Korozyjność wody wodociągowej a materiał instalacji

Norma PN-EN 806:2004 [1] określa wymagania stawiane wewnętrznym instalacjom wodociągowym do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi i dotyczy projektowania, przebudowy, eksploatacji i użytkowania tych instalacji. Postawione w niej zadania wymagają od projektantów instalacji wodociągowych (a także wykonawców i zarządców budynków odpowiedzialnych za eksploatacje tych instalacji) podstawowej znajomości problematyki materiałowej, a także – a może przede wszystkim – zagadnień korozji materiałów metalowych pod wpływem wód wodociągowych.

Projektant (lub inwestor), podejmując decyzję dotyczącą wyboru materiału instalacji, powinien przede wszystkim ustalić stopień korozyjności wody zasilającej dany budynek. Korozyjność wody nie jest jednak dla większości projektantów, a nawet przedsiębiorstw wodociągowych, pojęciem znanym i jednoznacznym (o czym świadczyć może m.in. zapis w rozporządzeniu Ministra Zdrowia w sprawie warunków, jakim powinna odpowiadać woda przeznaczona do spożycia przez ludzi [4], a dotyczący jej bezpieczeństwa zdrowotnego).

Nie zaszkodzi więc przypomnieć, że korozyjność to „zdolność środowiska do powodowania korozji metalu w danym układzie korozyjnym”, a sama korozja to „oddziaływanie fizykochemiczne między metalem a środowiskiem, w wyniku którego powstają zmiany we właściwościach metalu, które mogą prowadzić do znaczącego pogorszenia funkcji metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami” [2].

Zatem z samej definicji wynika, że korozyjność wody względem danego metalu powodować może zarówno pogorszenie jego funkcji, a więc uszkodzenie powierzchni, perforacje ścianek przewodów czy urządzeń wodociągowych, jak i pogorszenie funkcji środowiska, w którym znajduje się metal, czyli wody wodociągowej z powodu jej zanieczyszczania produktami korozji.

Rodzaje korozji

Poniżej scharakteryzowano najczęściej spotykane w instalacjach wodociągowych rodzaje korozji, których podstawową przyczyną jest oddziaływanie wody. Dotyczą one podstawowych metali stosowanych jako materiał przewodów i urządzeń wodociągowych: stali ocynkowanej, miedzi, mosiądzu oraz stali odpornej na korozję.

Korozja ogólna

Zachodzi na całej powierzchni metalu, z którą kontaktuje się woda wodociągowa. Tej niebezpiecznej korozji ulega stal ocynkowana, czego efektem są osady produktów korozji generujące korozję podosadową. W jej wyniku powstają głębokie wytrawienia metalu i wżery prowadzące do perforacji. W przypadku miedzi efektem korozji ogólnej jest zwiększona zawartość jonów miedzi w przepływającej wodzie.

Korozja lokalna

Korozja występująca w niektórych miejscach na powierzchni metalu kontaktującego się z korozyjną wobec niego wodą. Ulegają jej przede wszystkim metale, które w warunkach pracy pokryte są warstwą pasywną (tlenkową), stanowiącą najczęściej warstwę ochronną metalu. Korozji lokalnej ulegają wszystkie wymienione uprzednio metale.

Korozja wżerowa

Korozja lokalna powodująca tworzenie się wżerów, czyli wgłębień, postępujących od powierzchni w głąb metalu. Ulegają jej wszystkie metale stosowane w instalacjach wodnych, a podstawową przyczyną jest korozyjność wody, przy czym dla każdego metalu inne czynniki i składniki wody odpowiadają za powstawanie i rozwój wżerów. Także nieprawidłowości samego metalu – niezgodność z wymaganiami w zakresie składu czy struktury, obecność na wewnętrznych powierzchniach cząstek stałych pozostałych po montażu instalacji – intensyfikują korozję wżerową.

Korozja selektywna

Dotyczy przede wszystkim mosiądzów, które w określonych wodach ulegają tzw. odcynkowywaniu, czyli wybiórczemu rozpuszczaniu cynku będącego składnikiem stopu. Korozji tego typu ulega również żeliwo szare. Korozja międzykrystalicznaWystępuje wzdłuż granic ziaren struktury metalu i obserwowana jest najczęściej w stalach odpornych na korozję.

