Złączki i rury – łączenie a korozja

Zjawisko korozji w instalacjach grzewczych i sanitarnych jest zjawiskiem naturalnym. Jej mechanizm jest tym silniejszy, im lepsze warunki zostaną stworzone do jej wystąpienia.

Z racji tego, iż korozja jest zjawiskiem niekorzystnym i wielce niepożądanym w instalacjach, należy tak je projektować i budować, aby minimalizować, a wręcz zapobiegać jej występowaniu. Niniejszy artykuł opisuje metody i sposoby radzenia sobie z korozją, tak aby jej skutki nie zakłóciły pracy instalacji mających stały kontakt z wodą lub jej roztworami. Powszechnie stosowane materiały na instalacje to – oprócz tworzyw sztucznych – stal, stal nierdzewna, żeliwo, brąz i mosiądz. Każdy z nich jest narażony na korozję, zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz przewodów i armatury, jeżeli nie zapewnimy odpowiednich warunków pracy instalacji.

Kondensacja na rurach

Gdy wilgotność powietrza wynosi powyżej 70%, na powierzchni zewnętrznej rur zachodzi kondensacja pary wodnej zawartej w powietrzu. Woda wraz z rozpuszczonymi w niej substancjami pełni tu rolę elektrolitu, w wyniku czego następuje korozja elektrochemiczna. Aby temu zapobiec, należy utrzymywać wilgotność powietrza poniżej 50%. Przy 40% zjawisko to w zasadzie zanika.

Korozja elektrochemiczna

Korozja elektrochemiczna to najbardziej powszechny rodzaj korozji. Jest to korozja metali spowodowana procesami elektrochemicznymi, zachodząca wskutek występowania różnych potencjałów na powierzchni korodującego obiektu znajdującego się w środowisku elektrolitu.

Szczególnym przypadkiem korozji elektrochemicznej są zjawiska korozji obserwowane na styku dwóch różnych metali. W obecności wilgoci w wodzie, wilgotnym gruncie lub powietrzu na styku metali powstaje lokalne ogniwo składające się z dwóch półogniw. W półogniwie o mniejszym potencjale elektrochemicznym będzie dominowała reakcja powodująca przejście metalu w formie jonowej do roztworu.

Charakterystycznymi makroogniwami korozyjnymi są miejsca połączeń elementów wykonanych z jednakowych materiałów, np. połączenia odcinków rurociągów. Spawy lub śruby, wykonane z materiału gorszego niż łączone elementy, mogą stać się anodami ogniwa. Ze względu na ich małą powierzchnię w stosunku do powierzchni katod natężenie prądu anodowego jest bardzo duże, co oznacza dużą szybkość rozpuszczania złącza. Jeżeli jest odwrotnie i elementy łączone są wykonane z metalu bardziej szlachetnego, stają się katodami ogniwa. Łączone rury są wówczas anodami o dużej powierzchni i dzięki temu szybkość rozpuszczania się metalu, odniesiona do jednostki powierzchni, jest niewielka.

Korozja atmosferyczna, jest również rodzajem korozji elektrochemicznej i polega na wchodzeniu czynników korodujących w reakcje chemiczne z atakowanymi substancjami.

Korozja i mosiądz

W normalnych warunkach eksploatacji mosiądz wykazuje dobrą odporność na korozję atmosferyczną i w wodzną. Jednak w miękkiej, zawierającej chlor wodzie mosiądz podlega procesowi odcynkowania.

Odcynkowanie mosiądzu to rodzaj korozji stopów miedzi z cynkiem powstającej na skutek rozpuszczania się cynku i miedzi w roztworach zawierających chlor. Cynk ulega rozpuszczeniu i przechodzi do roztworu, a miedź pozostaje w postaci gąbczastej, co dodatkowo wzmaga korozję. Odcynkowanie nie powoduje zmian kształtu przedmiotu, lecz znacznie obniża jego wytrzymałość i szczelność.

Wrażliwość mosiądzu na odcynkowanie wzrasta przy niskiej zawartości miedzi, np. MS 58, w wodzie o niskim odczynie pH (wody kwaśne) i wraz ze wzrostem temperatury pracy instalacji. Odcynkowaniu mosiądzów zapobiega dodanie niewielkich ilości składników stopowych, takich jak aluminium, arsen, nikiel i cyna.

