+7 495 487-27-87
info@frostsystems.ru
Обратный звонок info@frostsystems.ru
Оставьте заявку
Мы свяжемся с вами, чтобы обсудить детали
Информация защищена и находится в безопасности, не будет передана третьим лицам.
Нажимая на кнопку вы даете согласие на обработку ваших персональных данных.
Коррозия в чиллерах: виды, причины и методы защиты
Где в чиллере возникает коррозия
Чиллер — система, в которой соприкасаются несколько разных металлов, агрессивные среды и широкий диапазон температур. Каждый из этих факторов создаёт условия для своего вида коррозии. Понимание того, что именно и почему разрушается, — условие грамотного выбора хладоносителя, материалов теплообменников и режима водоподготовки.
Основные зоны поражения:
Основные зоны поражения:
- Пластинчатый паяный испаритель (Alfa Laval, Danfoss / Ридан, SWEP, GEA, Baode) — пластины из нержавеющей стали AISI 316, паяные медью или никелем. Питтинговая коррозия от хлоридов, коррозия в зонах пайки.
- Кожухотрубный испаритель и конденсатор — стальной кожух, медные или нержавеющие трубки. Коррозия трубок от нарушений pH, свищи от перепадов нагрузки.
- Конденсатор воздушного охлаждения — медные трубки в алюминиевых ламелях. Гальваническая пара Cu–Al, формикарная коррозия, атмосферная коррозия в промзонах и прибрежных районах.
- Трубопроводы и насосы вторичного контура — сталь, оцинкованная сталь, нержавейка. Коррозия от кислой реакции гликолевого раствора, кавитация.
- Конденсатор с водяным охлаждением — медные трубки, открытый контур с градирней. Биообрастание, микробиологическая коррозия, накипь.
Питтинговая коррозия пластинчатого испарителя
Пластинчатый паяный испаритель — наиболее уязвимый теплообменник чиллера с точки зрения коррозии. Его пластины изготовлены из нержавеющей стали AISI 316 (европейский аналог — 1.4401): сталь содержит 16–18% хрома, 10–14% никеля и 2–3% молибдена. Хром образует на поверхности тонкий оксидный слой (пассивирующую плёнку), защищающий металл от дальнейшего окисления.
Главный враг этой плёнки — ионы хлора (Cl⁻). Хлорид-ионы локально разрушают пассивирующий слой, оголяя металл в отдельных точках. В этих точках начинается интенсивное растворение металла при практически неизменной поверхности вокруг — так образуются питтинги (точечные язвы). Питтинг прорастает в глубину быстрее, чем вширь, и остаётся практически незаметным до тех пор, пока не пронзает пластину насквозь насквозь.
Предельно допустимое содержание хлоридов для стали AISI 316: не более 200 мг/л при нейтральном pH. При повышенной температуре (+60 °C и выше) порог снижается до 100 мг/л. Для водопроводной воды Москвы концентрация хлоридов составляет 30–80 мг/л — в норме безопасно. Но при использовании воды из скважин, при контакте с хлорированным теплоносителем или при высоких циклах концентрирования в открытых контурах — хлориды накапливаются.
Признаки межконтурной утечки из-за питтинговой коррозии пластинчатого испарителя:
Защита: поддержание pH хладоносителя в диапазоне 7,5–9,0, контроль концентрации хлоридов, использование готовых гликолевых смесей с ингибиторами. При работе в районах с жёсткой или засолённой водой — рассмотреть испарители с пластинами из стали AISI 316L (пониженное содержание углерода) или с никелевой пайкой вместо медной.
Главный враг этой плёнки — ионы хлора (Cl⁻). Хлорид-ионы локально разрушают пассивирующий слой, оголяя металл в отдельных точках. В этих точках начинается интенсивное растворение металла при практически неизменной поверхности вокруг — так образуются питтинги (точечные язвы). Питтинг прорастает в глубину быстрее, чем вширь, и остаётся практически незаметным до тех пор, пока не пронзает пластину насквозь насквозь.
