Защита труб от коррозии

1.    Причины появления коррозии в трубах

Причинами коррозийных отложений в трубах является контакт их с водой, с повышенным содержанием примесей. В основном это соли, кислоты и щелочи. Такая ситуация возникает и в системах отопления. Разрушение металла происходит из-за химических или электрохимических производств. Кислород коррозия.

Несмотря что во многих местах давно используются пластиковые трубы, в системах водоснабжения продолжают устанавливать стальные. Это обусловлено их техническими характеристиками и низкой стоимости. Но именно такой трубопровод подвергается коррозийным отложениям. Одна из причин – наличие кислорода. Влияние в основном обусловлено скоростью реакций. Образуются электрохимические ячейки неравномерной аэрации, которые провоцируют приток кислорода к металлу неровно. Начинается катодный процесс. В местах наименьшего скопления кислорода процесс анодный. Коррозия металла определяется окислением и преобразованием в оксиды.

4Fe + 3O2 + 2H2О = 2Fe2O3·H2О.

Следуя уравнению можно понять, что на 1 мг кислорода в воде приходится 2,33 мг железа. Учитывается не свободный кислород, а вступивший в реакцию. Регламентом разработаны нормативы воды, поступающей в трубопровод:
- соли кальция и магния от 100 до 200 мг/л.
- кислотно-щелочной баланс от 5,8 до 6,8.
- общая жесткость от 0,5 мг-экв/л.
- хлориды от 65 до 120 мг/л.
- сульфаты не больше 2 мг/л.
- кальций до 2 мг/л.
- железо от 0,06 до 0,08 мг/л.
- щелочность воды до 0,2 мг-экв/л.
- индекс Ланжелье 2,4-4
- индекс Ризнера от 12 до 14,2.

Доказано, что при росте температуры воды способность к коррозийным отложения возрастает. Цифры повышаются с каждым увеличением на 10 градусов. При этом снижается умение растворять соли жесткости, что провоцирует образование накипи. Вещества оседают и прикрепляются к стенкам труб. Все эти химические процессы провоцируют появление коррозии в отопительных системах.

2. Проблемы которые вызывает коррозия труб

Самые распространенные проблемы коррозийности труб – свищи, питтинг. Потери воды совсем ничтожны, именно поэтому их так сложно обнаружить. Вода, которая выходит через отверстия распространяется по внешней стороне трубы и происходит разрушение теплоизоляции. Металл становится тоньше и в итоге приводит к большим потерям жидкости. Потому первопричиной разрушения трубопровода является именно внутренние коррозийные отложения, а не внешние.

Сложность при выявлении причин при коррозийном отложении – множество факторов влияния. То есть изменение одного условия повлечет за собой торможение или наоборот ускорение процесса. К примеру, при одновременном наличии карбонатов кальция, магния и натрия в сочетании с углекислым газом может вызвать образование гомогенной защитной пленки по всей трубе и притормозить коррозию. А может образовывать нестабильные осадки и ускорять. То же касается и растворенного кислорода. Он деполяризует катодные места и ускоряет коррозию. Но при этом может оказывать пассивное влияние и замедлять процесс. Коррозийные отложения в горячей воде чаще приводят к появлению сквозных язв.

Ускоренную коррозию вызывают такие факторы как низкое содержание солей, щелочности и pH. Дополнительными причинами выступают высокая концентрация кислорода и температура. Чаще всего свищи появляются в местах, где установлены задвижки, отводы, сварные соединения, врезки трубопровода. Так как в этих местах изменяется давление из-за смены скорости потока. Выделяется кислород и другие газы. Что приводит к образованию макроячеек.

Что касается горячей воды, то в этом случае происходит столкновение нескольких факторов. С одной стороны, для защиты от коррозийных отложений температура воды должна быть не выше 50 градусов. С другой стороны, при такой температуре могут размножаться бактерии Legionella. Поэтому минимальный нагрев происходит до 60 градусов. Кроме того, может происходить биокоррозия. В воде появляются активные бактерии при маленькой скорости потока или застоях. Один из таких видов железобатерии Gallionella. Они образуют слизистую пленку высокой прочности, которая не смывается потоком. Другой тип – сульфатредуцирующие. Они восстанавливают сульфат ионы до сероводорода, которые вызывают коррозию. Еще известны бактерии, окисляющие серу – тионовые.

