-06-23 06:00:00 2002-06-23 18:00:00 2002-06-24 06:00:00 2002-06-24 18:00:00 0 2002-06-25 06:00:00 18
Nedanstående figur visar ett exempel på mätningar under 18 dygn i ett fjärrvärmesystem som spädmatas med avgasat och avsaltat vatten. Inga kemikalier doseras till systemet. De tre redovisade korrosionsmätsonderna är monterade på returledningar av kolstål ute i systemet efter tre olika grupper av abonnentcentraler. Varje mätsond täcker 15 30 abonnentcentraler. Syftet med mätsonderna är att indikera ev. inläckage av tappvatten i abonnentcentralerna. Mätsonderna är anslutna till en datalogger som registrerar mätvärden var 5:e minut. Av diagrammet framgår att kurvorna från mätsond 2 och mätsond 3 ligger relativt stabilt på en mycket låg nivå. Signalen från mätsond 1 ligger högre än de övriga och uppvisar dels en spik 020801, dels en sinusformad variation med perioden 1 dygn. Kurvorna från mätsond 2 och mätsond 3 representerar syrefritt vatten, syrehalten torde vara << 1 ppb. Det syre som ev. tillförs någonstans i systemet har mer eller mindre fullständigt förbrukats genom korrosion innan vattnet når mätsonderna. Inga inläckage finns i de abonnentcentraler som täcks av de båda mätsonderna. Kurvan från mätsond 1 indikerar ett inläckage i någon av de abonnentcentraler som täcks av denna mätsond. Det sinusformade utseendet hos kurvan är typiskt för denna typ av inläckage och beror på att inläckagets omfattning varierar med variationer i tryck både på fjärrvärmesidan och tappvattensidan. Inläckaget är mycket litet, vilket framgår av att mätsignalen endast når upp till ca 0,15 µa, syrehalten i vattnet torde vara < 1 ppb när vattnet når mätsonden. Mätsonden kan i detta fall anses vara ett early warning -system, små läckor blir ju med tiden allt större. Ju tidigare de åtgärdas, ju mindre skada hinner ske och ju mindre mängd korrosionsprodukter hinner bildas och anrikas. Diagrammet illustrerar den höga känsligheten hos korrosionsmätsonden, variationer ner till någon eller några tiondels ppb syre kan detekteras. Galv. ström µa 0,7 Mätsond 1 Mätsond 2 Mätsond 3 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 2002-07-29 2002-07-31 2002-08-02 2002-08-04 2002-08-06 2002-08-08 2002-08-10 2002-08-12 2002-08-14 2002-08-16 19
Den spik som finns i kurvan från mätsond 1 i ovanstående figur, framgår i förstoring av nedanstående figur. Signalen når upp till knappt 8 µa och varaktigheten är ca 10 minuter. Orsaken till denna topp är ett arbete som gjorts i systemet före mätsonden, det kan till exempel handla om ett ventilbyte eller annat arbete som inneburit att en mindre nedtappning gjorts. När arbetet är klart och återfyllning gjorts kommer en plugg med syrehaltigt vatten att transporteras i systemet och då denna plugg når mätsonden får man denna topp. Även om återfyllningen görs med omsorg är det i praktiken omöjligt att förhindra att vattnet kommer i kontakt med luft. Enstaka händelser av denna typ är dock betydelselösa ur korrosionssynpunkt. Det viktiga är att hitta och åtgärda inläckage som pågår kontinuerligt. Galv. ström µa Mätsond 1 Mätsond 2 Mätsond 3 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 2002-08-01 08:00:00 2002-08-01 08:10:00 2002-08-01 08:20:00 2002-08-01 08:30:00 2002-08-01 08:40:00 2002-08-01 08:50:00 2002-08-01 09:00:00 2002-08-01 09:10:00 2002-08-01 09:20:00 2002-08-01 09:30:00 20