Применение оцинкованных труб для горячего водоснабжения

Обновлено: 18.05.2024

Эффективность применения металлического цинкового покрытия для антикоррозионной защиты трубопроводов горячего водоснабжения (ГВС)

Трубопроводы ГВС составляют значительную часть от всех систем тепловодоснабжения, поэтому вопрос о защите труб ГВС от внутренней и внешней коррозии стоит так же остро, как и для трубопроводов теплоснабжения.

Наибольший интерес для потребителя представляют металлические антикоррозионные покрытия, благодаря возможности их нанесения как на внешнюю, так и на внутреннюю поверхность трубы.

Необходимые рекомендации при выборе металлических защитных покрытий

При оценке возможности применения металлических покрытий для антикоррозионной защиты, необходимо учитывать ряд технико-экономических факторов, влияющих, в конечном итоге, на стоимость покрытий:

- стоимость металла покрытия, масштабы его производства в стране, природные запасы;

- технологичность и производительность способа нанесения покрытия;

- степень использования стандартного оборудования, возможность механизации технологического процесса, ориентировочная стоимость покрытия;

- возможность нанесения в технологическом цикле изготовления конструкции (использование производственных площадей и мощностей, а так же типового проекта предприятия);

- возможность нанесения покрытия при ремонте трубопровода (в полевых условиях) или при монтаже (в трассовых условиях) [1].

Существующая практика применения металлических покрытий

Для возможности удовлетворения выше перечисленным рекомендациям при выборе металлических покрытий, предлагались защитные покрытия из хрома, никеля, кадмия, цинка и алюминия.

Исходя из стоимости, наибольший интерес для потребителя долгое время представляло и до сих пор находит массовое применение металлическое цинковое покрытие для защиты систем ГВС как от внутренней, так и от наружной коррозии.

Стоимость трубы с цинковым металлически покрытием в два раза дороже трубы без покрытия, но как минимум в два раза дешевле по сравнению с другими металлическими покрытиями, хотя является, как видно из ниже приведенной таблицы, наименее долговечным.

Таблица 1.Скорость коррозии металлических покрытий в воде и паровоздушной среде (по данным испытаний в 2000 году), мкм/год.

Покрытие	Речная вода при t, 0 С		Дистиллированная вода при t=80 0 С	Паровоздушная среда при t, 0 С
Покрытие	25	70	Дистиллированная вода при t=80 0 С	80	180
Хром	< 1	1,2	< 1	-	0,1
Никель (электрически охлажденный)	1,3	4,5	1	-	1,5
Никель (химически охлажденный)	2,3	6,5	2	-	1,5
Кадмий	5	40	6	4	38
Цинк	18	90	70, 137 *	56, 96 *	-

* Покрытия, нанесенные газотермическим способом; состав речной воды, мг/л: Cl - - 60; HCO - ₃ – 65; SO 2- ₄ –125; CaO – 50.

Технология нанесения цинкового металлического покрытия

Исходным сырьем при производстве цинка являются сульфидные цинковые и полиметаллические руды.

Гидрометаллургическим способом получают 85% всего цинка [4].

В зависимости от конфигурации и необходимой толщины наносимого металлического покрытия от 0,005 до 0,5 мм применяют различные технологии по его нанесению [3].

Наибольшее применение для нанесения внутреннего и внешнего цинкового покрытия на трубы наша технология гальванотехники – цинкование в кислых слабокислых и цианистых электролитах. До последнего времени имело место самое широкое применение цинкование в цианистых электролитах из-за наиболее их высокой рассеивающей способности стабильности в работе простоте корректировки и малой чувствительности к недостаткам подготовки имеющем место на практике. Трубы перед цинкованием обезжиривают, а после нанесения покрытия проводят его пассивирование для повышения его коррозионной стойкости и придания ему декоративного внешнего вида [2].

Эксплуатационные характеристики цинкового покрытия

при работе их на сетях

При использовании труб с цинковым металлическим покрытием необходимо знать:

- применение оцинкованных стальных труб дает хорошие результаты при работе в холодной и теплой воде при температуре не выше 60 0 С;

- цинковые покрытия, кроме барьерно-изолирующих функций, осуществляют также электрохимическую защиту металла трубы при наличии в покрытии сквозного нарушения сплошности (царапин, сплошных дефектов, трещин, пор и т.д.). В гальванической паре железо-цинк покрытие является анодом. Однако при температуре 60-70 0 С происходит изменение полюсов гальванической пары железо-цинк. Потенциалы цинка и основного металла могут в этих условиях так значительно измениться, что потенциал железа станет более отрицательным, чем потенциал цинка, и это приведет к тому, что цинк окажется катодом, а сталь – анодом, что приводит к возникновению электрохимической коррозии покрытия;

- в интервале температур 60-85 0 С, а так же в водяном паре, скорость коррозии цинка может достигать 1-3 мм/год, поэтому цинковые покрытия для защиты от коррозии стальных теплопроводов не применяются [1].

