Vízkezelés és korrózióvédelem az épületgépészetben
Vízellátás, csatornázás, gázellátás II. 2007. március 12.
Tartalom
• A víz tulajdonságai, vízminőség • Épületgépészeti berendezések korróziója A berendezéseket alkotó anyagok tulajdonságai A korróziós folyamatok osztályozása A korrózió megjelenési formái A korrózióvédelem eszközei • A vízkezelés eszközei. Vízlágyítás
A víz tulajdonságai
Fizikai paraméterek Sűrűség Fajhő Viszkozitás Oldóképesség
Sűrűség, kg/m
3
A sűrűség hőmérsékletfüggése
1005 1000 995 990 985 980 975 970 965 960 955 0
20
40
60
Hőmérséklet, °C
80
100
A fajhő hőmérsékletfüggése 4,23
Fajhő, kJ/kg,K
4,22 4,21 4,2 4,19 4,18 4,17 0
20
40
60
Hőmérséklet, °C
80
100
A kinematikai viszkozitás hőmérsékletfüggése
1,8 1,6 1,4
6
2
10 m /s
Kinematikai viszkozitás
2
1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0
20
40
60
Hőmérséklet, °C
80
100
Oldóképesség
• A víz rendkívül jól oldja a sókat és gázokat. • A sók oldóképessége növekvő hőmérséklettel általában nő, míg a gázoké csökken.
A víz oxigénoldó-képessége
A víz széndioxid-oldó képessége
3,5
Szén-dioxid, g/l
3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0
10
20
30
40
Hőmérséklet, °C
50
60
70
A víz tulajdonságai
Kémiai paraméterek • pH-érték • Keménység
pH-érték
• A tiszta víz hidrogén és hidroxil-ionokra disszociál: H2O → H (+) + OH (-) • Egyensúlyi állapotban illetve
cmol (H+) = 10-7 mol/liter cmol (OH–) = 10-7 mol/liter
pH-érték
A pH érték a hidrogénion koncentráció tízes alapú negatív logaritmusa: pH = - lg [H+] Tartományok: • Savas tartomány: több OH (-) ezért pH < 7 • Semleges: pH = 7 • Lúgos tartomány több H (+) ezért pH> 7
Tartományok, példák: pH 0….3 pH 3…6,5 pH 6,5…7,5 pH 7,5…10,5 pH 10,5…14
erősen savas (citromlé, ételecet) gyengén savas (almalé, aludttej) betonra erősen káros közel semleges (tehéntej, vér) betonra gyengén káros gyengén lúgos (mosószappan) acélra kedvező, alumíniumra káros erősen lúgos (mosólúg, nátronlúg)
A víz keménysége Keménységképző anyagok: az alkáliföldfémek sói: Ca, Mg sók
Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3 + CO2 + H2O • Karbonátkeménység, változó keménység: a Ca és Mg oldott karbonátjainak és hidrokarbonátjainak összege • Nem karbonátkeménység, állandó keménység: a karbonátok, hidrokarbonátok kivételével a többi Ca- és Mg-só • Összes keménység: ÖK = KK + NKK
A vízkeménység egységei: Német keménységi fok (nk°)
10 mg CaO/liter = 7,14 mg MgO/liter
Angol keménységi fok
8
mg CaO/liter
Francia keménységi fok
5,6
mg CaO/liter
SI-egység: mol/m3
56
mg CaO/liter
Vízminőségi előírások a 201/2001 (X. 25.) számú Kormányrendelet szerint a) Mikrobiológiai vízminőség jellemzők b) Kémiai vízminőség jellemzők Pl.:
Cu: 2,0 mg/l (a fogyasztói vízcsapnál)
c) Indikátor vízminőségi jellemzők Íz, szag, szín, zavarosság: a fogyasztó számára elfogadható El. vezetőképesség, mS/cm, 20 °C-on max. 2500 pH 6,5 … 9,5 Keménység mg CaO/liter min. 50 … max. 350 Alumínium, Al mg/liter 20 Ammónium mg/liter 0,5 Klorid mg/liter 250 Mangán, Mn mg/liter 50 Nátrium, Na mg/liter 200 Vas, Fe mg/liter 200
Épületgépészeti berendezések korróziója A rendszert alkotó anyagok tulajdonságai Ötvözetlen és kismértékben ötvözött acél • Oxigéntartalmú vízben korrózióérzékeny, védőréteg nem alakul ki • Oxigént nem tartalmazó vízzel érintkezve csekély, elhanyagolható mértékű korrózió • Savas közegben fokozódó korrózió, lúgos közegben csökkenő mértékű korrózió Korrózióvédelem bevonatokkal Tűzihorganyzás, zománcbevonat, szerves bevonatok
Ötvözött acélok • Gyengén savas és lúgos közegekkel érintkezve a szubmikroszkopikus bevonatréteg korrózióálló • Klorid ionok jelenlétében a passzív réteg sérül, lyukkorrózió jön létre
Réz • Oxigéntartalmú, gyengén savas vagy lúgos vízben korrózióra nem hajlamos • A sárgarézből Zn ionok válhatnak ki, szilárdságát veszti, eróziós korrózió alakulhat ki