Предельно допустимое содержание хлоридов для стали AISI 316: не более 200 мг/л при нейтральном pH. При повышенной температуре (+60 °C и выше) порог снижается до 100 мг/л. Для водопроводной воды Москвы концентрация хлоридов составляет 30–80 мг/л — в норме безопасно. Но при использовании воды из скважин, при контакте с хлорированным теплоносителем или при высоких циклах концентрирования в открытых контурах — хлориды накапливаются.
Признаки межконтурной утечки из-за питтинговой коррозии пластинчатого испарителя:
- Давление в хладагентном контуре постепенно падает без видимых причин
- В хладоносителе появляются пятна масла (хладагент конденсируется в хладоноситель)
- В масле компрессора обнаруживается вода при анализе
- Хладоноситель приобретает маслянистую плёнку
- Давление кипения нестабильно — «плавает» в широком диапазоне
Защита: поддержание pH хладоносителя в диапазоне 7,5–9,0, контроль концентрации хлоридов, использование готовых гликолевых смесей с ингибиторами. При работе в районах с жёсткой или засолённой водой — рассмотреть испарители с пластинами из стали AISI 316L (пониженное содержание углерода) или с никелевой пайкой вместо медной.
Гальваническая коррозия: разнородные металлы в контуре
Когда два металла с разными электрохимическими потенциалами соприкасаются в присутствии электролита (воды), образуется гальваническая пара. Более активный (анодный) металл окисляется и разрушается, более благородный (катодный) — защищается. Скорость разрушения анода тем выше, чем больше разность потенциалов и площадь катода.
В чиллерах наиболее распространённые гальванические пары:
Медь — алюминий (конденсатор воздушного охлаждения). Алюминиевые ламели и медные трубки — стандартная конструкция большинства конденсаторов. В сухой атмосфере пара безопасна: для гальванической коррозии нужен электролит. Но конденсат на поверхности конденсатора в ночное время, дождевые осадки или морской туман создают тонкую плёнку электролита достаточно. Ионы меди, растворяясь в конденсате и переносясь на поверхность алюминия, осаждаются на нём и дополнительно ускоряют коррозию алюминия.
В прибрежных районах и промышленных зонах с загрязнённым воздухом этот процесс идёт значительно быстрее. Через 5–8 лет эксплуатации без защиты алюминиевые ламели у основания трубок разрушаются настолько, что теплообмен снижается из-за потери контакта ламелей с трубкой.
Медь — сталь (трубопроводы хладоносителя). Медные трубопроводы чиллера + стальные трубопроводы вторичного контура — при наличии электролита стальные участки выступают анодом. Продукты коррозии стали (ржавчина, шлам Fe₂O₃) откладываются в теплообменниках, засоряют фильтры и нарушают теплообмен.
Оцинкованная сталь — медь. Наиболее агрессивная пара: разность потенциалов Zn–Cu составляет около 1,1 В. Оцинкованные трубы и фитинги категорически нельзя использовать в контурах с медными теплообменниками — цинк разрушается за 1–2 сезона.
Защита от гальванической коррозии:
В чиллерах наиболее распространённые гальванические пары:
Медь — алюминий (конденсатор воздушного охлаждения). Алюминиевые ламели и медные трубки — стандартная конструкция большинства конденсаторов. В сухой атмосфере пара безопасна: для гальванической коррозии нужен электролит. Но конденсат на поверхности конденсатора в ночное время, дождевые осадки или морской туман создают тонкую плёнку электролита достаточно. Ионы меди, растворяясь в конденсате и переносясь на поверхность алюминия, осаждаются на нём и дополнительно ускоряют коррозию алюминия.
В прибрежных районах и промышленных зонах с загрязнённым воздухом этот процесс идёт значительно быстрее. Через 5–8 лет эксплуатации без защиты алюминиевые ламели у основания трубок разрушаются настолько, что теплообмен снижается из-за потери контакта ламелей с трубкой.
Медь — сталь (трубопроводы хладоносителя). Медные трубопроводы чиллера + стальные трубопроводы вторичного контура — при наличии электролита стальные участки выступают анодом. Продукты коррозии стали (ржавчина, шлам Fe₂O₃) откладываются в теплообменниках, засоряют фильтры и нарушают теплообмен.
