Quelltext der Seite Fouling (Kühlwasser)

[[Datei:Fouling02.jpg|mini|[[Wärmetauscher]] in einem [[Dampfkraftwerk]] verschmutzt durch Makrofouling]]
[[Datei:Fouling01.jpg|mini|[[Kondensator (Dampfturbine)|Kondensatorrohr]] mit Resten von Biofouling (aufgeschnitten)]]
[[Datei:Scaling01.jpg|mini|Kondensatorrohr mit einer Schicht aus [[Calciumcarbonat]] (aufgeschnitten)]]
[[Datei:Korrosion Rohr01.jpg|mini|Messingrohr mit Korrosionspuren (aufgeschnitten)]]
[[Datei:Fouling03 de.jpg|mini|Kostenzusammenhänge zwischen den einzelnen Formen des Foulings]]

Unter '''Fouling''' (engl. Verschmutzung, Bewuchs) versteht man die Verschmutzung von [[Wärmeübertragung|wärmeübertragenden]] Anlagenteilen durch Inhaltsstoffe des benutzten [[Wasserkühlung|Kühlwassers]]. In der [[Kühlung|Kühltechnik]] und auch anderen technischen Bereichen unterscheidet man zunächst grob nach Mikro- und Makrofouling. 

== Makrofouling ==
Makrofouling wird verursacht durch grobteilige Stoffe [[Biologie|biologischen]] Ursprungs oder industriell erzeugte [[Abfall|Abfälle]]. Diese Stoffe werden durch die Kühlwasser[[pumpe]]n von den Kühlwasserquellen wie dem offenen [[Meer]], [[Fluss|Flüssen]], [[See]]n und [[Grundwasser]] in den Kühlwasserkreislauf eingetragen. Auch bei geschlossenen Systemen in [[Kühlturm|Kühltürmen]] ist der Eintrag durch offene [[Kanal (Wasserbau)|Kanäle]] oder durch den [[Wind]] in die Kühlturmtassen möglich. Bei Kühltürmen lösen sich manchmal Teile der [[Rieselkörper|Einbauten]] und gelangen so in den Kühlkreislauf. Alle diese Stoffe verunreinigen die wärmeübertragenden Flächen der [[Kühler]] und [[Wärmeübertrager]] und verschlechtern ihren zugehörigen [[Wärmedurchgangskoeffizient]]en.
* Vom Menschen produzierte Abfälle
* Einbauten von Kühltürmen
* [[Algen]]
* [[Muscheln]]
* [[Keulenpolyp|Polypen]]
* [[Blatt (Pflanze)|Blätter]], [[Pflanzen]]teile bis hin zum Baumstamm

== Mikrofouling ==
Beim Mikrofouling unterscheidet man zwischen den Vorgängen:
* Biologisches Fouling wie [[Bakterien]]ansiedlung und Algenansiedlungen 
* Sedimentation von [[Sand]] und [[Schlamm]]
* Scaling als ein Auskristallisieren von schwerlöslichen [[Salze]]n:
** [[Calciumhydrogencarbonat]]
** [[Gips|Calciumsulfat]]
** [[Silicate]]n
** [[Magnesiumhydroxid]]
Durch Verdampfung und Entgasung kann sich die Konzentration von Salzen über den [[Sättigung (Physik)|Sättigungspunkt]] bewegen und damit zu einer [[Flockung|Ausflockung]] von Salzkristallen führen. Für das Gleichgewicht zwischen dem immer im [[Wasser]] vorhandenen gut [[Lösung (Chemie)|löslichen]] Calciumhydrogencarbonat und dem unlöslichen [[Calciumcarbonat]] lautet die Formel: 

:<math>\mathrm{Ca^{2+} + 2\ HCO_3^- \leftrightharpoons\ CaCO_3\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O}</math>

Das bei dieser [[Chemische Reaktion|Reaktion]] entstandene Calciumcarbonat schlägt sich in den [[Rohr (Technik)|Rohren]] nieder. Auf Grund der [[Temperatur]]abhängigkeit der Reaktion sind die Ablagerungen am Austritt höher als am Eintritt.

=== Chemische Reaktionen ===
Diese können auftreten auf Grund des Kontaktes mit der wärmeren Oberfläche des Kondensatorrohres. In diesen Fällen wirkt die metallische Oberfläche manchmal als [[Katalysator]]. Die meisten dieser Reaktionen sind [[Korrosion]] und [[Polymerisation]]en. Dies kommt bei Kühlwasser für die [[Chemische Industrie]] vor, das mit einem geringen Gehalt an [[Kohlenwasserstoff]]en verunreinigt ist. Höhere Rohrwandtemperaturen können zu [[Koks|Verkokungen]] führen.

