Koroze vodovodního potrubí teplé vody
Používání potrubí z ocelových pozinkovaných trubek pro rozvody teplé vody
Příspěvek chce upozornit na záludnost použití materiálů, u nichž nebezpečí koroze vyžaduje zvýšené opatření na dosažení řady parametrů při návrhu i provozu trubní sítě. I při splnění všech legislativních předpisů, zásad nebo doporučení životnost takového potrubí nedosahuje předpokládaných 50 let.
1. Úvod
Používání potrubí z ocelových pozinkovaných trubek na rozvody teplé vody a cirkulace bylo vždy spojeno s možností snížené životnosti trubního rozvodu.
Závadnost na trubním rozvodu způsobuje korozní účinek na vnitřním povrchu potrubí, který se projevuje ubýváním tloušťky stěny vedoucí až k proděravění nebo narůstáním tloušťky stěny inkrustem, vedoucí až k neprůchodnosti průřezu.
V technické veřejnosti je dlouhodobě tato problematika známá a přesto existují stále případy, kdy projektant z různých důvodů sáhne k tomuto rizikovému řešení.
Zejména účinkem teploty, která je navíc v současnosti zvyšována pro ochranu před Legionellou Pneumophylis, se životnost potrubí snižuje. Levné řešení se může stát neúměrně nákladným zejména u významných reprezentativních a na trubní instalaci rozměrných budov.
2. Požadovaná teplota v rozvodech teplé vody
Normou ČSN EN 806–2 je z hlediska teploty požadováno:
- Má být dosaženo u výtoku, po uplynutí 30 s, teploty vody 60 °C.
- Pro účely pravidelné termické desinfekce má být vnitřní vodovod teplé vody navržen tak, aby bylo možné dosáhnout teploty 70 °C u nejvzdálenějšího výtoku.
V uvedených požadavcích může být:
- v národních nebo místních předpisech teplota stanovena jinak,
- rozdíl mezi teplotou teplé vody na výstupu z ohřívače a na vstupu vody z cirkulačního potrubí do ohřívače je nejvýše 5 K.
V národních předpisech (ČSN 06 0320 a MPO 194/2007 Sb.) se uvádí, že zařízení teplé vody a jeho provoz se má navrhnout tak, aby:
- teplota v místě odběru (u pobytových prostor) dosahovala trvale hodnot mezi 50 až 55 °C,
- v době odběrových špiček je povolena krátkodobě teplota min. 45 °C,
- dodávka teplé vody byla nejméně v době od 6 do 22 h,
- při centrální přípravě teplé vody bylo na výstupu z místa přípravy teplota 55 až 60 °C,
- teplá voda byla dodávána celoročně tak, aby měla na výtoku u spotřebitele teplotu 45 °C až 60 °C s výjimkou krátkodobého poklesu v době odběrových špiček v zúčtovací jednotce (vyhláška 194/2007 Sb.),
- kde je vyžadována teplota nižší než 55 °C (předškolní výchova), osazuje se směšovací armatura před výtokové armatury.
U ohřívačů a zásobníků teplé vody se doporučuje za účelem snížení koroze a vyloučení usazenin:
- nezvyšovat teplotu vody nad 60 °C,
- při ohřevu teplé vody nad 60 °C (např. pro technologii) ohřívat vodu samostatně nebo přídavných ohřívačem.
3. Použitý trubní materiál a spojování
Pro vnitřní vodovody se používá ocelových pozinkovaných trubek jakosti materiálu 11.353.0. V normě ČSN EN 806–2 Navrhování, Tabulka 3, Materiál použití ocelových trubek pro vodovody na potrubí a tvarovky se uvádí:
- možnost použití trubek středně těžkých podle ČSN 42 5710 nebo těžkých podle ČSN 42 5711,
- zákaz použití trubek lehkých podle ČSN 42 5712.
Podle ČSN EN 10 240 se požaduje minimální tloušťka a chemické složení v jakosti povrchu A1 podle tab. 1.
Podle ČSN EN 802–2 tab. 3, jsou na spojování ocelového pozinkovaného potrubí použitelné, vedle závitových spojů, spoje provedené tvrdým pájením s tlakovými tvarovkami, lemovými tvarovkami, přírubovými nebo přítlačnými spoji.
Při použití spojování pomocí závitových spojů se používají tvarovky z temperované litiny, pozinkované ponořením za tepla podle ČSN EN 10 242.
4. Vliv chemického a fyzikálního složení vody
Významný vliv na korozi má složení vody.
4.1 Obecné zásady
Korozi ovlivňují zejména tyto faktory:
- teplota vody
- pH
- celkový obsah kationtů hořčíku a vápníku Mg2+ a Ca2+ (nesprávně nazývané tvrdost vody)
- obsah vápníku Ca2+
- kyselost, pH menší než 4,2
- zásaditost, pH vyšší než 8,2
- obsah rozpustného kyslíku
- chloridové, dusičnanové a síranové ionty, fosforečné sloučeniny, obsah křemičitanů
- celkový obsah organického uhlíku.