Следует отметить, что при существующей практике прокладки сетей ГВС с цинковым покрытием и сетей теплопровода в одном канале, часто происходят ситуации возникновения в канале совместного температурного режима, а так же повышения влажности (воздействие водяного пара), что приводит к повышению скорости коррозии внешнего цинкового покрытия труб ГВС и, как следствие, уменьшению их срока службы.

Проблема защиты мест стыковки труб (сварные швы) по определенным причинам до конца не решена и является местом ускоренной коррозии металла.

Опыт применения оцинкованных труб ГВС показывает, что, учитывая вышеперечисленные причины, срок службы труб с цинковым покрытием всего в 1,5-1,8 раза превышает срок службы труб без покрытия.

Требования техники безопасности и экологии при применении цинкового металлического покрытия

Необходимо знать, что при монтаже труб с цинковым покрытием – сварочная работа – в воздух рабочей зоны выделяются пары ZnO и цинковая пыль, которые вызывают так называемую литейную лихорадку (симптомы – озноб, ломота и боль в мышцах, головная боль, тошнота, кашель), поэтому при проведении сварочных работ необходимо строго соблюдать требования техники безопасности, и обеспечить вентиляцию рабочего места (чтобы содержание ZnO в рабочей зоне не превышало его ПДК – 0,5 мг/м 3 ) [4].

С точки зрения экологии металлический цинк безопасен, но следует учитывать, что растворимые соли цинка могут образовываться в результате химического воздействия с химическими элементами, содержащимися в горячей воде, приводят к расстройству пищеварения и раздражения слизистой оболочки [4].

Как следствие, учитывая вышеперечисленные факторы по ТБ и экологии, во многих странах мира отказались от применения цинкового покрытия для труб ГВС, но, учитывая его низкую стоимость по сравнению с другими покрытиями, его используют для защиты труб, применяемых для передачи технической воды в различных производствах.

На сегодняшний день в мире для защиты от внутренней и внешней коррозии труб ГВС трубопроводов теплоснабжения находят все большее применение другие металлические покрытия, такие как алюминиевые, а так же полимерные и эмалированные покрытия.

Исходя из конкретных условий эксплуатации сетей ГВС, заинтересованным организациям необходимо изменить подход в выборе защитных покрытий, и, как минимум, руководствуясь существующими технико-экономическими расчетами, оценить свои возможности по применению того или иного вида защитного покрытия, что позволит:

- значительно увеличить рабочий ресурс трубопроводов;

- способствовать значительному снижению капиталовложений.

2. Вольберг В.В., Волков А.Ю. Устройство и эксплуатация оборудования для металлопокрытий и окрашивания. Москва, «Высшая школа», 1991 г. – с. 31, 32, 34.

3. «Химическая энциклопедия», т. 1. Москва, «Советская энциклопедия», 1988 г. – с. 499.

4. «Химическая энциклопедия», т. 5. Москва, «Советская энциклопедия», 1988 г. – с. 379.

Можно ли стаавить оцинковку на ГВС?

Оцинкованные трубы ставить можно, но соединять на сварке их нельзя, только резьбовыми фитингами. Это пункты 4.6 и 5.1.2 СП 73. Кроме того - гнуть только в холодном состоянии.
Фактически это и ограничивает применение оцинкованных труб.

А раньше оцинкованные трубы для ГВС были обязательны. Просто не было пластика. И по сварке было требование о использовании самозащитной проволоки и сварочных материалов с флюсами. Это было невозможно проконтролировать, в результате оцинкованные трубы на ГВС в местах соединений разрушались быстрее черных из-за электрохимической коррозии.

Поэтому требования изменили и правильно сделали.

Кроме того - гнуть только в холодном состоянии.

Проектировщик ВК. LISP-любитель.

Поэтому требования изменили и правильно сделали.

Не понятно что правильного.

Теперь есть
СП 73.13330.2012 п.4.6
"Применение сварных трубопроводов из оцинкованной стали не допускается."

То есть, теперь на оцинкованные сварке нельзя вообще никак - и это хорошо. Но теперь нет указания, что стальные трубы должны быть оцинкованные.

__________________
apel.fas 44d32'44"С, 33d26'51"В Но теперь нет указания, что стальные трубы должны быть оцинкованные.

И не надо. Трубы могут быть оцинкованными, но при условии выполнения правил производства работ. Есть возможность делать все на резьбовых фитингах - пожалуйста, предусматривайте. Запрета нет. Но теперь есть альтернатива, причем более простая в монтаже и более качественная.

А раньше были обязаны ставить оцинковку. И только оцинковку. Но выполнить правила монтажа было практически невозможно. В результате получалось плохо. Вот поэтому эти изменения норм я считаю хорошими, хотя по другим вопросам в новые СП много чуши натолкали.

Проектировщик ВК. LISP-любитель.

