I měděné potrubí může zkorodovat

Po mnoho let se v otopné soustavě vyskytovala převážně jen ocel (rozvo­dy otopné vody a otopná tělesa). Těmi proudila voda z venkovního vodo­vodu. Koroze sice také existovala, zejména díky kyslíku. Ovšem v nesrov­natelně menší míře, než je tomu dnes.
Vyšší výskyt vzduchu v otopné vodě je u soustav, u kterých je expanze za výtlačným hrdlem čerpadla. Oproti nulovému bodu je za čerpadlem pře­tlak, zatímco celá soustava je v podtlaku. Tím umožňuje nasávání vzdu­chu s kyslíkem u většiny spojů a armatur.
Dnes máme mnohem více kovů v otopné soustavě. Ví se, že způsobují elektrochemickou korozi. Většinou tím více, čím větší je rozdíl mezi elek­trickými potenciály jednotlivých prvků. Kyslík obsažený jak v napájecí, tak i v oběhové vodě nadělal mnohé problémy s korozí. Zejména u pů­vodních plastových trubek. Difuze u plastových trubek může být totiž až 1000× vyšší než u trubek kovových. Jistého úspěchu bylo dosaženo u plastového potrubí s kyslíkovou bariérou. Tu tvoří hliníková folie, kte­rá by u menších průměrů potrubí měla zajistit absolutní kyslíkovou ba­riéru z venkovního prostředí.
Na hliníkovou folii plastové trubky působí kyslík nejenom z vnějšího pro­středí při atmosférickém tlaku a relativně mírné teplotě vzduchu, ale i kyslík rozpuštěný v otopné vodě. Ten o vyšším přetlaku několika barů a měnící se teplotě. Je pravděpodobné, že na hliníkové membráně dochá­zí mezi oběma povrhy k difuzi. Jinak by nebylo možné, aby se na stěnách měděných trubek vyskytoval hliník ve zvýšené míře. Toto tvrzení však může stoprocentně potvrdit pouze laboratorní zkouška.
Je velkým přínosem, že se autor článku zabývá do vědecké hloubky elek­trochemickou korozí v prostředí otopných soustav. Řešení problémů otopných soustav s elektrochemickou korozí, včetně popsaného případu, nebude možné řešit návratem do minulosti. Stačí si uvědomit, že kromě oxidace existuje i opačný pojem „redukce“. Naštěstí existuje řešení, v již mnoho let vyzkoušené technologie fyzikálně­bioenergetické úpravy vody.

Recenzent: Miloš Bajgar

1. Úvod

V rodinném domě byla instalována teplovodní otopná soustava. Přibližně po 10 letech provozu byly zjištěny netěsnosti měděného potrubí.

2. Popis otopné soustavy

Zdrojem tepla je závěsný plynový kotel Junkers o jmenovitém výkonu 7–24 kW.
Teplá voda je připravována v zásobníku Junkers ST 160–2E.
V objektu jsou instalovány dvě části otopné soustavy – část s litinovými tělesy Kalor a podlahové teplovodní vytápění.
Otopná tělesa pracují se jmenovitým teplotním spádem 75/55 °C, podlahové vytápění pracuje se jmenovitým teplotním spádem 47/40 °C.
Rozvodné porubí je měděné.

Podlahové teplovodní vytápění je připojeno k soustavě prostřednictvím třícestného směšovacího ventilu k mosazným rozdělovačům a sběračům.
Pro podlahové vytápění byly použity plastové trubky s protikyslíkovou bariérou, kterou tvoří hliníková vrstva o tloušťce 0,035 mm.

Odplynění otopné soustavy je provedeno plovákovými odplyňovacími ventily a centrálním zařízením pro aktivní odstraňování plynů typu SPIROVENT. V době prohlídky instalace bylo odvzdušnění ventilu uzavřeno.

Nucený oběh teplonosné kapaliny zajišťuje oběhové čerpadlo UPS 25–50. Čerpadlo je nastaveno na stupeň 3. Průtok kapaliny je 1,5 m3·h–1. Teplonosná kapalina je doplňována vodou z vodovodního řadu.

3. Popis netěsností

Netěsnosti vznikají na měděném potrubním rozvodu. Ve vzdálenostech cca 4 cm jsou viditelné zelené skvrny, ze kterých prosakuje teplonosná kapalina. Materiál je porézní.

Porézním materiálem pronikající kapalina tvoří kapky. Při opravách byly poškozené části trubky vyjmuty a nahrazeny novou trubkou. Část trubky s netěsnostmi byla podrobena zkoumání.

Za účelem zjištění příčin vznikajících opakovaných netěsností byl odebrán vzorek doplňovací vody a vzorek otopné vody. Napájecí voda je čirá, bez mechanických nečistot. Otopná voda je silně zakalená.
Všechny ukazatele v otopné vodě byly stanoveny ve filtrátu.

4. Vyhodnocení výsledkůvybraných ukazatelů doplňovací a otopné vody

Hodnota pH doplňovací vody je nízká.
Hodnoty Rýznarova a Langeriérova indexu doplňovací i otopné vody svědčí o významném porušení vápenatouhličitanové rovnováhy.
Oba vzorky obsahují zvýšené množství rozpuštěného kyslíku.
Celková alkalita je nízká.
Také uhličitanová i vápenná tvrdost je nízká.
Obsah mědi v otopné vodě je řádově vyšší než v napájecí vodě.

Otopná voda je agresivní vůči konstrukčním materiálům, zejména vůči mědi.

