Netěsnosti měděného potrubí způsobené korozí

Autor v článku popisuje možné příčiny poškození pozinkovaných styčných ploch příložných teplotních čidel ve styku s měděným potrubím v rozvodech tepla a chladu. V teoretické části se zabývá příčinami vzniku elektrochemické koroze, požadovanými vlastnostmi teplonosné látky ve vztahu k příslušným technickým předpisům. Jsou uvedeny i výsledky metalografického rozboru. Zároveň navrhuje pro konkrétní popisovaný případ návrh opatření pro zamezení vzniku této koroze. Článek je doplněn fotodokumentací, pořízenou v popisovaném případě.

Recenzent: Václav Mužík

Úvod

Jedním z dalších úkolů, kterému jsem se v rámci výkonu praxe soudního znalce v poslední době věnoval, bylo zjištění příčin vzniku netěsností na potrubních rozvodech tepla a chladu a dále určit příčinu koroze příložných termostatů na potrubí.

Popis otopné a chladicí soustavy

Zdrojem tepla jsou dva plynové kondenzační kotle, přičemž celkový výkon kotelny je 470 kW.

Zdrojem chladu je chladicí jednotka se vzduchem chlazeným kondenzátorem o chladicím výkonu 292 kW.

Potrubní rozvody slouží pro rozvod tepla v zimním období a zároveň pro rozvod chladu v období letním.

Proti překročení povoleného tlaku v otopné a chladicí soustavě je instalován expanzní automat s odplyňováním, pojistným ventilem, přídavnou expanzní nádobou, i automatickým doplňováním vody.

Potrubí do DN 50 je měděné, větší dimenze jsou z nerezových materiálů.

Potrubní je opatřeno parotěsnou tepelnou izolací. K vytápění i chlazení jsou instalovány fan-coily.

Potrubní systém je napájen a doplňován vodou z vodovodního řadu přes chemickou úpravnu vody.

Instalace termostatů

Součástí systému řízení jsou příložné termostaty instalované na měděném potrubí.

Aby bylo zajištěno dobré tepelně vodivé spojení teplotního čidla s trubkou, jsou termostaty opatřeny podložkou z pozinkovaného plechu.

Každý konstrukční materiál se vyznačuje standardním elektrochemickým potenciálem. Standardní potenciál kovu je aktivita kovových iontů v roztoku za standardních podmínek (teplota T = 293,15 K, tlak P = 101325 Pa). Standardní potenciál charakterizuje snahu kovu přecházet do oxidovaného stavu a uvolňovat elektrony. Kovy ušlechtilé, tj. s vyšším standardním potenciálem, mají tuto snahu menší než kovy s nižším standardním potenciálem.

Při rozdílných teplotách se rozdíly elektrochemických potenciálů, oproti standardním hodnotám, mění. Důsledkem rozdílných teplot materiálů je zpravidla větší rozdíl potenciálů.

Spojením dvou kovů s rozdílným elektrochemickým potenciálem ve vodním prostředí vzniká makročlánek.

Mezi oběma kovy probíhá měřitelný elektrický proud.

Korozí je, až na malé výjimky, více postižen konstrukční materiál s nižším elektrochemickým potenciálem, tj. materiál méně ušlechtilý.

Důležitou veličinou pro rychlost korozních procesů ve vodním prostředí je poměr velikosti ploch rozdílných materiálů. Je-li velký podíl ušlechtilého materiálu a malý podíl méně ušlechtilého materiálu, je koroze intenzivní.

Termostaty s pozinkovanou podložkou byly původně uloženy na měděném potrubí.

Rozdíl standardních elektrochemických potenciálů mezi zinkem a mědí je 0,9 V. Tím došlo ke vzniku makročlánku a následně k destrukci pozinkované podložky.

Makročlánek ve vlhkém prostředí působí v místě dotyku dvou kovů a v blízkém okolí – v suchém prostředí by ke korozi nedošlo.

Pro potrubí je projektem předepsána parotěsná tepelná izolace. Potrubí pro chlazení je nutné pečlivě zaizolovat včetně termostatů i potrubních armatur, aby nedocházelo ke kondenzaci par.

Pokud by tomu tak bylo, nedošlo by ke kondenzaci par v místě dotyku pozinkované podložky termo­statu s měděnými trubkami a nedošlo by ke korozi.

Teplonosná kapalina

V soustavě se vyskytly netěsnosti potrubí i v místech vzdálených více než 1 metr od instalovaných termostatů. Lze proto předpokládat, že příčinou vzniku netěsností ve spojích měděného potrubí může být agresivita teplonosné a chladicí kapaliny. Vlastnosti teplonosné kapaliny přitom podstatným způsobem ovlivňují korozní procesy.

Pro vznik a rychlost koroze je důležitý obsah kyslíku i dalších agresivních plynů, množství a typ rozpuštěných solí, přítomnost organických látek a mikroorganizmů, pH, teplota, rychlost proudění a obsah pevných částic.

Z plynů rozpouštěných ve vodě má největší vliv kyslík.

Není-li ve vodě rozpuštěný kyslík, je koroze velmi malá. Proto je nutné přítomnost kyslíku omezit.

Rychlost koroze ovlivňuje přítomnost chloridů. Je-li ve vodě rozpuštěný kyslík, chloridy korozi zrychlují. Za nepřítomnosti rozpuštěného kyslíku nemají chloridy na rychlost koroze podstatný vliv.