А раньше были обязаны ставить оцинковку. И только оцинковку

Я извиняюсь за занудство, может я вас не так понял, но и раньше не обязаны только оцинковку:
СНиП 2.04.01-85* п.10.1. "Для внутренних трубопроводов холодной и горячей воды следует применять пластмассовые трубы и фасонные изделия из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полибутилена, металлополимерные, из стеклопластика и других пластмассовых материалов - для всех сетей водоснабжения, кроме раздельной сети противопожарного водоснабжения.

Вот только стальные неоцинкованные - было нельзя, а теперь получается - можно черную на сварке, ибо в СП запрета нет.

Но теперь есть альтернатива, причем более простая в монтаже и более качественная. Это вы о пластике? Если да - то конечно, это все правда, но бывают ситуации, когда все-же приходится ставить на водопровод сталь, особенно магистрали. И вот тут есть проблема, т.к. на резьбе собрать оцинковку более DN50 - технологически сложно, а сваркой - запрещено (и правильно, что запрещено). __________________
apel.fas

. устойчив, трещиностоек, никогда не ухожу с опоры в пролёт

в Вашингтонах не бывал, в Чикаги не собираюсь У меня вопрос аналогичного плана. Изложу суть проблемы. В помещении насосной станции внутренний трубопровод[1] (от погружных насосов к выпуску из сооружения, L=около 10м)) запроектирован из труб ВШЧГ Dу=150мм. (Далее наш проектируемый внутренний напорный трубопровод врезается в существующий тр/провод[2] от выпуска до водобойного сущ. колодца городской ливнёвой канализации, производится только санация сущ. тр/провода[2] до водобойного колодца.
Так вот, заказчик требует внутренний трубопровод[1] (от погружных насосов к выпуску из здания выполнить не из труб ВШЧГ, а из нержавеющей стали. Можно ли как-то доказать заказчику абсурдность этого требования?(желательно со ссылкой на нормативы или хотя бы какую-нибудь литературу).
Да, и ещё: на этом трубопроводе(который "должен быть из нержавейки") располагается также куча всяких прибамбасов(задвижек, расходомеров, обратных клапанов и т. д.)
Помогите, пожалуйста, я в канализационных вопросах некомпетентен вообще((мягко говоря), а перечитывать нормативку и литературу по ВК просто нет времени, да и не уверен я, что где-то существует прямой запрет на применение нержавейки в ливнёвой канализации.
Offtop: P. S. Этот трубопровод предназначен для выброса ливневых стоков из резервуара-накопителя мелкозаглубленного транспортного тоннеля, т. е для удаления поверхностных стоков с проезжей части тоннеля __________________
Строительный Развод Организованный:
Распилим-Откатим-Кинем-Отмажем-Конкретно Опустим Последний раз редактировалось СРО РОКОКО, 22.07.2016 в 18:54 .

Проектировщик ВК. LISP-любитель.

не уверен я, что где-то существует прямой запрет на применение нержавейки в ливнёвой канализации. вопрос и правда совсем не в тему, но никаких запретов на нержавейку в ливневке, нет. Единственный аргумент против такого решения - его цена. __________________
apel.fas 44d32'44"С, 33d26'51"В Я извиняюсь за занудство, может я вас не так понял, но и раньше не обязаны только оцинковку:
СНиП 2.04.01-85* п.10.1. "Для внутренних трубопроводов холодной и горячей воды следует применять пластмассовые трубы и фасонные изделия из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полибутилена, металлополимерные, из стеклопластика и других пластмассовых материалов - для всех сетей водоснабжения, кроме раздельной сети противопожарного водоснабжения.

Так это записали в последней редакции СНиП 2.04.01-85*, когда уже появились трубопроводы из новых материалов. Там еще и медные и бронзовые упоминаются, и всякие прочие.

А до этого было (включая изменения 1996 года):

10.14. Трубопроводы системы горячего водоснабжения следует, как правило, выполнять из стальных оцинкованных труб с минимально допустимой толщиной стенки по условиям прочности и способа их соединения.
Для трубопроводов системы горячего водоснабжения допускается применять неоцинкованные стальные трубы при диаметре свыше 150 мм и в открытых системах теплоснабжения.

Вот где обычный проектировщик обзаведется "Разрешением Минздрава СССР" (несуществующего)? Вот и применяли оцинкованные трубы, чтобы ничего не доказывать. А то, что в СНиП по производству работ практически невыполнимая технология для оцинковки - это проектировщиков не волновало. Дали в общих указаниях ссылку на СНиП, где на фитингах - вот и делайте.

Так вот, заказчик требует внутренний трубопровод[1] (от погружных насосов к выпуску из здания выполнить не из труб ВШЧГ, а из нержавеющей стали. Можно ли как-то доказать заказчику абсурдность этого требования?(желательно со ссылкой на нормативы или хотя бы какую-нибудь литературу).

