Měření a hodnocení rychlosti koroze při procesu úpravy vody Ing. Kateřina Slavíčková, Ph.D.1)
prof. Ing. Alexander Grünwald,CSc1), Ing. Marek Slavíček, Ph.D.1), Ing. Bohumil Šťastný Ph.D.1), Ing. Klára Štrausová1), Ing. Jan Jindra, CSc2) 1) Katedra zdravotního a ekologického inženýrství, Fakulta stavební, ČVUT v Praze Thákurova 7, 166 29 Praha 6 2)
VAK JČ, Boženy Němcové 12/2, 370 80 České Budějovice
______________________________________________________________________ Úvod Koroze vnitřního ocelového potrubí obohacuje vodu železem a jeho zvýšený obsah vede nejen ke snížení kvality pitné vody, ale i k rozrušování vnitřní strany potrubí a k tvorbě inkrustů. Koroze potrubí je závažný problém způsobující úniky, havárie, v krajním případě i přerušení dodávky pitné vody k odběrateli. Korozní produkty způsobují například změnu barvy, chuti a pachu vody. Příspěvek se zabývá měřením korozních rychlostí s využitím kuponových testů a dále konkrétními výsledky a porovnáním korozních rychlostí u surové, přefiltrované a upravené vody na úpravně vody Plav. Tento výzkum byl realizován ve spolupráci s JčVaK v rámci projektu NAZV č. 1G46036. Koroze Proces velice významně ovlivňující kvalitu vody v průběhu její dopravy ke spotřebiteli je vnitřní koroze především nechráněného ocelového nebo litinového potrubí, při níž dochází ke: • zhoršováni kvality pitné vody zvýšením obsahu Fe ve vodě; • vytváření vhodných podmínek pro tvorbu biofilmu (sekundární bakteriologická závadnost pitné vody) • zhoršování hydraulických podmínek pro dopravu pitné vody ke spotřebiteli • snížení životnosti vodovodních řadů, zvýšení počtu havárií a zvětšení ztrát vody v rozvodném systému Koroze je způsobena zejména elektrochemickými ději, které vznikají na rozhraní prostředí voda-kov. Základem všech těchto pochodů jsou oxidačně-redukční reakce, které mají za následek degradaci a znehodnocování materiálu. Koroze kovů ve vodném prostředí je podmíněna řadou činitelů, např. pH, teplotou, tlumivou kapacitou, obsahem rozpuštěného kyslíku a oxidu uhličitého ve vodě, iontovým složením vody, obsahem organických látek, velikostí styčné plochy, povrchovými vlastnostmi korozních produktů, hydraulickými podmínkami a eventuálně přítomností některých mikroorganismů. Požadavky na jakost vody v potrubní síti v ČR se řídí normou TNV 75 71 21, kde jsou definovány tři kategorie agresivity (tab. 1). U vod stupně agresivity I nejsou protikorozní opatření potřebná. Vody stupně agresivity II jsou posuzovány individuálně, o protikorozní ochraně je rozhodnuto s ohledem na požadovanou životnost potrubí na podkladě výsledků technicko-ekonomického rozboru. Pro vody stupně agresivity III jsou z důvodu požadované životnosti protikorozní opatření nutná.
143
Tab. 1. Kategorie agresivity vody podle korozního úbytku Kategorie I - mírně agresivní vody II - středně agresivní vody III - silně agresivní vody
Korozní úbytek (µm/a) < 50 50-100 >100
Metodika korozních testů Korozní testy byly prováděny podle normy č. TNV 757121. Z exponovaných ocelových destiček byly korozní produkty a inkrusty odstraněny roztokem kyseliny chlorovodíkové s přídavkem inhibitoru koroze, opláchnuty, vysušeny a zváženy. Ze zjištěných úbytků hmotnosti destiček byly vyhodnoceny korozní rychlosti podle následujících vztahů: Korozní úbytek (Ut): 1 Ut = (k − k o ) 7,86 kde
k ko 7,86
je průměrná hodnota korozních úbytků pěti destiček v g.m-2 korozní úbytek destiček při slepém pokus (g.m-2), hustota oceli (g.cm-3)
Korozní úbytky jednotlivých destiček (k) ( mo − mt ) k= S kde
k mo mt S
je korozní úbytek destičky v g.m-2, hmotnost destičky před expozicí v g hmotnost destičky po expozici po odstranění inkrustací (g) celkový povrch kuponu před expozicí.
Korozní rychlost (vu): 365.(U t 2 − U t1 ) vu = t 2 − t1 kde
vu t1 t2 Ut1 Ut2
je korozní rychlost v µm.r-1, kratší doba expozice (d), delší doba expozice (d), korozní úbytek destičky za kratší dobu expozice (µm), korozní úbytek destičky za delší dobu expozice (µm).
144
Hmotnost inkrustací zachycených na testovacích destičkách (m) m = mi - mt kde
m mi mt
je hmotnost inkrustací v g je hmotnost destičky včetně inkrustací (g) hmotnost destičky po expozici po odstranění inkrustací (g)
Měření a vyhodnocení rychlosti koroze pomocí korozních testů V surové, přefiltrované a upravené vodě na úpravně vody Plav byla měřena rychlost koroze pomocí kuponových korozních testů. Korozní destičky byly umístěny do potrubí korozních smyček o DN 55,4 mm (tj.průtočná plocha 0,00241 m2) po dobu 35 a 70 dní. Z exponovaných ocelových destiček o rozměrech 42 x 41 mm se zaoblenými rohy o ploše 3382 mm2 tj.S = 0,003382 m2 byly korozní produkty a inkrusty odstraněny a ze zjištěných úbytků hmotnosti destiček byly vyhodnoceny korozní rychlosti. Korozní smyčka a vkládání testovacích destiček je na obrázcích 1 a 2. Příklad výsledků korozních testů je v tab. 2 a vyhodnocení korozních rychlostí ve v tab. 3. Tab. 2 Surová voda – výsledky korozního testu umístění surová voda Datum 04.10.05 08.11.05 interval 35 TH2O (°C) 12,8 11,0 stav vodoměru 35 958,4 36 303,6 množství vody (m3) V (m/s) č.k. 145 146 147 148 149 150 151 152
hmotnost(g) 13,8111 13,8959 13,8075 13,6492 13,7332 13,6088 13,5894 13,5602
13,5496 13,6307 13,5399 13,3880
13.12.05 70 6,0 1 650,0 1995,0 0,14 0,2615 0,2652 0,2676 0,2612
77,3 78,4 79,1 77,2 13,2429 13,1452 13,0662 13,0704
korozní úbytek /k/ (g/m2) korozní úbytek /Ut/ (µm) korozní rychlost /vu/ (µm/r) korozní rychlost 35-70/vu/ (µm/r)
0,4903 0,4636 0,5232 0,4898
145,0 137,1 154,7 144,8
78,0
145,4
9,9
18,5
103,5
96,5 89,4
145
Obr. 1 Korozní smyčka
Obr. 2 Vkládání korozních kuponů
Tab. 3 Vyhodnocení korozních rychlostí (35-70 dnů) T vody
Korozní rychlost vu (µm/r)
Č.MĚŘ.
Datum
(°C)
surová
za filtry
upravená
1
IX.04
10,6
43,1
60,3
3,1
2
XI.04
8,8
85,7
48,3
38,8
3
II.05
4,6
87,7
57
1,2
4
IV.05
6,9
81,2
73,5
13,3
5
VI.05
12,1
181,6
162,4
43,7
6
VIII.05
11,1
58,2
61,3
24,7
7
X.05
9,9
89,4
116,4
68,8
Průměr
9,1
89,6
82,7
27,7
Minimum
4,6
43,1
48,3
1,2
Maximum
12,1
181,6
162,4
68,8
Byly porovnány výsledky sedmi sérií korozních testů. Z tabulky 2 je zřejmé, že nejvyšší korozní rychlosti byly zjištěny u surové vody, u přefiltrované vody jsou podobné a korespondují se surovou vodou. V upravené vodě po provedené stabilizaci byly výrazně nižší hodnoty korozních rychlostí než v surové vodě. Průběh korozních rychlostí ve všech třech místech měření je na grafu na obrázku 3. Z obrázku 4 je patrné, že se neprokázala závislost rychlosti koroze na teplotě surové vody.
146
Průběh korozních rychlostí
Korozní rychlost Vu µ m/rok
200
160
120
80
40
0 IX.04
X.04
XI.04 XII.04
I.05
II.05
III.05 IV.05 V.05 VI.05 VII.05 VIII.05 IX.05
X.05
Datum měření surová
za filtry
upravená
Obr. 3 Porovnání korozních rychlostí v surové, přefiltrované a upravené vodě Průběh korozních rychlostí
Korozní rychlost Vu µ m/rok
200
160
120
80
40
0 4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Teplota °C surová
za filtry
upravená
Obr. 4 Korozní rychlosti v surové, přefiltrované a upravené vodě v závislosti na teplotě vody
Obr. 5 Přefiltrovaná voda, 8.3.2005, expozice 70 dnů
147
Příklad exponované destičky s korozními produkty a inkrusty je na obr. 5. Po odstranění korozních produktů je na testovacích kuponech patrná bodová koroze i plošná koroze viz obr. 6 a 7.
Obr. 6 Korozní kupony po skončení testu – Obr. 7 Korozní kupony po skončení testu – plošná koroze bodová a plošná koroze Závěry Z porovnání výsledků sedmi sérií korozních testů je zřejmé, že nejvyšší korozní rychlosti byly zjištěny u surové vody, u přefiltrované vody jsou podobné a korespondují se surovou vodou. V upravené vodě po provedené stabilizaci byly výrazně nižší hodnoty korozních rychlostí než v surové vodě. Výsledky korozních testů svědčí o vhodně zvoleném a prováděném způsobu stabilizace upravované vody. Na korozních kuponech byla po skončení testů zjištěna bodová koroze, plošná koroze a v některých případech se oba druhy koroze vyskytovaly současně. Výzkum byl realizován ve spolupráci s JčVaK České Budějovice. Byl podpořen grantem NAZV 1G46036 a výzkumným záměrem MSM 6840770002. Literatura Grünwald, A. - Fošumpaur, P. - Šťastný, B. - Slavíčková, K. - Slavíček, M. - Štrausová, K. - Čiháková, I.: Inovace procesu úpravy vody a zabezpečení vysoké kvality pitné vody v distribučních systémech [Výzkumná zpráva]. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, katedra zdravotního inženýrství, 2004. 1G46036. 62 s. Grünwald, A. - Fošumpaur, P. - Slavíčková, K. - Slavíček, M. - Šťastný, B. - Štrausová, K. Vlčková, K. – Veselý, R. - Čiháková, I.: Inovace procesu úpravy vody a zabezpečení vysoké kvality pitné vody v distribučních systémech [Výzkumná zpráva]. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, katedra zdravotního inženýrství, 2005. 1G46036. 93 s.
148
