W zależności od swojej jakości, woda przeznaczona do celów bytowych oraz przemysłowych poddawana jest różnym procesom uzdatniania. Efektywność stosowanych metod ma z kolei bardzo istotny wpływ na procesy zachodzące w systemie dystrybucji. Jednym z takich niepożądanych procesów jest zjawisko korozji skutkujące niszczeniem instalacji wodociągowych i wtórnym pogorszeniem jakości wody. Jaka jest zależność między korozją instalacji a jakością wody?
Co to jest korozja?
Pisząc o korozji metalicznych elementów instalacji wodnej mam na myśli zjawisko korozji elektrochemicznej. Do korodowania tych materiałów dochodzi w wyniku reakcji pomiędzy metalem (przewodnikiem elektryczności) a wodą, w której zachodzi korozja. Warto bowiem pamiętać, że woda wypełniająca instalację to nie czysty chemicznie związek H2O, a roztwór wielu elektrolitów, wykazujący przewodnictwo jonowe.
Gdy na powierzchni metalu, z którego zbudowana jest instalacja, wystąpi różnica potencjałów, powstaje ogniwo korozyjne (ogniwo galwaniczne). Na fragmentach anodowych zachodzą reakcje utleniania, a na obszarach katodowych 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 redukcji jonów wodorowych ma miejsce w środowisku kwasowym.
Poniżej scharakteryzowałem w kilku zdaniach najczęściej występujące rodzaje korozji w instalacjach wodociągowych. Dotyczą one metali stosowanych jako materiał budulcowy przewodów i urządzeń wodociągowych, czyli stali ocynkowanej, miedzi, mosiądzu oraz stali odpornej na korozję.
Korozja ogólna
Ten rodzaj korozji zachodzi na całej powierzchni styku między metalem a wodą. Najbardziej narażona na korozję ogólną jest stal ocynkowana. Powstają w niej bowiem 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, jak sama nazwa wskazuje, pojawia się tylko w niektórych miejscach na powierzchni metalu kontaktującego się z wodą. Ulegają jej przede wszystkim metale, które w warunkach pracy są pokryte pasywną warstwą tlenków stanowiących zabezpieczenie metalu. Korozji lokalnej ulegają praktycznie wszystkie metale, z których obecnie produkuje się elementy instalacji wodnych. Korozję lokalną dzieli się na kilka rodzajów:
- Korozja wżerowa
- Korozja selektywna
- Korozja spoinowa
- Korozja naprężeniowa
- Korozja selektywna
- Korozyjność wody
Wyznaczanie kryteriów doboru rur metalowych bazuje na zapisach normy PN-EN 806:2004, która dotyczy projektowania instalacji wodociągowych. Stopień korozyjności wody określa się z kolei na podstawie i jej jakości i wskaźników odrębnie dla każdego metalu oraz dla każdego rodzaju korozji w obrębie tego metalu. Norma PN-EN 12502:2004 dotycząca wytycznych badania możliwości występowania korozji w instalacjach rozprowadzających i magazynujących wodę, podaje wartości graniczne określające zagrożenie korozyjne metalu. Zgodnie z powyższymi dokumentami, woda zasilająca instalację powinna zatem spełniać następujące warunki:
- pH powyżej 7,5
- Zasadowość ogólna powyżej 1,5 mmol/l
- Wskaźnik ryzyka korozji wżerowej poniżej 0,5
- CCa2+ powyżej 0,5 mmol/l
Wpływ składu chemicznego wody na korozyjność instalacji
Ocena właściwości korozyjnych wody, mająca duże znaczenie dla ochrony różnych budowli wodnych i urządzeń sanitarnych przed zniszczeniem, jest szczególnie istotnym aspektem każdego badania fizykochemicznego. W środowisku wodnym większość metali jest termodynamicznie niestabilna. Decyduje o tym rodzaj i stężenie niektórych składników chemicznych wody, które determinują wartości wskaźników takich, jak:
- Stężenie tlenu rozpuszczonego i innych utleniaczy
- Stopień mineralizacji (zazwyczaj stężenie chlorków i siarczanów)
- Wartość pH i związane z nim stężenie agresywnego CO2
- Stężenie jonów Ca2+ i Mg2+ odpowiedzialnych za stopień twardości wody
Skład i poszczególne parametry wody warto zbadać w akredytowanym laboratorium. Profesjonalna analiza wody stanowi podstawę doboru odpowiednich metod zapobiegania korozji instalacji, zarówno w przypadku wody wodociągowej, jak i tej z własnego ujęcia. Przeczytaj koniecznie na czym polega analiza wody lub zapoznaj się z materiałem filmowym, który świetnie wyjaśnia rolę takiego badania na drodze do uzyskania wody o pożądanej jakości.
