Problémy pozinkovaného ocelového potrubí
Partneři sekce:
Tímto textem navazujeme na článek uveřejněný v minulém vydání časopisu, který se zabýval systémy zásobování vodou a odvodněním objektů.
V návrzích vnitřního vodovodu se v minulosti řešilo, jak snadno zpřístupnit potrubí pro budoucí výměnu. Vytvářely se šachty nebo jednoduše přístupné drážky, protože se předpokládalo, že k výměně potrubí dojde několikrát za životnost stavby.
Zřejmě se vytratila historická paměť. Podle počtu poruch na rozvodech vody zhotovených z různých důvodů z žárově pozinkovaného ocelového potrubí v současné době se zdá, že projektanti, investoři a dodavatelé přestali vnímat podmínky a rizika spojené s navrhováním žárově pozinkovaného ocelového potrubí.
Pohledem do historie lze vystopovat některé zapomenuté skutečnosti. V 50. letech se měď stala strategickou surovinou. Proto se ohřívače vody vyráběly s ocelovými topnými vložkami bez jakékoli ochrany povrchu jak zásobníku, tak topné vložky. Topné vložky se nejpozději do pěti let musely měnit, byly proděravěny korozí. Po nástupu prezidenta Allendeho v Chile se do Československa obnovily dodávky mědi. Topné vložky se začaly vyrábět měděné nebo z měděných slitin, aby se prodloužila jejich životnost. Důsledky změny materiálů topných vložek na sebe nedaly dlouho čekat. Dosud relativně pomalá plošná koroze potrubí se ve velké míře měnila na důlkovou korozi potrubí. Napadeno bylo zejména potrubí teplé vody a cirkulace včetně těles ohřívačů – uvolněné ionty mědi urychlily destrukci ocelového materiálu.
V letech 1960–1970 byla na základě poruch vnitřních vodovodů z pozinkovaných ocelových potrubí důlkovou korozí přijímána různá technická opatření:
- zvětšování průřezu potrubí (snížení rychlosti vody), a tím i zvýšení tloušťky stěny potrubí proti vypočtené hodnotě o 1 stupeň,
- snížení výstupní teploty na ohřívačích na 55 °C,
- úprava vody před jejím ohřátím.
V komentáři k ČSN 73 6655 [17] autoři uvádějí (cit.): „…V rozvodných sítích vody obecně, a teplé užitkové vody zvláště, se projevují korozní a inkrustační jevy jako jedna z mnoha příčin zkracování životnosti ocelového pozinkovaného potrubí… …kde se vytváří tvrdé inkrustace nepravidelných tvarů, za kterými pak následně dochází ke kavitaci, jejímž důsledkem je důlková koroze stěny potrubí… V současné době jsou k dispozici zařízení, která sledují odstranění nebo zpomalení těchto jevů s cílem prodloužit životnost potrubí…“
Úprava vody spočívala v osazení permanentního magnetu, filtru s náplní polovypáleného dolomitu a dávkování polyfosfátu vápenatého (ten však podporuje růst mikroorganismů). Tyto úpravy prodloužily životnost pozinkovaného ocelového potrubí až na 25 let, řada zařízení je v provozu dodnes. S nástupem plastových materiálů pro vnitřní vodovod se účinnost této metody přestala sledovat, výroba zařízení byla zrušena.
Žárově pozinkované potrubí dnes
Bylo by zajímavé zjistit, co dnes vede projektanty k návrhu a investory k použití žárově pozinkovaného ocelového potrubí ve stavbách. V poslední době (k překvapení investorů) dochází pravidelně k proděravění pozinkovaného ocelového potrubí (jak studené, tak teplé vody) dokonce už za 2 roky. V publikaci, kterou vydal výrobce pozinkovaného ocelového potrubí [18], se uvádí:
„…Životnost Zn povlaku závisí na korozní agresivitě prostředí. Zn povlak se nemá používat pro rozvody horké vody! V horké vodě nefunguje katodická ochrana zinku – velice krátká životnost povlaku – bodová koroze. Na nevhodnost použití pozinkovaných výrobků pro distribuci a skladování horké vody z hlediska rizika vzniku bodové koroze upozorňují normy EN 12502-3 a EN ISO 14713 pro projektování korozní ochrany výrobků (včetně potrubí pro rozvody TV)… Zákazník použije pozinkované trubky na rozvody teplé užitkové vody* a cca po 2 letech se diví, že došlo k prorezavění pozinkovaných trubek vlivem bodové koroze, zatímco obyčejné černé trubky zabudované v ústředním topení jsou bez poruchy v provozu třeba 30 let…“
Jako hraniční teplotu vody pro použití žárově pozinkovaného ocelového potrubí uvádí výrobce ve stejné publikaci 35 °C.
Zinková vrstva je určena k tomu, aby jako obětovaná elektroda ochránila pod ní ležící ocel do doby, než se uvnitř potrubí v některých lokalitách vytvoří ochranná vrstva uhličitanů.
