Metalų korozija - tai savaiminis metalų irimas, vykstantis dėl cheminės ar elektrocheminės metalų ir aplinkos sąveikos. Koroziją lemia objektyvūs gamtos dėsniai, kurių vyksmo sustabdyti neįmanoma, tačiau ją galima sulėtinti. Į tarptautinius standartus įtrauktų apsaugos nuo korozijos metodų naudojimas leidžia korozijos nuostolius sumažinti 10-15 proc.
Korozijos formos ir priežastys
Korozija vandens vamzdynų sistemose pasireiškia kaip vidinė ir išorinė korozija. Labiausiai paplitusi vidinė korozija, kuri gali paveikti visų rūšių metalo vamzdžius. Korozijos reiškiniui būtinos kelios sąlygos: metalinė vamzdyno sistema, kurioje cirkuliuoja vanduo, ir sistemoje esantis deguonis. Sąveikaujant metalui, deguoniui ir vandeniui vyksta korozija, kurią sudaro anodo ir katodo procesai ant metalo paviršių ir sujungimų tarp dviejų ir daugiau metalų rūšių.
Anodo reakcija yra paprasčiausias metalo irimas, kai metalas skaidomas į metalo jonus. Katodo procesas yra reakcija tarp deguonies, vandens ir elektronų, kurie buvo išlaisvinti anodo proceso metu. Anodo ir katodo reakcijos susidaro dėl įvairių priežasčių: įbrėžimų, plyšių, mažų lydinių skirtumų metale ir kitų veiksnių.
Elektrocheminė korozija
Statybų sektoriuje ir Šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo (ŠVOK) sistemose problemų kelia elektrocheminė korozija. Tai elektrocheminis procesas, kurio metu susidaro makrogalvaninių ir mikrogalvaninių elementų. Dėl metalinių ir nemetalinių priemaišų, pažeistų oksidų plėvelių, kitų metalinių dangų, skirtingos elektrolitų koncentracijos, temperatūros, skirtingų įtempių metalo paviršiuje susidaro anodinių ir katodinių plotelių, atsiranda elektros srovė, o korozijos produktų gali susiformuoti toli nuo jos vietos.
Ypač daug problemų sukelia elektrocheminė korozija, atsirandanti dėl vadinamųjų klaidžiojančių elektros srovių. Klaidžiojančiomis srovėmis vadinamos tos srovės, kurios atsiskiria nuo įvairių elektros šaltinių ir teka dirva, taip pat požeminiais įrenginiais. Jų pasiskirstymas žemėje ar statinyje, intensyvumas ir veikimo laikas priklauso nuo daugelio veiksnių, kurie laikui bėgant smarkiai kinta.
Klaidžiojančios srovės, tekančios žeme ir susiduriančios su požeminėmis metalo konstrukcijomis, pasklinda jose, nes konstrukcijų varža - gerokai mažesnė. Daugelis klausimų, susijusių su korozija, galėtų būti išsprendžiami dar projektavimo stadijoje, mat konstrukcijos ilgaamžiškumas priklauso nuo to, ar teisingai bus parinktas konstrukcinis sprendimas.
Mikrobinė korozija
Mikrobinė, kitaip - geležies bakterijų, korozija yra dar viena reikšminga problema. Specialių metodų jai sumažinti nėra, tačiau specialistai rekomenduoja neleisti susidaryti anaerobinėms sąlygoms. Mikrobiologiškai sukeliama korozija gali papildomai sukelti adatos dydžio vamzdžio korpuso pažeidimus ir kiaurymes, vandens ar putų nutekėjimus ar netgi vandens srovei kliudantį tolesnį korozinių gūbriukų augimą.
Bakterijos natūraliai gyvuoja žemėje, vandenyje ir dulkėse. Vandentiekio vanduo, nors ir valytas, vis dėlto turi skaitlingą mikroflorą. Vandenyje ištirpęs anglies dioksidas CO2, reaguodamas su vandeniu, virsta silpna anglies rūgštimi, kuri dar labiau spartina korozijos procesus. Koroziją dėl aerobinių bakterijų poveikio sausame vamzdyje galima efektyviai stabdyti, pašalinant vandenyje ištirpusį deguonį, pavyzdžiui, vamzdyną prapučiant azoto dujomis.