Korozja spoinowa

Powstaje zwykle w spoinach spawalniczych lub w ich pobliżu. Obserwowana jest przede wszystkim w źle wykonanych połączeniach spawanych stali odpornych na korozję, ale także w spoinach stali niestopowych.

Korozja naprężeniowa

Korozja występująca pod wpływem jednoczesnego działania środowiska (wody wodociągowej) i naprężeń rozciągających (zarówno zewnętrznych, jak i wewnętrznych). Pojawia się przede wszystkim w elementach instalacji wykonanych ze stali odpornej na korozję, ale też z mosiądzu.

Korozja erozyjna

Powstaje przy jednoczesnym działaniu burzliwego przepływu wody i procesów korozyjnych – spotykana najczęściej w przewodach miedzianych, gdy przekraczane są dopuszczalne szybkości przepływu wody.

Korozyjność wody

Stopień korozyjności wody określany jest na podstawie wskaźników i składników wody odrębnie dla każdego metalu, a nawet dla każdego rodzaju korozji w obrębie danego metalu. Wartości graniczne określające zagrożenie korozyjne metalu podaje norma PN-EN 12502:2004 dotycząca wytycznych badania możliwości występowania reklama korozji w instalacjach rozprowadzających i magazynujących wodę [3]. Ten właśnie dokument przywołuje wspomniana powyżej norma PN-EN 806:2004 dotycząca projektowania instalacji wodociągowych [1] jako podstawę ustalania kryteriów doboru rur metalowych.

Na tej podstawie określić można przykładowo ryzyko korozji przewodów i urządzeń wykonanych ze stali ocynkowanej.
Zgodnie z normą woda zasilająca te instalacje powinna spełniać następujące warunki:

• pH > 7,5,
• zasadowość ogólna > 1,5 mmol/l,
• wskaźnik ryzyka korozji wżerowej S₁ < 0,5

• CCa²⁺ > 0,5 mmol/l.

Inne czynniki korozji

Instalacja powinna być zaprojektowana tak, by ograniczyć do minimum martwe przestrzenie (końcówki) instalacji i eliminować rozwiązania wywołujące przepływ turbulentny. Przestrzegać należy zasady dokładnego płukania instalacji po zakończeniu montażu w celu usunięcia wszelkich substancji stałych wprowadzanych przy czynnościach montażowych.

Istotne ze względu na ryzyko korozji elementów instalacji ze stali ocynkowanej jest unikanie bezpośredniego łączenia tej stali z miedzią czy stalą odporną na korozję. Niedopuszczalne jest także instalowanie elementów ze stali ocynkowanej za elementami z miedzi, m.in. wymiennikami ciepła ze stali odpornych na korozję lutowanych miedzią (uwalniane z powierzchni miedzi jony Cu²⁺ osadzają się wtórnie na powierzchniach ocynkowanych, intensyfikując korozję wżerową).

Temperatura jest również niezwykle ważnym czynnikiem ograniczającym stosowanie stali ocynkowanej w instalacjach ciepłej wody. Powyżej 55°C następuje tzw. przebiegunowanie cynku, który stając się katodą, przyspiesza korozję wżerową chronionej stali. Zatem obligatoryjne zwiększenie temperatury ciepłej wody do maksymalnie 60°C (zgodnie z aktualnie obowiązującym rozporządzeniem Ministra Infrastruktury [4]) powinno całkowicie wyeliminować stal ocynkowaną jako materiał stosowany w instalacjach ciepłej wody (przewody, zasobniki ciepła).

Materiały instalacji

Badania korozyjności wód wodociągowych na terenie kraju prowadzone przez COBRTI INSTAL [5] wykazały, że w przypadku 70% badanych wód nie można stosować instalacji wodociągowych ze stali ocynkowanej, gdyż są one korozyjne dla tego materiału. Przykładem miasta, w którym korozyjność wody wyklucza stosowanie stali w instalacjach wodociągowych, jest Warszawa – żadne z trzech ujęć zasilających miejską sieć wodociągową nie spełnia kryterium korozyjności dla stali ocynkowanej.

Wprowadzane przed laty elektrochemiczne metody ochrony instalacji ciepłej i zimnej wody (uzdatnianie wody przy użyciu anod aluminiowych, ochrona katodowa) nie dają gwarancji pełnej ochrony wewnętrznych powierzchni stalowych przewodów czy urządzeń wodociągowych. Metody te wymagają okresowego nadzoru i nie sprawdziły się w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych.

