Kontroll av vattenbaserade köldbärare
För att minska risken för korrosion i kylsystem tillsätts ofta s k inhibitorer i köldbärarna. Om dessa inhibitorer förbrukas måste de ersättas. Köldbärarens kvalitet kan även försämras av kemiska reaktioner eller korrosionsbiprodukter.
I den här artikeln beskrivs hur man kan och bör kontrollera tillståndet hos köld- bärarna under driftskedet och hur man beaktar detta i den tekniska beskriv- ningen.
Det finns en mängd köldbärare som används i VVS-system. De kan indelas i tre huvudgrup- per som i sin tur kan indelas i undergrupper.
Indelningen i huvudgrupper visas i tabell 1.
De köldbärare som beskrivs i den här artikeln är de vattenbaserade köldbärarna.
Icke vattenbaserade värmeöverföringsväts- kor används normalt endast vid låga tempera- turer och de fasomvandlande får betecknas som lite exklusiva som fortfarande befinner sig i en utvecklingsfas.
Tabell 1. Indelning av köldbärarlösningar.
Köldbärare
Vanligt vatten är en av de bästa köld- och vär- mebärarna termofysikaliskt sett, samtidigt som priset inte är direkt avskräckande. Vattens höga frystemperatur utgör dock en klar be- gränsning i de flesta fall vilket medför att man oftast måste tillsätta något fryspunktsnedsät- tande ämne till vattnet.
På senare år har en del nya köldbärare blivit vanligare och kommit att användas parallellt med t ex kalciumkloridlösning och etylengly- kolblandningar. De har lite bättre miljöprofil än etylenglykol och bättre termofysikaliska egenskaper än etanolblandningarna. De nya köldbärarna består i många fall av olika for- mer av organiskt salt blandat med vatten. En betydande nackdel är dock dessa blandning- ars korrosivitet.
Vi ska därför här fördjupa oss i korrosions- problemet, hur tillverkarna försöker minska risken för korrosion genom olika tillsatser (in- hibitorer) i köldbärarna samt hur man kan kontrollera att viktiga egenskaper hos köldbä- rarna bibehålls under driften.
Tabell 2. Kategorisering av vattenbaserade köldbärarlösningar och exempel på produkter och leverantörer.
Korrosionsprocessen
Korrosionsprocesserna är av elektrokemisk natur, där reaktionerna antingen sker genom avgivande av elektroner (oxidation) eller upp- tagande av elektroner (reduktion). För detta krävs att elektronerna lätt kan förflytta sig mel- lan de ställen där dessa reaktioner pågår. Me- taller är goda elektriska ledare och har därför stor benägenhet att korrodera. Dessutom krävs att det korroderande materialet är i kontakt med en elektriskt ledande vätska.
Vätskor som innehåller joner i lösning är elektriskt ledande, detta gäller alla vattenbase- rade köldbärare i större eller mindre omfatt- ning.
Som ett förstadium till korrosion kan man betrakta det tillstånd då elektronerna i det ka-
Figur 1. Elektrisk ledningsförmåga och korrosivitet hos några olika typer av köldbärare.
todiska området eller de metallatomer som fått en positiv elektrisk anhopning i det anodiska området ännu inte har lämnat metallytan.
Dessa elektriska potentialförskjutningar på- går ständigt i material som är elektriskt ledan- de, men de utjämnas oftast utan att korrosion uppkommer.
Syre som oxidationsmedel
Det krävs även att ett oxidationsmedel finns närvarande för att oxidationsprocessen ska kunna äga rum. I köldbärarsystem är det syre som finns löst i köldbäraren som utgör oxida- tionsmedlet. Hur mycket syre som kan bindas i köldbäraren bestäms av vätskans tryck och temperatur.