Оцинкованная сталь — медь. Наиболее агрессивная пара: разность потенциалов Zn–Cu составляет около 1,1 В. Оцинкованные трубы и фитинги категорически нельзя использовать в контурах с медными теплообменниками — цинк разрушается за 1–2 сезона.
Защита от гальванической коррозии:
- Правильный выбор материалов при проектировании: исключение контактных пар с большой разностью потенциалов
- Диэлектрические вставки (изолирующие муфты) между участками из разных металлов
- Ингибиторы коррозии в хладоносителе — образуют защитную плёнку на поверхности всех металлов контура
- Защитные покрытия конденсаторов: Blue Fin (эпоксидное покрытие ламелей и трубок), Gold Fin (акриловое), HD Fin (защита для агрессивных сред) — заказываются у производителя или наносятся в сервисных условиях
Формикарная коррозия медных трубок конденсатора
Формикарная (муравьиная) коррозия — специфический вид поражения медных трубок, описанный только в последние десятилетия и плохо известный даже опытным специалистам. Название происходит от латинского formica — муравей: под микроскопом поражение выглядит как разветвлённая сеть извилистых каналов, напоминающая муравейник.
Механизм: в присутствии органических кислот (муравьиная, уксусная, пропионовая) в сочетании с влагой и кислородом медная трубка корродирует изнутри стенки. Органические кислоты проникают в медь через микродефекты поверхности и образуют нестабильные оксиды меди. Процесс идёт медленно — от 3 до 10 лет до образования сквозного свища.
Источники органических кислот — атмосферный воздух в помещениях и снаружи: испарения от свежего строительного клея, герметика, лакокрасочных покрытий, фанеры, МДФ-плит, а также выхлопные газы, промышленные выбросы. Именно поэтому формикарная коррозия особенно характерна для чиллеров в новых или только что отремонтированных зданиях и в промышленных зонах.
Внешне трубки выглядят нормально — никаких видимых следов коррозии снаружи. Утечка хладагента происходит внезапно, и только после демонтажа трубки на срезе видна сеть каналов.
Признаки формикарной коррозии: появление масляных пятен на конденсаторе (хладагент с маслом выходит через микросвищ), постепенное снижение давления в контуре без видимых источников утечки, при обнаружении точки утечки — течеискатель указывает на трубку конденсатора.
Защита: покрытие трубок конденсатора специальными составами (Blue Fin, эпоксидный лак), обеспечение вентиляции машинного отделения чистым наружным воздухом, избегание монтажа рядом с источниками органических испарений.
Механизм: в присутствии органических кислот (муравьиная, уксусная, пропионовая) в сочетании с влагой и кислородом медная трубка корродирует изнутри стенки. Органические кислоты проникают в медь через микродефекты поверхности и образуют нестабильные оксиды меди. Процесс идёт медленно — от 3 до 10 лет до образования сквозного свища.
Источники органических кислот — атмосферный воздух в помещениях и снаружи: испарения от свежего строительного клея, герметика, лакокрасочных покрытий, фанеры, МДФ-плит, а также выхлопные газы, промышленные выбросы. Именно поэтому формикарная коррозия особенно характерна для чиллеров в новых или только что отремонтированных зданиях и в промышленных зонах.
Внешне трубки выглядят нормально — никаких видимых следов коррозии снаружи. Утечка хладагента происходит внезапно, и только после демонтажа трубки на срезе видна сеть каналов.
Признаки формикарной коррозии: появление масляных пятен на конденсаторе (хладагент с маслом выходит через микросвищ), постепенное снижение давления в контуре без видимых источников утечки, при обнаружении точки утечки — течеискатель указывает на трубку конденсатора.
Защита: покрытие трубок конденсатора специальными составами (Blue Fin, эпоксидный лак), обеспечение вентиляции машинного отделения чистым наружным воздухом, избегание монтажа рядом с источниками органических испарений.
Коррозия в системах с водяным охлаждением и градирнями
Чиллеры с водяным охлаждением конденсатора — кожухотрубный конденсатор с медными трубками — работают в паре с градирнями. Открытый контур с испарительным охлаждением создаёт принципиально иные условия для коррозии по сравнению с закрытыми системами.
Концентрирование солей. В градирне часть воды испаряется, а соли — кальций, магний, хлориды, сульфаты — остаются. Без продувки концентрация солей в оборотной воде растёт с каждым циклом. Число циклов концентрирования (ЧЦК) — основной параметр управления водоподготовкой. При ЧЦК выше 4–5 без химической обработки возникает массивная накипь и ускоренная коррозия медных трубок.
Накипь и подшламовая коррозия. Карбонат кальция (накипь) осаждается на внутренней поверхности трубок при температуре выше +40 °C. Слой накипи сам по себе нарушает теплообмен. Но под слоем накипи создаётся среда с дефицитом кислорода и повышенной концентрацией хлоридов — идеальные условия для локальной (питтинговой) коррозии. Подшламовая коррозия разрушает медь без видимых внешних признаков — трубка выглядит покрытой накипью, а под ней развивается свищ.
Жёсткость воды и коррозионная агрессивность. Парадоксально: мягкая вода (менее 1 мг-экв/л) коррозионно агрессивнее жёсткой. Карбонатная жёсткость при умеренных значениях (2–4 мг-экв/л) создаёт защитный карбонатный слой на поверхности металла. Полностью умягчённая или дистиллированная вода без ингибиторов разрушает медь быстро.
Концентрирование солей. В градирне часть воды испаряется, а соли — кальций, магний, хлориды, сульфаты — остаются. Без продувки концентрация солей в оборотной воде растёт с каждым циклом. Число циклов концентрирования (ЧЦК) — основной параметр управления водоподготовкой. При ЧЦК выше 4–5 без химической обработки возникает массивная накипь и ускоренная коррозия медных трубок.
Накипь и подшламовая коррозия. Карбонат кальция (накипь) осаждается на внутренней поверхности трубок при температуре выше +40 °C. Слой накипи сам по себе нарушает теплообмен. Но под слоем накипи создаётся среда с дефицитом кислорода и повышенной концентрацией хлоридов — идеальные условия для локальной (питтинговой) коррозии. Подшламовая коррозия разрушает медь без видимых внешних признаков — трубка выглядит покрытой накипью, а под ней развивается свищ.
Жёсткость воды и коррозионная агрессивность. Парадоксально: мягкая вода (менее 1 мг-экв/л) коррозионно агрессивнее жёсткой. Карбонатная жёсткость при умеренных значениях (2–4 мг-экв/л) создаёт защитный карбонатный слой на поверхности металла. Полностью умягчённая или дистиллированная вода без ингибиторов разрушает медь быстро.
Эрозионная коррозия
Эрозионная коррозия — разрушение металла скоростным потоком жидкости, который механически разрушает пассивирующую плёнку быстрее, чем она восстанавливается.
Для медных трубок кожухотрубных теплообменников допустимая скорость воды составляет 1,5–2,0 м/с. При превышении этого значения на входных патрубках и в зонах изменения направления потока пассивирующий слой на меди постоянно смывается — коррозия ускоряется в разы. Характерные зоны поражения — вход трубок в трубные доски, колена.
Кавитационная эрозия — близкий механизм: пузырьки пара, образующиеся в зонах с низким давлением (рабочее колесо насоса, входные сечения сужений), при схлопывании создают локальные ударные волны давлением до нескольких тысяч атмосфер. Рабочие колёса насосов Grundfos, Wilo при длительной кавитации разрушаются по характерной картине — равномерные язвы на поверхности лопаток.
Кавитация в системе хладоносителя возникает при недостаточном подпоре на всасывании насоса (насос расположен далеко от бака или слишком высоко), при засорении фильтра-грязевика, при слишком низком давлении в расширительном баке.
Для медных трубок кожухотрубных теплообменников допустимая скорость воды составляет 1,5–2,0 м/с. При превышении этого значения на входных патрубках и в зонах изменения направления потока пассивирующий слой на меди постоянно смывается — коррозия ускоряется в разы. Характерные зоны поражения — вход трубок в трубные доски, колена.