3.    Способы защиты труб от коррозии

Самый оптимальный способ защиты труб – добавление ингибиторов. Их можно разделить на несколько подтипов для использования:

• Пассивирующий или абсорбирующий. То есть покрывает поверхность или взаимодействует с металлом.
• Тип агрессивной среды.
• Химическое вещество органическое, неорганическое или летучее.
• Особенности присадки.

Ингибиторы, в зависимости от типа, могут защищать все виды металлов, препятствовать образованию осадков. Они должны работать при высоких температурах, не содержать вредных присадок и устранять органические соединения. Находящиеся в составе присадки очень влияют на эффективность защиты.

Рис. 1 Применение ингибиторов

Ортофосфат. При высокой жесткости воды вызывает выпадение осадка и образует пленку на поверхности. Количество добавляемого вещества от 10 до 20 мг на 1 литр.

Условия применения:
- Концентрация хлора меньше 300 мг/л.
-  pH 7,5

При увеличении показателей хлористых соединений наоборот провоцирует образованию коррозии. Применяется для защиты труб из черных металлов.

 Полифосфаты. Используются так же для предотвращения коррозии в трубах из черных металлов.

Условия применения:
-  pH 7,5

Концентрация хлора значения не имеет, удаление солей жесткости не требуется. Увеличение качества обработки осуществляется путем добавления цинка. Расход 10-20 мг на 1 литр.

Фосфонаты. Используются только совместно с цинком или полифосфатами.

Условия применения:

-  pH от 7 до 9 единиц.

Реагент подается дозировано из расчета 10-20 мг/л.

Молибдат. Защищает изделия из черных металлов и алюминия. Добавляется от 75 до 150 мг/л.

Условия применения:

-  pH от 5,5 до 8,5 единиц.

Не рекомендуется использовать в жесткой воде, так как реагент выпадает в осадок. Высокая концентрация хлора и сернистых примесей уменьшает эффективность, но без образования свищей.

Силикат. Применяются для труб из черных металлов и медных сплавов. Добавляется из расчета 10-20 мг/л.

Условия применения:
-  pH от 7 единиц и выше

Позволяет создать пленку, которая будет защищать до 14 дней.

Цинк. Используется как добавочный элемент совместно с полифосфатами, ортофосфатами и другими.

Условия применения:
-  pH до 7,5

Применяется для усиления защитных свойств и позволяет снизить расход ингибитора.

Хлор и бром. Используются для обеззараживания.

Условия применения:
-  pH 8

Если уровень pH выше условий применения, то добавляют бром. Добавляют от 0,1 – 0,5 мг/л.

Нитрит. Образовывает пленку окиси железа.

Условия применения:
-  pH от 9 до 9,5

Концентрация вещества составляет 250 – 1000 мг/л. Совместим с молибдатом. При этом уменьшается расход. Нитриты уничтожаются бактериями. Поэтому требуется добавлять ингибиторы коррозии.

Способ применения. Добавление ингибитора происходит с помощью насоса и импульсного датчика в систему водоснабжения. Система устанавливается после деаэрации и умягчения воды.

4.    Рекомендации

При выборе ингибитора необходимо узнать состав исходной воды, сравнить показатели с условиями применения. Рассчитать расход вещества. Если полученная цифра слишком велика, практически всегда есть возможность комбинирования веществ. При этом улучшается их эффективность и снижается потребление.

Выбирается ингибитор, основываясь на некоторых факторах.

• Какой расширительный бачок применяется. Бывают открытого или закрытого типа.
• На какой тип металлов ориентирована защита: медные сплавы, алюминиевые, черные металлы.
• Кислотно-щелочной баланс воды.
• Концентрация солей и хлора.

Для изменения технических характеристик воды используются дополнительные реагенты. Щелочь для повышения pH.Цеолиты для умягчения воды. Ортофосфат кальция предотвращает прилипание осадков, при концентрации от 10 до 15 мг/л. Бензотриазол – для защиты медных сплавов. При бактериальном загрязнении добавляются полиакрилаты, акрилатовые элементы и другие. Концентрация таких веществ составляет от 2 до 3 мг на 1 литр.