Poza odcynkowaniem mosiądz narażony jest na zjawisko korozji naprężeniowej, tzw. sezonowe pękanie mosiądzu. Korozja naprężeniowa występuje na skutek łącznego oddziaływania agresywnego środowiska i naprężeń mechanicznych na materiał.

Przykładem substancji zwiększających ryzyko wystąpienia korozji naprężeniowej mosiądzów jest amoniak i jego związki. Znajdują się one w ziemi (uwaga na przewody układane w gruncie!) i w wodach pitnych. Powszechnie stosowane są także jako dodatek do środków czyszczących. Działanie agresywne na mosiądz wykazują również silikony wytwarzane na bazie octanów lub amin i często zawierające kwasy octowe.

Natomiast czynnikiem zewnętrznym zwiększającym naprężenia w materiale jest montaż (wkręcanie) wyrobów mosiężnych lub wkręcanie w nie innych elementów armatury. Szczególnie duże ryzyko wystąpienia korozji naprężeniowej występuje w kolanach mosiężnych, w które często na siłę, ze zbyt dużą ilością taśmy teflonowej lub pakuł, wkręcane są zaślepki czy przedłużki. Co ważne – uszkodzenia te występują często dopiero (albo raczej już) po pół roku lub po roku od zmontowania i uruchomienia instalacji.

Korozja i brąz

W brązie korozja naprężeniowa nie występuje i może być on stosowany z innymi materiałami w instalacji. W tym wypadku niebezpieczeństwo wystąpienia odcynkowania jest niewielkie ze względu na jego skład chemiczny (wysoka zawartość miedzi i cyny). W brązie tylko w bardzo niesprzyjających warunkach eksploatacji mogą wystąpić lokalne ogniska korozyjne. Prowadzi to do zwiększenia chropowatości powierzchni, co skutkuje zwiększeniem oporów hydraulicznych w instalacji. Nie dochodzi jednak do znaczącego osłabienia materiału.

Optycznie trudno jest odróżnić mosiądz od brązu. Dlatego wymagane jest odpowiednie oznaczenie wyrobów z brązu i mosiądzu. Przed zastosowaniem zwykle tańszych złączek mosiężnych należy upewnić się, czy przewody nie będą uszczelniane (ocieplane) materiałami zawierającymi amoniak lub czy przy pracach wykończeniowych w łazienkach i kuchniach nie będzie stosowany silikon, np. do uzupełniania ubytków między przedłużkami mosiężnymi a kafelkami. Poza tym w przypadku przedłużek mosiężnych nie należy używać agresywnych środków czyszczących. Dobrze jest również upewnić się u dostawcy wody, czy woda nie zawiera azotynów.

Korozja i stal ocynkowana

Ze względu na skład stal węglowa jest materiałem bardzo podatnym na korozję w środowisku wodnym. Jest to szczególnie widoczne, kiedy rury stalowe transportują wodę bogatą w tlen. Z tego względu rur ze stali nie należy stosować w układach otwartych ogrzewania. Dodatkowo należy ją zabezpieczyć przed korozją, np. przez naniesienie ochronnej powłoki malarskiej lub warstwy cynku. Niestety cynk również może ulec korozji.

Korozja cynku dotyczy elementów zabezpieczonych przed korozją warstwą cynku nanoszonego metodą galwaniczną lub ogniową. Należy wziąć pod uwagę fakt, iż cynk koroduje w każdych warunkach, a szybkość tej korozji uzależniona jest tylko od tego, czy mamy profil zamknięty, czy otwarty. Procesom korozji sprzyja również duże zawilgocenie powietrza, jednak tzw. „biała rdza”, psując wygląd ocynkowanej stali, nie obniża jej odporności na rdzewienie.

Korozja i stal szlachetna

Stal szlachetna wytwarza w reakcji z tlenem bądź wodami zawierającymi tlen (np. woda pitna) warstwę pasywacyjną (najczęściej warstwę tlenków chromu). Warstwa pasywacyjna uniemożliwia reakcję pomiędzy metalem a wodą i jej składnikami. Tym samym materiał, z którego zbudowane są przewody rurowe, w żaden sposób nie wpływa na jakość wody.