Deguonies trūkumas visiškai netrukdo anaerobinėms bakterijoms augti ir plėstis. Žinomi du šių bakterijų tipai: gaminančios acto rūgštį ir sierą bakterijos. Pirmosios gamina didelį skaičių organinių rūgščių, gebančių sukelti stiprią koroziją plieno, geležies, vario, cinko ar netgi bronzos dirbiniuose. Anaerobinių bakterijų gaminami acto jonai tampa maistinga medžiaga kitoms sierą gaminančioms bakterijoms. Pastarosios gamina vandenilio sulfidą H2S, kuris, kaip žinia, turi sugedusio kiaušinio kvapą ir lengvai tirpsta vandenyje, įgaudamas silpnos rūgšties formą. Šio sulfido jonai atakuoja geležies paviršių vamzdyje, formuodami jau kietus geležies sulfidus.
Pavyzdys iš praktikos parodė, kad patalpoje, kurioje iš pradžių buvo sumontuoti priešgaisrinės apsaugos iš anglinio plieno vamzdžiai, o vėliau pakeisti nerūdijančio plieno vamzdynu, sistemoje dar likus kai kurioms dalims iš anglinio plieno (pvz., techninį vandenį tiekiantis vamzdynas) ar ketaus (pvz., didieji vožtuvai), ir vandeniui vienerius metus stovint nejudant, o po to kartą per metus keičiant nauju, susidarė mikroskylės. Pirmosios mikroskylės pastebėtos jau po kelių mėnesių suvirinimo siūlėse bei vamzdį gaubiančiose šildomosiose vietose, o po 2 metų buvo stebimos jau plačios kiaurymės. Rentgeno fotoelektroninė spektroskopija parodė, kad korozijos pažeistose vietose šalia pagrindinių geležies, anglies ir deguonies komponenčių buvo rasti žymūs kiekiai Zn, Ti, S, Cl bei sodos, kalcio, kalio, silikono ir aliuminio apnašų. Rūdžių apnašose aptinkami cinko, anglies, iš dalies mangano, titano, chloro, sodos, sieros ir kalcio kiekiai atsirado iš vandens. Nevaloma korozija plito ir gilėjo, o jos sukelti trūkiai ir ertmės plėtėsi laipsniškai.
Korozijos prevencija ir vamzdžių pasirinkimas
Norint nuo korozijos apsaugoti požemines metalo konstrukcijas, ypač svarbu tinkamai parinkti priemones atsižvelgus į korozinį dirvos ir požeminių vandenų aktyvumą. Dažniausiai nurodomi apsaugos nuo atmosferinės korozijos būdai: tinkamai parinktos metalo dangos ir metalų legiravimas. Pagrindinė korozijos priešgaisrinės apsaugos vamzdyne iš nerūdijančio plieno priežastis yra ilgą laiką stovintis vanduo, kuriame dėl ištirpusio O2, CO2 sąlytyje su metalu vyksta viena kitą papildančios elektrolitinė ir mikrobiologinė korozijos. Šių korozijos procesų išvengti galima tik vamzdyne užtikrinant patenkinamą išvalyto vandens kokybę ir nuolatinę jo kaitą.
Daugumą klausimų, susijusių su korozija, galima išspręsti dar projektuojant. Projektavimo darbų metu reikėtų apgalvoti, kaip tarp vamzdynų ir elektros srovę turinčių tinklų išlaikyti tinkamus atstumus, taip pat pagalvoti apie elektros nutekėjimą iš netvarkingų elektros šaltinių per betono ar kitas konstrukcijas. Svarbu ir tai, kaip išvengti galingų magnetinių laukų sukūrimo šalia vamzdynų, nes tai gali sužadinti indukcines sroves. Nemažą reikšmę turi ir tinkamas sistemos eksploatavimas. Pasitaiko atvejų, kai netvarkingai prijungiami elektros prietaisai, panaudojant vamzdynus kaip įžeminimą.
