Korozja kanałów wentylacyjnych - przyczyny
Rurociągi i kanały wchodzące w skład systemów HVAC stanowią istotny element w kontekście funkcjonowania obiektów budowlanych czy przemysłowych. Wytrzymałość oraz odporność korozyjna stalowego systemu wentylacyjnego zależy głównie od takich czynników jak:
Niepożądane zmiany w strukturze materiału instalacji w dużym stopniu zależą od grubości powłoki ocynku. Czym jest proces cynkowania i jakie zmiany zachodzą w materiale podczas eksploatacji wyjaśniamy w poniższym artykule. Cynkowanie to obecnie jeden z najskuteczniejszych sposobów ochrony elementów metalowych przed korozją. Istnieją różne rodzaje cynkowania. Każdy z nich ma swoje plusy i minusy.
Cynkowanie to proces cynkowania polega na nałożeniu warstwy cynku na elementy metalowe, które łatwo ulegają korozji.
Cynkowanie ogniowe (zanurzeniowe)
Proces nakładania mechanicznie wytrzymałej powłoki cynku na stal, który polega na zanurzeniu odpowiednio przygotowanych wyrobów stalowych w kąpieli płynnego cynku, poprzedzony fazą przygotowania wyrobów poprzez odtłuszczanie, trawienie.
Proces, w którym stosuje się zjawisko elektrolizy – w przypadku takiego procesu źródłem niezbędnego napięcia jest prąd elektryczny. Powierzchnia cynkowanego elementu musi zostać uprzednio dokładnie odtłuszczona, a następnie wytrawiona. Dzięki tym czynnościom dochodzi do usunięcia korozji. Dopiero tak przygotowany materiał poddawany jest cynkowaniu galwanicznemu.
Każdy rodzaj stali, który spełnia wymagania normy DIN 17100 oraz PN-88/H-84020 i PN-86/H-84018 można poddać procesowi cynkowania. Zawartość węgla (C) i krzemu (Si) w ocynkowanej ogniowo stali nie powinien przekraczać łącznie 0,5%.
Proces cynkowania przebiega najefektywniej w przypadku stali gdzie zawartość krzemu wynosi poniżej 0,03%. Niższą jakość powłok cynkowych (grubość, połysk, gładkość, przyczepność) uzyskuje się w przypadku stali zawierającej krzem w zakresie 0,12% do 0,3% (norma PN-EN 10025).
Grubości powłok dla poszczególnych oznaczeń zostały przedstawione w tabeli poniżej. Odpowiednio dobrana grubość powłoki ocynku chroni instalacje przed powstawaniem korozji. Elementy bez ochorny antykorozyjnej bądź z niepoprawnie nałożoną lub uszkodzoną powłoką mogą zacząć rdzewieć w bardzo krótkim czasie. Orientacyjną grubość powłoki cynkowej zgodnie z normą PN-EN 10346:2009 mierzy się w mikrometrach (µm) lub wyrażana jest w jednostce masy w g/m2.
| Oznaczenie powłoki | Minimalna całkowita masa powłoki g/m3 |
Orientacyjna wartość grubości powłoki, typowo (µm) |
|---|---|---|
| Z80 | 80 | 5,5 |
| Z100 | 100 | 7 |
| Z140 | 140 | 10 |
| Z180 | 180 | 13 |
| Z200 | 200 | 14 |
| Z225 | 225 | 16 |
| Z275 | 275 | 20 |
| Z350 | 350 | 25 |
| Z450 | 450 | 32 |
| Z600 | 600 | 42 |
Zdolność cynku do wytworzenia ochrony katodowej. Powstawanie tego procesu opiera się zasadzie różnicy potencjałów. Zgodnie z szeregiem napięciowym metali potencjał standardowy cynku wynosi −0,76 V i jest bardziej elektroujemny niż potencjał żelaza wynoszący −0,45 V. Metale o niższych potencjałach mają zdolności redukujące względem metali o wyższych potencjałach.
Podczas wystąpienia czynników atmosferycznych, wilgoci (naturalnie obecnej w powietrzu) i różnicy potencjałów pomiędzy tymi metalami następuje samoistne zjawisko chemiczne powodujące przepływ prądu-utlenianie (korodowanie) cynku. Żelazo zawarte w stali przyciąga elektrony cynku, co skutecznie wstrzymuje niszczeniu korozyjnemu stalowego rdzenia elementu.
Kanały wentylacyjne z widoczną korozją - rezultat błędnie dobranego materiału przewodów wentylacyjnych.