Если под "требует" подразумевается записано в задании на проектирование, то какая проблема? Запрета нет. Цена заказчика не волнует. Если он из своего кармана будет оплачивать. У нас один трубопровод вообще был из орудийных стволов.

Вот только если заказчик государственный, то экспертиза может и такое задание на проектирование "запретить", потому что она поставлена следить за соблюдением государственных интересов.

. устойчив, трещиностоек, никогда не ухожу с опоры в пролёт

в Вашингтонах не бывал, в Чикаги не собираюсь Если под "требует" подразумевается записано в задании на проектирование, то какая проблема? В задании на проектирование этого требования не прописано. Это "замечание" "родилось" при передаче документации заказчику на проверку перед экспертизой.
Вот только если заказчик государственный, то экспертиза может и такое задание на проектирование "запретить", потому что она поставлена следить за соблюдением государственных интересов Заказчик - государственный, проект на 100% финансируется из госбюджета, более того, заказчик - самое крупное ГБУ г. Москвы, а решение "заменить трубопроводы из труб ВШЧГ на нержавейку" - "хотелка" одной из сотрудниц отдела ВК в службе заказчика, которой её начальство "спустило на проверку" проектную документацию по этому разделу. Вот она и решила показать свою "продвинутость" (или "компетентность"?) в этом вопросе. Какова вероятность того, что экспертиза "завернёт" этот проект, если в задании на проектирование нет требования об обязательном устройстве всех трубопроводов из нержавейки? Offtop: (Или задание на проектирование нужно менять?) __________________
Строительный Развод Организованный:
Распилим-Откатим-Кинем-Отмажем-Конкретно Опустим Последний раз редактировалось СРО РОКОКО, 24.07.2016 в 17:46 . 44d32'44"С, 33d26'51"В Какова вероятность того, что экспертиза "завернёт" этот проект, если в задании на проектирование нет требования об обязательном устройстве всех трубопроводов из нержавейки? Offtop: (Или задание на проектирование нужно менять?)

Вероятность 100%. И даже если бы было в задании на проектирование. Госэкспертизе плевать на задание по объектам госфинаннсирования. Тем более на мнение "одной из сотрудниц". В данном случае экспертиза справедливо выдаст отрицательное заключение, а себе в актив (и в отчеты) запишет, сколько сэкономлено бюджетных средств. В том числе и из-за необоснованного задания. Потому, что в нормах нет указаний о применении нержавейки вместо более дешевых материалов.

Вот частный заказчик мог бы и золотые трубы задать.

Да и вообще с нержавейкой надо быть осторожными. Название "нержавеющая" сталь - условное. На некоторых средах она очень даже ржавеющая, тут много нюансов и по маркам стали и по транспортируемым средам.

. устойчив, трещиностоек, никогда не ухожу с опоры в пролёт

в Вашингтонах не бывал, в Чикаги не собираюсь __________________
Строительный Развод Организованный:
Распилим-Откатим-Кинем-Отмажем-Конкретно Опустим Вероятность 100%. Если Главгос, Мосгос или Мособл, то да. Там даже план есть - снизить в ходе экспертизы смет цену строительства не менее, чем на 30%.
А вот в провинции наоборот, за каждое снижение перед учредителем отчитываться приходится. Ибо, меньше цена - меньше откат. 44d32'44"С, 33d26'51"В Если Главгос, Мосгос или Мособл, то да. Там даже план есть - снизить в ходе экспертизы смет цену строительства не менее, чем на 30%.
А вот в провинции наоборот, за каждое снижение перед учредителем отчитываться приходится. Ибо, меньше цена - меньше откат.

Это в Ярославле так? Лично проверено, или "весь интернет знает"? Вот у нас, в самой провинциальной провинции, ничего подобного нет - ради откатов. Уж я точно знаю - уже двое начальников Госэкспертизы мои личные друзья с самой юности, все у нас откровенно.

А вот план по снижению стоимости - как бы есть, но неофициально. Нигде не записано. И если нет снижения - задают вопросы. И в отчетах всегда записывают, насколько удалось снизить стоимость. При этом все понимают, что такое снижение стоимости может быть фиктивным, и даже вредным. Например если потом эксплуатация дороже обойдется. Но такие "экономисты" теперь рулят строительством.

Это в Ярославле так? Вот у нас, в самой провинциальной провинции, ничего подобного нет

Если не секрет, где? И кому она подчинена?

В Ярославле экспертиза в подчинении департамента строительства области. Отсюда и прямой конфликт интересов. В регионах, где она подчинена непрофильному департаменту (министерству) или напрямую председателю правительства, картина конечно иная. В Питере, например, она вообще со стройнадзром объединена, а там своя вертикаль. Но много и "карманных", особенно в бедных регионах, где, что характерно, и воруют больше.

