Oceľové pozinkované potrubie sa u nás používa najčastejšie nielen na rozvody studenej vody, ale aj v distribučných sústavách ohriatej pitnej vody. Takáto prax by však už nemala ďalej pokračovať. Upozornenie výrobcu rúr hovorí, že pozinkované rúry sa nemajú používať na rozvody ohriatej pitnej vody, označovanej zjednodušene ako teplá voda (TV), pretože v nej nefunguje katodická ochrana zinku. To sa potom odzrkadľuje v krátkej životnosti povlaku vplyvom bodovej korózie.
Úvod do problematiky pozinkovaných oceľových potrubí
Koróziou sa nazývajú procesy, ktoré vedú k rozrušovaniu materiálov a chemickým zmenám, ktorými sa mení povrch kovov. Najčastejšie sa vo vodovodných potrubiach vyskytujú tieto typy korózie: plošná, bodová, dotyková a korózia eróziou. Korózia je ako jav všeobecne známa a v technickej praxi riešiteľná. Napriek tomu treba vyhodnotiť rozhodnutie o použití oceľového pozinkovaného potrubia najmä z finančného hľadiska vzhľadom na budúce ochranné opatrenia, ktoré nie sú lacné. Ak sa neakceptujú základné požiadavky proti vzniku a rozširovaniu korózie, dochádza k veľkým škodám. Treba si uvedomiť, že zabudované vodovodné potrubie je zložité vymeniť v prípadoch, keď nie je účinná vhodná metóda pasivácie pozinkovaného potrubia.
Vplyv kvality vody na životnosť potrubia
Voda na ľudskú spotrebu (pitná voda) obsahuje celý rad rozpustených látok v rozličných koncentráciách, pričom v najväčšej koncentrácii bývajú zastúpené hydrouhličitany. Okrem nich sú v pitnej vode prítomné aj síranové, chloridové a ďalšie anióny. Zvyčajne nedochádza k ich vypadávaniu z vodnej fázy, ale môžu stimulovať koróziu, pretože majú schopnosť prenikať oxidickými filmami na povrch potrubí. Korozívne účinky sa zmenšujú s rastom obsahu hydrouhličitanových a vápenatých iónov, obsahu kremičitanov, uhličitanov a fosforečnanov - a naopak, korózia sa zvyšuje s obsahom síranov, dusičnanov a chloridov. Aby voda nemala ani zvýšené korozívne a inkrustujúce vlastnosti, musí byť v stave vápenato-uhličitanovej rovnováhy. Ak je voda v rovnovážnom stave, na povrchu potrubia sa vytvára pasívna ochranná vrstva, ktorá bráni korózii. Tento rovnovážny stav sa nedocieli vždy automaticky, ale musí sa umelo vytvoriť.
Hodnotenie kvality vody a korózie
Na hodnotenie kvality vody existujú viaceré metódy. Vplyv kvality vody v rozvodných systémoch sa posudzuje na základe koncentračných pomerov hydrouhličitanov, chloridov, síranov a dusičnanov a vyjadruje sa pomerovými koeficientmi S1 (jamková, resp. bodová korózia) a S2 (selektívna, plošná korózia). Korózia je veľmi nepravdepodobná pri hodnotách S1 menších ako 0,5 a veľmi pravdepodobná pri hodnotách S1 väčších ako 3. Voda má nízke korozívne účinky, ak je hodnota S2 menšia ako 1, alebo ak je väčšia ako 3, alebo ak je obsah dusičnanov menší ako 0,3 mmol/l. Zníženie korozívnych účinkov vody možno dosiahnuť zmenou pomerov obsahov uvedených látok pomocou úpravy vody a teda aj hodnôt S1 a S2. Analýzu vzoriek môže vykonať len certifikované pracovisko, akým je napríklad Národné referenčné laboratórium (NRL). Požiadavky na odber vzoriek sú uvedené v § 6 Nariadenia vlády SR č. 354/2006 Z.
Ako príklad možno uviesť výpočet S1 a S2 z analýzy vzoriek vody odobratej v jednej bratislavskej lokalite. Pomerový koeficient S1 mal hodnotu 0,4, preto možno túto vodu z hľadiska bodovej korózie označiť za mierne koróznu - s malou pravdepodobnosťou korózie. Koeficient S2 bol väčší ako 3, čo predstavuje z hľadiska plošnej korózie vodu s malou pravdepodobnosťou korózie. Napriek tomu sa projektantovi odporúčalo navrhnúť vhodnú úpravu vody podľa prílohy B normy STN EN 806-2.