V teplonosné (chladicí) kapalině pro otopné soustavy s kondenzačními kotli nesmí součet obsahu chloridů, nitrátů a sulfátů souhrnně překročit hodnotu 50 mg·l^–1. Hodnota pH teplonosné kapaliny se má po 6–12 týdnech provozu vytápění pohybovat v rozmezí 8,3 až 9,5.

Konduktivita by měla být menší než 200 µS·cm^–1, tvrdost teplonosné kapaliny by měla být v rozmezí 5 °dH – 7,4 °dH.

Je přitom nutno dodržovat evropskou normu EN 14868 a SWKI směrnici BT 102-01.

Při častém doplňování neupravené vody se do soustavy vnáší kyslík. Obsah rozpuštěného kyslíku by měl být max. 0,1 mg·l^–1.

Upravenou otopnou vodu je nutné kontrolovat minimálně 1x ročně, podle údajů výrobce inhibitorů i častěji. Kvalitu upravené otopné vody je třeba zaznamenat do protokolu.

Při prohlídce instalace otopné a chladicí soustavy jsem odebral vzorek doplňovací kapaliny za úpravnou vody a vzorek oběhové vody z HVDT.

Ve vzorku doplňovací vody jsou viditelné shluky vysrážených látek.

Hodnocení výsledků chemických rozborů teplonosné a chladicí kapaliny

Napájecí voda obsahuje nadměrné množství rozpuštěného kyslíku. Vysoký Rýznarův index a nízký Langelierův index svědčí o korozivních účincích vody. Je porušena vápenato-uhličitanová rovnováha, pH je nízké. Konduktivita je mírně zvýšená, tvrdost vody je nízká.

Voda je agresivní vůči konstrukčním materiálům.

Otopná a chladicí voda obsahuje nadměrné množství rozpuštěného kyslíku. Vápenato-uhličitanová rovnováha je významným způsobem porušena, konduktivita je mírně zvýšená.

Zvýšený obsah organického uhlíku a amonných iontů svědčí o mikrobiální činnosti.

Voda vykazuje významné korozivní účinky, zejména vůči železu, mědi a zinku.

Z rozvodů tepla a chladu byla vyjmuta část potrubí, ta obsahuje dva pájené spoje. Jeden spoj vykazoval netěsnost. Na vnějším povrchu jsou viditelné korozní produkty. Ve vnitřní části potrubí jsou inkrusty a stopy po korozi.

Bylo provedeno metalografické šetření kvality spoje potrubí pájením.

Vyhodnocení podélného a příčného vzorku Cu trubky

Ze zkoumaného vzorku byly vyřezány příčné a podélné sekce. Jedna podélná a příčná sekce byla zapouzdřena do akrylátové hmoty pro účely metalografického výbrusu. Pozorováním na mikroskopu byla zjištěna nepřítomnost pájky ve značné části spoje, okraje Cu trubky v místě chybějící pájky jsou čisté a spojité, beze stop korozivní reakce.

Závěr

Termostaty s pozinkovanou podložkou byly uloženy na měděném potrubí. Na vnějším povrchu měděných trubek jsou viditelné stopy po korozi způsobené chemickou i elektrochemickou korozí.

Korozní procesy byly způsobeny kondenzací par na povrchu potrubí a termostatech. V suchém prostředí by ke korozi nedošlo.

Pro potrubí je projektem předepsána parotěsná tepelná izolace. Potrubí pro chlazení je nutné pečlivě zaizolovat včetně termostatů i potrubních armatur, aby nedocházelo ke kondenzaci par.

Pokud by tomu tak bylo, nedošlo by ke kondenzaci par v místě dotyku pozinkované podložky termostatu s měděnými trubkami a nedošlo by ke korozi.

Korozní napadení pozinkované podložky termostatů a vnějšího povrchu měděných trubek bylo způsobeno chybně provedenou parotěsnou tepelnou izolací potrubí. Došlo ke kondenzaci par na potrubí i na termostatech. Vytvořilo se korozivní prostředí. Elektrochemická i chemická koroze způsobily destrukci pozinkovaných podložek termostatů.

Napájecí i otopná a chladicí voda jsou korozivní vůči konstrukčním materiálům. Otopná ani chladicí voda nejsou příčinou vzniku netěsností potrubí ve spojích. Viníkem jsou v tomto případě nekvalitně provedené spoje letováním.

Literatura

[1] Znalecký posudek autora.
[2] ČSN EN 14868. Ochrana kovových materiálů proti korozi – Návod na stanovení pravděpodobnosti koroze v uzavřených vodních oběhových soustavách. 2006-5. ČNI. Praha.
[3] SWKI BT102-01. Wasserbeschaffen­heit für Gebäudetechnik-Anlagen. 2012-2. SWKI. Schönbühl.
[4] VDI 2035. Blatt 2: Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungs­anlagen – Wasserseitige Korrosion. 2009-08. VDI. Düsseldorf.

---

Copper pipe leaks caused by corrosion

In his article the author describes possible causes of damage to the galvanized contact surfaces of the attached temperature sensors in contact with copper piping in heat and cold distribution.

The theoretical part deals with the causes of electrochemical corrosion and the required properties of the heat transfer medium in relation to the relevant technical regulations.

The results of metallographic analysis are also presented. At the same time, the author presents a proposal for measures for this specific case, which could prevent the occurrence of corrosion. The article is supplemented by photo documentation, taken as part of an expert opinion.

Keywords: heat/cold distribution, heat transfer fluid, copper piping, electrochemical potential, corrosion, leaks, construction materials, vapor-tight thermal insulation