Инженер проектировщик (раздел ТМ - фриланс)

Тот же вопрос про оцинкованные трубопроводы для ГВС в ИТП.
Проект согласован в МОЭК с черными трубами на ГВС в пределах ИТП.
инспектор МОЭК на объекте ссылается на пункт из СП 41-101-95 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ
4.38 Трубопроводы в пределах тепловых пунктов должны предусматриваться из стальных труб в соответствии с требованиями СНиП 2.04.07-86* и СНиП 2.04.01-85.
Трубопроводы, на которые распространяется действие «Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» Госгортехнадзора, должны удовлетворять также требованиям этих Правил.
Трубы, рекомендуемые для применения, приведены в прил. 11.
Кроме того, для сетей горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения следует применять оцинкованные трубы по ГОСТ 3262, ТУ 14-3-482, ТУ 14-3-1428 и другие с толщиной цинкового покрытия не менее 30 мкм или эмалированные, а также неметаллические трубы, удовлетворяющие санитарным требованиям.

Про пункт 5.1. возможно сознательно игнорирует.

Диаметры труб ХВС - Ду65, ГВС Ду80.

Так и сказал в замечаниях при приёмке ИТП - предусмотреть трубы с оцинкованным покрытием на резьбовых соединениях.

Но ведь оцинковка на ГВС это не очень хорошее дело. А тут ещё и Ду65-80, резьбовые соединения? муфты нашёл.. ладно. но отводы, переходы на фланцевые соединения.
Помогите понять целесообразность этих замечаний.

Анализ причин коррозии оцинкованных труб в системах ГВС

В. А. Чухин, к.т.н., доцент, учебный мастер; А. П. Андрианов, к.т.н., доцент, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)

Коррозия стальных труб представляет серьёзную проблему при эксплуатации систем горячего водоснабжения. На основании изучения структуры и элементного состава цинкового покрытия на новых и бывших в употреблении стальных оцинкованных трубах сделано предположение, что одной из причин быстрой коррозии может быть неравномерность распределения цинкового покрытия по внутренней поверхности трубы. Предложен способ идентификации коррозии, основанный на использовании тестовых образов стальной трубы и определении в составе образующегося осадка характерных продуктов коррозии.

Ключевые слова: водоснабжение, горячее водоснабжение, идентификация коррозии, коррозия, оцинкованные стальные трубы, цинковое покрытие.

An analysis of the causes of corrosion of galvanized pipes in hot water supply systems

V. A. Chukhin, PhD, Associate Professor, training master of the Department of Water supply and sewerage; A. P. Andrianov, PhD, Associate Professor of the Department of Water supply and sewerage, Moscow State University of Civil Engineering (NRU MGSU) National Research University

Corrosion of steel pipes is a serious problem in the operation of hot water supply systems. Based on the study of the structure and elemental composition of the zinc coating on new and used steel galvanized pipes, it is assumed that one of the reasons for the rapid corrosion may be the uneven distribution of the zinc coating along the inner surface of the pipe. A method for identifying corrosion is proposed, based on the use of test samples of a steel pipe and the determination the characteristic corrosion products in the resulting precipitate.

Keywords: corrosion, galvanized steel pipes, hot water supply, identifi cation of corrosion, zinc coating, water supply.

Введение

Высокая скорость коррозии стальных водопроводных труб приводит к тому, что проектные и строительные организации для внутренних систем водоснабжения применяют трубы из пластмасс, меди, нержавеющей стали. Однако, исходя из противопожарных и экономических соображений, часто используют схемы, в которых магистральные трубопроводы выполняют из стальных оцинкованных труб, а стояки и подводки к приборам — из полипропиленовых или металлопластиковых труб. Однако проблема коррозии не стала менее актуальной, и количество обращений на жалобы населения на качество воды не снижается. Особенно это касается систем горячего водоснабжения.

Примеры быстрой коррозии труб в системе горячего водоснабжения можно найти как в специальной технической литературе, так и в Интернете, что свидетельствует о недостаточном исследовании данной проблемы. Так, например, на интернет-форуме НП «АВОК» сообщается о двух случаях сквозной коррозии стальных оцинкованных стояков и подающих магистралей в системе горячего водоснабжения в жилых многоэтажных зданиях, начавшейся через один-два года после ввода их в эксплуатацию. Авторами также зафиксированы случаи быстрой коррозии трубопроводов горячего водоснабжения, обусловленные повышенной коррозионной активностью опреснённой воды (корпуса учебного заведения, город Владивосток) и наличием токов утечки (жилые здания, город Москва).

В статье [1] приведены результаты обследования систем отопления и горячего водоснабжения на объектах различного назначения в Москве. По утверждению авторов статьи, одной из причин ускоренной коррозии трубопроводов в зданиях являются протекающие по ним токи промышленной частоты, связанные с нарушениями эксплуатации систем электроснабжения этих же зданий. Коррозия наблюдается несмотря на соблюдение основных требований к составу воды. В ходе проведённых измерений было зафиксировано, что по трубопроводам протекают переменные токи промышленной частоты силой от 0,1 до 18,2 А [1]. Такие явления возникают при использовании металлических трубопроводов для заземления электроприборов или при подключении нулевого проводника к корпусу оборудования, гальванически соединённого с трубопроводом.