Experimentálne možno kvalitu vody a jej korozívne vlastnosti posúdiť z hľadiska uhličitanovej rovnováhy na základe Heyrovej skúšky, pri ktorej sa nechá voda pôsobiť na drvený CaCO3 (mramor) počas piatich dní. Na začiatku a na konci skúšky sa stanoví obsah hydrouhličitanov. Rozdiel charakterizuje vlastnosti vody - ak obsah hydrouhličitanov vzrastie, voda má agresívne vlastnosti a tendenciu ku korózii, v opačnom prípade má schopnosť vytvárať inkrusty. V už spomínanej bratislavskej lokalite sa zistilo, že voda z verejného vodovodu má hodnotu Heyer 0 mg/l.
Problém možnej korózie možno riešiť na základe chemických rovnováh medzi pozinkovanými a železnými časťami potrubí s využitím modelovania pomocou programu PHREEQC. Program rieši rovnovážne stavy medzi potenciálnymi látkami vo vode a skutočným zložením vody, pričom sa využíva Newtonov-Raphsonov prístup. V rámci postupu sa vypočítajú termodynamické rovnováhy pre všetky Fe a Zn fázy pri teplotách 10 až 60 °C. Vypočítané rovnováhy sa vyhodnotia na základe indexu nasýtenia (SI - Saturation Index), ktorý môže mať kladné, nulové alebo záporné hodnoty. Nulová hodnota znamená, že voda je v termodynamickej rovnováhe s danou fázou, záporné hodnoty indexu nasýtenia znamenajú, že roztok je vo vzťahu k danej fáze nenasýtený a môže ju rozpúšťať. Kladné hodnoty SI zase znamenajú, že roztok je danou fázou presýtený a fáza sa môže z roztoku vylučovať. Ako informáciu možno uviesť, že všetky hodnoty SI boli v spomínanej lokalite pre systém zinková vrstva - voda záporné, teda potenciálne môže dochádzať k rozpúšťaniu. V prípade rovnováh v systéme železo - voda sa ani tu nedosiahla rovnováha so žiadnou z fáz obsahujúcich železo. V tomto prípade sa nezistili žiadne alarmujúce údaje, v systéme sa však môžu vyskytnúť problémy v prípade tvorby mikrobiálnych filmov. Inak povedané, môže vzniknúť korózia indukovaná biológiou (MIC).
Regulácia teploty teplej vody a uvoľňovanie železa
Mikroorganizmy (aj legionely) produkujú exkrementy, ktoré sa usadzujú na tých miestach, kde nie je voda v pohybe, alebo sa pohybuje malou rýchlosťou. Norma STN EN 806-2 predpisuje výstupnú teplotu TV z ohrievača na úrovni 60 °C, pri nemožnosti vykonať termickú dezinfekciu potrubia je to 70 °C. Maximálny rozdiel medzi teplotami pri výstupe z ohrievača a pripojením cirkulačného potrubia doňho je 5 K. Pri nižších teplotách vzniká a rozmnožuje sa (nielen) baktéria legionela, ktorá sa musí likvidovať adekvátnymi prístrojmi. Ak sa tieto prístroje z akýchkoľvek dôvodov neinštalujú, zhoršia sa kvalitatívne vlastnosti vody až na hygienicky neúnosnú úroveň. Pri ohreve pitnej vody sa uvoľňuje železo, ktorú voda obsahuje už pri vstupe vodovodnej prípojky do budovy.
Ochranné opatrenia a eliminácia rizík
Ochrana proti vonkajšej korózii
Vonkajšej korózii pozinkovaných rúr možno zabrániť tým, že sa použijú rúry vyrábané s plastovým povlakom (pred bežnými ich odporúča STN EN 806-2), najmenej však určením voliteľných dodacích podmienok (napríklad sa požadujú chránené konce rúr, dočasná ochrana povrchu a podobne). Zmontované potrubia sa nesmú upevňovať pomocou sadrovej omietky a nesmú byť v styku s maltou s prísadami obsahujúcimi chloridy.
Minimalizácia vnútornej korózie
Vnútorná korózia predstavuje najväčšie nebezpečenstvo pre vodovodné potrubie. Vplývajú na ňu: chemické zloženie vody, prítomnosť mechanických častí v potrubí, rýchlosť prúdenia vody a obdobia prevádzky distribučnej siete TV počas dňa, týždňa aj roka. Ak môže byť chemické zloženie vody príčinou jamkovej alebo plošnej korózie, použije sa vhodná úprava vody. Z celého radu úprav sa musí vybrať len tá, ktorá upraví hodnoty zlých koeficientov S1 a S2. Domnievať sa, že masovo používaná magnetická úprava vody je všeliekom, je nezodpovedné. Vzhľadom na nemožnosť kontrolovať výsledky kvality vody za zariadením magnetickej úpravy vody a vzhľadom na skutočnosť, že cieľom tejto úpravy je zabrániť inkrustácii, nemá magnetická úprava protikorózne účinky. Skúšky v Nemecku ukázali, že vrstva vodného kameňa na ohrevných vložkách 10 ohrievačov bola rovnako hrubá ako v ohrievačoch bez úpravy, v ostatných prípadoch bola inkrustácia menšia - nie však žiadna. V ČR nie je od roku 2001 magnetická úprava pitnej vody z hygienického hľadiska povolená.
Proč se SKUTEČNĚ přitahují MAGNETY? Co vám Feynman nikdy nevysvětlil
Prítomnosť mechanických častíc možno eliminovať inštaláciou jemného filtra na vstupe vodovodného potrubia do budovy - samozrejme, po normou predpísanom prepláchnutí vodovodného potrubia. Odporúča sa filter s automatickým prepláchnutím (pre väčšie stavby) a kvalitný návrh jeho pripojenia na kanalizáciu. Nevyhnutný je aj návrh odstredivého separátora zložiek železa, vznikajúcich pri ohreve vody (pri ohrievači). Za samozrejmé, u nás však zanedbávané - a pritom normou predpísané - treba považovať odvodnenie stúpajúcich a klesajúcich potrubí (napríklad pod prievlakmi).
Rýchlosť prúdenia vody v potrubí ovplyvňuje usadzovanie mechanických častíc. Hraničnú rýchlosť nemožno jednoznačne určiť, avšak rýchlosť 0,5 m/s sa považuje za minimálnu. Rozvodné potrubia by nemali byť predimenzované a mali by byť vždy stanovené výpočtom, pričom by nemali obsahovať úseky so stagnujúcou vodou. Osobitnú pozornosť treba venovať návrhu svetlosti cirkulácie TV, cirkulačného čerpadla a regulačným armatúram prietoku pred jednotlivými stúpacími potrubiami. Vznik vnútornej korózie v oceľovom pozinkovanom potrubí súvisí aj s výskytom legionel. Sedimentácia železa spôsobuje okrem množenia legionel aj technické problémy. V počiatočnom období prevádzkovania systému prípravy TV sa to prejaví pri špičkových odberoch vody tým, že veľký prítok studenej vody do spodnej časti zásobníka strháva železné sedimenty do distribučnej siete TV a z výtokových batérií vyteká „hnedá“ voda. Sedimenty sa však usadzujú v potrubí s malou prietokovou rýchlosťou a sú hlavnou príčinou bodovej korózie. Aby sa tieto negatívne javy odstránili, treba inštalovať už spomínaný odstredivý separátor.
V jeho odstredivej časti dochádza k odlúčeniu drobných a veľmi malých častíc, ktoré vplyvom odstredivých síl a gravitácie klesajú do dolnej časti. V sedimentačnej časti dochádza vďaka značnému zvýšeniu objemu k podstatnému zníženiu rýchlosti pohybu častíc pod hranicu rýchlosti ich vznášania, následkom čoho dochádza k ich intenzívnemu usadzovaniu v dolnej časti zásobníka. Častice sa môžu manuálne alebo automaticky vypustiť cez guľový uzáver. Separátory sa vyrábajú aj na Slovensku (do PN 16, teploty 110 °C a s tlakovou stratou podľa typu separátora 5 až 35 kPa).
Technické normy a voľba materiálu potrubia
Požiadavky na oceľové rúry
Norma stanovuje požiadavky na nelegované oceľové rúry s vonkajším priemerom 10,2 až 165,1 mm a stanovuje rad voliteľných požiadaviek na kvalitu koncov rúr a povlakov pre dve série - strednú a ťažkú sériu (v STN 73 6660 sa tieto rúry označujú ako bežné a rúry so zosilnenými stenami). Rúry sa vyrábajú ako bezšvové (S) alebo švovým zváraním (W). Za studena pretvárané rúry druhu L sa musia tepelne spracovať. Ostatné série a druhy rúr (L1, L2) sa môžu tepelne spracovať podľa voľby výrobcu. Treba upozorniť, že rúry L, L1, L2 nemožno použiť pre vodovod v budovách (u nás sa vyrábali v minulosti podľa normy STN 42 5712 ako ľahké rúry pre PN 6).
Kvalita povlaku A.1 zinkom sa definuje v norme STN EN 10240. Okrem iného to musí byť súvislá vrstva pozinkovania s najmenšou hrúbkou 55 μm (v našich technických normách z prvej polovice minulého storočia to bola vrstva o takmer 50 % hrubšia).
Pri objednávaní rúr treba splniť povinné požiadavky (celkom 6) a voliteľné požiadavky (celkom 12).
Špecifikácia materiálov a ich vlastnosti
Technické normy pre oceľové rúry sú prepojené odkazmi na súvisiace normy. Rozmery rúr patria k základným charakteristikám rúr z hľadiska. Najdôležitejšími sú vonkajší priemer a hrúbka steny. Rozmery rúr sú usporiadané do rozmerových rád podľa určitého systému. Často sa udávajú v palcoch (anglicky „inches“, nemecky „zoll“).
Ocele pre rúry možno rozdeliť do skupín: uhlíkové ocele (skupiny 1 a 2) a legované ocele s obsahom legúr (min. 5 % hmotn.). Skupina 1 - ocele značené podľa mechanických vlastností (napr. S 275 J0). Skupina 2 - ocele značené podľa chemického zloženia. Prehľad technicko-dodacích podmienok (TDP) pre rúry je komplexný a definuje aj ocele pre rúry pre oceľové konštrukcie.
Vybrané chemické zloženie ocelí pre rúry (príklady)
| Oceľ (norma) | C max. (%) | Si max. (%) | Mn (%) | P max. (%) | S max. (%) | Cr max. (%) | Ni max. (%) | Mo max. (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| S 275 J0 (EN 10210-1) | 0,20 | 0,40 | 0,50-1,40 | 0,035 | 0,030 | 0,30 | 0,30 | 0,10 |
| S 355 NH (EN 10210-1) | 0,20 | 0,50 | 0,90-1,65 | 0,035 | 0,030 | 0,30 | 0,50 | 0,10 |
| C22E (EN 10083-2) | 0,17-0,24 | 0,40 | 0,40-0,70 | 0,035 | 0,035 | 0,40 | 0,40 | 0,40 |
| C45E (EN 10083-2) | 0,42-0,50 | 0,40 | 0,50-0,80 | 0,035 | 0,035 | 0,40 | 0,40 | 0,40 |
| E355+AR (EN 10294-1) | 0,22 | 0,50 | 1,50 | 0,045 | 0,050 | 0,30 | 0,40 | 0,08 |
Plynule odlievané oceľové bloky sú vstupným materiálom na výrobu oceľových bezšvíkových rúr. Všetky ocele sú odlievané v ukľudnenom stave. Bloky po odlievaní nie sú tepelne spracované. Každý blok je označený číslom tavby, kódom akosti ocele a číslom odlievacieho prúdu.
Skúšanie rúr
Dôležitá časť je skúšanie rúr. Medzi povinné pre všetky rúry patria skúšky mechanických a technologických vlastností rúr. Ďalej sa vykonáva elektromagnetické skúšanie - vírivé prúdy (E - Eddy Current - EN 10246 - 1 a 3) a rozptylové toky (F - Flux Leakage - EN 10246-5). Tieto metódy overujú nepriepustnosť rúr a celistvosť materiálu.
Voľba materiálu pre dlhodobú životnosť
Oceľové pozinkované rúry strednej a ťažkej série podľa STN EN 10255 + A1 možno bez problémov použiť na rozvody požiarnej vody a s vhodnými technickými úpravami na rozvody studenej pitnej vody. Zabezpečiť životnosť vodovodu a najmä distribučnej siete TV z oceľových pozinkovaných rúr na obdobie 50 rokov je vzhľadom na skutočnosti uvedené v tomto príspevku prakticky nemožné.
Vhodný materiál na potrubie zdravotnotechnických inštalácií (ZTI) musí navrhnúť oprávnená osoba, ktorou je u nás autorizovaný stavebný inžinier - týka sa to všetkých druhov stavieb okrem tzv. drobných, v ktorých sa ZTI takmer nevyskytuje. Autorizovaný stavebný inžinier, samozrejme, vychádza z požiadaviek investora, ktorý by ich mal orientovať na použitie kvalitného rúrového materiálu. Bezdôvodná alebo z úsporných dôvodov vykonaná zámena materiálu dodávateľom nie je seriózna a projektant by s ňou nemal súhlasiť.
Podľa druhu budovy a finančných nárokov investora sa treba rozhodnúť pre tieto potrubia: PE-X, PB, viacvrstvové, medené alebo potrubia z nehrdzavejúcej ocele. Potrubia z PPR sú pre distribučné siete TV nevhodné najmä z týchto dôvodov: tlakový rad PN 20, u nás najčastejšie používaný, nevyhovuje kritériám 50-ročnej životnosti; tlakový rad PN 25, ktorý by z tohto hľadiska vyhovel, má zas veľmi hrubé steny, ktoré sú v stavbe náročné na priestor a je cenovo náročnejší v porovnaní, napríklad, s rúrami z PE-X, resp. viacvrstvovými potrubiami. Pri návrhu oceľového potrubia treba prihliadať na všetky uvedené faktory. Medzi najdôležitejšie patria vplyv kvality vody na potrubie a, naopak, vnútorná a vonkajšia teplota a vnútorná a vonkajšia korózia.