Ett högt tryck gör att en större mängd syre kan lösas i vätskan. Om temperaturen på väts- kan höjs kommer syret som är löst i vätska att avges lättare. Den normala drifttemperaturen i ett köldbärarsystem är förhållandevis låg och därför är syret relativt hårt bundet till vätskan, vilket gör att avluftningen inte sker lika spon- tant som i ett värmesystem där temperaturen är högre. Detta innebär att ett köldbärarsystem med enbart rent vatten som köldbärare är mera korrosionsbenäget än motsvarande värmesys- tem med högre drifttemperatur.
Vid påfyllning av nytt syresatt vatten till systemet kommer korrosionen att påskyndas. I ett tätt system där ny påfyllning inte behövs har man sällan några korrosionsproblem.
Korrosionsbroms
För att minska korrosionsbenägenheten till- sätter tillverkaren olika så kallade inhibitorer till köldbärarna.
Om köldbäraren kan utsättas för höga tem- peraturer, t ex i solfångaranläggningar, kan det vara aktuellt att tillsätta inhibitorer som också har en temperaturstabiliserande förmå- ga. Vanligtvis tillsätts annars endast inhibito- rer av korrosionshämmande typ i köldbärar- lösningarna.
Figur 2. Korrosionsprocessen schematiserad. (Källa:
Temper Technology AB)
Filmbildande korrosionsinhibitorer Traditionella korrosionsinhibitorer bildar en skyddsfilm av mekanisk art, som hindrar elek- trontransport och metallfrisättning till elektro- lyten. Detta fungerar så länge filmen är intakt.
Den kan dock skadas genom mekanisk påver- kan och leda till att frigjorda partiklar följer med i vätskeströmmen och kan leda till drift- problem, t ex sätta igen filter och ventiler. Fil- men påverkar även värmeövergången nega- tivt.
Vissa komponenter i traditionella inhibito- rer kan förbrukas eller brytas ned och man måste då fylla på med ny köldbärare eller inhi- bitor, vilken bygger upp en ny film inte bara på de skadade områdena utan i hela systemet och försämrar således värmeöverföringen ytterli- gare.
Figur 3. Filmbildande inhibitor.
Elektrokemisk skyddsfilm
Det finns andra inhibitorer som redan i första- diet till korrosion samlas på metallytorna ge- nom elektrisk koppling, och därigenom bildar en tillfällig lokal skyddsfilm. När den upp- komna elektriska potentialskillnaden utjäm- nas kommer inhibitorerna att återgå till väts- kan och de har således inte förbrukats.
Figur 4. Elektrokemisk skyddsfilm.
Små mängder
Det är svårt att från leverantörerna få besked om vad inhibitorerna består av eftersom inhi- bitorsammansättningen många gånger är det som skiljer olika fabrikat av samma grundpro- dukt från varandra.
Inhibitorerna utgör normalt sett bara en li- ten del (mindre än 5 %) av köldbärarvätskan och behöver därför ofta inte deklareras såvida inte ämnet är märkningspliktigt enligt kemika- lielagstiftningen. De kan dessutom utgöra en för tillverkaren inte helt oväsentlig affärshem- lighet. Man är därför hänvisad till tillverkaren när man vill kontrollera konditionen hos köld- bärarlösningens inhibitorer, eftersom ingen annan vet vad den exakt ska innehålla och om något i den har förbrukats.
Det är därför viktigt att aktuell köldbärar- lösning i anläggningen anges på en skylt vid påfyllningsstället eller på annan lämplig plats och att en dunk med ett referensprov av den ursprungligen påfyllda vätskan sparas.
Inhibitorerna kan innehålla produkter som är skadliga ur miljösynvinkel. Inhibitorerna kan även innehålla ämnen som är nitrifika- tionshämmande, dvs. försämrar kväverening- en i avloppsreningsverken. Detta är två anled- ningar till varför man inte skall hälla ut förbru- kade köldbärarlösningar i avloppet. Ytterliga- re ett skäl är att de ofta kan innehålla höga me- tallhalter efter att ha cirkulerat i rörsystem av metall.
Kontrollera kvaliteten
Eftersom inhibitorerna kan förbrukas i syste- met och olika orsaker kan medverka till att ke- miska reaktioner eller organisk tillväxt kan ske i köldbärarlösningen, är det viktigt att med jämna mellanrum kontrollera att köldbäraren har rätt kvalitet. Utan korrosionsinhibitor kan system med saltlösningar snabbt utsättas för omfattande korrosionsangrepp som radikalt förkortar systemets beräknade livslängd.
Första kontrollen bör göras 1-2 månader ef- ter idrifttagandet. Därefter bör kontroller göras regelbundet enligt leverantörens anvisningar, i regel med 0,5 - 2 års intervall.
Kontrollpunkter
De egenskaper som är viktiga att kontrollera kan variera något mellan olika produkter, men vanligtvis skall följande kontrolleras:
• pH-värde (som skall ligga i närheten av vär- det i den påfyllda ursprungslösningen)
• densitet/brytningsindex (som ger ett mått på koncentrationen och fryspunkten)
• färg och lukt (jämför med referensprov)
• förekomsten av metalljoner och korrosions- produkter
• koncentrationen av korrosionsskyddsmed- let.
Densiteten eller brytningsindex, pH-värdet samt färg och lukt kan kontrolleras med rela- tivt enkla metoder. En vätska med rätt pH-vär- de indikerar ett ”välmående” system.
Att analysera förekomsten av metalljoner kan laboratorier hjälpa till med. För kontroll av korrosionsskyddsmedlet krävs dock avance- rad utrustning. Leverantörerna av köldbärare liksom en del laboratorier har utrustning för att utföra denna kontroll. Svårigheten för labo- ratoriet kan vara att man förmodligen inte vet vilka ämnen man skall söka efter då inhibito- rerna oftast inte har deklarerats.
En vanlig lösning är därför att man sänder ett prov på systemets köldbärare till leverantö- ren för analys. Om man då beställer en full- ständig analys så får man en i retur både en analysrapport och råd om vilka åtgärder som bör vidtas med köldbäraren. Analysen kan innehålla teorier om varför köldbärarlösning- en är i det aktuella skicket.
Kostnaden för en fullständig analys med protokoll och åtgärdsförslag skiljer mellan oli- ka leverantörer men ligger på ca två till tre tu- sen kr.
Eftersom ett köldbärarsystem kräver mera kontroller och underhåll än ett vanligt värme- system är det viktigt att köldbärarvalet görs med beaktande av beställarens/förvaltarens organisation så att kompetens finns att kon- trollera och sköta köldbärarsystemet.
Kylinstallationens korrosionstillstånd
Om systemet innehåller en köldbärare med elektrokemisk inhibitor är analysen av inhibi- torn relativt enkel. Eftersom inhibitorn är löst i köldbäraren och tillfälligt binds till områden med inledande korrosion för att därefter återgå till köldbärarvätskan, så kommer inhibitorkon- centrationen efter att jämviktsförhållanden uppnåtts att vara konstant i ett ”friskt” system.
Inhibitorkoncentrationen bör inte ligga under den av fabrikanten rekommenderade nivån.
I ett system med filmbildande inhibitor är det svårare att dra några slutsatser om syste- mets tillstånd genom att analysera inhibitorn.
Att avgöra om skyddsfilmen i systemet är in- takt låter sig heller inte göras på något enkelt sätt.
Provtagning
När man tar ut prov på köldbäraren för analys är det viktigt att välja ett ställe där den kan för- väntas vara representativ för systemet.
Tar man provet på ett ställe där vätskan inte cirkulerar bör ledningen tappar ur innan provvolymen tas. Provet samlas upp i en ren flaska, en halv liter räcker för att göra analy- sen.
Åtgärda inte bara symptomen
Om det vid analysen visar sig att inhibitorerna i köldbärarlösningen till stor del är förbrukade bör man naturligtvis undersöka varför detta skett innan nya inhibitorer eller ny köldbärar- lösning fylls på. Nya inhibitorer kan nämligen läggas som ytterligare ett skyddande skikt på insidan av rörsystemet vilket försämrar vär- meöverföringen.