== Wirtschaftliche Bedeutung ==
Fouling verursacht erhebliche Kosten. Diese Kosten entstehen zunächst durch Korrosionsschäden und verschlechterten [[Wärmedurchgang]]. Weiterhin sind aber auch die [[Ökologie|ökologischen]] Kosten auf Grund des notwendigen Einsatzes von [[Biozid]]en zur Verhinderung des Biofouling oder des erhöhten [[Brennstoff]]einsatzes zur Kompensation der durch Fouling verursachten Minderleistung zu sehen.

So verursacht bereits gewöhnliches Fouling bei einem konventionell gefeuerten 500&nbsp;[[Watt (Einheit)|MW]] [[Kraftwerksblock]] Leistungsverluste der [[Dampfturbine]] in Höhe von 5&nbsp;MW und mehr, in einem 1300&nbsp;MW [[Kernkraftwerk]] erreichen die Verluste durchaus 20&nbsp;MW. In der [[Meerwasserentsalzung]] reduziert Fouling die Gained Output Ratio um hohe zweistellige Prozentsätze (Die Gained Output Ratio ist eine Verhältniszahl, die die [[Masse (Physik)|Masse]] des erzeugten [[Destillation|Destillates]] zu der Masse des im Prozess eingesetzten Dampfes in Relation setzt). Mehrverbräuche an elektrischer [[Leistung (Physik)|Leistung]] in kompressorbetriebenen [[Kältemaschine]]n bewegen sich ebenfalls häufig im zweistelligen Prozentbereich.

Neben den [[Betriebskosten (Betriebswirtschaftslehre)|Betriebskosten]] steigen auch die [[Investitionskosten]], da die Wärmetauscher größer ausgelegt werden müssen, um den durch das Fouling verursachten schlechteren Wärmedurchgang zu kompensieren.

== Bekämpfung ==
Der sinnvollste Weg zur Bekämpfung von Fouling ist es die foulingverursachenden Stoffe nicht in den Kühlwasserkreislauf gelangen zu lassen. In [[Dampfkraftwerk]]en und anderen großindustriellen Einrichtungen zur Wassernutzung wird Makrofouling durch [[Filtration (Trennverfahren)|Vorfiltration]] und [[Filter (Fluidtechnik)|Kühlwasserfilter]] verhindert. Bei Mikrofouling ist eine Filtration nur mit sehr aufwendigen Verfahren der Wasseraufbereitung oder [[Membrantechnik|Membrantechnologie]] möglich. Aus diesem Grund empfehlen sich chemische oder mechanische Reinigungsverfahren zur Belagentfernung. Diese Verfahren sind das [[Beizen]] mit [[Säuren|Säure]] oder die [[Taprogge-Verfahren|Kugelumlaufreinigung]] mit [[Schwammgummikugel]]n. Während das Beizen durch die Bereitstellung, Anwendung und Lagerung der Säure [[Umwelt]]probleme erzeugt, ist die mechanische Kugelumlaufreinigung heute ein anerkanntes Verfahren. Eine weitere Option ist die Behandlung mit Vollmetallkatalysatoren. Sie ziehen freie Keime im Wasser mittels elektrostatischer Aufladungen an und zersetzen sie. Durch die Zerlegung werden umweltverträgliche [[Biotenside]] erzeugt, die eine Ablösung und damit ein Absterben von Biofilmen bewirken.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.berkefeld.com/de/lieferprogramm/Nachhaltige_Desinfektion.htm |wayback=20121003052243 |text=Nachhaltige Desinfektion durch Katalysatortechnik |archiv-bot=2019-04-11 12:02:52 InternetArchiveBot }}</ref>
Die bislang oftmals eingesetzten [[Biozid]]e lassen sich in vier Gruppen einteilen: Anorganische Chlor- und Bromverbindungen, Chlor- und Bromabspalter, [[Ozon]] und Sauerstoffabspalter sowie nichtoxidative Biozide. Eines der wichtigsten nichtoxidativen Biozide besteht aus einer Mischung aus [[Chlormethylisothiazolinon]] und [[Methylisothiazolinon]]. Häufig eingesetzt werden ebenfalls [[Dibromnitrilopropionamid]] und [[quartäre Ammoniumverbindungen]].

== Siehe auch ==
* [[Fouling (Schiffbau)]]

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [http://www.bosy-online.de/Biofouling.htm Biofouling in Heizungs-, Trinkwasser- und Kühlsystemen]
* [http://www.bewuchs-atlas.de/download/af_texts/rheinkom_synthese_2002.pdf Antifoulings und Kühlwassersysteme] (PDF-Datei; 329 kB)
* [https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/2218.pdf Einsatz umweltverträglicher Chemikalien in der Kühlwasserkonditionierung] (PDF-Datei; 1,32 MB)

[[Kategorie:Instandhaltung]]
[[Kategorie:Kühltechnik]]
[[Kategorie:Verfahrenstechnik]]
[[Kategorie:Kraftwerkstechnik]]