Среди причин, вызывающих высокую скорость коррозии оцинкованных труб в системах горячего водоснабжения, помимо качества исходной воды и утечек тока, можно назвать следующие факторы: воздействие повышенной температуры (более 60 °C), монтаж одной и той же системы водоснабжения из различных труб, в том числе медных, сварка оцинкованных труб без соблюдения требований стандарта, наличие микробиологической коррозии, низкие скорости движения воды.

В результате наблюдения за работой систем водоснабжения, смонтированных из труб, выполненных из различных материалов, были сделаны выводы, что следует избегать расположения трубопроводов из стали (за исключением нержавеющей), алюминия или цинка после медных (по направлению движения потока воды) во избежание преждевременной коррозии указанных труб. При осаждении на поверхности цинка металлической меди образуется короткозамкнутый элемент, в котором цинк является анодом, а медь — катодом. Поскольку медь находится в контакте с цинком и оба эти металла окружены водой, гальванический элемент оказывается «включённым». Цинк в виде иона Zn 2+ переходит в воду, а оставшиеся от каждого атома два электрона переходят на более электроположительный металл — медь. К медному катоду подходят ионы водорода, принимают электроны и превращаются в атомы водорода, а затем и в молекулы водорода. Таким образом, при наличии деполяризатора процесс протекает до тех пор, пока не растворится весь цинк.

Примеры аномально высокой скорости коррозии оцинкованных труб можно найти и в зарубежной литературе. Так, в системе ГВС в городе Гданьск-Вжещ (Польша) цинковое покрытие было полностью уничтожено в течение трёх-четырёх лет [2]. В качестве причины были названы высокий уровень кислорода и агрессивной углекислоты в воде, а также содержание хлорид и сульфат-ионов в общей сумме более 50 мг/дм³. Температура горячей воды и особенно перепады температуры также имеют большое значение, так как они являются источником трещин и разрушения созданных слоёв продуктов коррозии, обладающих защитными свойствами. Поддержание постоянной температуры воды ниже 55 °C при рН = 7,4–7,8 является, по мнению авторов статьи, одним из эффективных способов снижения скорости коррозии [2].

В целом, в зарубежной литературе очень мало информации о коррозии стальных труб в системе горячего водоснабжения, так как большинство внутренних систем водоснабжения изготавливается из меди или пластика.

Следует отметить, что в литературе, посвящённой коррозии оцинкованных труб и оценке влияния различных факторов, наименьшее внимание уделяется исследованию качества цинкового покрытия, которое в первую очередь подвергается воздействию неблагоприятных факторов. Известно, что металлические трубы, используемые для систем распределения воды, корродируют из-за их термодинамической неустойчивости. Чтобы избежать коррозии, стальные трубы покрывают защитным слоем цинка с толщиной покрытия от 20 до 85 мкм в зависимости от требований нормативной документации [3].

В России производство стальных труб нормируется общепринятыми стандартами, относящимися к водогазопроводным (ГОСТ 3262–75*) и электросварным прямошовным (ГОСТ 10704) трубам, на которые и наносится цинковое покрытие. Требования к водогазопроводным оцинкованным трубам по ГОСТ 3262–75* формулируются так: покрытие водопроводных оцинкованных труб должно быть сплошным, а толщина цинкового слоя должна быть не менее 30 мкм. Покрытие на оцинкованные стальные трубы наносится по различным технологиям, выбор которых зависит от габаритов изделий, предъявляемых требований к качеству и прочности слоя цинка [4]: электрогальваническое цинкование, горячее цинкование и термодиффузионное осаждение.

Электрогальваническое цинкование. Способ основан на растворении цинковых электродов в растворе электролита под действием электрического тока. В процессе электролиза цинк осаждается на поверхности трубы. Преимущества: ровное покрытие, толщина слоя достигает 30 мкм. Недостатки данного метода: слабая адгезия, пористость покрытия определяет незначительный срок эксплуатации (до пяти лет).

Горячее цинкование. Данный способ позволяет получить наиболее надёжное покрытие, в промышленных масштабах применяется достаточно часто. Для нанесения покрытия заготовку помещают на определённое время в расплав цинка. Недостатки: на поверхности труб могут образовываться наплывы, поэтому будет требоваться повторная механическая обработка. Существует ограничение по марке стали, к которой может применяться такой способ — содержание углерода не более 0,24 %. Как показывает опыт, горячеоцинкованная сталь может служить до 50 лет без видимых коррозионных повреждений и возобновления цинкового покрытия.