Кавитационная эрозия — близкий механизм: пузырьки пара, образующиеся в зонах с низким давлением (рабочее колесо насоса, входные сечения сужений), при схлопывании создают локальные ударные волны давлением до нескольких тысяч атмосфер. Рабочие колёса насосов Grundfos, Wilo при длительной кавитации разрушаются по характерной картине — равномерные язвы на поверхности лопаток.
Кавитация в системе хладоносителя возникает при недостаточном подпоре на всасывании насоса (насос расположен далеко от бака или слишком высоко), при засорении фильтра-грязевика, при слишком низком давлении в расширительном баке.
Микробиологическая коррозия
Микробиологически индуцированная коррозия (MIC) — разрушение металла в результате жизнедеятельности микроорганизмов. В системах холодоснабжения MIC развивается преимущественно в открытых контурах с градирнями, но встречается и в плохо обслуживаемых закрытых контурах.
Сульфатвосстанавливающие бактерии (SRB) — анаэробные микроорганизмы, развивающиеся в застойных зонах с дефицитом кислорода: под биоплёнкой, в мёртвых зонах трубопроводов, под осадком в баках. SRB восстанавливают сульфаты до сероводорода (H₂S), который агрессивно атакует железо, медь и нержавеющую сталь. Характерный запах тухлых яиц при открытии систем и фиолетово-чёрный осадок — признаки SRB.
Железоокисляющие бактерии — аэробные, концентрируются в зонах с умеренным содержанием кислорода. Окисляют растворённое двухвалентное железо Fe²⁺ до трёхвалентного Fe³⁺, образуя ржавые бугорки (tubercles) на поверхности трубопроводов. Под бугорками — зона с дефицитом кислорода → питтинговая коррозия.
Биообрастание и Legionella. В градирнях при температуре воды +25...+45 °C создаются идеальные условия для размножения Legionella pneumophila — возбудителя легионеллёза (болезни легионеров). Это не только технологическая, но и санитарно-эпидемиологическая проблема: вспышки легионеллёза связаны с заражёнными градирнями промышленных зданий. Биоплёнка Legionella также ускоряет коррозию конденсаторных трубок.
Защита: биоциды (хлорирование, бромирование, диоксид хлора, ЧАС), регулярная шоковая дезинфекция градирен, контроль температуры воды, недопущение застойных зон.
Сульфатвосстанавливающие бактерии (SRB) — анаэробные микроорганизмы, развивающиеся в застойных зонах с дефицитом кислорода: под биоплёнкой, в мёртвых зонах трубопроводов, под осадком в баках. SRB восстанавливают сульфаты до сероводорода (H₂S), который агрессивно атакует железо, медь и нержавеющую сталь. Характерный запах тухлых яиц при открытии систем и фиолетово-чёрный осадок — признаки SRB.
Железоокисляющие бактерии — аэробные, концентрируются в зонах с умеренным содержанием кислорода. Окисляют растворённое двухвалентное железо Fe²⁺ до трёхвалентного Fe³⁺, образуя ржавые бугорки (tubercles) на поверхности трубопроводов. Под бугорками — зона с дефицитом кислорода → питтинговая коррозия.
Биообрастание и Legionella. В градирнях при температуре воды +25...+45 °C создаются идеальные условия для размножения Legionella pneumophila — возбудителя легионеллёза (болезни легионеров). Это не только технологическая, но и санитарно-эпидемиологическая проблема: вспышки легионеллёза связаны с заражёнными градирнями промышленных зданий. Биоплёнка Legionella также ускоряет коррозию конденсаторных трубок.
Защита: биоциды (хлорирование, бромирование, диоксид хлора, ЧАС), регулярная шоковая дезинфекция градирен, контроль температуры воды, недопущение застойных зон.
pH хладоносителя и ингибиторы
pH хладоносителя — ключевой параметр, определяющий скорость коррозии во всём гликолевом контуре. Оптимальный диапазон: 7,5–9,0.
При pH ниже 7,0 начинается ускоренная коррозия всех металлов контура. При pH ниже 6,5 — скорость коррозии меди возрастает в 5–10 раз. Водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля без ингибиторов со временем окисляются — гликоль под воздействием кислорода превращается в гликолевую и уксусную кислоту. pH раствора без ингибиторов падает за 1–2 сезона с нейтрального до 5,5–6,0. Именно поэтому разбавление концентрированного гликоля водой без проверки pH и состояния ингибиторов — одна из наиболее частых причин ускоренной коррозии.
