Jak jakość wody wpływa na korozję instalacji?

Elektrochemiczna korozja instalacji może spowodować poważne uszkodzenia oraz odpowiada za obniżenie wydajności podłączonych do niej urządzeń. Jedną z najbardziej skutecznych metod zapobiegania korozji jest kondycjonowanie wody.

Spis treści:

• Co to jest korozja instalacji?
• Rodzaje korozji instalacji
• Kiedy woda jest korozyjna?
• Kiedy potrzebna jest ochrona przed korozją?
• Jak chronić instalację przed korozją?
• Jak jakość wody wpływa na korozję instalacji – podsumowanie

Co to jest korozja instalacji?

Proces określany jako korozja (z łac. „corrosio”, tłumaczone jako „zżeranie”) to stopniowe niszczenie powierzchni metalu, które pojawia się na skutek jego reakcji z otoczeniem.

Korodujące materiały zmieniają swoją strukturę – na powierzchni metalu pojawia się charakterystyczny pomarańczowo-brązowy nalot (rdza) i dochodzi do nieodwracalnych zniszczeń. Typ korozji zależy od tego, na jakie czynniki reaguje metal, dlatego wyróżnia się cztery podstawowe rodzaje tego zjawiska:

• Korozja elektrochemiczna
• Korozja chemiczna
• Korozja fizyczna
• Korozja mikrobiologiczna

W kontekście instalacji wodociągowych szczególnie duże zagrożenie stanowi korozja elektrochemiczna, której został poświęcony ten artykuł. Aby jej zapobiegać, należy najpierw zrozumieć jak przebiega to zjawisko.

Do korodowania instalacji wodnej dochodzi w wyniku reakcji pomiędzy metalem (przewodnikiem elektryczności) a wodą zawierającą w składzie elektrolity wykazujące przewodnictwo jonowe.

Gdy na powierzchni metalu wystąpi różnica potencjałów – powstaje ogniwo korozyjne (ogniwo galwaniczne). Na obszarze anody zachodzą reakcje utleniania, a w części katody dochodzi do reakcji redukcji. Najczęściej redukowany jest rozpuszczony w wodzie cząsteczkowy tlen (depolaryzacja tlenowa) lub jony wodorowe (depolaryzacja wodorowa). Korozja tlenowa zachodzi w roztworach obojętnych lub alkalicznych, natomiast redukcja jonów wodorowych ma miejsce w środowisku kwasowym.

Korozję instalacji można spowolnić lub powstrzymać, dzięki stosowaniu odpowiednich metod filtracji wody. Warto jednak pamiętać, że każdy przypadek jest nieco inny, dlatego dobór optymalnego rozwiązania warto powierzyć ekspertowi.

Darmowa konsultacja

Rodzaje korozji instalacji

Korozja instalacji wodociągowej dotyczy przede wszystkim metali stosowanych jako materiał budulcowy przewodów i urządzeń podłączonych do rurociągu, w tym stali ocynkowanej, miedzi i mosiądzu.

Korozja ogólna

Ten rodzaj korozji zachodzi na całej powierzchni styku między metalem a wodą. Najbardziej narażona na korozję ogólną jest stal ocynkowana, gdyż powstają w niej głębokie wytrawienia i wżery prowadzące do perforacji. W przypadku instalacji miedzianej, efektem korozji ogólnej jest wyższa zawartość jonów miedzi w przepływającej wodzie.

Korozja lokalna

Korozja lokalna pojawia się tylko w niektórych miejscach na powierzchni metalu mającego kontakt z wodą. Ulegają jej przede wszystkim materiały, które w warunkach pracy pokrywają się pasywną warstwą tlenków (praktycznie wszystkie metale, z jakich powstają obecnie elementy instalacji wodnych). Korozję lokalną dzieli się na kilka rodzajów:

• Korozja wżerowa
• Korozja selektywna
• Korozja spoinowa
• Korozja naprężeniowa
• Korozja selektywna

Kiedy woda jest korozyjna?

Ponieważ ocena właściwości korozyjnych wody ma olbrzymie znaczenie dla ochrony budowli wodnych i urządzeń sanitarnych przed zniszczeniem, jest ważnym elementem każdego badania wody.

Profesjonalna analiza wody (zarówno fizykochemiczna, jak i mikrobiologiczna) stanowi podstawę doboru odpowiednich metod zapobiegania korozji instalacji, zarówno w przypadku wody wodociągowej, jak i tej z własnego ujęcia.

Stopień korozyjności wody określa się na podstawie jej składu oraz wskaźników określanych osobno dla każdego metalu i rodzaju korozji w obrębie tego metalu.