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 rośnie szybkość korozji większości metali, na powierzchni których nie zaszła pasywacja. Krytyczne stężenie tlenu jest oczywiście zależne 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 stopni Celsjusza.
Za najbardziej szkodliwe jony, w kontekście korozyjności wody, uważa się powszechnie jony chlorkowe i siarczanowe odpowiedzialne za korozję wżerową. Warto jednak pamiętać, że w tym przypadku największe znaczenie mają jony chlorkowe, gdy 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. Kamień kotłowy będący efektem osadzania się trudnorozpuszczalnych soli wapnia i magnezu ma tendencję do szybkiego narastania. Im wyższy jest stopień twardości wody, tym oczywiście więcej kamienia osadzi się wewnątrz rur.
O rodzaju korozji decyduje także wartość pH. Przy pH < 6,5 zachodzi korozja jednorodna, natomiast przy pH = 6,5 – 8,0 mamy zazwyczaj do czynienia z korozją wżerową. Duże znaczenie ma w tym przypadku również tzw. twardość węglanowa wody – im większa, tym mniejsza jest wymagana wartość pH. Właśnie dlatego problemy z korozją często pojawiają się, kiedy mamy do czynienia z wodą miękką, o niskim pH, a jednocześnie dużej zawartości tlenu rozpuszczonego i agresywnego CO2. W wodach o małej twardości węglanowej znajduje się dwutlenek węgla, który przekształca produkty korozji w łatwo rozpuszczalne kwaśne węglany.
Kolejnym parametrem, który w dużym stopniu może decydować o korozyjności wody jest jej zasolenie. Wyższe stężenia substancji rozpuszczonych generują wzrost przewodności właściwej wody oraz możliwość modyfikacji struktury wytrąconych warstw ochronnych. To z kolei powoduje zwiększenie ich porowatości. Z uwagi na zmianę wartości przewodności właściwej wody, zmienia się także szybkość korozji przebiegającej w jej środowisku.
Kiedy ochrona przed korozją jest niezbędna?
Ochrona przed korozją ma olbrzymie znaczenie dla trwałości każdej instalacji wodnej. W przemyśle wymagany jest ponadto odpowiedni skład fizyczno-chemiczny wody określany zazwyczaj przez odpowiednie normy branżowe – różne w zależności od jej przeznaczenia.
Odpowiednim wymaganiom podlega między innymi woda zasilająca kotły. Określają je zazwyczaj sami producenci tego typu urządzeń. Przyjmuje się jednak, że woda doprowadzona do kotłów nie powinna się pienić, ani powodować wytrącania kamienia kotłowego i korozji urządzeń. Wytrącający się kamień kotłowy zmniejsza przewodnictwo cieplne, a tym samym obniża sprawność kotła i bywa też przyczyną jego awarii. Woda kotłowa powinna być stabilna i niekorozyjna, a co za tym idzie nie powinna zawierać takich substancji jak:
- Zawiesiny i oleje
- Rozpuszczony tlen
- Jony żelaza i manganu
- Jony wapnia i magnezu
- Zanieczyszczenia organiczne
- Chlorki i siarczany
Niemniej ważny jest także skład wody chłodniczej. W tym sektorze powszechnie występują skraplacze powietrzne, wodne i natryskowo-wyparne. Skraplacze wodne występują z zamkniętymi i otwartymi obiegami wody chłodzącej. Przepisy VDI 3803 dokładnie regulują wytyczne dotyczące jakości wody obiegowej, która nie może niszczyć elementów obwodu chłodzącego. Powodów, dla których należy uzdatniać wodę w wieżach chłodniczych i klimatyzacjach jest wiele. Zanieczyszczona woda oznacza bowiem większe ryzyko korozji instalacji i podłączonych do niej urządzeń, a w niektórych przypadkach dochodzi też do zamulania instalacji wody chłodzącej. Szeroko omawiam ten temat w artykule: Uzdatnianie wody dla wież chłodniczych i klimatyzacji. Zachęcam do zapoznania się z jego treścią.
Chemiczne środki do ochrony wody przed korozją
Korozja instalacji wodociągowych obejmuje niemal w tym samym stopniu wodę zimną, jak i ciepłą. Można jej na szczęście przeciwdziałać pamiętając, że zjawisko korozji rur są dość złożone i zależne od kilku różnych czynników, takich jak skład chemiczny wody, rodzaj materiałów budujących instalację, warunki hydrauliczne, czy wreszcie przebieg sieci.
Problem korozji tlenowej w instalacjach wodnych można rozwiązać poprzez kondycjonowanie wody. Na rynku dostępne są trzy typy produktów przeznaczone do tego celu:
- Inhibitory korozji
- Środki antyosadowe (w tym antyskalanty dla stacji odwróconej osmozy)
- Biocydy oraz inne środki czyszczące
Kondycjonowanie wody – dlaczego warto?
Stosowanie chemicznych środków ochrony przed korozją to najlepszy sposób na zabezpieczenie instalacji przed uszkodzeniami. Jeśli surowa woda dostarczana do instalacji jest niskiej jakości, nawet wstępne uzdatnianie może się okazać niewystarczające w kontekście ochrony przed korozją czy problemami wynikającymi z odkładania się kamienia kotłowego. Przeczytaj: Dozowanie środków chemicznych do wody – co to jest i jak przebiega?
Kondycjonowanie wody pozwala kontrolować najbardziej newralgiczne parametry wody, odpowiedzialne za niszczenie instalacji. Decydując się na stosowanie preparatów do chemicznej korekcji wody, warto skorzystać z oferty sprawdzonego producenta z renomą na rynku. Polecam w tym miejscu szczególnie preparaty austriackiej marki Transhelsa, która ma ponad 40 lat doświadczenia w branży kondycjonowania wody i od niedawna również swój oddział w Polsce.
W ofercie tej firmy można znaleźć reduktory tlenu resztkowego, a także produkty kombinowane, które zawierają także substancje ograniczające akumulowanie osadów na ściankach poszczególnych elementów instalacji. Wieloskładnikowe inhibitory korozji skutecznie zabezpieczają metaliczne podzespoły tworząc na nich homogeniczny film ochronny, który w żaden sposób nie wpływa na przewodnictwo cieplne. Decydując się na kondycjonowanie wody, warto również wybierać preparaty charakteryzujące się właściwościami stabilizującymi i dyspergującymi, odpornymi na hydrolizę. Dzięki temu, nawet w wysokich temperaturach produkt będzie skuteczny.
Pokonaj korozję instalacji wodnej z pomocą specjalistów
Prawidłowe kondycjonowanie wody wymaga specjalistycznej wiedzy i doświadczenia. Polecam w zawiązku z powyższym skorzystać z pomocy specjalistów, którzy znajdą najbardziej optymalne rozwiązanie dla danej instalacji. Jeśli nie wiesz, do kogo się zgłosić lub od czego zacząć, skontaktuj się ze mną, aby wspólnie opracować plan działania.