Alumínium és alumíniumötvözetek • Gyengén savas vagy lúgos közeggel érintkezve korrózióra nem hajlamos • pH > 8,5 esetén korrózióérzékeny
Az épületgépészeti rendszerekben használt fémek elektrokémiai standard potenciálja standard hidrogén-elektródra vonatkoztatva Termodinamikai sorrend Oxigén Réz Hidrogén Ólom Ón Nikkel Kadmium Vas Cink Alumínium Magnézium
O2 Cu H2 Pb Sn Ni Cd Fe Zn Al Mg
Standard potenciál + 0,81 (pH = 7 esetén) + 0,34 0,0 - 0,12 - 0,14 - 0,23 - 0,4 - 0,44 - 0,76 - 1,66 - 2,36
A korróziós folyamatok osztályozása A korróziós mechanizmus szempontjából: Kémiai • a közeg és az anyag között közvetlen kémiai kölcsönhatás áll fenn • az elektronok elmozdulása nem jellemző • elektrolit jelenléte nem szükséges Elektrokémiai korrózió • az elektronok elmozdulása jellemző • általában elektrolit-oldat van jelen, ez biztosítja a keletkező ionok vándorlását • anódos (oxidációs) és katódos (redukciós) részfolyamatokból áll Anódfolyamat: Katódfolyamat:
a fém ionosan oldódik: Fém → Fém n+ + ne– O2 + 2H2O + 4e– = 4OH– 2H+ + 2e– = H2 Cl2 + 2e– = 2Cl–
Biológiai korrózió Biológiai folyamat által előidézett elektrokémiai korrózió.
A korrózió megjelenési formái Egyenletes korrózió
a teljes felületen
→
az anyag elvékonyodik
Réskorrózió (lyukkorrózió)
kis területen
→
kis anyagveszteség nagy károsodás
Kristályközi korrózió
fémek belsejében →
kis anyagveszteség szilárdságcsökkenés nagy károsodás
Szelektív korrózió
egyik kristály korr. →
pl. sárgaréz elcinktelenedése
Kontakt-korrózió
fémek érintkezése →
nemes és kevésbé nemes fémek esetén
A korrózió megjelenési formái
Kóboráram-korrózió
egyenáramú vont. →
Feszültségkorrózió
belső-külső feszülts → repedezés, korróziós kifáradás
Kopási korrózió
koptató igénybevétel → áramlási sebesség hatása kavitációs korrózió
áram kilépésénél anyagveszteség
Az elektrokémiai korrózió megjelenése Feltételek Létezzen két különböző potenciálú hely egymással fémes összeköttetésben. Az eltérő anyagi minőség nemcsak pl. vasat és cinket jelent, hanem jelentheti ugyanazon fém eltérő rácsszerkezetét (pl. hajlítás), eltérő ötvözetét, eltérő hőmérsékletét is. Az elektrokémiai korrózióhoz szükség van egy ionokat tartalmazó, az ionok vándorlását lehetővé tevő közegre, amely általában sók, savak, vagy lúgok vizes oldata. Az elektrolitban kell lenni olyan anyagnak, amely a fém ionos formában történő oldódásakor a visszamaradt elektronokat fel tudja venni… Az épületgépészeti gyakorlatban három anyag viselkedhet depolarizátorként: a vízben oldott oxigén, a klór és a hidrogénionok.
Az elektrokémiai korrózió megjelenése Példák
A cső keresztmetszetének jelentős részét kitöltő lerakódás
Korróziós lyukadás kialakulása a cső alsó alkotója mentén
Az elektrokémiai korrózió megjelenése Példák
A hegesztési varrat korróziója
Laza korróziós lerakódás a cső belső felületén
Az elektrokémiai korrózió megjelenése Példák
Foltokban jelentkező lerakódások és bemaródások a horganyzott cső belső felületén
A korrózióvédelem eszközei
DIN EN 14868, Ausgabe:2005-11 Korrosionsschutz metallischer Werkstoffe - Leitfaden für die Ermittlung der Korrosionswahrscheinlichkeit in geschlossenen Wasser-Zirkulationssystemen; Deutsche Fassung EN 14868:2005 Fémes anyagok korrózióvédelme – A korrózió valószínűségének meghatározása vizet keringető zárt rendszerekben
Az oxigén bejutásának módjai vizet keringető rendszerekben • fel- és utántöltő víz oldott oxigéntartalmából, • az atmoszférából a nyitott tágulási tartályon keresztül, • az atmoszférából a tömörtelenségeken keresztül (tömítések, O-gyűrűk), • az atmoszférából a szerves alapanyagokon (pl. műanyagcsövek, gumitömlők, zárt tágulási tartályok gumimembránja) keresztül kialakuló oxigéndiffúzió következtében, • az ivóvízben oldott állapotban lévő oxigén bejutásával a tömörtelen falú hőcserélőkből.