Wyznaczanie kryteriów doboru rur metalowych bazuje na zapisach normy PN-EN 806-1:2004, określającej wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Z kolei norma PN-EN 12502:2004, opisująca wytyczne badania możliwości występowania korozji w instalacjach rozprowadzających i magazynujących wodę, podaje wartości graniczne określające zagrożenie korozyjne metalu. Według tych dokumentów, woda zasilająca instalację powinna się charakteryzować następującymi parametrami:

• pH powyżej 7,5
• Zasadowość ogólna powyżej 1,5 mmol/l
• Wskaźnik ryzyka korozji wżerowej poniżej 0,5
• stężenie Ca²⁺ powyżej 0,5 mmol/l

W środowisku wodnym większość metali jest termodynamicznie niestabilna, o czym w dużej części decyduje:

• Stężenie rozpuszczonego tlenu i innych utleniaczy
• Stopień mineralizacji wody (zazwyczaj stężenie chlorków i siarczanów)
• Wartość pH i związane z nim stężenie agresywnego CO₂
• Stężenie jonów Ca²⁺ i Mg²⁺, które w dużych ilościach zawiera twarda woda

Jak skład wody wpływa na jej korozyjność?

Najwyższą agresywnością wobec metali charakteryzują się wody kwaśne, zawierające rozpuszczony tlen, który przy pH 4,0 staje głównym akceptorem elektronów powstających podczas utleniania korodowanego metalu. Wraz ze wzrostem stężenia tlenu rozpuszczonego w wodzie, liniowo wzrasta szybkość korozji większości metali, na powierzchni których nie zaszła pasywacja. Krytyczne stężenie tlenu zależy od rodzaju metalu i rośnie wraz ze wzrostem temperatury, poziomem zasolenia wody i obniżeniem wartości pH. Natężenie korozji tlenowej osiąga zazwyczaj maksymalną wartość w przedziale temperaturowym wynoszącym 60 – 70°C

Za najbardziej szkodliwe jony uważa się aniony chlorkowe i siarczanowe powodujące korozję wżerową. W tym przypadku większe znaczenie mają jednak jony chlorkowe, gdyż jony siarczanowe są aktywne tylko w obecności tych pierwszych.

Zanieczyszczenia powodujące wzrost twardości wody (głównie jony wapniowe i magnezowe) wytrącają się na skutek reakcji chemicznych lub po przekroczenia stanu nasycenia w danej temperaturze. Warto jednocześnie pamiętać, że kamień w wodzie ma tendencję do szybkiego narastania, a im wyższy stopień twardości wody, tym więcej osadu zgromadzi się wewnątrz rur.

Kolejnym parametrem, który w dużym stopniu może decydować o korozyjności wody jest jej zasolenie. Wyższe stężenia substancji rozpuszczonych generują wzrost wartości parametru jakim jest przewodność wody. Zachodzi również możliwość modyfikacji struktury wytrąconych warstw ochronnych, przez co rośnie ich porowatość. Z uwagi na zmianę wartości przewodności właściwej wody, zmienia się także szybkość korozji przebiegającej w jej środowisku. Przewodność elektryczna wody instalacyjnej powinna mieścić się w zakresie 100 – 800 µS/cm.

Jakie pH powoduje korozję instalacji

O rodzaju korozji decyduje także wartość odczynu. Przy pH większym od 6,5 zachodzi korozja jednorodna, natomiast przy pH mieszczącym się w przedziale 6,5-8,0 zachodzi zazwyczaj korozja wżerowa. Duże znaczenie ma w tym przypadku również tzw. twardość węglanowa wody – im jest ona większa, tym mniejsza powinna być wartość pH.

Problemy z korozją często pojawiają się wtedy, kiedy mamy do czynienia z wodą miękką, o niskim pH i dużej zawartości rozpuszczonego tlenu oraz agresywnego CO₂. W wodach o małej twardości węglanowej znajduje się dwutlenek węgla, który przekształca produkty korozji w łatwo rozpuszczalne kwaśne węglany.

Piotr Pisarski

Kiedy potrzebna jest ochrona przed korozją?

Ochrona przed korozją ma olbrzymie znaczenie dla trwałości każdej instalacji wodnej, dlatego w przemyśle skład wody określany jest zazwyczaj przez odpowiednie normy branżowe. Warto również pamiętać, że korozja w instalacji wodociągowej niemal w tym samym stopniu dotyczy wody zimnej, jak i ciepłej.

