Korroosio kaukojäähdytysjärjestelmässä
Vuorenmaa, Anita (2015)
Vuorenmaa, Anita
Metropolia Ammattikorkeakoulu
2015
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201505158182
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201505158182
Tiivistelmä
Tämän insinöörityön tavoitteena on kartoittaa kaukojäähdytysjärjestelmän sisäiseen
korroosioon vaikuttavia tekijöitä sekä HDPE-putkien kautta tapahtuvan happidiffuusion merkittävyyttä verkon teräsjohtojen korroosion kannalta. Putkiston korroosionopeus riippuu monista toisiinsa vaikuttavista vesikemian tekijöistä, joista tärkeimpiä ovat happi ja pH. Happi nopeuttaa yleensä korroosiota selvästi, mutta pieni määrä happea sekä sopiva pH edistävät korroosiolta suojaavan oksidikerroksen muodostumista ja stabiiliutta. Kaukolämpöverkossa hapensidontaan käytetään hydratsiinia, mutta sen reaktionopeus kaukojäähdytysjärjestelmän matalissa lämpötiloissa on kuitenkin hyvin alhainen. Korvaavaa jäähdytysverkkoon sopivaa hapensitojaa ei suoraan ole tarjolla.
Kaukojäähdytysverkon rakentamisessa harkitaan tulevaisuudessa käytettäväksi HDPE-putkia. Muovin läpi tapahtuu kuitenkin jonkin verran happidiffuusiota, mikä taas voi altistaa verkoston teräsosat korroosiolle. Happidiffuusion suuruus riippuu erityisesti putkimateriaalin tiheydestä, putken seinämän paksuudesta, altistuvan pinnan pinta-alasta, lämpötilasta sekä siitä, onko johdot kaivettu maaperään vai ovatko ne ilmatilassa. Kaukojäähdytyskäytössä hapen diffuusio HDPE-putkien läpi näyttäisi kuitenkin olevan hyvin pientä ja selvästi suuremman korroosioriskin aiheuttavat verkossa muutoin tapahtuvat happivuodot.
Korroosiota voivat aiheuttaa myös mikrobit. Mikrobit voivat muuttaa metallin ja liuoksen rajapinnalla vallitsevia elektrokemiallisia olosuhteita mm. aineenvaihduntatuotteillaan sekä muuttamalla muiden yhdisteiden ja ionien konsentraatioita biofilmin alla. Mikrobien vaikutus voi olla myös korroosiota inhiboiva. Hapettomissa oloissa merkittävimpiä mikrobiologista korroosiota aiheuttavia mikrobeja ovat sulfaattia pelkistävät bakteerit.
Tulevia kaukojäähdytysverkon korroosiotutkimuksia varten työssä perehdyttiin myös
korroosion mittausmenetelmiin sekä tehtiin mittaussuunnitelma. Jatkossa toteutettavat mittaukset käsittävät painohäviömittauksia koekappaleilla, näytteenottoja suoraan putkistosta, mikrobipopulaatioiden määrityksiä, vesianalyysejä, SEM-kuvauksia sekä mahdollisesti elektrokemiallisia online-mittauksia.
korroosioon vaikuttavia tekijöitä sekä HDPE-putkien kautta tapahtuvan happidiffuusion merkittävyyttä verkon teräsjohtojen korroosion kannalta. Putkiston korroosionopeus riippuu monista toisiinsa vaikuttavista vesikemian tekijöistä, joista tärkeimpiä ovat happi ja pH. Happi nopeuttaa yleensä korroosiota selvästi, mutta pieni määrä happea sekä sopiva pH edistävät korroosiolta suojaavan oksidikerroksen muodostumista ja stabiiliutta. Kaukolämpöverkossa hapensidontaan käytetään hydratsiinia, mutta sen reaktionopeus kaukojäähdytysjärjestelmän matalissa lämpötiloissa on kuitenkin hyvin alhainen. Korvaavaa jäähdytysverkkoon sopivaa hapensitojaa ei suoraan ole tarjolla.
Kaukojäähdytysverkon rakentamisessa harkitaan tulevaisuudessa käytettäväksi HDPE-putkia. Muovin läpi tapahtuu kuitenkin jonkin verran happidiffuusiota, mikä taas voi altistaa verkoston teräsosat korroosiolle. Happidiffuusion suuruus riippuu erityisesti putkimateriaalin tiheydestä, putken seinämän paksuudesta, altistuvan pinnan pinta-alasta, lämpötilasta sekä siitä, onko johdot kaivettu maaperään vai ovatko ne ilmatilassa. Kaukojäähdytyskäytössä hapen diffuusio HDPE-putkien läpi näyttäisi kuitenkin olevan hyvin pientä ja selvästi suuremman korroosioriskin aiheuttavat verkossa muutoin tapahtuvat happivuodot.
Korroosiota voivat aiheuttaa myös mikrobit. Mikrobit voivat muuttaa metallin ja liuoksen rajapinnalla vallitsevia elektrokemiallisia olosuhteita mm. aineenvaihduntatuotteillaan sekä muuttamalla muiden yhdisteiden ja ionien konsentraatioita biofilmin alla. Mikrobien vaikutus voi olla myös korroosiota inhiboiva. Hapettomissa oloissa merkittävimpiä mikrobiologista korroosiota aiheuttavia mikrobeja ovat sulfaattia pelkistävät bakteerit.
Tulevia kaukojäähdytysverkon korroosiotutkimuksia varten työssä perehdyttiin myös
korroosion mittausmenetelmiin sekä tehtiin mittaussuunnitelma. Jatkossa toteutettavat mittaukset käsittävät painohäviömittauksia koekappaleilla, näytteenottoja suoraan putkistosta, mikrobipopulaatioiden määrityksiä, vesianalyysejä, SEM-kuvauksia sekä mahdollisesti elektrokemiallisia online-mittauksia.