Korrosion an Rohrleitungen

Als Korrosion wird eine Reaktion eines Werkstoffes mit seiner Umgebung bezeichnet, die zu einer messbaren Veränderung des Werkstoffes selbst führt. Im Alltag verwendet man den Begriff meist bei metallenen Materialien, die korrodieren (rosten) und beschreibt damit einen Oxidationsprozess (Redoxreaktion) auf chemische Ebene, allerdings können auch andere Faktoren wie z. B. Abrieb, UV-Strahlung oder Temperaturschwankungen zu einer Veränderung des Materials führen. Das Wort „Korrosion“ leitet sich vom lateinischem Wort „corrodere“ ab und lässt sich mit „zersetzen“ oder „zernagen“ bzw. zerfressen übersetzen.

Nicht jede Korrosion ist ungewollt. Häufig werden Bauteile gezielt künstlich korrodiert, um eine schützende Oxidschicht zu erhalten, die eine weitere Korrosion in tieferen Schichten verhindert. So wird etwa Aluminium häufig eloxiert, um eine gleichmäßig dicke Oxidschicht zu erhalten. Eine weitere Methode zum Korrosionsschutz ist das Galvanisieren, bei dem eine dünne Schicht eines reaktivieren Metalls auf das zu schützende Werkstück aufgetragen wird, wodurch zunächst das aufgetragene Metall (z. B. Zink) oxidiert.

Wie läuft eine chemische Korrosion ab (Redoxreaktion)

Bei der chemischen Reaktion können verschiedene Reaktionspartner vorhanden sein, allerdings spielt in unserem Alltag meist Sauerstoff als Reaktionspartner eine entscheidende Rolle. Man spricht von einer Redoxreaktion, da ein Reaktionspartner Elektronen aufnimmt, also reduziert wird (bezeichnet als Oxidationsmittel oder Elektronenakzeptor) und ein Partner Elektronen abgibt, also oxidiert (bezeichnet als Reduktionsmittel oder Elektronendonator).

Korrosion bei Eisen

Ein gängiges Beispiel ist die Korrosion von Eisen, welche auch als rosten bezeichnet wird. Anders als bei einer exothermen Oxidation (z. B. Verbrennungen), spricht man bei langsam ablaufenden Oxidationen, wie z. B. bei Eisen mit Sauerstoff auch von einer stillen Oxidation. Das Eisen reagiert bei Kontakt mit Sauerstoff (O₂) und Wasser (H₂O) zu Eisenoxid.

Sowohl der Luftsauerstoff als auch reines Wasser gehen nur sehr träge eine Reaktion mit dem Eisen ein. Bei reinem Sauerstoff sähe es allerdings anders aus. Im Alltag rostet Eisen bei Anwesenheit von Luftsauerstoff und Wasser, wie z. B. bei feuchter Luft. Die Reaktion läuft wie folgt ab (andere Reaktionen sind auch möglich):

4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe³⁺ + 12(OH)⁻ → 4Fe(OH)₃ oder 4FeO(OH) + 4H₂O

Interessanterweise besteht die Oxidschicht aus einer sehr groben Oberfläche, welche sich leicht vom restlichen Metall löst (abblättert), wodurch trotz einer bereits vorhandenen Korrosion keine dauerhafte Schutzschicht gebildet werden kann und das Eisen weiter oxidiert. Das Ablösen der Oxidschicht wird durch mechanische Belastungen oder durch Abtransport mit dem Medium innerhalb einer Rohrleitung verstärkt.

Korrosion im Rohrleitungsbau

Korrosion tritt in Rohrleitungen sehr häufig, wenn das Material der Rohre nicht für das Medium geeignet ist, oder sich verschiedene Materialien in Mischinstallationen ungünstig beeinflussen. Die häufigsten Korrosionsarten innerhalb von Rohrleitungen und auch Schlauchleitungen sind:

Biokorrosion

Hierbei wird die Korrosion durch Ausscheidungen von Bakterien innerhalb einer Rohrleitung erzeugt, welche sich an den Rohr- oder Schlauchwänden ansiedeln und verschiedene Produkte aus dem Medium verstoffwechseln. Dasselbe geschieht z. B. auch bei Kariesbakterien. Während das Medium selbst nicht korrosiv sein muss, können die abgegebenen Stoffe der Bakterien durchaus zu chemischen Reaktionen mit dem umliegenden Material führen. In Rohrleitungen kann dem entgegengewirkt werden, indem stehende Medien vermieden werden.

Kontaktkorrosion

Kontaktkorrosion tritt meist beim Einsatz verschiedener Werkstoffe und bezieht sich in der Regel auf Metalle. Metalle aus unterschiedlichen Materialien können an ihrer Kontaktstelle (z. B. Gewinde) miteinander reagieren. Da die Metalle häufig aus Legierungen, also einer Kombination aus mehreren Metallen bestehen, ist eine Kontaktkorrosion nicht immer zu vermeiden. In der Wassertechnik tritt eine Kontaktkorrosion allerdings sehr selten auf.

Spannungsrisskorrosion

Spannungsrisskorrosion bildet sich, wenn über kleine Risse an der Oberfläche eines Materials eine Oxidation stattfindet und das Material dabei ausgedehnt wird. Dies führt dazu, dass sich der Riss vergrößert, wodurch das Medium aufgrund des Kapillareffektes weiter in das Material eindringen kann und die Korrosion weiter voranschreitet. Spannungsrisskorrosion tritt bei harten Metallen wie z. B. Edelstahl und Messing häufiger als bei anderen, weicheren Metallen auf.