Specyficznym wymaganiom podlega między innymi woda zasilająca kotły – nie powinna się pienić, ani powodować wytrącania kamienia kotłowego. Szczególnie ważna jest również jej stabilność pod względem fizykochemicznym oraz niekorozyjność, ponieważ osady produktów korozji (zgorzelina) izolują powierzchnię wymiany ciepła, obniżając tym samym jej efektywność. W praktyce woda w instalacjach grzewczych nie powinna zawierać takich substancji jak:

• Zawiesiny i oleje
• Rozpuszczony tlen
• Jony żelaza i manganu
• Jony wapnia i magnezu
• Zanieczyszczenia organiczne
• Chlorki i siarczany

W kontekście potencjalnej korozji instalacji równie ważny jest skład wody chłodniczej. W tym sektorze powszechnie występują takie urządzenia jak: skraplacze powietrzne, skraplacze wodne i natryskowo-wyparne, przy czym skraplacze wodne występują z zamkniętymi i otwartymi obiegami wody chłodzącej. Przepisy VDI 3803 dokładnie regulują wytyczne dotyczące jakości wody obiegowej.

Jak chronić instalację przed korozją?

Zjawisko korozji rur jest stosunkowo złożone, a jego przebieg zależy od kilku różnych czynników, tj. skład wody, rodzaj materiałów budujących instalację, warunki hydrauliczne, czy choćby przebieg sieci.

Szybkość powstawania zmian korozyjnych można zredukować poprzez zmniejszenie tendencji metalu do utleniania, odizolowanie metalu od wody lub obniżenie jej agresywności. Można to osiągnąć między innymi poprzez pokrycie metalu nieprzepuszczalną powłoką antykorozyjną, jednak ich trwałość bywa ograniczona, a wraz z upływem czasu spada również skuteczność takiego rozwiązania. W niektórych przypadkach powłoka może również zakłócać procesy technologiczne.

Problem korozji tlenowej w instalacjach wodnych można rozwiązać poprzez kondycjonowanie wody, czyli korekcję fizykochemicznych parametrów wody w wyniku dozowania odpowiednich preparatów chemicznych.

Stosowanie chemicznych środków ochrony przed korozją to najlepszy sposób na zabezpieczenie instalacji przed uszkodzeniem. Jeśli surowa woda dostarczana do instalacji jest niskiej jakości, nawet wstępne uzdatnianie może się okazać niewystarczające w kontekście ochrony przed korozją.

Na rynku dostępne są aktualnie trzy typy produktów przeznaczone do kondycjonowania wody:

• Inhibitory korozji
• Środki antyosadowe (w tym antyskalanty dla przemysłowej odwróconej osmozy)
• Biocydy oraz inne preparaty czyszczące

Szczególnie popularne stały się w ostatnich latach inhibitory korozji. Jeśli są obecne w instalacji wodnej w wystarczającym stężeniu, skutecznie redukują szybkość korozji metalu bez dużej zmiany stężenia czynnika korozyjnego. Inhibitory korozji dodaje się do płynów chłodzących i hydraulicznych, a także do wody kotłowej, olejów silnikowych i wielu innych płynów powszechnie stosowanych w różnych sektorach przemysłu.

Jakie wybrać preparaty chemiczne do kondycjonowania wody?

Najważniejsze parametry przy wyborze odpowiedniego inhibitora to rodzaj zabezpieczonego materiału, skład wody, jej pH i temperatura oraz sposób przepływu.

W tej kategorii produktów doskonale sprawdzają się reduktory tlenu resztkowego, a także preparaty kombinowane zawierające substancje ograniczające akumulację osadów na ściankach instalacji. Wieloskładnikowe inhibitory korozji skutecznie zabezpieczają metaliczne podzespoły tworząc na nich homogeniczny film ochronny, który nie zmienia przewodnictwa cieplnego.

Do kondycjonowania wody polecam preparaty o właściwościach stabilizujących i dyspergujących, a jednocześnie odporne na hydrolizę. Dzięki temu produkt będzie skuteczny nawet w wysokich temperaturach.

Piotr Pisarski

Jak jakość wody wpływa na korozję instalacji – podsumowanie

Korozja instalacji powoduje niszczenie materiału, przez co zmniejsza się jego wytrzymałość i może dochodzić do awarii sprzętu. To z kolei generuje koszty wymiany skorodowanych elementów i przestoju instalacji. Z powodu utrudnionej wymiany ciepła obniża się również wydajność sprzętu. Zrozumienie mechanizmów tego zjawiska oraz zastosowanie odpowiednich metod ochrony może znacząco zwiększyć odporność materiałów na działanie agresywnego środowiska wodnego. W tym celu stosuje się między innymi kondycjonowanie wody. Prawidłowe prowadzenie tego procesu wymaga jednak specjalistycznej wiedzy i doświadczenia, dlatego na etapie poszukiwań optymalnego rozwiązania warto zatem skorzystać z pomocy specjalistów.