Ein praktisches Beispiel aus der Welt der schweren Salze und geothermischen Sole.
Bei Dutch Filtration haben wir uns seit vielen Jahren auf die Filtration von schweren Salzen und chloridhaltigen Flüssigkeiten, auch als Sole bekannt, spezialisiert.
Wir filtern diese schweren Flüssigkeiten mit unseren hochwertigen Filterelementen bis zu 0,5 Mikron (Beta 5000) und, je nach Anwendung, bis zu mehreren zehn Mikron.

Bei der Auswahl des richtigen Filtergehäuses ist es entscheidend, die Eigenschaften der Flüssigkeit genau zu kennen.
Wie salzig ist das Medium? Wie hoch ist die Temperatur? Sind Gase vorhanden? Dies sind entscheidende Faktoren, und genau diese Komplexität ist unser Spezialgebiet.

Kürzlich fragte uns ein geothermischer Kunde, warum Edelstahl 316Ti für seine Anwendung nicht geeignet sei.
Sein System arbeitete mit Edelstahl 316Ti, einer Betriebstemperatur von 60°C bis 90°C, einer theoretisch sauerstofffreien Umgebung und geothermischem Wasser, das etwa fünfmal salziger als Meerwasser ist.
Das bestehende Filtergehäuse war bereits deutlich korrodiert und musste ersetzt werden.
Im Folgenden erklären wir, warum dies passiert.

Warum sauerstoffarmes geothermisches Wasser dennoch Korrosion verursacht:

Auch wenn ein System theoretisch sauerstofffrei ist, lässt sich in der Praxis das Vorhandensein von Sauerstoff nie vollständig ausschließen.
Spülungen mit Stickstoff entfernen niemals allen Rest-Sauerstoff; es gibt immer tote Zonen und kleine Lufttaschen, und es gibt Momente, in denen Sauerstoff wieder in das System gelangen kann.

Ohne Sauerstoff sind einige Korrosionsformen, wie Lochfraßkorrosion und allgemeine Korrosion, zwar stark verlangsamt.
Bei hohen Chloridbelastungen, wie dem Fünffachen von Meerwasser, und Temperaturen von rund 60°C bis 90°C bleibt geothermisches Wasser jedoch sehr aggressiv gegenüber Edelstahl 316 und Edelstahl 316Ti.
Geothermisches Wasser enthält zudem häufig CO₂, H₂S und verschiedene Salze, die die Korrosion zusätzlich beschleunigen.

In der Praxis ist Sauerstoff fast immer vorhanden.
Dies geschieht zum Beispiel beim Start und Befüllen des Systems, bei Stillstand, durch kleine Lecks oder Entlüftungen sowie bei Wartungsarbeiten.
Gerade in diesen Momenten kann Edelstahl 316Ti schnell korrodieren.

PREN-Wert und warum 316Ti nicht ausreicht:

Der PREN-Wert (Pitting Resistance Equivalent Number) gibt den Widerstand eines Materials gegen Lochfraßkorrosion an.
Edelstahl 316Ti hat einen PREN von etwa 24.
Für geothermisches Wasser, das fünfmal salziger als Meerwasser ist, wäre ein PREN von mindestens 40 wünschenswert.
Vergleicht man diese Werte, wird deutlich, dass Edelstahl 316Ti unter diesen Bedingungen keinen ausreichenden Schutz gegen Lochfraßkorrosion bietet.

Unser Rat lautet daher, dass Edelstahl 316Ti nur in Bauteilen eingesetzt werden sollte, die keine tragende oder kritische Funktion haben, in Systemen, die vollständig geschlossen und sauerstofffrei gehalten werden können, und wo regelmäßige Inspektionen und Überwachungen möglich sind.

Geeignetere Materialien:

Für diese spezielle geothermische Sole sind Materialien wie Duplex mit einem PREN von etwa 35, Superduplex wie 2205 oder 2507 mit einem PREN von etwa 42 und Titan mit einem PREN von etwa 69 deutlich korrosionsbeständiger.
Duplex ist bei extrem hohen Salzkonzentrationen oft nicht ausreichend. Superduplex ist in der Regel ausreichend, abhängig von der genauen Zusammensetzung der Sole. Titan ist die beste Wahl für sehr aggressive Solen.

Der Nachteil dieser Materialien ist der deutlich höhere Preis. Je nach Ausführung kann ein Filtergehäuse ein- bis zehnmal teurer sein als ein Filtergehäuse aus Edelstahl 316Ti. Deshalb wird manchmal trotzdem 316Ti gewählt, allerdings ohne vorhersehbare Lebensdauer.

Zusammenfassung:

Selbst wenn eine geothermische Flüssigkeit nahezu sauerstofffrei ist, bleibt eine Sole, die fünfmal salziger als Meerwasser ist und Temperaturen von etwa 60°C bis 90°C aufweist, für Edelstahl 316Ti zu aggressiv.
Für den langfristigen und zuverlässigen Einsatz ist 316Ti daher kein geeignetes Material für kritische Bauteile eines geothermischen Systems.

Materialien wie Duplex, Superduplex und Titan bieten die erforderliche Korrosionsbeständigkeit und Zuverlässigkeit unter diesen harten Bedingungen, auch wenn sie deutlich teurer in der Anschaffung sind.

Quelle: 2016.03.15_tno 2015 r10160_corrosion in dutch geothermal systems_public.pdf