Na korozi mají vliv tyto vlastnosti vody:
- obsah rozpustných plynů (CO2, O2, H2S)
- obsah volného CO2.
Korozivní vliv zmenšuje:
- obsah hydrogenuhličitanových a vápenatých iontů,
- obsah křemičitanů, uhličitanů a fosforečnanů.
Riziko koroze zvyšuje obsah síranů a chloridů.
4.2 Posouzení vlivu kvality vody podle ČSN 12502-1, 2
Podle normy ČSN 12 502–1, 2 se stanovuje riziko koroze podle ukazatelů S1 a S2, které se vypočítají jako poměr koncentrací jednotlivých látek, obsažených ve vodě, kde:
- c (Cl−) koncentrace chloridových aniontů
- c (NO3−) koncentrace dusičitých aniontů
- c (SO42−) koncentrace síranových aniontů,
- c (HCO3−) koncentrace hydrogenuhličitanových aniontů.
Pokud hodnota S1 je menší než 0,5, je pravděpodobnost koroze velmi nízká. Je-li hodnota S1 větší než 3, je riziko koroze vysoké, koroze je velmi pravděpodobná.
Voda má nízké korozivní účinky, pokud je hodnota S2 menší než 1 a nebo větší než 3 a nebo je obsah dusičnanových aniontů menší než 0,3 mmol/l. Snížení korozivních účinků vody je možno dosáhnout změnou poměru obsahu uvedených látek pomocí úpravy vody.
5. Faktory ovlivňující korozi a druhy koroze
Mezi faktory ovlivňující vznik koroze patří:
- Vlastnosti kovového materiálu z hlediska
- chemického složení,
- stavu povrchu.
- Vlastnosti vody ovlivňuje:
- fyzikálně chemické složení,
- obsah tuhých částic.
- Konstrukční řešení ovlivňuje:
- geometrie tvaru soustavy,
- přítomnost více kovů,
- spojování,
- napětí v tahu.
- Tlaková zkouška a podmínky při uvádění do provozu, např.:
- napouštění,
- vypouštění,
- desinfekce, oplach.
- Provozní podmínky, zejména:
- teplota, změny teploty,
- proudění,
- tlak vody.
U vodovodního potrubí rozvodu teplé vody přichází v úvahu tyto druhy koroze:
- Rovnoměrná koroze převážně závislá na chemickém složení vody.
- Bodová koroze nastává, když reakce probíhá značnou rychlostí na malé ploše. Příčinou je tvorba článků, kdy plocha anody (čistý kov) a plocha katody (zoxidovaný povrch kovu) jsou velmi malé. Tyto místní články mohou vzniknout, pokud se na povrchu potrubí usazují malé částice, odloupnuté z ochranné vrstvy, z kalu apod. Bodová koroze vzniká zejména u rozvodů teplé vody a cirkulace.
- Selektivní koroze vzniká z vyplavování zinkových částic z ochranné vrstvy vlivem obsahu chloridů nebo síranů obsažených ve vodě. Působí v místech, kde byl porušen (např. při montáži, kazem při výrobě) zinkový povlak potrubí.
- Bimetalická koroze vzniká na styku dvou materiálů různého elektrického potenciálu. Korozivzdorná ocel, měď nebo slitiny mědi mají kladnější potenciál a pozinkované povrchy jsou anodicky polarizovány při přímém nebo nepřímém styku.
6. Zásady návrhu trubního rozvodu soustavy teplé vody
6.1 Dostatečný přetlak v soustavě
Tlakové poměry ve vodovodní soustavě mohou způsobit problémy s korozí v cirkulační vodovodní síti.
Nedostatečný tlak vody v nejvyšších odběrných místech vnitřního vodovodu může být způsoben:
- nedostatečným tlakem ve vodovodní síti,
- tlakovými ztrátami na rozvodech (dimenze potrubí, armatury),
- usazeninami v ležatých rozvodech (inkrusty z koroze v potrubí se shromažďují v určitých úsecích s nízkou rychlostí vody a snižují průtok vody), armaturách, výtokových armaturách, v zaneseném filtru.
Uvádí se, že nedostatečný tlak vody ve vodovodní soustavě může způsobit až podtlak u nejvyššího výtoku a nasávání vzduchu do rozvodu vody. Vzduch je rozptýlen v oběhových čerpadlech a může pak působit korozi obecně zejména v kavitačních místech proudu, v tvarovkách apod.
6.2 Vliv nerovnoměrného proudění vody
Nestejnoměrné proudění vody potrubím vytváří nestejné tloušťky na stěně potrubí. Při nízkých rychlostech proudění vody u korodujícího potrubí je tendence vytvářet usazeniny, kterými narůstá vrstva na vnitřním líci potrubí. Již při rychlosti proudění pod 1 m/s je při určitých podmínkách možnost vzniku nánosu. Při rychlostech proudění vody pod 0,5 m/s je tvorba nánosu velmi reálná.