Korrosion durch UV-Strahlung

Auch UV-Strahlung kann Materialien zerstören. Dies ist allerdings bei Rohrleitungen aus Kunststoff häufiger anzutreffen, wenn diese oberirdisch verlegt sind, als bei Rohrleitungen aus Metall. Die UV-Strahlen regen dabei die Bindungselektronen der Molekülketten der Kunststoffe an, welche die Energie der Lichtwelle zunächst aufnehmen und sich hierdurch bereits trennen können oder einen hohen Energiezustand erhalten, der wieder abgegeben werden muss. Dies erfolgt in der Regel über eine sofortige chemische Reaktion mit dem Luftsauerstoff oder es bilden sich zunächst freie Radikale (die getrennten und jetzt negativ geladenen Enden der Molekülkette (meist Kohlenstoff oder elementarer Wasserstoff)), welche dann Reaktionen mit dem Luftsauerstoff eingehen.

Um dem entgegenzuwirken, werden den Kunststoffen UV-Stabilisatoren beigemischt, welche reaktionsfreudig sind und sofort einsetzen, bevor der Luftsauerstoff reagieren kann. Die UV-Stabilisatoren sind allerdings auch irgendwann verbraucht, was dazu führt, dass irgendwann der Kunststoff selbst wieder aufgespalten wird. Man kann dies als Pendant zum Galvanisieren bei Metallen ansehen, welche ebenfalls mit einer zusätzlichen Metallschicht beschichtet werden, welche vor dem zu schützenden Material reagieren soll.

Korrosion durch mechanische Einwirkungen

Durch verschiedene mechanische Einwirkungen kann die Oberfläche einer Rohrleitung ebenfalls beschädigt werden. Häufige Faktoren sind z. B. Abrieb durch Feststoffe wie Sand oder eine Beschädigung durch Kavitation. Bei der Kavitation werden durch Implosionen aufgrund von geringen Drücken beim Ansaugen eines Mediums wie Wasser kleinste Teile aus der Oberfläche der nahegelegenen Materialien gesprengt. Häufig ist dies bei Saugpumpen anzutreffen, die sehr hohe Ansaughöhen besitzen oder bei denen die Eingangsleitung einen kleineren Durchmesser hat, als die Ausgangsseite. Durch die Kavitation können die Laufräder vollständig beschädigt werden.

Maßnahmen gegen Korrosion

Durch ein paar Maßnahmen können Korrosion in Rohrleitungen oder anderen Bauteilen verringert werden. Neben der richtigen Auswahl des Materials für die Rohrleitung in Abhängigkeit des Mediums können folgende Punkte beachtet werden:

• Vermeidung von stehenden Medien
  

  Stehende Medien begünstigen die Bildung von Mikroorganismen, welche wiederum häufig freie Radikale ausscheiden, die die Rohrwände zersetzen können. Zudem werden viele chemische Reaktionen durch eine längere Standzeit des Mediums begünstigt. Gerade bei Messing kann stehendes Wasser häufig zu einer Entzinkung des Messings führen.

• Richtiger Rohrquerschnitt
  

  Geringere Querschnitte erhöhen die Durchflussrate und verringern die Korrosionsbildung.

• Rohre mit geringer Rohrrauhigkeit verwenden
  

  Die Rohrrauigkeit gibt an, wie rau die Oberfläche eines Rohres ist. Rauere Rohre begünstigen eine Bakterienbildung und verringern die Durchflussgeschwindigkeit des Mediums. Zudem bilden sich strömungsfreie Räume, die besonders zur Korrosion neigen. Eine geringe Rohrrauigkeit besitzen Rohre aus Kunststoff und Kupfer. Eine hohe Rohrrauigkeit hingegen findet man bei Eisenrohren.

• Hohe Temperaturen vermeiden
  

  Chemische Reaktionen hängen stark von der Temperatur ab und laufen bei höheren Temperaturen meist schneller ab. Zudem ist in Trinkwasserleitungen mit einer höheren Bakteriendichte bei warmen Wasser zu rechnen, als bei kaltem, vor allem, wenn dieses schon länger in der Leitung steht.

• UV-Srahlungen bei Kunststoffrohren vermeiden
  

  Um Korrosion an Kunststoffrohren zu vermeiden, sollten diese nicht der unmittelbaren Sonneneinstrahlung ausgesetzt sein.

• Mechanische Einwirkungen vermeiden
  

  Mechanische Belastungen können bei verschiedenen Materialien wie z. B. Messing oder Edelstahl eine Spannungsrisskorrosion begünstigen.

• Mischinstallationen vermeiden
  

  Um Kontaktkorrosion oder Korrosion durch ausgespülte Ionen zu vermeiden, sollten die Materialien miteinander kompatibel oder gleichwertig sein.

Die Liste ist bei Weitem nicht vollständig und gibt nur einige Hilfestellungen. Da Korrosion ein sehr komplexes Thema ist und sehr viele Faktoren eine Rolle spielen, ist es schwer immer genau vorherzusagen, ob eine Korrosion auftritt oder nicht. In der Natur gibt es nur selten isolierte Systeme, bei denen lediglich ein Faktor auftritt. Die Angaben basieren daher meist auf Erfahrungswerte.