Термодиффузионное покрытие цинком. Стальная оцинкованная труба получается путём нанесения на поверхность заготовки паров цинка, весь процесс осуществляется в герметичных ёмкостях, что обеспечивает высокую экобезопасность процесса. Преимущества: значительная твёрдость покрытия, отсутствие наплывов, возможность обрабатывать детали сложной конфигурации (резьбы), срок эксплуатации труб превышает 15 лет. Цинковое покрытие защищает сталь от коррозии, во-первых, за счёт создания барьера, который отделяет сталь от агрессивной среды, и, во-вторых, цинковое покрытие является анодом по отношению к железу, обеспечивая электрохимическую защиту. При выборе антикоррозионной защиты основное внимание уделяется скорости разрушения покрытия и необходимости его возобновления. Этот показатель для цинка составляет 0,5–6,0 мкм/год в зависимости от условий эксплуатации.

Микроструктура покрытия значительно отличается в зависимости от метода его нанесения [5]. На рис. 1 показана микроструктура цинкового покрытия, полученного методом горячего цинкования [15]. По литературным данным оптимальная структура цинкового покрытия включает четыре слоя: «гамма» (γ), «дельта» (δ), «дзета» (ζ) и «эта» (η), имеющих различную толщину и выполняющих различные функции [3]. Чтобы быть эффективным, наружный η-слой должен составлять как минимум 45 % толщины всего покрытия [3].

Для каждого слоя на рис. 1 указана твёрдость в единицах Виккерса. Можно видеть, что все три интерметаллических слоя твёрже, чем стальная основа, тогда как наружный слой «эта» имеет низкую твёрдость и высокую пластичность. Такое сочетание свойств цинкового покрытия обеспечивает ему высокую стойкость к износу. Железо, как это следует из рис. 1, в большем или меньшем количестве всегда присутствует в расплаве цинка. Оно попадает в расплав главным образом в процессе цинкования вследствие взаимодействия между расплавленным цинком и железной поверхностью изделий и корпуса ванны. С увеличением содержания железа в расплаве значительно увеличивается толщина покрытия, а также ухудшаются его пластичность и внешний вид. При этом в верхнем слое цинкового покрытия (ζ-фаза) содержится большое количество включений.

Кроме того, известно, что кремний, марганец и фосфор значительно повышают скорость взаимодействия между сталью и расплавленным цинком, в результате чего усиливается рост слоя сплава в покрытии. При высоком содержании кремния и фосфора покрытие в основном состоит из железоцинковых соединений, представляющих собой столбчатые δ₁и ζ-кристаллы. Особенно сильно развита ζ-фаза. Слой чистого цинка (η-фаза) в таких покрытиях очень тонкий, а иногда даже полностью отсутствует. При этом поверхность покрытия приобретает светло-серый цвет.

Минимальная толщина цинкового покрытия по европейскому стандарту EN 10240 составляет 55 мкм на внутренней стороне оцинкованной стальной трубы (то есть на 25 мкм больше, чем по российскому стандарту) и 28 мкм на сварке. Замеры толщины оцинкованного покрытия на участке трубы длиной 10 см показали, что стандарт в большинстве случаев не соблюдается (табл. 1): средняя толщина составила 41,5 ± 8,6 мкм [3].

Фотографии, приведённые на рис. 2, показывают, что даже при соблюдении минимальной толщины 55 мкм микроструктура оцинкованного покрытия может быть неравномерной, с наружным защитным слоем чистого цинка «эта» (η), слишком тонким, чтобы обеспечить эффективную защиту стальной подложки от коррозии. В том случае, когда покрытие имеет толщину менее 20 мкм (рис. 2б), его структура состоит примерно из 50 % «дельта» (δ)-слоя и 50 % «дзета» (ζ)-слоя, а наружный защитный слой чистого цинка «эта» (η) отсутствует. В некоторых случаях неоднородность оцинкованного покрытия вызвана слишком тонким слоем чистого цинка «эта» (η), при этом «дзета» (ζ)-слой достигает поверхности покрытия при недостатке «дельта» (δ)-слоя в некоторых местах, что затрудняет защиту стальной подложки от коррозии (рис. 2в).

При этом те покрытия, в которых «дзета»-фаза отсутствует или слишком толстая и представлена столбчатой структурой, не защищают сталь от общей коррозии [3].

Материалы и методы

Для уточнения причин ускоренной коррозии в системе горячего водоснабжения жилого 17-этажного дома в Москве экспертами в лабораторию кафедры водоснабжения и водоотведения НИУ МГСУ для проведения металлографических исследований были переданы образцы трубы, имеющих цинковое покрытие со следами коррозии. Труба диаметром 40 мм была извлечена из системы горячего водоснабжения после двух лет эксплуатации на московской водопроводной воде, которая может быть охарактеризована как слабокоррозионная.

Для сравнения были также проведены исследования покрытия новой оцинкованной трубы диаметром 15 мм. Металлографические исследования проводились с использованием светового (МБС-10) и электронного микроскопов (Quanta 250 FEI), а также количественного измерения структурных составляющих цинкового покрытия (Genesis Apex 2 EDS System и Apollo X SDD Edax). Подготовка шлифов для структурного анализа была выполнена с использованием шлифовальной бумаги марок Р240 (крупность зёрен 50–63 мкм) и Р1500 (крупность зёрен 7–10 мкм) ГОСТ Р 52381–2005. В качестве раствора для травления были использованы 0,1 н. и 0,4 н. растворы соляной кислоты.