Cynk ulega powolnemu roztwarzaniu, wskutek działania ogniwa elektrochemicznego cynk – woda – stal, chroniąc w ten sposób katodowo stal (w efekcie przepływu prądu elektrycznego), we wszelkich nieciągłościach powłoki cynkowej. Dzięki temu procesowi na powierzchni stali ocynkowanej w pierwszym okresie ekspozycji brak jest rdzawych plam. W czasie eksploatacji, na powierzchni cynkowej, wytwarza się pasywna warstewka tlenku oraz węglanu cynku, szczelna i odporna na korozję w środowisku wody obiegowej, w chłodniach wyparnych i skraplaczach natryskowo – wyparnych.
Podczas kontaktu powietrza z powłoką cynku stal się utlenia powstają takie związki, jak tlenek cynku, wodorotlenek cynku, zasadowy węglan cynku czy uwodnione związki, w składzie których znajdują się siarczany. W szczególności tlenek oraz wodorotlenek cynku, przyczyniają się do powstawania zabarwionej warstwy osadu nazywanego „białą rdzą”.
Tworzy ona naturalną warstwę chroniącą przed dalszym głębszym powstawaniem korozji wżerowej. Za sprawą elektrochemicznej właściwości cynku, nawet w przypadku niewielkiego uszkodzenia powłoki cynkowej, stal jest nieustannie chroniona. Warstwa patyny naturalnie powstanie na nowo w miejscu uszkodzenia.
Powłoka cynku ma za zadanie również ochronić materiał przed zniszczeniami mechanicznymi. Dzięki warstwowej budowie ma niejednorodną twardość o na różnych głębokościach co powoduje, że jest odporna na uszkodzenia, ścieranie i zadrapania, pęknięcia. Utworzona w tym procesie powłoka jest nierozerwalnie połączona ze stalą, bowiem atomy cynku wnikają w materiał tworząc jednolity, nierozerwalny stop.
W tabeli poniżej został przedstawiony roczny ubytek cynku w poszczególnych klasach korozyjności na rok. Producenci wyrobów nie są w stanie określić klasy korozyjności jakie spełniają wyroby. Projektant instalacji musi określić w jakim środowisku będzie użytkowany dany element następnie przypisuje się go do danej klasy korozyjności.
Kolejnym etapem jest obliczanie szacunkowej liczby lat, które wytrzyma materiał w tym środowisku. Wyrób może być zastosowany zgodnie z kategorią korozyjności określoną przez użytkownika wg PN-EN-ISO-14713-1_2017-08E ubytek powłoki w ciągu pierwszego roku będzie następował w tempie określonym na podstawie tabeli nr. 1. W kolejnych latach użytkowania ubytek powłoki korozyjnej powinien zostać oszacowany na podstawie normy PN-EN-ISO-9224_2012E, wartości ubytków (grubości powłok) zostały przedstawione w tabeli nr. 2.
| Kategoria korozyjności wg. PN- EN ISO 14713-1: 2017-08E | Obciążenie korozyjne atmosfery | Roczny ubytek grubości powłoki cynkowej w µm×a-1 | |
|---|---|---|---|
| Wewnątrz | Zewnątrz | ||
| C1 | Ogrzewane przestrzenie o niskiej względnej wilgotności i nieznacznych zanieczyszczeniach, np. biura, szkoły, muzea. | Środowisko suche lub zimne, bardzo niskie zanieczyszczenie i wilgoć, np. pustynie. | ≤0,1 |
| C2 | Nieogrzewane przestrzenie o różnej temperaturze i wilgotności względnej. Niska częstotliwość kondensacji i niska ilość zanieczyszczeń, np. magazyny, hale sportowe | Strefa umiarkowana, środowisko atmosferyczne z niskimi zanieczyszczeniami SO2 | > 0,1 do 0,7 |
| C3 | Przestrzenie o umiarkowanej częstotli-wości kondensacji i umiarkowanych zanieczyszczeniach z procesu produkcyjnego, np. zakłady przetwórstwa spożywczego, pralnie, browary, mleczarnie. | Strefa umiarkowana, środowisko atmosferyczne o średnim zanieczyszczeniu (SO2: 5 µg/m3 do 30 µg/m3) lub z udziałem chlorków, np. obszary miejskie, obszary przybrzeżne z niskim osadzaniem chlorków. Strefy subtropikalne i tropikalne z niskim zanieczyszczeniem. | > 0,7 do 2,1 |