Ponieważ stale nierdzewne chromowo-niklowo-molibdenowe z uwagi na tworzącą się warstwę pasywacyjną nie emitują żadnych substancji do wody pitnej, można je łączyć ze wszystkimi innymi tworzywami dopuszczonymi do zastosowania w instalacjach wody pitnej bez zachowania reguły przepływu, tj. w dowolnej kolejności.

Dlatego też stal nierdzewna nadaje się szczególnie do częściowej modernizacji istniejących instalacji wody pitnej, niezależnie od tworzyw, z których są one zbudowane. W przypadku stali szlachetnej należy bezwzględnie unikać obróbki cieplnej (gięcie rur na gorąco) i cięcia za pomocą pił szybkobieżnych lub tracz tnących typu flex).

Stali szlachetnej i stali ocynkowanej nie wolno jednak łączyć bezpośrednio ze sobą. Należy zamontować kształtkę dystansową z brązu lub mosiądzu, dzięki której odstęp pomiędzy elementem konstrukcyjnym ze stali ocynkowanej a elementem konstrukcyjnym ze stali szlachetnej będzie odpowiadał przynajmniej zewnętrznej średnicy rury. Funkcję taką spełnia np. zamontowana armatura z metali kolorowych (mosiądzu lub brązu) pomiędzy rurą ze stali szlachetnej i rurą ze stali ocynkowanej.

Praktyka wskazuje, iż podczas montażu stali szlachetnej z elementami miedzianymi nie należy znacząco przekraczać w dół minimalnego stosunku powierzchni mających kontakt z wodą pomiędzy miedzią (również mosiądz i brąz) a stalą szlachetną, który wynosi min. 2%.

Możliwe jest bezpośrednie łączenie miedzi ze stalą ocynkowaną z zachowaniem reguły przepływu, która mówi, iż miedź – patrząc w kierunku przepływu wody – zawsze powinna być umieszczona za elementami instalacji ze stali ocynkowanej. Inaczej ocynkowana stal zagrożona byłaby korozją wżerową powodowaną przez odkładanie się jonów miedzi na powierzchni rur ze stali ocynkowanej.

W instalacjach zamkniętych eksploatujących wodę w znacznym stopniu pozbawioną tlenu, jak np. w urządzeniach grzewczych, instalacjach solarnych itp., nie powinno dochodzić do powstawania korozji przewodów rurowych. Dlatego w tym przypadku można stosować wszystkie przyjęte materiały, jak i również stal niestopową. Możliwe są również – bez ograniczeń – kombinacje różnych metali (miedź, stal niestopowa, stal szlachetna itp.) w dowolnej kolejności. Jednak do układów zamkniętych eksploatowanych niewłaściwie może dostać się tlen!

W przypadku wyższych wartości pH cynk może – jak to się dzieje z reguły w instalacjach grzewczych – korodować, także przy braku tlenu pod wpływem gromadzącego się wodoru. Prowadzi to wprawdzie, w przypadku rur ocynkowanych, do rozpuszczania się warstwy cynku, jednak nie powoduje uszkodzeń rury, ponieważ stal niestopowa pozostaje nienaruszona. Gromadzenie się wodoru skutkuje zwykle powstawaniem pęcherzyków gazu, co z kolei powoduje zakłócenia w pracy instalacji, stąd też w instalacjach grzewczych zaleca się, by zrezygnować ze stosowania ocynkowanych stopów żelaza w miejscach kontaktu z wodą.

Podsumowanie

Jak widać, stosowanie różnych materiałów w obrębie tej samej instalacji może spowodować wystąpienie korozji. Jeżeli jednak zrobimy to w sposób przemyślany i nie dopuścimy do zadziałania mechanizmu korozji, to unikniemy wielu przykrych konsekwencji. Należy zatem zawsze brać pod uwagę panujące warunki pracy instalacji, dobierać materiał zgodnie z jego przeznaczeniem. Trzeba też zadbać o jakość wody. Wielce istotne są również warunki eksploatacji instalacji, jak np. wilgotność i temperatura w pomieszczeniach, izolacja przewodów i jakość jej wykonania. Wszystko to powoduje, że instalacja będzie chroniona przed zgubnymi skutkami korozji. W przeciwnym razie możemy nieświadomie stworzyć sprzyjające warunki do wystąpienia korozji i spowodować szereg problemów.

Jarosław Czapliński

Korozja to zjawisko, z którym można walczyć również w inny sposób…

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