Om man inte åtgärdar orsaken till varför in- hibitorerna har förbrukats så riskerar man snart att behöva fylla på mer inhibitorer eller förnya köldbäraren. Det är bara symptomen på ett inte helt ”friskt” system som åtgärdats, inte orsaken.
Det förekommer att köldbärarsystem fylls på med vanligt vatten. Då späds köldbärarlös- ningen ut och inhibitorkoncentrationen sjun- ker och fryspunkten höjs. Det kan ofta konsta- teras i analysen då vanligt vatten i regel inne- håller kalcium, vilket färdigblandade köldbä- rarlösningar sällan gör.
Genom att det tillsatta vattnet dessutom är syresatt kommer risken för korrosion att öka ytterligare.
Vid täthetsprovning av köldbärarsystem är det vanligt att vatten används som tryckmedi- um. Det kan efteråt vara svårt att tömma syste- met på allt vatten, en del av vattnet blir kvar i lågpunkter. När man sedan fyller på med köld- bäraren kommer det kvarstående vattnet att späda ut köldbäraren som därigenom får hö- gre fryspunkt. För att motverka detta kan det därför finnas anledning att välja en lite högre koncentration av köldbärarlösningen än den som bestäms av systemets lägsta dimensione- rande temperatur.
Glykol som glykol?
Om man behöver fylla på glykol i ett köldbä- rarsystem så är det viktigt att gör det med sam- ma glykolslag som redan finns i systemet. Om man åker till bensinstationen och köper några dunkar motorkylarglykol för att fylla på med kan man få problem.
Motorkylarglykolerna på macken är fram- tagna för bilmotorer med andra material och temperaturer än de glykollösningar som är framtagna för att användas i värme- och kyl- system.
Inhibitorerna skiljer sig åt beroende på an- vändningsområde och det är långt ifrån säkert att de kan samverka om glykoltyperna blan- das. Det finns exempel där redan måttliga mängder av den påfyllda glykolen har slagit ut korrosionsinhibitorerna i den ursprungliga blandningen.
Det är även viktigt att glykolen blandas ut till aktuell koncentration innan den tillförs systemet, då koncentrerad glykol inte på ett godtagbart sätt blandar sig i rörsystemet.
Drifttagning
Under drifttagningen av köldbärarsystemet är risken som störst för att korrosion skall starta i systemet.
Luft som är löst i köldbäraren och kvarva- rande luftfickor eller läckage i systemet kan skapa förhållanden som startar korrosion i systemen. Risken är då stor att korrosionsinhi- bitorerna snabbt förbrukas och att systemet står utan korrosionsskydd under den fortsatta driften.
Likaså kan man få problem om systemets material eller komponenter inte passar ihop med den valda köldbäraren. Detta kan leda till kemiska reaktioner i köldbärarlösningen som påskyndar korrosion i systemet. Det kan där- för vara lämpligt att man tar ut prov för analys av köldbäraren 1-2 månader efter idrifttagan- det och att man därefter upprepar kontrollen regelbundet med 0,5 - 2 års intervaller beroen- de på vad leverantörer rekommenderar.
Det kan vara lämpligt att ange detta krav på provtagning i beskrivningen och även ange att entreprenören skall överlämna protokoll från utförd och godkänd kontroll av köldbärarlös-
Figur 5. Principiellt flödesschema för kylmaskin med fullständig indirekt kylning, som visar skillnaden mel- lan kylmedel och käldbärare..
Faktaruta 1
Köldbärare transporterar kyla från kylmaskinens för- ångare (kalla sida) ut till förbrukande enheter. Kylme- del transporterar värme från kylmaskinens kondensor (varma sida) till värmeåtervinning eller till kylmedel- skylare eller kyltorn som normalt placeras utomhus för avgivning av värmen till uteluften. Kylmedels- kretsen har oftast arbetstemperaturer som gör att inget frysskyddsmedel behövs då systemet är i drift.