Vytváření ochranné vrstvy je závislé na složení vody. Velmi důležitý pro rozvoj důlkové koroze je poměr S1 mezi koncentrací chloridů, dusičnanů, síranů a hydrouhličitany [19]. Jestliže S1 ~ 1, dochází k prokorodování trubky za 5–6 let provozu, pokud S1 ~ 2–3, nastane prokorodování trubky za 2–3 roky provozu.
Dalším ukazatelem charakteru pitné vody je Langelierův saturační index ls. Index porovnává aktuální hodnotu pH vody s teoretickou hodnotou pH, při které je voda v rovnováze s uhličitanem vápenatým. Pokud ls > 2, je vysoká pravděpodobnost tvorby úsad, což příznivě ovlivňuje korozní napadení potrubí.
Kromě toho je základním předpokladem přímého ovlivnění korozních dějů vytvoření vazby mikroorganismů s povrchem potrubí. Důsledkem aktivity mikroorganismů v biofilmu na povrchu kovů je koroze kovu ovlivněná jednak chemickými změnami prostředí a jednak v důsledku fyzikálních změn na rozhraní kov–prostředí. V prvém případě stimulují mikroorganismy korozní proces tím, že ke své látkové výměně využívají produkty korozních reakcí, jako je schopnost bakterií redukujících sírany využívat molekulární, event. atomární vodík, schopnost bakterií železitých oxidovat Fe2+ na Fe3+, a tím neustále podporovat průběh korozních reakcí, nebo tím, že vylučují pro kovy agresivní látky (vylučování sulfanu bakteriemi redukujícími sírany, tvorba kyseliny sírové bakteriemi oxidujícími síru, organických kyselin aj.). Za fyzikální změnu na rozhraní kov–roztok je nutné považovat již pouhý vznik biofilmu, který umožňuje utvoření koncentračních korozních článků.
Existence ložisek biofilmu je pravděpodobný důvod koroze v potrubí studené i teplé vody. Během dlouhé stagnace vody v potrubí se ložiska biofilmu stávají stimulantem důlkové koroze potrubí.
Čím lze ovlivnit chování trubek
Velmi stručně lze shrnout chování trubek v závislosti na průtokové rychlosti, chemickém složení vody a kvalitě pozinkování následovně:
V důsledku elektrochemické koroze dochází k odstraňování zinku z vnitřního povrchu potrubí současně s usazováním železitých inkrustací na vnitřním povrchu potrubí. U velmi tvrdých podzemních vod může docházet k vylučování tvrdých vápenatých vrstev, které mohou vnitřní povrch potrubí chránit před plošnou korozí.
Přizinkované zbytky okují a nerovný povrch švů ocelových trubek umožňují vznik kavitační koroze s velmi rychlým vývojem důlkové koroze na jedné straně a na druhé straně s intenzivním vytvářením velmi silných inkrustací, které následně urychlují důlkovou korozi v místě těsně navazujícím za takto způsobeným místním hydraulickým odporem.
Přistoupí-li k tomu vyšší rychlost vody, celý proces se velmi zintenzivní.
Při stagnaci vody se naopak vnášené sedimenty usazují v potrubí, umožňují rozvoj mikroorganismů a spouštějí korozní procesy zejména za přítomnosti iontů mědi nebo jiných těžkých kovů.
Výsledný stav před výměnou potrubí je proděravělé potrubí (opravy se provádějí přeplátováním objímkami – obr. 1) doplněné o inkrustace, které při maximálním odběru nepropustí dostatečný průtok vody (výřez takového potrubí o délce 1 metr je pro světelný paprsek neprostupný).
Úbytek zinku z ochranné vrstvy je přirozený jev a zinek je na povrchu ocelového potrubí zamýšlen jako katodická ochrana oceli před předpokládaným vytvořením ochranné vrstvy uhličitanu vápenatého během prvních let provozu vodovodu. Bohužel složení některé vody v závislosti na velmi obtížně definovatelných podmínkách (patrně kombinací různých vlivů, především tvorbou biofilmu během dlouhé periody stagnace vody před uvedením vodovodu do trvalého provozu) vytvoření ochranné vrstvy zabraňuje.
Termodezinfekce
Omezování mikrobiologického rizika v rozvodech vody se dnes věnuje zvýšená pozornost. Rozvoj biologických společenství v rozvodech vody probíhal vždycky. Voda ve vnitřních vodovodech pitné vody nikdy nebyla a ani v budoucnu nebude sterilní. V dobách menší mobility obyvatelstva a horších možností zdravotnictví (legionelózy byly patrně považovány za jiná plicní onemocnění, transplantace se neprováděly) byly populace usazené na místě navyklé na „své“ mikroorganismy. Rozsáhlé objekty nebo areály se nevyskytovaly příliš často, a tak se voda po napuštění do vnitřního vodovodu většinou začala bez stagnace používat.
