Pri plánovaní predizolácie rozvodov vykurovania v domácnosti, napríklad z dôvodu prechodu od spoločného kotla na samostatný, je dôležité zvážiť všetky dostupné možnosti materiálov. Jednou z variant sú oceľové rúrky so skrutkovanými spojmi a tvarovkami. Oproti variantu z medi má oceľ približne polovičnú cenu, čo je často hlavná výhoda. Aj keby nakoniec bol zvolený variant z medi, kde cena práce často nemá vplyv, pretože sa rieši v rámci rodiny, ide hlavne o cenu materiálu. V systéme často zostávajú pôvodné liatinové radiátory a kotol býva plynový, s možnosťou časového pridania teplovodnej krbovej vložky.
Pre správny výber materiálu a zabezpečenie dlhej životnosti je kľúčové poznať vlastnosti oceľových rúr, ich klasifikáciu a potenciálne nevýhody, najmä v súvislosti s koróziou a prevádzkovými podmienkami.
Klasifikácia oceľových rúr
Oceľové rúry možno rozdeliť do dvoch kategórií podľa spôsobu výroby: bezšvíkové oceľové rúry a švové oceľové rúry, pričom švové oceľové rúry sa označujú ako rovné oceľové rúry.
Bezšvíkové oceľové rúry
Bezšvíkové oceľové rúry možno rozdeliť na: bezšvíkové rúry valcované za tepla, rúry ťahané za studena, presné oceľové rúry, rúry na rozťahovanie za tepla, rúry na pradenie za studena a extrúzne rúry atď. Bezšvíkové oceľové rúry sú vyrobené z vysoko kvalitnej uhlíkovej ocele alebo legovanej ocele, ktorá môže byť valcovaná za tepla alebo valcovaná za studena (ťahaná).
Zvárané oceľové rúry
Zvárané oceľové rúry sa delia na rúry na zváranie pecou, rúry na elektrické zváranie (odporové zváranie) a rúry na automatické oblúkové zváranie. Vzhľadom na odlišný tvar zvárania sa delia na rúry na rovné švy a rúry na špirálové zváranie. Podľa tvaru konca sa delia na kruhové zváracie rúry a špeciálne tvarované (štvorcové, ploché atď.) zváracie rúry.
Klasifikácia podľa materiálu a povrchovej úpravy
Oceľové rúry sa podľa materiálu rúry (t. j. oceľ) delia na: uhlíkové rúry a zliatinové rúry, rúry z nehrdzavejúcej ocele atď. Uhlíkové rúry sa delia na bežné uhlíkové oceľové rúry a vysoko kvalitné uhlíkové oceľové rúry. Zliatinové rúry sa delia na: nízkolegované potrubie, rúra zo zliatinovej konštrukcie, vysokolegované potrubie, vysokopevnostné potrubie. Patria sem tiež ložiskové rúrky, nerezové rúrky odolné voči teplu a kyselinám, rúrky z presných zliatin (napríklad z rezných zliatin) a rúrky z vysokoteplotných zliatin atď.
Podľa charakteristík povrchovej úpravy možno oceľové rúry rozdeliť na: čierne rúry (nepotiahnuté) a potiahnuté rúry. Povlaková rúrka zahŕňa pozinkované rúry, hliníkové pokovované rúry, chrómované rúry, hliníkované rúry a iné legované vrstvy oceľových rúr. Náterová trubica môže mať vonkajšiu náterovú trubicu, vnútornú náterovú trubicu alebo vnútornú a vonkajšiu náterovú trubicu. Bežne používané nátery sú plasty, epoxidové živice, epoxidové živice z uhoľného dechtu a rôzne antikorózne náterové materiály zo skla.
Klasifikácia podľa použitia
-
Potrubie pre vodovodné systémy. Napríklad: vodovodné, plynové potrubie, parné potrubie s bezšvíkovým potrubím, potrubie na prenos oleja, ropovodné a plynové potrubie. Taktiež poľnohospodársky zavlažovací vodovodný kohútik s potrubím a zavlažovacím potrubím pre zavlažovanie.
-
Potrubia pre tepelné zariadenia. Napríklad všeobecný kotol s potrubím na vriacu vodu, prehriatej parnej rúry, tepelné potrubie kotla lokomotívy, dymové potrubie, malé dymové potrubie, oblúkové tehlové potrubie a vysokoteplotné a vysokotlakové kotlové rúrky atď.
-
Potrubie pre strojársky priemysel. Napríklad potrubie pre leteckú konštrukciu (okrúhle potrubie, eliptické potrubie, ploché eliptické potrubie), potrubie pre polovičný hriadeľ automobilu, potrubie pre nápravu, potrubie pre konštrukciu traktora automobilu, potrubie pre chladič oleja traktora, potrubie pre transformátor a ložiskové potrubie atď.
-
Vrtné potrubie pre ropnú geológiu. Napríklad: ropné vrtné potrubie, ropné potrubie, ropné pažnice a rôzne spoje potrubí, geologické vrtné potrubie (pažnice, aktívne vrtné potrubie, vŕtanie, obručové a čapové spoje atď.).
-
Potrubie pre chemický priemysel. Napríklad: potrubie na krakovanie ropy, výmenník tepla a potrubie pre chemické zariadenia, nerezové potrubie odolné voči kyselinám, hnojivo s vysokotlakovým potrubím a potrubie na prepravu chemických médií atď.
-
Ostatné oddelenia používajú potrubia. Napríklad: kontajnerové potrubie (potrubie vysokotlakového plynového valca a všeobecné kontajnerové potrubie), prístrojové potrubie atď.
Špecifikácie a normy pre oceľové potrubie
Veľkosť, priemer a hrúbka steny oceľových rúr sa líši v závislosti od rôznych aplikačných scenárov a špecifikácií. Medzi kľúčové parametre patria menovitý priemer (DN), ktorý nie je ani vonkajším, ani vnútorným priemerom, ale štandardom pochádzajúcim z raných štádií inžinierstva potrubí súvisiacich s imperiálnymi jednotkami. Hrúbka steny oceľovej rúry, ktorá je pre bezšvíkové oceľové rúry, zvárané oceľové rúry atď. často reprezentovaná kombináciou vonkajšieho priemeru a hrúbky steny.
Pri objednávaní rúr treba splniť povinné požiadavky (celkom 6) a voliteľné požiadavky (celkom 12). 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.
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. Pri prezeraní alebo porovnávaní veľkostí oceľových rúr z rôznych zdrojov si treba všímať prevody jednotiek, pretože rôzne krajiny a regióny môžu mať rôzne výrobné normy pre oceľové rúry.
Výhody a nevýhody oceľového potrubia pre rozvody a ochrana pred koróziou
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, pretože v ohriatej pitnej vode nefunguje katodická ochrana zinku, čo sa odzrkadľuje v krátkej životnosti povlaku vplyvom bodovej korózie. Napriek tomu sú oceľové rúry strednej a ťažkej série podľa STN EN 10255 + A1 vhodné pre rozvody požiarnej vody a s vhodnými technickými úpravami aj pre rozvody studenej pitnej vody.
Typy a príčiny korózie
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. Avšak, 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. Pri ohreve pitnej vody sa navyše uvoľňuje železo, ktorú voda obsahuje už pri vstupe vodovodnej prípojky do budovy. Sedimentácia železa spôsobuje okrem množenia legionel aj technické problémy. V počiatočnom období prevádzkovania systému prípravy teplej vody sa to prejaví pri špičkových odberoch vody tým, že veľký prítok studenej vody do spodnej časti zásobníka strháva železné sedimenty do distribučnej siete a z výtokových batérií vyteká „hnedá“ voda. Sedimenty sa však usadzujú v potrubí s malou prietokovou rýchlosťou a sú hlavnou príčinou bodovej korózie.
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.
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. 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.
V systéme sa môžu vyskytnúť problémy aj v prípade tvorby mikrobiálnych filmov, čo vedie k korózii indukovanej biológiou (MIC). Zjednodušene povedané, mikroorganizmy (aj legionely) produkujú exkrementy, ktoré sa usadzujú na tých miestach, kde nie je voda v pohybe, alebo sa pohybuje malou rýchlosťou.
Prevencia a úprava vody
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.
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. 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.
Pomerne komplikované chemické vzťahy, ako aj celý text normy sú vydané v angličtine. 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. V ČR nie je od roku 2001 magnetická úprava pitnej vody z hygienického hľadiska povolená.
Ďalšie opatrenia a prevádzkové faktory
Vonkajšej korózii pozinkovaných rúr možno zabrániť tým, že sa použijú rúry vyrábané s plastovým povlakom, 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. Táto korózia predstavuje najväčšie nebezpečenstvo pre vodovodné potrubie.
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). Aby sa negatívne javy sedimenácie 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).
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. 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.
Za samozrejmé, u nás však zanedbávané - a pritom normou predpísané - treba považovať odvodnenie stúpajúcich a klesajúcich potrubí (napríklad pod prievlakmi).
Teplota a Legionella
Norma STN EN 806-2 predpisuje výstupnú teplotu teplej vody 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. Vznik vnútornej korózie v oceľovom pozinkovanom potrubí súvisí aj s výskytom legionel.
Odporúčania pre návrh a výber potrubia
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.
Zabezpečiť životnosť vodovodu a najmä distribučnej siete teplej vody z oceľových pozinkovaných rúr na obdobie 50 rokov je vzhľadom na skutočnosti uvedené v tomto príspevku prakticky nemožné. 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 teplej vody 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. Osobitnú pozornosť treba venovať návrhu svetlosti cirkulácie TV, cirkulačného čerpadla a regulačným armatúram prietoku pred jednotlivými stúpacími potrubiami.