Däremot erfordras frysskyddsmedel i systemets utomhusdelar då cirkulationen är avstängd.
ningen senast två månader efter idrifttagandet och sedan ytterligare en gång före garantibe- siktningen.
Sammanfattning
Det är svårt att ställa generella krav på köldbä- rare då de ofta har olikartade egenskaper och tillämpningsområden. Några generella råd och anvisningar kan dock ges för kategorin vattenbaserade köldbärare utifrån de praktis- ka erfarenheter som finns i dag.
Det är viktigt att dokumentera den påfyllda köldbäraren både i driftinstruktioner och i un- derhållsinstruktioner. Dessutom bör en lätt- läst skylt med uppgifter om påfylld köldbärare finns uppsatt i det utrymme eller på den plats köldbärare kontrolleras och fylls på. Ett refe- rensprov av den köldbärare som ursprungli- gen fylldes på bör även sparas. Några veckor efter idrifttagningen av köldbärarsystemet och i samband med garantibesiktningen är det vik- tigt att kontrollera kvaliteten på köldbäraren.
Det kan sedan vara viktigt att upprepa denna kontroll löpande med vissa intervaller under den framtida driften.
Faktaruta 2. Klassificering av olika material och beläggningsvikter enligt EN ISO 12944-2 1998
(Källa: SSAB)
Produkt Korrosivitetsklass Standard/Godkännande
C1 C2 C3 C4 C5
Varmförzinkad X X SS-EN ISO 14713
stålplåt Z 275
Aluzink AZ 150 X X X Typgodkännande 0395/01
Aluzink AZ 185 X X X X Typgodkännande 1245/94
Rostfri stålplåt X X X X X
Aluminium X X X X
Anm.
Aluminium-zinkbelagd stålplåt (Aluzink) tillverkas inte längre av SSAB men väl av andra europeiska leverantörer. Typgodkännande 0395/01 och 1245/94, som åbe- ropas i tabellen, är giltiga t o m 2006-10-26 resp. 2006-03-07.
Rättningar i AMA-nytt 2/2004
Det smög sig in fel i föregående nummer av AMA-nytt i artikeln Förslag till ytbelägg- ningstabell i VVS AMA 98.
I faktaruta 1 anges att tjockleken av skikten i ytbeläggningsmetoder med zink respektive zink-aluminium är 20 eller 25 mm på flera stäl- len.
Det rätta prefixet skall naturligtvis vara mikrometer (µm) och inte millimeter (mm). I faktaruta 2 är varmförzinkad stålplåt Z275 även lämplig att användas i miljöer beteckna- de korrosivitetsklass C2, dvs faktarutan i AMA-nytt skall kompletteras med ett X för denna plåtkvalitet under klass C2. Se korrige- ringskrysset i nedanstående faktaruta 2.
Förslag till beskrivningstext
I AMA-nytts Beskrivningsdel finns nya för- slag till beskrivningstexter samt nya rådtexter införda under PXB.31 Köldbärare, PXB.32 Kyl- medel och YTB.255.
Förhoppningsvis skall de texter och råd som ges i Beskrivningsdelen, tillsammans med informationen om kontroll av köldbärar- lösningar i denna artikel, ge ett bra underlag för att beskriva och ställa riktiga krav på kon- troll av köldbärarare och kylmedel.
Faktaruta 2
Vi har tidigare skrivit om köldbärare i AMA-nytt VVS EL i följande artiklar:
Köldbärare för indirekta system i nr 2/2000
Råd vid projektering av indirekta kylsystem och användning av köldbärare i nr 2/2000
Köldbärarlösningar i nr 2/1988
Glykol och sprit i köldbärarsystem i nr 1/1988
Val av rörledningsmaterial för köldbärarledningar i nr 1/1987 Glykol som frysskyddsmedel i nr 1/1986
❑
❑
