Korozja kanałów wentylacyjnych – przyczyny
Rurociągi i kanały wchodzące w skład systemów HVAC stanowią istotny element w kontekście funkcjonowania obiektów budowlanych i przemysłowych. Wytrzymałość oraz odporność korozyjna stalowego systemu wentylacyjnego zależy głównie od takich czynników jak:
- dobór gatunku stali do środowiska pracy;
- dobór odpowiednich grubości instalacji;
- grubość warstwy cynku;
- poprawność montażu i obróbki;
- regularna konserwacja.
Niepożądane zmiany w strukturze materiału instalacji w dużym stopniu zależą od grubości powłoki ocynku. Cynkowanie to obecnie jeden z najskuteczniejszych sposobów ochrony elementów metalowych przed korozją. Istnieją różne rodzaje cynkowania – każdy z nich ma swoje plusy i minusy.
Czym jest cynkowanie?
Cynkowanie polega na nałożeniu warstwy cynku na elementy metalowe, które łatwo ulegają korozji.
Rodzaje cynkowania
Cynkowanie ogniowe (zanurzeniowe)
Proces nakładania mechanicznie wytrzymałej powłoki cynku na stal, polegający na zanurzeniu odpowiednio przygotowanych wyrobów stalowych w kąpieli płynnego cynku. Poprzedzony jest fazą przygotowania wyrobów przez odtłuszczanie i trawienie.
Cynkowanie galwaniczne (elektrolityczne)
Proces, w którym stosuje się zjawisko elektrolizy – 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.
Jakie blachy możemy cynkować?
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 powinna 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%–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 ochrony 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 wyraża w jednostce masy w g/m².
| Oznaczenie powłoki | Minimalna całkowita masa powłoki g/m² | 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 |
Dlaczego ocynk chroni stal przed zniszczeniem?
Zdolność cynku do wytworzenia ochrony katodowej wynika z zasady 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 niszczące korozyjne działanie na stalowy rdzeń elementu.
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.
Dlaczego często na stali ocynkowanej można zauważyć „biały nalot"?
Podczas kontaktu powietrza z powłoką cynku stal się utlenia – powstają takie związki jak tlenek cynku, wodorotlenek cynku, zasadowy węglan cynku czy uwodnione związki zawierające siarczany. W szczególności tlenek oraz wodorotlenek cynku przyczyniają się do powstawania zabarwionej warstwy osadu nazywanej „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 i niejednorodnej twardości na różnych głębokościach jest odporna na uszkodzenia, ścieranie, zadrapania i pęknięcia. Utworzona w tym procesie powłoka jest nierozerwalnie połączona ze stalą – atomy cynku wnikają w materiał tworząc jednolity, nierozerwalny stop.
Kategorie korozyjności wg PN-EN ISO 12944-2:2001
W tabeli poniżej przedstawiony został roczny ubytek cynku w poszczególnych klasach korozyjności. Producenci wyrobów nie są w stanie określić klasy korozyjności, jaką spełniają wyroby – projektant instalacji musi określić, w jakim środowisku będzie użytkowany dany element, a następnie przypisać go do odpowiedniej 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 1. W kolejnych latach użytkowania ubytek powłoki korozyjnej powinien zostać oszacowany na podstawie normy PN-EN-ISO-9224:2012E (Tabela 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 częstotliwości kondensacji i umiarkowanych zanieczyszczeniach z procesu produkcyjnego, np. zakłady przetwórstwa spożywczego, pralnie, browary, mleczarnie. | Strefa umiarkowana, środowisko atmosferyczne o średnim zanieczyszczeniu (SO₂: 5–30 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 zanieczyszczeniu z procesów produkcyjnych, np. zakłady przetwórcze, baseny. | Strefa umiarkowana, środowisko atmosferyczne o wysokim zanieczyszczeniu (SO₂: 30–90 µg/m³), znaczący wpływ chlorków, np. zanieczyszczony teren miejski, obszary przemysłowe, obszary przybrzeżne z dostępem do słonej wody. 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 przemysłowe, niewentylowane wiaty w podstrefach tropikalnych. | Strefy umiarkowane i podzwrotnikowe, środowisko atmosferyczne o bardzo wysokim stopniu zanieczyszczenia (SO₂: 90–250 µg/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. | Strefy subtropikalne i tropikalne (częste występowanie wilgoci), środowisko atmosferyczne z bardzo wysokimi zanieczyszczeniami SO₂ (powyżej 250 µg/m³), silny wpływ chlorków, np. ekstremalne obszary przemysłowe, obszary przybrzeżne z mgłą solną. | >8,4 do 25 |
Stale kwasoodporne – tj. 1.4301/304 oraz 1.4404/316L – są szczególnie polecane do środowisk C4 oraz C5, gdzie ryzyko narażenia na korozję 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 | |
Zalety cynkowania
- estetyczne wykończenie powierzchni umożliwiające zachowanie atrakcyjnego efektu na długi okres czasu;
- zwiększona ochrona na odbarwienia i rdzę;
- zabezpieczenie przed odkształceniami mechanicznymi, ścieraniem i utratą jakości;
- odporność na działanie substancji organicznych i nieorganicznych oraz możliwość długiego eksploatowania w warunkach atmosferycznych;
- potwierdzone ograniczenie strat materiałowych i finansowych spowodowanych występowaniem korozji;
- stal ocynkowana po okresie użytkowania nadaje się do ponownego wykorzystania jako surowiec w przemyśle przetwórczym.
Szukasz więcej informacji na temat wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła? Sprawdź nasze TOP 5 artykułów na temat rekuperacji:
- 14 rzeczy, które musisz wiedzieć o PremAIR – poznaj najważniejsze zalety naszej bestsellerowej serii rekuperatorów PremAIR.
- Przewodnik po rekuperacji decentralnej cz. I i cz. II – planujesz wymienić wentylację grawitacyjną w starym domu na rekuperację? Sprawdź, czy rekuperatory ścienne nie są rozwiązaniem dla Ciebie.
- Filtry do rekuperatora – dowiedz się, dlaczego filtry oraz ich regularna wymiana to podstawa wentylacji mechanicznej.
- Jaki rekuperator wybrać? 5 pytań, jakie musisz sobie zadać – mini przewodnik, czym się kierować przy wyborze centrali wentylacyjnej.
- Co to jest filtr elektrostatyczny i jak działa? – alternatywa dla tradycyjnych filtrów tkaninowych – filtr wielokrotnego użytku do rekuperacji.