Zabezpieczenia antykorozyjne elektrycznych podgrzewaczy pojemnościowych. Bojler na badaniach

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Ich producenci w różny sposób zabezpieczają przed korozją zarówno same zbiorniki, jak i inne elementy wchodzące w skład gotowego urządzenia. Zbiorniki pojemnościowych elektrycznych podgrzewaczy wody bardzo rzadko budowane są ze stali nierdzewnej lub ocynkowanej. W bojlerach dostępnych na rynku mamy najczęściej do czynienia ze zbiornikami wykonanymi ze stali węglowej emaliowanej lub pokrytej ceramiczną masą porcelanową. Funkcją tych warstw ochronnych jest przede wszystkim zabezpieczenie ścian zbiorników przed korozją chemiczną poprzez izolowanie ich od wody jako środowiska korozji. Powłoki te nie są jednak wolne od uszkodzeń i defektów, a w zbiornikach w ten sposób zabezpieczanych nie można wykluczyć obecności fragmentów pozbawionych warstwy zabezpieczającej, np. w miejscach spawów, co czyni je podatnymi na korozję. Elementy grzejne zabezpieczone są zazwyczaj obudową ze stopów nierdzewnych, miedzi, tytanu itp., ale i te obudowy narażone są na uszkodzenia spowodowane korozją naprężeniową inicjowaną przez miejsca występowania korozji wżerowej [1]. Wszystko to sprawia, że producenci pojemnościowych elektrycznych podgrzewaczy wody uznali za konieczne stosowanie dodatkowego zabezpieczenia antykorozyjnego. Chodzi w tym przypadku przede wszystkim o ochronę przed korozją elektrochemiczną.

Ochrona katodowa
Stosuje się tu z reguły ochronę katodową polegającą na dołączaniu do chronionej konstrukcji zewnętrznej anody. W tej sytuacji chroniona powierzchnia metalu staje się katodą, a wiec elektrodą, na której dzięki reakcjom redukcji depolaryzatora nie zachodzą procesy utleniania, czyli korozji. Warunki te można spełnić dwojako: z zastosowaniem zewnętrznego źródła napięcia (ochrona katodowa elektrolityczna) lub przez zapewnienie kontaktu chronionej konstrukcji z metalem o niższym potencjale (ochrona katodowa galwaniczna). W przypadku elektrycznych pojemnościowych podgrzewaczy wody stosuje się najczęściej ochronę galwaniczną, a metal o niższym potencjale określa się mianem protektora. Chroniony metal nie koroduje w tej sytuacji dzięki korozji protektora. W domowych podgrzewaczach obecnych na naszym rynku powszechnie stosowane są anody magnezowe, w których do czystego metalu wprowadzono dodatki stopowe zmniejszające skłonność do pasywacji oraz zmniejszające szybkość korozji własnej protektora.
W ochronie katodowej galwanicznej reakcje katodowe wywołuje się dzięki zapewnieniu kontaktu chronionej powierzchni zbiornika z wspomnianym protektorem w środowisku korozji, jakim jest w tym przypadku woda. Należy więc oczekiwać, że skład chemiczny naturalnych domieszek wody, tworzącej wraz z protektorem i chronioną konstrukcją zbiornika zamknięty obwód elektryczny, będzie miał istotny wpływ na efektywność działania galwanicznej ochrony katodowej zbiorników elektrycznych pojemnościowych podgrzewaczy wody. Z tego względu warto przedstawić wyniki eksperymentów przeprowadzonych z użyciem tego typu urządzeń, a mających na celu znalezienie zależności pomiędzy przewodnością elektrolityczną wody a efektywnością galwanicznej ochrony katodowej jako metody zabezpieczenia antykorozyjnego [1]. Wybór przewodności elektrolitycznej jako parametru kontrolnego jest w tym przypadku w pełni uzasadniony, a to z uwagi na fakt istnienia korelacji pomiędzy przewodnością a zawartością jonów rozpuszczonych w wodzie, a ponadto pomiar przewodności może służyć do przybliżonego określenia siły jonowej wody [2]. Oznaczenia przewodności można dokonać przy użyciu łatwo dostępnych, stosunkowo niedrogich aparatów (konduktometrów) i nie wymaga praktycznie żadnych specjalistycznych kwalifikacji osoby wykonującej pomiar, co jest dodatkową zaletą wyboru tego parametru. W tym miejscu wypada nadmienić, że przewodność wody jest parametrem, którego maksymalna dopuszczalna wartość w wodzie przeznaczonej do spożycia przez ludzi (a więc w domyśle – wodzie wodociągowej, z jaką najczęściej mamy do czynienia) wynosi 2500 µS/cm [3], natomiast w praktyce mieści się w granicach 50-1000 µS/cm [2].

