Коррозия

Коррозия - это разрушение материала, начинающееся на поверхности металла и прогрессирующее в результате химических или электрохимических реакций. Увеличению скорости коррозии часто способствуют механические повреждения поверхности. Коррозия приводит к значительному техническому и экономическому ущербу. Средства защиты от коррозии должны соответствовать эксплуатационным условиям. Очень часто они значительно отличаются друг от друга. В системах ГВС из металлических трубопроводов (стальных, оцинкованных, медных) имеет место так называемая водная коррозия.

Вопросы коррозии систем водоснабжения при более высоких температурах уже были подробно рассмотрены многими авторами в научных изданиях и в учебниках [2; 5; 12]. В устройствах, работающих при высокой температуре, применяется вода, подготовленная соответствующим образом, из которой удаляется агрессивный кислород путем деаэрации и с помощью химических реагентов. Водоподготовку, а, прежде всего, удаление агрессивных солей, осуществляют с помощью эффективных методов, например, путем полного обессоливания. Если при этом в оборудовании наблюдается коррозия, то она незначительна, и это является результатом соответствующей подготовки воды.

В системах ГВС с температурой воды 15...90 °С проблема коррозии выглядит иначе. Влиять на качество воды можно лишь в небольшой степени с помощью химических или электрохимических средств, поскольку в нормах относительно водопроводной воды (питьевой) очень четко описан ее состав и свойства. По этим нормам качество и состав воды допускается изменять весьма незначительно.

Довольно сложно противодействовать коррозии в узлах подготовки и распределения горячей воды, поскольку в них одновременно происходит большое количество различных взаимовлияющих реакций. Кроме того, коррозионные отложения не имеют тенденций к растворению. Определить интенсивность коррозии для этих условий чрезвычайно сложно.

Требования потребителей к комфорту и удобству пользования горячей водой постоянно возрастают. В связи с санитарными требованиями по предовращению развития бактерии Legionella температура горячей воды должна составлять 55...60 °С. Однако, для продления срока службы трубопроводов и их защиты от коррозии температура горячей воды должна быть в границах от 45 до 50 °С. Такой температуры вполне достаточно для принятия душа или ванны. В добавок, при использовании современных средств для стирки не требуется вода более высокой температуры. При эксплуатации множества систем ГВС подтверждается факт, что коррозия усиливается вместе с повышением температуры воды. В соответствии с нормами [13] требуется, чтобы температура горячей воды в точке ее отбора составляла 55 °С. Замечено, что при одинаковых условиях одни и те же металлы при температуре 45...50 °С корродируют медленно.

Интенсивность коррозии значительно возрастает при температуре 60... 65 °С. При дальнейшем повышении температуры до 70 °С и выше имеют место дополнительные сложные коррозионные процессы, которые могут привести к быстрой сквозной коррозии. Прежде всего, это касается оцинкованных баков и трубопроводов. В то время, как для железа и меди повышение температуры до 70 °С и выше приводит к увеличению интенсивности коррозии, масштаб которой можно предвидеть, то в случае со стальными оцинкованными трубами и баками ситуация выглядит иначе и менее однозначна. Поведение оцинкованного железа при таких температурах зависит от состава воды. В литературе говорится об изменении потенциала цинка при температуре от 60 до 70 °С, и это явление считается главной причиной повышенной коррозии. Изменение потенциала цинка, однако, может происходить только при наличии железа, т. е. только после повреждения оцинкованного покрытия. Следует добавить, что цинк при более высокой температуре воды, а особенно в пределах от 60 до 70 °С, корродирует намного быстрее, чем при более низких температурах. При более низких температурах это происходит вследствие образования осадка из оксидов в виде сплошной пленки, предохраняющей цинк от дальнейшей коррозии. При более высокой температуре структура оксидов рыхлая, поэтому они вымываются водой. На стыке шестидесятых и семидесятых годов было отмечено большое количество повреждений систем ГВС, изготовленных из стальных оцинкованных труб, что было вызвано коррозией. Возможной причиной этого была высокая температура горячей воды, которая с одной стороны приводила к появлению вымывающегося осадка из цинка, выполняющего роль анода, а, с другой стороны, при слишком высокой температуре происходило изменение полярности цинка по отношению к железу и коррозия разъедала сталь.

При более высокой температуре коррозия железа, цинка и меди в агрессивной воде значительно активизируется. Наиболее устойчивым материалом для такой среды без сомнения является медь.

В то же время техническая вода может обладать ограниченными коррозионными свойствами в результате ее соответствующей химической подготовки без учета санитарных требований. Коррозия затрагивает, прежде всего, металлы. В системах ГВС она появляется, в первую очередь, из-за наличия кислорода, растворенных солей и повышенной температуры воды.

Постепенная коррозия и разрушение металла происходят во время его взаимодействия с химическими веществами, вызывающими эти процессы. Прежде всего, такими веществами являются кислоты, их водные растворы и растворы соли (электролиты) [5; 12]. Это относится также и к питьевой воде, содержащей растворенные соли и имеющей определенную электропроводимость. Причины коррозионных процессов в воде объясняются далее.

Поверхность металлических элементов для системы ГВС из-за механической обработки и их структура (зернисто-кристаллическая) не являются однородными. Вдобавок загрязнение, переменные температурные условия и повреждения приводят к различию электрохимических свойств. В результате при взаимодействии с электролитом разных областей поверхности возникает электрический потенциал и протекает ток. В определенных местах положительно заряженные ионы металла входят в электролит, в то время как в других местах остаются отрицательно заряженные частицы. Этот процесс, объясненный в 1830 г. Ривего, был назван появлением «локальных очагов». Если поверхность двух отличающихся электрохимическим составом областей металла соприкасается с электролитом, то при этом появляются две потенциально отличающиеся друг от друга области реакции: анодная и катодная. В анодной области ток вытекает из металла и возвращается в него в катодной области. Электрическая цепь замкнута проводимым металлом. Таким образом, появляется гальваническая пара, для которой действуют законы искусственно создаваемых гальванических элементов.

Местный элемент, называемый далее коррозионным элементом, состоит из анода и катода. На аноде металл исчезает в результате перехода в раствор положительных ионов, которые оставляют свободные электроны, поэтому анодная поверхность металла насыщается электронами. Анод растворяется в воде, в зависимости от мощности элемента, быстрее или медленнее. Высвобожденные на аноде электроны проходят через металл к катоду, к которому перемещаются положительные ионы, и разряжаются отрицательными электронами. Катод при этом не разрушается (обычно обрастает осадком нейтрализованных ионов).

Если говорить о полимерах, то при повышении температуры увеличивается скорость процесса их старения, в результате которого происходит уменьшение их прочности/долговечности и ухудшаются их механические свойства. Пример влияния температуры на прочность полимеров показан на рис. 1.1.

Шафлик В./Современные системы горячего водоснабжения. - К.: ДП ИПЦ «Taici справи», 2010.