Результаты исследования

На рис. 3 представлены микрофотографии, а в табл. 1 — результаты энергодисперсионного анализа цинкового покрытия фрагмента трубы. На основании анализа состояния системы водоснабжения эксперты, обнаружившие свищи в трубах горячей воды, сделали вывод, что причиной ускоренной коррозии является утечка тока. Измерения толщины слоя цинка показывают, что при нормативной толщине 30 мкм большая часть слоя имеет значения около 50 мкм, но на отдельных участках эта толщина снижается до 18 мкм, что может приводить к локальным нарушениям цинкового покрытия в процессе эксплуатации.

При проведении обследования внутренней поверхности того же фрагмента трубы с помощью стереоскопического микроскопа были обнаружены мельчайшие следы очагов коррозии на общем фоне ненарушенного покрытия (со стороны воды), имеющие размеры около 0,1 мм. Анализ структуры цинкового покрытия на внутренней поверхности этой же трубы показывает, что неравномерное распределение и нарушение сплошности цинкового покрытия могут быть причиной появления сквозных свищей при электрохимической коррозии. После нарушения цинкового покрытия процесс коррозии в горячей воде ускоряется в несколько раз. Нами проведены исследования по изучению скорости коррозии образцов в виде пластин, вырезанных из стальной неоцинкованной трубы, в холодной и горячей водопроводной воде.

В зависимости от условий проведения экспериментов средняя массовая скорость коррозии, измеренная по изменению веса образца, составила 0,148 г/(м²·ч), а средняя скорость глубинной коррозии, вычисленная из закона Фарадея, равна 0,165 мм/год. Исследования, проведённые на этих же образцах в горячей воде при +50 °C, показали, что массовая скорость коррозии составила 0,492–0,834 г/(м²·ч), а глубинная скорость — 0,545–0,93 мм/год. Таким образом, можно сделать вывод, что появление свищей при нарушенной поверхности цинкового покрытия и толщине стенки трубы 3 мм может произойти через два-три года, что сопоставимо с приведёнными выше данными.

На рис. 4 представлены микрофотографии цинкового покрытия новой трубы диаметром 15 мм. Как следует из рисунка, неравномерность покрытия наблюдается так же, как и в случае труб, бывших в эксплуатации. Можно отметить, что в составе цинкового слоя содержание чистого цинка больше, чем в трубах бывших в эксплуатации, что свидетельствует о «вымывании» цинка при коррозии не только из поверхностного слоя, но и из более глубоких слоёв (табл. 2).

Выводы

Обобщая приведённые данные, можно сделать вывод, что, несмотря на накопленные сведения о коррозии оцинкованных труб, нельзя утвердительно ответить, какой из многочисленных факторов приводит к появлению свищей. Безусловно, версия, что токи утечки, имеющие значения до 18 А, как это было указано выше, являются наиболее естественной по сравнению с остальными. Расчёты показывают, что ток 23 мкА в течение года приводит к появлению в стенке трубы толщиной 3 мм питтингов, имеющих поверхность 0,1 см² [2]. Однако эти данные относятся к электрохимической коррозии, а токи, отмечаемые в работе [1], должны приводить к более быстрой коррозии, чем наблюдаемая. Поэтому эксперты, оценивая причины коррозии стальных оцинкованных труб, при отсутствии достаточной информации приходят к выводу, что коррозия является следствием совокупности факторов.

В ряде случаев точное установление причин ускоренной коррозии можно провести на основе анализа продуктов коррозии и осадка, удалённых из зоны появления питтингов.

Особую роль играет коррозионное разрушение электролизом, при котором возникновение каверн происходит без образования в них продуктов коррозии. Коррозия при электролизе имеет существенное отличие от обычной электрохимической коррозии, заключающееся в том, что источник электрического тока, создающего коррозионную цепь, является внешним, то есть имеют место утечки тока. При электрохимической коррозии каверны не только заполнены продуктами коррозии, но и образуют наросты (бугорки) над поверхностью металла [6].

Чем раньше произойдёт идентификация начала коррозии, тем быстрее могут быть приняты меры по предотвращению экономического ущерба и ухудшению качества воды. По результатам проведённых в лаборатории кафедры водоснабжения и водоотведения НИУ МГСУ исследований структуры и состава осадка, образующегося при коррозии на внутренней поверхности труб, был предложен способ идентификации, основанный на определении в составе осадка продуктов коррозии, в частности цинка и меди [7].

Способ позволяет обнаруживать коррозию оцинкованных труб и теплообменного оборудования с начала эксплуатации систем холодного и горячего водоснабжения.

Читайте также: