Zapobieganie korozji i powstawaniu osadów w instalacjach c.w.u.

W materiałach szkoleniowych i literaturze często podnoszony jest problem korozji instalacji. Szczególny nacisk kładzie się na zapobieganie korozji w instalacjach centralnego ogrzewania, jednak procesy korozyjne i zarastania kamieniem kotłowym przewodów ciepłej wody użytkowej mogą mieć bardziej gwałtowny przebieg i prowadzić do szybkiego zniszczenia instalacji.

Instalacja ciepłej wody narażona jest na dwa procesy: korozję elektrochemiczną i osadzanie się kamienia kotłowego. Przy doborze materiałów do budowy instalacji c.w.u. i cyrkulacyjnej oraz pomp cyrkulacyjnych i armatury do regulacji hydraulicznej i temperaturowej istotne znaczenie ma znajomość parametrów wody wprowadzanej do instalacji. Od lat brakuje w Polsce jednolitych wytycznych doboru materiałów instalacyjnych w zależności od jakości wody wodociągowej oraz metod dokładnej oceny właściwości korozyjnych wody.

Przeczytaj: Korozyjność wody wodociągowej a materiał instalacji »

Często zapominamy, że nawet gdy woda spełnia wymagania dla wody pitnej, nie oznacza to, że nie spowoduje korozji i zarastania przewodów ciepłej wody osadami. Ta sama woda będzie powodować różne reakcje w przewodach zimnej i ciepłej wody. Woda jest bowiem elektrolitem dzięki rozpuszczonym w niej związkom, a procesy elektrochemiczne przebiegają zupełnie inaczej w wodzie zimnej niż ciepłej – w wodzie ciepłej mogą być kilkukrotnie bardziej intensywne i szybsze.

Wraz ze zmianą temperatury zmienia się też wartość pH i przy wysokich temperaturach woda ma odczyn lekko kwaśny, co z kolei przyspiesza procesy korozyjne (tab. 1). W praktyce oceniamy korozyjność wody według norm, które dotyczą wody zimnej. Natomiast po zwiększeniu temperatury wody do poziomu 50–55°C jej właściwości zmieniają się i rośnie agresywność korozyjna oraz zdolność do wytrącania kamienia kotłowego.

Korozja

Dlaczego tak ważny jest dobór materiałów do instalacji cyrkulacyjnych i ciepłej wody użytkowej? Nowoczesne instalacje c.w.u. (wymienniki, pompy, przewody, złączki, kształtki, zawory) mogą być zbudowane nawet z kilkunastu różnych materiałów. Ich wybór ma istotny wpływ na trwałość takich instalacji,  dochodzi w nich bowiem do kontaktu różnych metali i powstawania korozji elektrochemicznej, której ofiarą padają przede wszystkim metale nieszlachetne, ale też miedź oraz stal nierdzewna.

Dobierając materiał przewodów, należy dążyć do ograniczenia liczby różnych materiałów oraz korozji elektrochemicznej. Szczególne natężenie zjawisk korozyjnych ma miejsce w instalacjach c.w.u. zbudowanych w całości z rur stalowych ocynkowanych (co jest już coraz rzadsze) oraz w instalacjach z pionami zasilającymi i instalacją cyrkulacyjną z tworzyw lub miedzi i poziomymi przewodami rozprowadzającymi ze stali ocynkowanej – co nadal jest częstym zjawiskiem w starszych budynkach.

Przeczytaj także: Korozja zaworów kulowych w instacjach wodociągowych »

Ponadto w praktyce zdarzają się instalacje, w których wykonawca użył kształtek z innych materiałów, niż zaprojektowano, a podczas eksploatacji i remontów, zwłaszcza na odcinkach znajdujących się w mieszkaniach, trafiają się kształtki ze stali ocynkowanej umiejscowione pomiędzy przewodami miedzianymi.

Wprowadzone przed kilku laty zmiany w wymaganiach dotyczących temperatury ciepłej wody użytkowej praktycznie wyeliminowały z użycia przewody i kształtki ze stali ocynkowanej. O ile w przewodach ze stali stosowanych w instalacjach c.w.u. ocynk nie ulegał szybkiemu wypłukaniu w temperaturze 40–50°C, to przy 65°C sytuacja się zmienia, a korozja przebiega 10 razy szybciej niż w temperaturze 55°C [2]. Efektem podniesienia temperatury w instalacjach c.w.u. były przypadki skorodowania przewodów ze stali ocynkowanej już po 2 latach od ich zamontowania.