| C4 | Przestrzenie o wysokim zanieczyszcze-niu z procesów produkcyjnych, np. zakłady przetwórcze, baseny | Strefa umiarkowana, środowisko atmosferyczne o wysokim zanieczyszczeniu (SO2 : 30 µg /m3 do 90 µg /m3), znaczący wpływ chlorków, np. zanieczy-szczony teren miejski, obszary przemysłowe, obszary przybrzeżne , dostęp do słonej wody, narażenie na silne działanie soli. Strefy subtropikalne i tropikalne z atmosferą o średnim zanieczyszczeniu | > 2,1 do 4,2 |
| C5 | Przestrzenie o bardzo wysokiej częstotliwości kondensacji i / lub wysokim zanieczyszczeniu z procesu produkcyjnego, np. kopalnie, jaskinie przemysłowecele, niewentylowane wiaty w pod-strefy tropikalne i tropikalne | Strefy umiarkowane i podzwrotnikowe, środowisko atmosferyczne o bardzo wysokim stopniu zanieczyszczenia (SO2 :90 g/m 3 do 250 g/m3), i / lub istotny udział chlorków, np. obszary przemysłowe, obszary przybrzeżne | > 4,2 do 8,4 |
| CX | Przestrzeń z prawie stałą kondensacją lub długimi okresami ekspozycji na działanie skrajnej wilgotności i/lub z dużym zanieczyszczeniem procesu produkcyjnego, np. niewentylowane wiaty w wilgotnych strefach tropikalnych z penetracją zanieczyszczeń zewnętrznych, w tymcząsteczek chlorków i cząstek stałych powodujących korozję | Strefy subtropikalne i tropikalne (częste występowanie wilgoci), środowisko atmosferyczne z bardzo wysokimi zanieczyszczeniami (SO2) (wyższe niż 250 µg /m3), w tym czynniki towarzyszące działalności produkcyjnej, silny wpływ chlorków, np. ekstremalne obszary przemysłowe, obszary przybrzeżne, obszary z mgłą solną |
> 8,4 do 25 |
Tabela nr 1. Opis typowych środowisk atmosferycznych związanych z szacowaniem kategorii korozyjności,
wg. PN-EN ISO 14713-1:2017-08E
Stale kwasoodporne – tj. 1.4301/304 oraz 1.4404/316L w szczególności polecane są do środowisk C4 oraz C5, gdzie ryzyko narażenia na wystąpienie korozji jest wysokie.
| Metal | Kategoria korozyjności |
Okres eksploatacji (lata) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 5 | 10 | 15 | 20 | ||
| Stal węglowa | C1 | 1,3 | 1,9 | 3,0 | 4,3 | 5,4 | 6,2 |
| C2 | 25 | 36 | 58 | 83 | 103 | 120 | |
| C3 | 50 | 72 | 116 | 167 | 206 | 240 | |
| C4 | 80 | 115 | 186 | 267 | 330 | 383 | |
| C5 | 200 | 287 | 464 | 667 | 824 | 958 | |
| CX | 700 | 1006 | 1624 | 2334 | 2885 | 3354 | |
| Cynk | C1 | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,9 | 1,1 |
| C2 | 0,7 | 1,2 | 2,6 | 4,5 | 6,3 | 8,0 | |
| C3 | 2,1 | 3,7 | 7,8 | 13,6 | 19,0 | 24,0 | |
| C4 | 4,2 | 7,4 | 15,5 | 27,3 | 38,0 | 48,0 | |
| C5 | 8,4 | 14,3 | 31,1 | 54,6 | 75,9 | 95,9 | |
| CX | 25 | 44 | 93 | 162 | 226 | 286 | |
Tabela nr 2. Maksymalna wartość ubytku korozyjnego przy dłuższym narażeniu dla różnych kategorii korozyjności
wg. PN-EN-ISO-9224_2012E. Wartości ubytku materiału zostały przedstawione w mikrometrach µm.
Poznaj zalety cynkowania:
Szukasz więcej informacji na temat wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła? Sprawdź nasze TOP 5 artykułów na temat rekuperacji:
W tabeli powyżej został przedstawiony roczny ubytek cynku w poszczególnych klasach korozyjności na rok. Producenci wyrobów nie są w stanie określić klasy korozyjności jakie spełniają wyroby. Projektant instalacji musi określić w jakim środowisku będzie użytkowany dany element następnie przypisuje się go do danej klasy korozyjności.