Mezi technickou veřejností se rozšířila pověra o účinnosti termodezinfekce. Ekonomicky velmi náročná metoda, a u nás navíc špatně aplikovaná, spočívá v přehřátí hlavních rozvodů teplé vody každou neděli v noci na 70 °C pomocí cirkulace. Po nějaké době se vedení vody nechá pomalu vychladnout. Mikroorganismy se stihnou zapouzdřit, a protože se při tom potrubí neproplachuje, během pomalého chladnutí vody život v potrubí znovu ožívá. Vynaložené náklady jsou plýtváním energie bez očekávaného výsledku, navíc s rizikem opaření, pokud objekt není v době termodezinfekce bez uživatelů.
Obr. 2 Spirální rozvod vody
Ochrana vody jejím pohybem
Zdrojem organického znečistění bývají kromě nánosů kalů v soustavě vnitřního vodovodu jeho slepé větve nebo místa, kde se voda dlouhodobě neodebírá (například nepoužívané toalety nebo výlevky). Maximální povolená doba stagnace je 7 dní, před jejím uplynutím se musí celý vodovod propláchnout. Pokud je doba stagnace delší, musí se vodovod vypustit a před jeho novým používáním vydezinfikovat.
Nejdůležitější způsob ochrany vody je její pohyb, resp. pravidelný odběr vody a odkalování vnitřního vodovodu. Proto jsme navrhli nový způsob řešení rozvodů vody s centrálním ohříváním vody, který jsme nazvali spirální rozvod vody (obr. 2) podle přihlášky užitného vzoru číslo PUV 2012-27011 [20].
Princip řešení spočívá v rozvodu studené vody celým objektem. Po vstupu do objektu se doporučuje osadit na potrubí studené vody odstředivý lapač kalu s ručním nebo automatickým odkalením. Studená pitná voda se od nejvzdálenějšího připojovacího potrubí přivede do místa ohřívání vody. Teplá voda projde souběžně s rozvodem studené vody celým objektem a od posledního připojovacího potrubí se voda vrátí krátkým cirkulačním potrubím přes odstředivý lapač kalu do zásobníku nebo ohřívače vody. Odkalení se doporučuje zajistit automatickým odkalovacím ventilem. Při odkalení dojde v závislosti na době otevření armatury k propláchnutí celého vnitřního vodovodu. Vlastní ohřívání vody doporučujeme umístit do ochozu zásobníku.
Navržené řešení je výhodné zejména tam, kde dochází k odstávkám v provozu (prázdniny, zkoušková období, dlouhodobé stáže aj.).
Důležitým prvkem soustavy rozvodů teplé vody obecně je možnost odkalení zásobníku teplé vody. Stěží lze pochopit, že projektanti stále navrhují ohřívání vody s „boulemi“ na potrubí bez možnosti odstranění kalu (obr. 3). Jestliže se voda ohřeje, změní se její chemicko-fyzikální vlastnosti. Zejména se vyloučí rozpuštěné plyny, což mimo jiné může přispívat ke vzniku kavitačních jevů v kovových potrubích.
Ing. Zdeněk Žabička
Obrázky: autor
Autor je jednatelem firmy Žabička TPS Brno.
Literatura
[1] ČSN 75 5401 Navrhování vodovodních potrubí
[2] ČSN 75 5409 Vnitřní vodovody
[3] ČSN EN 806-1-5 (755410) Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě – Část 1–5
[4] ČSN 75 5411 Vodovodní přípojky
[5] ČSN 75 5455 Výpočet vnitřních vodovodů
[6] ČSN 75 6101 Stokové sítě a kanalizační přípojky
[7] ČSN EN 752- 1 (75 6110) Venkovní systémy stokových sítí a kanalizačních přípojek – Část 1–7
[8] ČSN EN 1610 (756114) Provádění stok a kanalizačních přípojek a jejich zkoušení
[9] ČSN EN 12056 – 1 (75 6760) Vnitřní kanalizace – Gravitační systémy – Část 1–5
[10] ČSN 75 6760 Vnitřní kanalizace
[11] ČSN EN 12109 (75 6761) Vnitřní kanalizace – Podtlakové systémy
[12] ČSN EN 12050-1 (75 6762) Čerpací stanice odpadních vod na vnitřní kanalizaci – Konstrukční zásady a zkoušení – Část 1–4
[13] ČSN 75 6909 Zkoušky vodotěsnosti stok a kanalizačních přípojek
[16] ČSN EN 806-5 – Část 5: Provoz a údržba 10. 12. 2012
[17] Žabička Z., Baláž M., Výpočet vnitřních vodovodů, komentář k ČSN 73 6655, Vydavatelství norem, Praha 1989
[18] Sláma J., Výroba, zkoušení a příklady použití podélně svařovaných, za tepla redukovaných trubek, verze 05/2010, ArcerolMittal Tubular Produkts, Karviná, a. s.
[19] Kreislová K., Ing. Ph.D., Strzyž P., Ing., Koukalová A., Ing., Příručka pro navrhování, kontrolu a údržbu potrubí s povlakem žárového zinku, Asiciace českých a slovenských zinkoven, Ostrava, 2011
[20] Pospíchal Z., Dr. Ing., Žabička Z., Ing., Přihláška užitného vzoru číslo PUV 2012-27011
Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.