Korozji przewodów ze stali ocynkowanej sprzyja też naprzemienne podnoszenie i obniżanie temperatury w przewodach c.w.u. Zmiany temperatury powodują bowiem zmianę biegunów pomiędzy cynkiem a żelazem.

W wodzie zimnej przepływ prądu pomiędzy żelazem i cynkiem wynika z różnego potencjału obydwu metali i warstwa ocynku spełnia wewnątrz przewodu funkcję ochronną. Natomiast po podgrzaniu wody zachodzi zjawisko zmiany biegunów ogniwa stal-cynk i zmiany wartości potencjału elektrochemicznego cynku, który staje się katodą [1, 2]. Nawet małe ogniska korozji wżerowej szybko się wówczas powiększają.

W instalacjach c.w.u. nie tylko przewody ze stali ocynkowanej narażone są na szybką korozję. Obserwacje wskazują [1], że w mieszanych instalacjach, w których znajdują się  odcinki ze stali ocynkowanej i miedziane, dochodzi też do nadmiernej korozji przewodów z miedzi. W wysokiej temperaturze wody użytkowej miedź jest wypierana przez stal i cynk.

Reasumując, zasadniczy wpływ na przebieg korozji elektrochemicznej w przewodach ciepłej wody użytkowej i cyrkulacyjnych mają dwa czynniki – temperatura wody i jej zmiany oraz skład wody, czyli m.in. ilość chlorków, azotanów, tlenu i dwutlenku węgla. W praktyce nie mamy niestety na nie dużego wpływu i możliwości ich kształtowania. Należy zatem unikać wykonywania instalacji c.w.u. z różnych przewodów metalowych.

Osady

Kolejnym zjawiskiem mającym istotny wpływ na trwałość i sprawność działania instalacji c.w.u. jest wytrącanie się osadów na przewodach. Jak wspomniano wcześniej, pod wpływem temperatury woda zmienia swoje właściwości fizyko-chemiczne i wytracają się z niej osady, czyli tzw. kamień kotłowy.

Są to związki wapnia, magnezu, żelaza i manganu – powszechnie występujące w wodzie. Ich ilość wpływa na parametr określany jako twardość wody. Oznacza ona obecność w wodzie jonów wielowartościowych (głównie wapnia i magnezu). Informację o twardości wody wprowadzanej do sieci wodociągowej podają zakłady wodociągowe. Podaje się ją w mg CaCO3/dm3 lub milimolach jonów wapnia i magnezu w 1 dm³ albo w stopniach twardości, przeważnie niemieckich (tab. 3 i 4).

Twardość ogólna wody do picia powinna być większa niż 60 mg CaCO3/dm³, ale nie może przekraczać 500 mg CaCO³/dm³ [5]. Woda w instalacji c.w.u. musi spełniać wymagania dotyczące jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi i nie można dowolnie zmieniać w niej zawartości minerałów, tak aby obniżać korozyjność, jak to można zrobić w instalacji c.o.

W temperaturze do 15°C zjawisko wytrącania się osadów w przewodach zachodzi bardzo powoli, jednak nasila się wraz ze wzrostem temperatury (tab. 5). W temperaturach, które panują w instalacji c.w.u. z wody miękkiej, kamień kotłowy wytrąca się po ok. jednej dobie, ale z wody twardej już w pierwszej godzinie, a w temperaturze ³ 60˚C nawet już w pierwszej minucie.

Nie można tu posiłkować się analogiami do procesów osadzania się kamienia kotłowego w instalacjach c.o. − woda w nich jest stale w obiegu i nie przybywa związków wpływających na jej twardość, a ponadto można ją odpowiednio uzdatnić. Natomiast w instalacji c.w.u. stale napływa nowa woda z nowymi porcjami związków powodujących powstawanie kamienia kotłowego.

Poznaj aktualne wymagania higieniczne dla przewodów z tworzyw sztucznych »

Dlatego tak ważne jest utrzymywanie odpowiedniej temperatury w instalacjach z twardą wodą i zwiększanie jej tylko wtedy, gdy to jest konieczne, i na czas wymagany ze względu na podgrzewanie dezynfekcyjne.

Wybór materiału do budowy przewodów ciepłej wody i cyrkulacyjnych nie ma tak dużego znaczenia dla przebiegu procesu odkładania się kamienia kotłowego jak utrzymywanie odpowiedniej temperatury z uwagi na stopień twardości wody. Wprawdzie przewody miedziane i mosiężne mają właściwości opóźniające proces krystalizacji osadów na ich powierzchni, ale nie zapobiegają im i po powstaniu pierwszej warstwy osadu także mogą szybko zarastać.