Badanie zbiornika
Do badań wybrano egzemplarz seryjnego bojlera o pojemności 100 l, którego zbiornik wykonany był ze stali węglowej emaliowanej i był zabezpieczony anodą wykonaną z magnezu z dodatkami stopowymi typowymi dla tego typu zabezpieczeń [zastosowano dwie anody o zróżnicowanych charakterystykach geometrycznych i zawartości dodatków stopowych: Al (6,1-6,59%), Zn (3,00-3,20%), Si (0,02-0,03%) oraz Mn (0,18-0,21%)]. Zbiornik zaopatrzono w elementy symulujące uszkodzenia powłoki zabezpieczającej, odsłonięte fragmenty spawów, kołnierze, itp. Badano również skuteczność zabezpieczeń w warunkach, kiedy fragmenty zbiornika nie były zanurzone w wodzie (nie były więc poddane ochronie katodowej). Tak przygotowany zbiornik eksponowany był na działanie wody o przewodności 50, 250 i 500 µS/cm w temperaturach mieszczących się w przedziale od ~20 do 60oC. Wyniki badań (których szczegółowe przedstawienie wychodziłoby poza ramy niniejszego artykułu) wykazały m.in., że w przypadku wody o bardzo niskiej przewodności (50 µS/cm) żadna z dwóch badanych anod magnezowych nie zapewniała zabezpieczenia zbiornika przed korozją – jako dolną granicę umożliwiającą działanie antykorozyjne ochrony katodowej ustalono przewodność 100 µS/cm. Badania prowadzone na seryjnym – jak wspomniano – bojlerze firmy obecnej również na naszym rynku wykazały, że w przypadku wody o przewodności tak niskiej, jak 50 µS/cm warunki 5-letniej gwarancji dla zbiornika mogą nie być dotrzymane. Zwraca uwagę wniosek, że zbiornik wypełniony stagnującą wodą o temperaturze pokojowej i przewodności 50 µS/cm, wyłączony z eksploatacji, był szczególnie narażony na korozję mimo obecności ochrony katodowej. W przedziale przewodności 50-250 µS/cm szczególnie intensywnej korozji należy oczekiwać przy podwyższonych temperaturach wody (grzejnik w położeniu „załączony”).
Przy niskich temperaturach wody (grzejnik wody w pozycji „wyłączony”) i przewodności 250 µS/cm zabezpieczenie antykorozyjne działało efektywnie. Ochrona katodowa nie była efektywna w warunkach „suchy-zwilżony” w górnej części zbiornika. W wodzie o przewodności 500 µS/cm zastosowana galwaniczna ochrona katodowa była skuteczna w każdych warunkach eksploatacji, niezależnie od temperatury wody. Zwraca się przy tym uwagę, że przy braku ochrony katodowej ryzyko korozji rośnie ze wzrostem przewodności wody, co wyraźnie przemawia za celowością stosowania tego rodzaju ochrony antykorozyjnej. Charakterystyka geometryczna anod magnezowych, a także nieznaczne zróżnicowanie składu dodatków stopowych nie miały istotnego wpływu na efektywność ochrony antykorozyjnej.

Metoda alternatywna
Alternatywne rozwiązanie ochrony katodowej, określane jako ochrona katodowa elektrolityczna, polega na użyciu zewnętrznego źródła napięcia i zastosowaniu trwałej anody ochronnej. Połączona jest ona z dodatnim biegunem prostownika, podczas gdy chroniona konstrukcja łączona jest z biegunem ujemnym, a obwód elektryczny zamyka woda jako elektrolit. Sposób ten został przebadany również pod kątem efektywności ochrony antykorozyjnej zbiorników elektrycznych podgrzewaczy pojemnościowych [4]. W cytowanych badaniach parametrem opisującym własności fizykochemiczne wody była jej twardość ogólna. Parametr ten pośrednio informuje o sile jonowej wody i jest skorelowany z jej przewodnością. Ochronę stanowiła anoda tytanowa aktywowana tlenkami metali. Określano również wpływ odległości anody ochronnej od elementu grzejnego. Przeprowadzone badania wykazały, że efektywność ochrony antykorozyjnej rosła ze wzrostem twardości wody. Stwierdzono też, że efektywność ochrony antykorozyjnej rosła ze wzrostem odległości anody ochronnej od elementu grzejnego badanego bojlera.
Porównując oba sposoby zabezpieczania elektrycznych pojemnościowych podgrzewaczy wody przed skutkami korozji elektrochemicznej, należy zwrócić uwagę na fakt, że w obu przypadkach skuteczność ochrony antykorozyjnej rosła wraz ze wzrostem twardości wody (ochrona elektrolityczna) lub jej przewodności (ochrona galwaniczna). Z uwagi na skorelowanie obu tych parametrów oznacza to, że efektywność obu technik zabezpieczenia antykorozyjnego w podobny sposób zależy od jakości wody.
dr Sławomir Biłozor

Literatura:

  • T. Belezze, R. Fratesi, Assesing the effciency of galvanic cathodic protection inside domestic boilers by means of local probes. „Corrosion Science, 52 (2010), 3023-2032.
  • J. Dojlido, Chemia wody, Arkady, Warszawa 1987.
  • Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz. U. 07.61.417 z dnia 6 kwietnia 2007 r.).
  • T. Belezze, R. Fratesi, R. Sampaolesi, A. Mandni, A. Stopponi, Service parameters and configuration of cathodic protection system using impressed current technique inside domestic boilers. „Metallurgica Itaiana” 98, 6, (2006) 47-53.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij