Сучасне обладнання для захисту від внутрішньої корозії інженерних мереж

Ефективність експлуатації зовнішніх мереж теплопостачання і внутрішніх систем водяного опалення, гарячого водопостачання значною мірою залежать від якості теплоносія – води.

Ефективність систем може відчутно знизитись через наявність у воді шкідливих домішок (насамперед таких, що спричиняють її підвищену твердість), розчинених газів (кисню, азоту, водню, метану) і завислих речовин.

Твердість води зумовлена наявністю в ній розчинених солей, зокрема кальцію і магнію. Концентрація солей цих двох елементів впливає на процес утворення осаду – відкладень у вигляді твердих фракцій (накипу, шламу, магнетиту).

Сумарна твердість сирої води дорівнює сумі карбонатної (тимчасової) та некарбонатної(постійної) твердості. Карбонатна твердістьспричинена наявністю у воді бікарбонатів, карбонатів і гідроксидів кальцію і магнію. Некарбонатна твердість зумовлена наявністю розчинених у воді сульфатів, нітратів, силікатів і хлоридів кальцію і магнію.

Твердість води виражається в мг-екв/л. Для чавунних секційних котлів загальна твердість води не повинна перевищувати 0, 3 мг-екв/л; для сталевих котлів нормативна карбонатна твердість води повинна складати 1, 5 мг-екв/л за умови нагрівання до 75^оС і 0, 7 мг-екв/л – при нагріванні до 100^оС.

В системах теплопостачання під час нагрівання води зі значною твердістю починається розкладання сполук кальцію і магнію. При цьому нерозчинні сполуки кристалізуються у вигляді накипу на внутрішніх стінках теплообмінника котла, труб, запірно-регулюючої арматури і нагрівальних приладів. Відкладення накипу на поверхнях нагріву знижує коефіцієнт теплопередачі металевої стінки теплообмінника котла, що призводить до перевитрати палива. В місцях утворення накипу стінки теплообмінника котла можуть неприпустимо перегріватись, в результаті чого механічна міцність металу зменшується, стінки теплообмінника деформуються, з’являються опуклості в сталевих і тріщини в чавунних теплообмінниках.

Солі кальцію і магнію, а також двоокис кремнію можуть утворювати або накип, або шлам. Накип – це тверді відкладання на стінках елементів систем теплопостачання. Шлам – це завись, що нагромаджується в нижніх частинах обладнання у завислому стані.

Осад магнетиту (Fe₃O₄) утворюється з участю заліза. Такий чорний осад, який накопичується на дні радіаторів у вигляді твердих відкладень, суттєво зменшує теплопередачу. Це призводить до збільшення тепловтрат і руйнування металу.Магнетит має властивість накопичуватись у магнітних полях, наприклад в насосах або в електромагнітних клапанах. Це може спричинити їх передчасний вихід з ладу.

Корозія – це процес поступового руйнування матеріалів, з яких виконані елементи системи. В процесі корозії змінюється склад води внаслідок розчинення в ній продуктів корозії. Корозійна здатність води залежить від її кислотності або лужності. Ця реакція виражається через водневий показник рН, який дорівнює від’ємному логарифму концентрації іонів водню: рН = - lg[H⁺].

За нейтральної реакції води – рН 7; за кислої – рН < 7 (з наближенням рН до нуля підвищується кислотність води); за лужної – рН > 7 (з наближенням рН до 14 посилюються лужні властивості води).

Рівень рН води впливає на процес корозії матеріалів, з яких виконані елементи системи, по-різному:

· для нержавіючої сталі, міді та полімерних матеріалів реакція води не має суттєвого значення;

· для систем із чорної сталі величина рН повинна бути в межах 9- 10 (оптимальне значення – 9, 6);

· для систем з алюмінію величина рН не повинна перевищувати 8, 3 (за рН > 8, 3 починається корозія алюмінієвих елементів).

У зв’язку з різними вимогами до величини рН небажано, щоб в одній системі були поєднані елементи з різних матеріалів.

Вільний двоокис вуглецю (СО₂) міститься у воді в розчиненому вигляді. Одна його частина відповідає за карбонатно-кальцієву рівновагу, а друга є агресивною. Кількість агресивного двоокису вуглецю впливає на рівень корозійної активності води. Двоокис вуглецю знижує значення рН води, створює у сполуці з водою агресивну до металу вугільні кислоту (Н₂СО₃), яка роз’їдає всю поверхню металу, тобто викликає загальну корозію. Проявом вуглекислотної корозії є рудий або коричневий колір води.

Гази, наявні у воді в розчиненому стані та у вигляді мікробульбашок, також негативно впливають на елементи систем. Вільний і розчинений у воді кисень є чинником виразкової корозії металу. Це локальна корозія. Розчинність кисню у воді зменшується з підвищенням температури. Нагрівання води до 95^оС сприяє ефективному видаленню кисню. Кількість вільного кисню у воді, призначеній для заповнення і підживлення низькотемпературних водогрійних котлів, повинна бути меншою від 0, 1мг/л.

Причиною виразкової корозії металу може бути також підвищений вміст хлоридів у воді (понад 100мг/л для кислотостійкої сталі та понад 250 мг/л – для чорної сталі). Їх здатність розчинятися у воді значно вища від здатності інших солей і, як і у всіх солей, посилюється від нагрівання.

Небажаною є наявність у воді заліза, міді, марганцю та інших металів. Залізо може міститись у воді у двовалентній (розчинній у воді) та тривалентній (нерозчинній у воді) формах. Щоб вилучити його з води, застосовують метод знезалізнення (окиснення – переведення двовалентного заліза в тривалентне) з подальшим фільтруванням. Вміст заліза у воді, призначеній для заповнення і підживлення низькотемпературних систем опалення, повинен бути якомога нижчим (менш ніж 0, 1мг/л). Мідь і марганець у поєднанні з залізом можуть призвести до гальванічної корозії металу. Це особливо небезпечний вид корозії. Часто в одній і тій самій системі опалення використовують елементи, виготовлені зі сталі, міді, алюмінію. За таких умов існує велика небезпека розвитку гальванічної корозії. У таких випадках необхідно правильно підібрати хімічні засоби для коригування якості води з внесенням спеціальних інгібіторів гальванічної корозії.

Фосфати, що містяться у воді, не кристалізуються (тобто не утворюють накипу), однак у сполуці з кальцієм і магнієм утворюють шлам, який вилучають з опалювальної системи за допомогою механічних сітчастих фільтрів, шламовловлювачів, грязьовиків або відмулювачів.