Az oxigén bejutása szempontjából kétféle rendszer különböztethető meg: I. eset: olyan rendszerek, amelyekbe jelentéktelen mennyiségű oxigén jut be. Ilyen rendszerek: • helyesen tervezett, beépített és karbantartott zárt tágulási tartállyal üzemelő rendszerek, • nyitott, az atmoszférával érintkező fűtési rendszerek, olyan üzemi feltételek mellett, amikor csak jelentéktelen mennyiségű oxigén juthat be a fűtővízbe,
Az oxigén bejutása szempontjából kétféle rendszer különböztethető meg: II. eset: olyan rendszerek, amelyeknél állandó vagy periodikus oxigénbejutás jelentkezik Ilyen rendszerek: – nyitott, az atmoszférával érintkező fűtési rendszerek, olyan üzemi feltételek mellett, amikor a fűtővíz rendszeresen oxigénben dúsulhat, – zárt tágulási tartállyal kialakított rendszerek, ha • a tágulási tartály térfogata túl kicsi, • a tágulási tartályban a gáznyomást helytelenül állítják be, • a gáznyomás az üzem során csökken, • a víztérfogat a vízveszteség lecsökken (ekkor a lehűlési periódusokban az O-gyűrűkön keresztül oxigén hatolhat be) • a szerves anyagokon (pl. oxigéndiffúzió elleni védőréteg nélküli műanyagcsövek, gumitömlők) keresztül folyamatos oxigéndiffúzió alakul ki.
Korrózióvédelmi intézkedések • A legfontosabb: vizet áramoltató rendszerekben a szignifikáns oxigénbejutás megakadályozása. • A víz gyenge lúgosítása, pH = 8 fölé.
I. eset Zárt fűtési rendszerek • Elegendő védelem, ha olyan üzemi körülményeket teremtenek, hogy a rendszerben sehol sem alakul ki az atmoszférikusnál kisebb nyomás • A tágulási tartály térfogata elég nagy legyen • A gáznyomás a zárt tágulási tartályban elég nagy legyen • A rendszerben uralkodó víznyomást 3 havonta ellenőrizni kell, elegendő víz legyen a rendszerben Nyitott fűtési rendszerek Elegendő védelem, ha nincs cirkuláció a tágulási tartályon keresztül.
Korrózióvédelmi intézkedések II. eset Különleges korrózióvédelmi intézkedések szükségesek: • Korróziós inhibitorok adagolása • A vízben lévő oxigén eltávolítása • Sómentes víz alkalmazása
VDI 2035 irányelv max. 100 °C-os üzemi hőmérséklettel működő fűtőberendezésekre 100 kW összes kazánteljesítményig: – nincs szükség fűtővíz oldali intézkedésekre A 100 kW összes kazánteljesítménynél kisebb, de 20 liter/kW víztérfogatnál nagyobb berendezéseknél a 100 kW-nál nagyobb berendezésekre vonatkozó előírást kell alkalmazni.
Vízkezelés 100 kW összes kazánteljesítményig
VDI 2035 irányelv max. 100 °C-os üzemi hőmérséklettel működő fűtőberendezésekre 100 kW összes kazánteljesítmény felett: Be kell szerezni a fel- és utántöltő vízre vonatkozó vízelemzési eredményeket. Ebből ki kell venni, vagy meg kell határozni a Ca(HCO3)2 koncentrációt. 100 kW < Q ≤ 350 kW,
ha Ca (HCO3)2 ≤ 2,0 mol/m3
350 kW < Q ≤ 1000 kW,
ha Ca (HCO3)2 ≤ 1,5 mol/m3
max. a berendezés háromszoros térfogata tölthető be, vagy Q > 1000 kW szerint.
Vízkezelés 100 – 350 kW összes kazánteljesítmény tartományban
Vízkezelés 350 – 1000 kW összes kazánteljesítmény-tartományban
Szűrő