Zasadniczy wpływ na przebieg procesu osadzania się kamienia kotłowego ma zatem utrzymywanie stałej temperatury w instalacji i przestrzeganie zasady nieprzekraczania temperatury krytycznej z uwagi na twardość wody. W tym celu należy stosować m.in. armaturę do regulacji termicznej i hydraulicznej instalacji ciepłej wody użytkowej i cyrkulacyjnej oraz wybierać optymalne prędkości przepływów.

Zachodzące w instalacjach cyrkulacyjnych procesy korozyjne i osadzania się kamienia kotłowego wpływają na pracę pomp cyrkulacyjnych. Zarastanie przewodów kamieniem powoduje ich nadmierne obciążenie i spadek wydajności. Zdarza się, że po okresie przerwy w pracy pompy cyrkulacyjnej następuje blokada jej wirnika. Przyczyny tej blokady w większości przypadków szukać trzeba nie w samej pompie, lecz w składzie wody i doborze materiałów do instalacji, gdyż to osady i produkty powstające w wyniku korozji mogą zablokować wirnik.

Ten problem w większości przypadków użytkownik będzie mógł sam rozwiązać, uruchamiając pompę ręcznie. Musi jedynie zastosować się do instrukcji danej pompy. Są różne konstrukcje pomp cyrkulacyjnych, np. w niektórych trzeba w tym celu poluzować śrubą łożysko, w innych pokrętłem przekręcić wirnik, w jeszcze innych rozkręcić i skręcić korpus pompy.

W praktyce zdarzają się też sytuacje, gdy pomimo że pompy cyrkulacyjne pracują, ciepła woda dociera do wylewki po bardzo długim czasie. W tym przypadku także nie warto szukać przyczyny w pracy pomp – może to być spowodowane zapowietrzeniem obiegu cyrkulacyjnego. Zdarza się bowiem takie prowadzenie przewodu cyrkulacyjnego, że dociera on do przewodu z ciepłą wodą powyżej poziomu, na którym znajduje się wylewka.

Przeczytaj: Pompy cyrkulacyjne c.w.u. »

Po pewnym czasie w przewodzie cyrkulacyjnym może powstać poduszka powietrzna, która zablokuje przepływ wody. Takim sytuacjom zapobiega się, stosując automatyczne odpowietrzniki pływakowe montowane w najwyższym punkcie przewodu cyrkulacyjnego.

Podsumowanie

O trwałości instalacji ciepłej wody użytkowej i cyrkulacyjnej decydują parametry jakościowe wody, materiały użyte do jej wykonania i zastosowana armatura regulacyjna. Na przebieg procesów korozyjnych mają wpływ stężenia i stosunki stężeń substancji rozpuszczonych w wodzie oraz jej temperatura, a także materiały użyte do budowy instalacji. Z kolei na proces odkładania się kamienia kotłowego nie ma istotnego wpływu materiał, z którego wykonane są instalacje, ale twardość wody i jej temperatura.

Korozję i wytrącanie się kamienia można ograniczyć dzięki poznaniu parametrów jakościowych wody i utrzymaniu odpowiedniej stałej temperatury w instalacji ciepłej wody użytkowej i cyrkulacyjnej oraz dzięki dobraniu odpowiednich dla jej składu materiałów instalacyjnych.

Literatura

1. Żuchowicki W., Kuczyński W., Problemy eksploatacyjne w instalacjach ciepłej wody użytkowej w budynkach wielokondygnacyjnych Koszalińskiej Spółdzielni Mieszkaniowej „Przylesie” w Koszalinie, mat. konf. VIII Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej „Kompleksowe i szczegółowe problemy inżynierii środowiska”, Darłówko, 2007.

2. System sterowania instalacją cyrkulacyjną ciepłej wody użytkowej, katalog Danfoss 2011, www.strefaprojektanta.pl.

3. Joniec W., Woda grzewcza – niedoceniany element, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2005.

4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, ze zm.).

5. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (DzU nr 61/2007, poz. 417).

6. Materiały szkoleniowe firmy BWT.

7. PN-ISO 6059:1999 Jakość wody. Oznaczanie sumarycznej zawartości wapnia i magnezu. Metoda miareczkowa z EDTA.