Podobne uwarunkowania, jakie przedstawiono w odniesieniu do stali ocynkowanej (ciągle jeszcze tosowanej w nowo wykonywanych instalacjach), dotyczą każdego materiału metalowego. Zasady i ograniczenia stosowania miedzi w instalacjach przedstawione są w poradnikach na temat projektowania i wykonywania instalacji miedzianych [6, 7]. 90% wód wodociągowych nie jest korozyjna wobec miedzi, m.in. w Warszawie.

Nie powstały jeszcze zalecenia dotyczące stosowania w instalacjach wodnych stali odpornych na korozję. Stale te stają się coraz atrakcyjniejszym materiałem instalacji wodociągowych – szczególnie w kontekście wymagań wprowadzanego obecnie systemu dopuszczania do stosowania wyrobów budowlanych kontaktujących się z wodą przeznaczoną do spożycia przez ludzi (EAS). Praktyczne stosowanie tych stali wymaga jednak precyzyjnych wskazówek zarówno dla projektantów, jak i wykonawców instalacji.

W obliczu problemów, jakie mogą stwarzać niewłaściwie dobrane materiały metalowe, tj. stal ocynkowana, miedź, mosiądz, stal odporna na korozję, idealnym rozwiązaniem wydawałoby się zastąpienie ich tworzywami sztucznymi. Jednak wadą tworzyw, z których wykonywane są przewody instalacji wodociągowych, jest to, że tworzący się na wewnętrznych powierzchniach przewodów biofilm zawiera szkodliwe dla zdrowia bakterie, w tym z rodziny Legionella, powodujące ciężkie zapalenia płuc (Legionella pneumophila) czy choroby grypopochodne (gorączka Pontiac).

Według badań prowadzonych w Państwowym Zakładzie Higieny [8] występowanie bakterii Legionella w wodzie przesyłanej przewodami wykonanymi z tworzyw sztucznych jest kilkukrotnie większe niż w przypadku przewodów miedzianych. Innym poważnym zastrzeżeniem wobec tworzyw sztucznych jako materiału przewodów instalacji sanitarnych jest wciąż nierozwiązany problem ich utylizacji po zakończeniu życia technicznego, czyli nienadających się do dalszej eksploatacji (tworzywa sztuczne również ulegają korozji i starzeniu, choć nie są to procesy elektrochemiczne, a fizykochemiczne – rozrywanie wiązań, pęcznienie).

Utylizacja jest o tyle skomplikowana, że tworzywa znajdujące zastosowanie jako przewody instalacji wodnych (rury, łączniki) to często materiały wielowarstwowe czy kopolimery. Zastrzeżenia te powinny zatem eliminować tworzywa sztuczne ze stosowania w technice instalacyjnej, biorąc pod uwagę wymagania zrównoważonego rozwoju budownictwa, które nakazują uwzględniać przy wyborze materiału m.in. oddziaływanie na zdrowie, możliwość recyklingu, zagospodarowanie odpadów i ochronę środowiska.

Wymagania te spełniają właściwie użyte materiały metalowe, a ścisłe przestrzeganie warunków ich stosowania pozwala osiągnąć zalecaną przez normę PN-EN 806:2004 50-letnią trwałość.

Literatura

1. PN-EN 806:2004 Wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Cz. 1–4.
2. PN-EN 8044:2002 Korozja metali i stopów. Podstawowe terminy i definicje.
3. PN-EN 12502:2004 Ryzyko korozji w systemach przewodzących wodę. Cz. 1–5.
4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich użytkowanie (DzU nr 75, poz. 690, ze zm.).
5. COBRTI INSTAL, Ocena agresywności korozyjnej wód wodociągowych w wytypowanych miastach w kraju, nr NMT 856/96.
6. Instalacje wodociągowe, gazowe, ogrzewcze z miedzi. Poradnik, Ośrodek Informacji „Technika Informacyjna w Budownictwie”, Warszawa 2006.
7. Wytyczne projektowania i stosowania instalacji z rur miedzianych, Ośrodek Informacji „Technika Informacyjna w Budownictwie”, Warszawa 2000.
8. Krogulska B., Aspekty zdrowotne instalacji wodociągowych, mat. konf. „Materiały instalacji wodnych – materiały metalowe”, Poznań 2008.