При pH выше 9,5 — начинается коррозия алюминия и цинкового покрытия.
Ингибиторы коррозии — химические вещества, добавляемые в хладоноситель и образующие защитную плёнку на поверхности металла. Основные типы:
При pH ниже 7,0 начинается ускоренная коррозия всех металлов контура. При pH ниже 6,5 — скорость коррозии меди возрастает в 5–10 раз. Водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля без ингибиторов со временем окисляются — гликоль под воздействием кислорода превращается в гликолевую и уксусную кислоту. pH раствора без ингибиторов падает за 1–2 сезона с нейтрального до 5,5–6,0. Именно поэтому разбавление концентрированного гликоля водой без проверки pH и состояния ингибиторов — одна из наиболее частых причин ускоренной коррозии.
При pH выше 9,5 — начинается коррозия алюминия и цинкового покрытия.
Ингибиторы коррозии — химические вещества, добавляемые в хладоноситель и образующие защитную плёнку на поверхности металла. Основные типы:
Готовые концентраты гликоля для систем холодоснабжения (Clariant Antifrogen, BASF Glytherm, Dow Dowtherm, Синтек, Antifriz-30/40) уже содержат сбалансированный пакет ингибиторов. При разбавлении такого концентрата водой ингибитор тоже разбавляется — pH смещается, защитная способность снижается. Рекомендуемый интервал проверки pH и концентрации ингибиторов — не реже одного раза в год, при каждом ТО.
Диагностическая таблица
Типичные ошибки
- Разбавляют гликоль водопроводной водой без проверки pH. Концентрат содержит ингибиторы в расчёте на определённую концентрацию. При разбавлении ингибитор разбавляется вместе с гликолем, pH смещается в кислую сторону. Через сезон в контуре кислая реакция и ускоренная коррозия. Правило: после разбавления — обязательная проверка pH и корректировка ингибитором.
- Применяют оцинкованные фитинги и трубы в контуре с медными теплообменниками. Цинк и медь образуют одну из наиболее агрессивных гальванических пар. Оцинкованный участок разрушается за 1–2 сезона. Весь контур с медными теплообменниками должен быть выполнен из совместимых материалов: медь, нержавейка, ХПВХ, качественный полипропилен с антикоррозионными фитингами.
- Не контролируют ЧЦК в системах с градирней. Без продувки соли в оборотной воде концентрируются до значений, при которых накипь и коррозия становятся неизбежными. Измерять электропроводность оборотной воды и воды подпитки, поддерживать ЧЦК в рекомендованных пределах (обычно 3–5) — базовое требование к эксплуатации открытых контуров.
- Монтируют конденсатор в помещении с органическими испарениями. Строительный клей, лаки, деревянные конструкции выделяют формиаты и ацетаты — питательную среду для формикарной коррозии медных трубок. Если избежать этого невозможно — защитное покрытие трубок конденсатора обязательно.
- Игнорируют рыжий шлам в фильтрах. Фильтр почистили — и забыли. Шлам — это продукты коррозии, сигнал о том, что в контуре идёт активный коррозионный процесс. Без устранения причины шлам будет накапливаться снова и засорит пластинчатый испаритель (размер каналов 2–3 мм) за один сезон.
- После замены испарителя не устраняют причину коррозии. Новый пластинчатый испаритель устанавливают в тот же контур с кислым хладоносителем и высокой концентрацией хлоридов. Через 2–3 года история повторяется. Замена испарителя без нормализации состава хладоносителя — трата денег без решения проблемы.
Frostsystems диагностирует коррозию теплообменников чиллеров, выполняет химическую промывку контуров хладоносителя, подбирает ингибиторы и гликолевые смеси, заменяет пластинчатые и кожухотрубные испарители в Москве и Московской области.
Не знаете с чего начать?
Оставьте ваши контактные данные и инженер разберется в вашей проблеме и предложит пути решения.