Medžiagų pasirinkimo svarba
- Cinkuoti plieniniai vamzdžiai: Korozija galvanizuoto plieno vamzdynuose atsiranda dėl vandens kokybės, vario vandenyje, purvo (anaerobinių bakterijų) ir didesnės nei 70 laipsnių temperatūros vandens. Karštai galvanizuoto plieno vamzdžiai gali būti naudojami, jei vandens kietumas neviršija 4°dH arba jei jame nėra agresyvių kalkių nuosėdas sudarančių rūgščių. Jeigu vanduo šių sąlygų neatitinka, pirmiausia suskils cinkas, vėliau pradės irti plienas, o šio proceso metu bus matyti rudas vanduo. Tiesa, kol susiformuos visiška korozija - susidarys ertmių - praeis keleri metai, tačiau jei vamzdis su defektais, jame yra įbrėžimų, korozijos procesas gali būti itin greitas - neprireiks nė metų. Cinkas plieną nuo korozijos saugo tik tuomet, jei temperatūra yra ne didesnė kaip 50 laipsnių. Tai sukelia problemą, nes legionelės bakterijų dauginimuisi palankiausios sąlygos, kai vandens temperatūra svyruoja nuo 20 iki 45 laipsnių.
- Variniai vamzdžiai: Variniai vamzdžiai laikomi itin atspariais korozijai, tačiau ji gali prasidėti dėl kitų priežasčių, pavyzdžiui, turbulencijos, susidėvėjimo, įbrėžimų, fliuso panaudojimo. Su turbulencija susijusi korozija įprastai prasideda dėl per didelio tėkmės greičio vamzdžiuose, tad ši problema būdingesnė cirkuliacinėse karšto vandens vamzdžių sistemose. Rekomenduojama neviršyti didesnio tėkmės greičio nei 0,5 metro per sekundę. Su susidėvėjimu susijusi korozija dėl vamzdžių plėtimosi deformacijų dažnai vyksta kartu su vidine korozija. Norint to išvengti, projektuojant ir montuojant vamzdį būtina jo plėtimąsi nukreipti reikalinga kryptimi. Fliuso perteklius vamzdyje gali sukelti taškinę koroziją. Lituojant fliusu rekomenduojama patepti tik vamzdžio galą, o ne jungties vidų.
- Nerūdijančiojo plieno vamzdžiai: Nerūdijančiojo plieno vamzdžiai labai atsparūs vidinei korozijai, tačiau jiems sujungti nerekomenduojamas litavimas arba suvirinimas, nes tai gali sukelti vidinę koroziją. Tokiems vamzdžiams patartina naudoti mechaninius jungčių sujungimus.
Kietųjų dalelių nuosėdos ir sankaupos taip pat gali sukelti koroziją, ypač ant horizontaliai sumontuotų vamzdžių ir jungčių dugne. Vario į aušinimo mišinius gali patekti, pavyzdžiui, tirpstant variniams ventiliatorinių konvektorių vamzdeliams - tai formuos nuosėdas ir skatins lokalių korozijos židinių susidarymą vario nusėdimo vietose. Tos dalelės paprastai gali būti ir rūdys arba purvas, priemaišos iš kitų sistemos dalių, kalcio, magnio, silicio junginiai, pavyzdžiui, senoje vamzdyno sistemoje pakeičiant tam tikrą atkarpą.
Eksperimentiniai stebėjimai
Atlikto tyrimo metu į penkis atskirus indelius buvo įpilti skirtingi tirpalai (virintas vanduo, cukraus tirpalas, valgomosios druskos tirpalas, geriamosios sodos tirpalas, maistinio acto tirpalas) ir įdėta po vieną vinį. Palaikius truputį daugiau nei parą, buvo stebimi įvykę pokyčiai.
Stebėjimų rezultatai:
- Virintas vanduo: vinis šiek tiek parūdijo.
- Actas: vinis papilkėjo.
- Cukraus tirpalas: vinis pablizgėjo, tapo labai švari.
- Druskos tirpalas: vinis tapo truputį tamsesnė, tačiau vis tiek blizga.
- Sodos tirpalas: vinis švari, blizganti (bet ne taip ryškiai kaip cukraus tirpalo).
Pastebėta, kad atidarytame inde vinys rūdyti pradeda greičiau. Bendras vertinimas rodo, kad kuo ilgiau vinys laikomos tirpaluose, tuo labiau jos surūdija ar pakeičia savo išvaizdą.