Naopak při narůstání rychlosti proudění od cca 3 m/s opět vzniká možnost narušení stěny důlkovou korozí a zintenzivnění korozního procesu.
Distribuční síť rozvodu teplé vody tvoří často velmi komplikovaný spodní ležatý rozvod, tvořený větevnou horizontální soustavou. Ta vyžaduje značné nároky na rovnoměrnost průtoku vody, které jsou nutné pro:
- zajištění dostatečné teploty vody u všech odběrných míst,
- snížení rizika koroze v úsecích s nízkou, resp. vysokou rychlostí proudění.
Zajištění kvazi rovnoměrného proudění je zajišťováno správným:
- dimenzováním potrubí a armatur rozvodů teplé vody a cirkulace,
- dostatečným nastavením charakteristiky oběhových čerpadel pro možnou regulaci na rozvodech,
- regulováním průtoku v hydraulicky daných úsecích větevného rozvodu.
Uživatel často zjišťuje aktuální stav závad v průtoku vody v rozvodech pouze na výtokových armaturách, v odběrných místech. V důsledku nárůstu inkrustací a zanášení rozvodů v choulostivých úsecích (v tvarovkách a armaturách ležatého rozvodu) se snižuje průtok vody a následně se snižuje tlak vytékající vody v odběrných místech.
Dalším nepříznivým projevem těchto závad je u odběrných míst i zbarvená tzv. železitá voda, vytékající z výtoků. Rovněž dochází k ucpávání filtrů v trubních rozvodech a ve filtrech výtokových armatur.
Větevná síť teplé vody a cirkulace vyžaduje zvýšenou pozornost a nutnost správného dimenzování potrubí a vyregulování před uvedením do provozu. Zejména to platí v případě použití ocelového pozinkovaného potrubí na ležaté rozvody. Při dlouhých větevných rozvodech je vhodné v koncových úsecích osadit filtry, resp. kalníky, a to vše se zajištěním obsluhy.
Pro zajištění rovnoměrnosti průtoků se u rozsáhlé soustavy doporučuje použití souproudého způsobu vedení, u něhož je zajištěn přirozený rovnoměrný průtok v ležatých rozvodech a stejný diferenční tlak pod stoupacím potrubím teplé vody a potrubím cirkulace.
6.3 Životnost trubního rozvodu vodovodu
Podle ČSN EN 806-2 při výběru kovových trubních materiálů, u kterých se předpokládá pravděpodobnost koroze, musí být dodržena příslušná norma ze souboru norem ČSN EN 12 502-1 až 5.
Životnost trubek a jejich spojů ve vnitřním vodovodu se navrhuje na dobu 50 let při odborné údržbě a při přiměřených provozních podmínkách.
Materiály, součásti a zařízení ve vnitřním vodovodu teplé vody musí odolávat běžně teplotě 60 °C a při poruchách teplotě vody až do 95 °C.
Většinou navržené trubní rozvody z ocelových pozinkovaných trubek zdaleka nedosahují deklarované životnosti 50 let, ani v případě splnění opatření uvedených norem, ve kterých jsou popisovány všechny vlivy způsobující korozi.
6.4 Snižování následků korozivních účinků
Každá voda přepravovaná v potrubním systému má korozivní anebo inkrustující účinky v důsledku desinfekce vody chlorem anebo chlorečnany. Následky jednotlivých typů koroze je možno snížit:
- vhodnou tvrdostí a pH hodnotou vody,
- vyloučením malých rychlostí průtoků vody potrubím (nutno přepočítat světlosti potrubí, zejména cirkulačního),
- zabezpečením kvalitní mechanické filtrace a odkalováním systému,
- vyloučením velkých rychlostí proudění vody,
- vyloučením kolísání teploty vody.
Filtrace vody je univerzální, nejjednodušší a zároveň nejúčinnější ochranou potrubí před korozí. Zabezpečuje ochranu potrubí hlavně před bodovou korozí, jejímž zdrojem jsou nečistoty a korozní zplodiny putující v systému a usazující se v části potrubí s nejnižší, často téměř nulovou rychlostí proudění vody. V rozvodech teplé vody a cirkulace je proto vhodné instalovat systémy filtrů, resp. kalníků.
7. Závěr
Příspěvek věnovaný rozvodům teplé vody chce upozornit na záludnost použití materiálů, u nichž nebezpečí koroze vyžaduje zvýšené opatření na dosažení řady parametrů při návrhu i provozu trubní sítě. I při splnění všech legislativních předpisů, zásad nebo doporučení životnost takového potrubí nedosahuje předpokládaných 50 let.
The paper is to highlight the cunning of material use with risk of corrosion that requires an increased measures to achieve a number of parameters in the design and operation of pipe networks. Even when all laws and regulations, guidelines or recommendations are met, life time does not reach the anticipated 50 years.