Čo ovplyvňuje životnosť potrubných rozvodov?

Potrubné rozvody vody sú počas svojej prevádzky vystavené chemickým vplyvom, ktoré majú za následok vznik korozívnych procesov. Tie zapríčiňujú ich postupné poškodenie.

V súčasnosti sa z osvedčených materiálov na potrubné rozvody v zdravotnotechnických inštaláciách najčastejšie používajú potrubia z nehrdzavejúcej ocele, medené, liatinové, kameninové a vo vnútornom vodovode čoraz viac plastové potrubia.

Potrubné rozvody na báze oceľového materiálu majú vhodný spôsob spájania, pričom spoje rúr musia byť počas životnosti potrubia trvale tesné, steny potrubia nesmú byť v spoji zoslabené a svetlosť potrubia zmenšená, spoj má byť ľahko realizovateľný a prístupný na účely čistenia a opráv.

Tesnosť spoja závisí od druhu (hrdlový, prírubový, závitový), tuhosti a tesniacich materiálov. Spoje rúr môžu byť v konkrétnych podmienkach s rovnakým alebo rôznym vonkajším priemerom, alebo s rovnakou svetlosťou.

Podľa výroby sa oceľové rúry delia na rúry zvárané a bezšvové, ktoré sa dodávajú podľa druhu spojov s povrchovými úpravami s matným vnútorným aj vonkajším povrchom alebo s asfaltovaným vnútorným, prípadne aj vonkajším povrchom s opláštením.

Pomerne často sú oceľové rúry upravené pozinkovaným vnútorným aj vonkajším povrchom. Medzi výhody oceľových potrubí patrí jednoduchá výroba, spoľahlivé tesnenie, možnosť opráv pri rozoberateľných spojoch, dobrá pevnosť v ťahu, v ťahu pri ohybe aj v tlaku, nehorľavosť, a ak sú dobre chránené, odolávajú korózii.

Medzi nevýhody možno zaradiť ich vysokú hmotnosť, často malú odolnosť proti korózii a nevyhnutnosť ochrany pred koróziou na povrchu, ako aj vo vnútri potrubia.

Čo znižuje kvalitu rozvodov?

Medzi chemické a fyzikálne vplyvy, ktoré najviac poškodzujú zariadenia a potrubia, patrí:

  • Agresivita, ktorou sa vytvárajú korózne produkty. Agresivitu najčastejšie spôsobuje rozpustný kyslík a kysličník uhličitý, a to tam, kde nie sú vytvorené predpoklady na vznik ochranných vrstiev.
  • Inkrustácia, ktorá vzniká pri vylučovaní solí prekročením hodnoty súčiniteľa rozpustnosti.
  • Nánosy, ktoré sa vytvárajú sedimentáciou suspendovaných častíc vody a koróznych produktov.

Pojmom korózia kovov označujeme narušenie povrchu vplyvom chemických alebo elektrochemických dejov. Príčinou chemickej korózie je reakcia kovu s látkou, ktorá s ním pri styku reaguje.

Ku korózii kovov vo vode dochádza predovšetkým v dôsledku tvorby elektrochemických článkov, vznikajúcich medzi dvoma kovmi s rozdielnym elektrochemickým potenciálom. Kov s nižším potenciálom je anódou a rozpúšťa sa – koroduje, kov s potenciálom vyšším je katódou a nerozpúšťa sa.

Najdôležitejšie faktory, ktoré ovplyvňujú vznik a rozsah korózie, sú:

  • chemické zloženie vody (prítomnosť CO2, O2, pH. Cl2, Ca, Mg, sírany, chloridy, organické látky, mikroorganizmy a pod.);
  • fyzikálne podmienky systému (teplota vody, rýchlosť prúdenia vody);
  • druh materiálu a jeho povrchová úprava.

Druhy korózneho napadnutia sa rozlišujú podľa intenzity a charakteru prenikania prostredia do kovu a porušenia jeho štruktúry. Rozlišuje sa napadnutie:

  • rovnomerné – plošné, spôsobené kyslým prostredím, alebo agresívnym CO2;
  • nerovnomerné – miestne.

Nerovnomerná korózia je nebezpečnejšia, keďže napáda niektoré miesta kovu a podľa svojej povahy môže byť:

  • bodová – spôsobená zväčša rozpusteným kyslíkom;
  • jamková – spôsobená tiež rozpusteným kyslíkom, na potrubí vznikajú hĺbkové bodové porušenia, až porušenie celej hrúbky steny potrubia (obr. 1 až 4);
  • škvrnitá – tvorí nesúvislé, rôzne veľké škvrny;
  • medzikryštálová – postupujúca do hĺbky kryštalického kovu po stykových plochách jeho kryštálov;
  • selektívna – výberová, postihuje len niektoré zložky heterogénnych zliatin.
Obr. 1 Segment OC potrubia pohľad zvnútra rúry
Obr. 1 Segment OC potrubia pohľad zvnútra rúry |

Medzi fyzikálne podmienky, ktoré vplývajú na vznik korózie, patrí teplota a rýchlosť prúdenia média. Teplota ovplyvňuje koróziu priamo alebo nepriamo. Priamo tak, že v závislosti od rastúcej teploty sa zväčšuje rýchlosť chemických reakcií, a nepriamo tým, že mení rozpustnosť plynu a ovplyvňuje rovnováhu uhličitanu vápenatého.

V uzavretých systémoch korózna rýchlosť vzrastá so stúpajúcou teplotou, v otvorených systémoch rýchlosť korózie najskôr vzrastá a pri vyššej teplote klesá v dôsledku zníženia rozpustnosti plynov. Chemické faktory, ktoré ovplyvňujú koróziu sú:

  • pH – pri nízkom pH sa rýchlosť korózie zvyšuje, pri vysokom pH sa prejavujú na potrubí ochranné účinky;
  • alkalita (KNK – kyslá neutralizačná kapacita) – pôsobí na tvorbu ochrannej vrstvy na potrubí. Nízka a stredná alkalita znižuje koróziu väčšiny materiálov. Vysoká alkalita zvyšuje koróziu medi a olova;
  • rozpustený kyslík – zvyšuje reakčnú rýchlosť väčšiny korozívnych dejov.

Vnútorná korózia kovového potrubia závisí od oxidačných a redukčných reakcií odohrávajúcich sa na fázovom rozhraní kov – voda. V dôsledku týchto reakcií dochádza k vzniku elektrochemických článkov, pričom každý má anodický a katodický priestor. Pri korózii kovov je potrebné rozlišovať dva čiastkové deje.

Anodickým koróznym dejom dochádza k rozpúšťaniu kovov, čo sa prejaví tvorbou kovových iónov. Katodický korózny dej je charakteristický transportom elektrónov ku katodickým miestam, na ktorých dochádza k redukčným reakciám.

Sekundárne reakcie koróznych produktov sa dotýkajú procesov, ktoré prebiehajú vzájomne medzi produktmi obidvoch elektrochemických reakcií alebo ďalej reagujú s ostatnými zložkami vody. K anodickým reakciám sekundárnej úrovne (reakcie medzi Fe2+ iónom a inými zložkami vody) môže dochádzať za prítomnosti, ako aj neprítomnosti kyslíka vo vodnom prostredí.

Obr. 2 Korózia potrubia pri napojení na tvarový kus
Obr. 2 Korózia potrubia pri napojení na tvarový kus |

K vyzrážaniu Fe2+ iónu môže dochádzať dvomi spôsobmi, a to buď vo forme Fe(OH)2(s), alebo ako FeCO3(s) (siderit). K vyzrážaniu sideritu dochádza v prípade, keď sú vo vode prítomné uhličitanové zložky vody:

Fe2+ + 2 H2 → Fe(OH)2(s) + 2 H+
Fe2+ + CO32- → FeCO3(s)

Za prítomnosti kyslíka nad anódou dochádza k celkovej sekundárnej reakcii:

Fe2+ + 1/4 O2 + 5/2 H2O → Fe(OH)3(s) + 2 H+

Zrazeniny Fe(OH)2(s) a Fe(OH)3(s) sú prechodnými nestabilnými stavmi, pričom obidve predstavujú prekurzory k termodynamicky stabilným oxidom železa. Rýchlosť zrážania CaCO3(s) má rozhodujúci vplyv na vlastnosti vylúčeného produktu, možno ju preto považovať za jeden z najvýznamnejších faktorov pri pasivácii kovu.

Pri veľkej rýchlosti vylučovania CaCO3(s) na katóde je zrazenina koloidná alebo mikrokryštalická, pri pomalom procese sa tvoria dobre definované kryštály kalcitu.

Mikrokryštalická štruktúra vylúčeného uhličitanu vápenatého má sklon pokryť v tenkej vrstve celý povrch katódy a vyznačuje sa hutnou, takmer nepriepustnou štruktúrou, pričom môže vo významnej miere znížiť celkovú koróznu rýchlosť. Naopak, diskrétna tvorba tuhej fázy, vyznačujúca sa relatívnou poréznosťou, a tým aj priepustnosťou, nemá prakticky vplyv na rýchlosť na katóde.

Vplyv rýchlosti prúdenia vody na priebeh korózie je zdanlivo protichodný. Vo vodách s ochrannými vlastnosťami vysoká rýchlosť prúdenia môže priaznivo ovplyvniť tvorbu ochrannej vrstvy tým, že rýchlejšie dopraví ochranné látky k povrchu potrubia.

Naopak, vysoká rýchlosť prúdenia sa spája s eróznou koróziou a v prítomnosti ďalších korozívnych faktorov môže dôjsť k poškodeniu materiálu potrubia. Vysoká rýchlosť prúdenia okrem toho zvyšuje kontakt rozpusteného kyslíka, ktorý hrá dôležitú úlohu vo väčšine koróznych dejov, s povrchom potrubia.

Pri nízkych rýchlostiach prúdenia vody sa nemôžu v plnej miere uplatniť ochranné vlastnosti vody, pretože difúzia ochranných látok k povrchu je spomalená. Pri veľmi malých rýchlostiach alebo pri jej stagnácii sa vytvárajú podmienky na biologický rast a zvyšuje sa pravdepodobnosť bodovej korózie.

Pri rovnakých ostatných vlastnostiach vody by voda s vyššou teplotou mala mať silnejšie agresívne pôsobenie, keďže sa zvyšuje rýchlosť prebiehajúcich chemických reakcií. Tento fakt je do určitej miery potlačený skutočnosťou, že teplota významne ovplyvňuje rozpúšťanie CaCO3.

Pri vyšších teplotách sa prejavuje tendencia vyzrážania CaCO3 z vody, čím sa zvyšuje pravdepodobnosť vytvorenia ochrannej vrstvy. Taktiež nižšia koncentrácia rozpusteného kyslíka môže znížiť agresívne účinky teplej vody.

Najviac ohrozené inštalácie

Problematike korózie zdravotnotechnických inštalácií je potrebné venovať pozornosť predovšetkým pri navrhovaní a realizácii potrubí na rozvod a cirkuláciu TV. Príčinou sú vyššie prevádzkové teploty vody. Jedným z vplyvov vyššej teploty, ako už bolo spomenuté, je znižovanie rozpustnosti kyslíka, CO2 a H2S.

Postupne sa tu prejaví zníženie obsahu kyslíka jeho väzbou na zinok a železo. Pri korózii zinkovej vrstvy vzniká pri teplote od +50 °C vrstva koróznych splodín, pričom zvýšenie teploty o 5 °C (napr. z +50 na +55 °C) znamená až 6-násobné zvýšenie rýchlosti korózie a pri ďalšom zvyšovaní teploty je tento nárast dokonca 40-násobný.

Z toho vyplýva, že teplota TV by nemala presiahnuť +50 °C. Tu však nastáva rozpor v teplotnej hranici stanovenej normou a odporúčanou termickou dezinfekciou (napr. proti baktérii rodu legionella) – min. +70 °C.

Aj z tohto dôvodu je nevyhnutné venovať sa tejto problematike nielen pri projektovaní a zhotovovaní rozvodov potrubí, ale aj počas prevádzky, keďže poškodenie zapríčinené koróziou môže niekoľkonásobne zvýšiť náklady na prevádzku celého stavebného diela.

Text + Foto: doc. Ing. Michal Božík, PhD., doc. Ing. Jarmila Božíková, PhD., Katedra technológie stavieb, Stavebná fakulta STU v Bratislave

Literatúra

  1. Lulkovičová, O. – Božík, M. – Božíková, J.: Expertízny posudok rozvodov TÚV v hoteli. Bratislava: Stavebná fakulta, STU, júl 2003, s. 60.
  2. Božík, M. – Božíková, J.: Životnosť a revitalizácia vnútorných rozvodov a konštrukčných prvkov TZB v obytných objektoch. In: Zborník z medzinárodnej konferencie Vykurovanie 2001, 12. – 16. 3. 2001 Stará Ľubovňa, Bratislava: SSTP 0115, s. 97 – 103.
  3. Božík, M. – Božíková, J.: Technológia montáže plastových materiálov v balneotechnických rozvodoch. In: Zborník príspevkov z vedecko-odborného seminára Uplatňovanie svetových trendov v procese prípravy a realizácie stavieb, STU KTS, CEMAKS, Kočovce 2003, s. 72 – 77.
  4. Tóthová, K. – Dubová, V.: Porovnávacia analýza prevádzky vodovodov. In: Zborník prác z konferencie s medzinárodnou účasťou Vodovody, kanalizácie a alternatívne zdroje energie, Košice, 30. 11 – 1. 12. 2005, Košice: ZsVTS s. 149 – 154, ISBN 80-232-0254-5.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov 1/2019.