5. Prvková a fázová analýza

Nerozpuštěné látky z otopné vody obsahují zejména železo, zinek a měď.

Z části poškozeného potrubí byl zkoumán stěr usazenin.

6. Charakteristika stěru z výřezu měděné trubky

Stěr ze vzorku trubky obsahuje převážně měď ve formě oxidu měďnatého.

Materiály, které se vyskytuji v otopné soustavě:
Železo – litinová otopná tělesa.
Měď – potrubní rozvody
Mosaz – rozdělovače a sběrače podlahového vytápění (měď a zinek).
Hliník – protikorozní vrstva potrubí podlahového vytápění. Jinde se hliník nevyskytuje. 

Každý konstrukční materiál se vyznačuje standardním elektrochemickým potenciálem.

Standardní potenciál kovu je aktivita kovových iontů v roztoku za standardních podmínek (teplota T = 293,15 K, tlak P = 101325 Pa). Standardní potenciál charakterizuje elektrochemickou ušlechtilost kovů, tj. elektrochemickou snahu kovu přecházet do oxidovaného stavu a uvolňovat elektrony. Kovy ušlechtilé, tj. s vyšším standardním potenciálem, mají tuto snahu menší než kovy s nižším standardním potenciálem.

Rozdíl standardních elektrochemických potenciálů mědi a hliníku je 1,797 V.
Korozí je zpravidla ohrožen materiál s menším potenciálem. To však nemusí platit vždy. Existuje i tzv. výměnná proudová hustota, jejíž velikost určuje rychlost koroze v aktivním stavu. Někdy je rychlost koroze s větší výměnnou proudovou hustotou větší, ačkoliv podle standardního potenciálu by tomu mělo být naopak. Výměnná proudová hustota závisí na vlastnostech teplonosné kapaliny.

V době odběru vzorků kapalin a stěru z měděné trubky se hliník ve zvýšené míře vyskytoval ve stěru z trubky.

V otopné soustavě probíhá intenzivní chemická i elektrochemická koroze. Působení elektrochemické koroze se projevuje netěsnostmi měděných trubek v pravidelných vzdálenostech cca 4 cm.

Příčinou vzniku korozních netěsností je výskyt hliníku v otopné soustavě. Hliník v otopné soustavě se vyskytuje pouze v ochranné protikyslíkové vrstvě trubek podlahového vytápění. Není zcela zjevné, jak se hliník z ochranné vrstvy dostal jako součást korozních produktů do stěru z měděné trubky. V úvahu připadá např. nekvalitní potrubí podlahového vytápění.

K elektrochemické korozi přispívá i rozdíl elektrochemických potenciálů mezi železem a mědí. Rozdíl je 0,577 V. Intenzitu korozních procesů ovlivňuje též poměr velikosti smáčených ploch i teplotní rozdíl a rychlost proudění kapaliny.

7. Návrh řešení korozních problémů

Otopnou soustavu vypustit a propláchnout.
Do zpětného potrubí instalovat zařízení pro fyzikálně-biologickou úpravu teplonosné kapaliny AQT. Zařízení by mělo být instalováno ve vzdálenosti min. 0,5 m od oběhového čerpadla.
Otopnou soustavu napustit vodou z vodovodního řadu.

Po 3 měsících od instalace zařízení zkontrolovat, zda se nevyskytují netěsnosti.
Odebrat vzorek teplonosné kapaliny a provést rozbor za účelem zjištění, zda byly korozní procesy zastaveny.

Dle VDI 2035 se doporučuje kontrolovat kvalitu teplonosné kapaliny jedenkrát ročně a o kvalitě kapaliny vést záznam.

Literatura

[1] VDI 2035 Blatt 1: Berichtigung Vermeidung von Schäden in Warmwasser- -Heizungsanlagen – Steinbildung in Trinkwassererwärmungs – und Warmwasser-Heizungsanlagen – Berichtigung zur Richtlinie VDI 2035 Blatt 1, 2005–12.
[2] VDI 2035 Blatt 2: Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen – Wasserseitige Korrosion, 2009–08.
[3] BAJGAR, M.: Fyzikálně-bioenergetická úprava vody. Topenářství instalace, 2019, roč. 50, č. 3, s. 50–53. ISSN 1244–0906. Dostupné z https://bit.ly/420xlzs>.
[4] MATĚJČEK, J.: Požadavky na kvalitu teplonosných kapalin. Topenářství instalace, 2017, roč. 51, č. 5, s. 38–40. ISSN 1244–0906. Dostupné z https://bit.ly/3fq4EI5>.
[5] MATĚJČEK, J.: Fyzikální úprava otopné a chladicí vody. Topenářství instalace, 2018, roč. 52, č. 5, s. 56–57. ISSN 1244–0906. Dostupné z https://bit.ly/3O1NzTm>.
[6] MATĚJČEK, J.: Chemické čištění otopné soustavy nemusí být bez problému. Topenářství instalace, 2018, roč. 52, č. 7, s. 36–38. ISSN 1244–0906. Dostupné z https://bit.ly/3W6AZob>.
[7] MATĚJČEK, J.: Technologie fyzikální úpravy vody – výsledky laboratorního měření. Topenářství instalace, 2021, roč. 55, č. 8, s. 54–57. ISSN 1244–0906. Dostupné z https://bit.ly/3SQI8b0>.
[8] MATĚJČEK, J.: Splňuje demineralizovaná voda požadavky výrobců kotlů i výrobců otopných těles na kvalitu otopné vody? Topenářství instalace, 2022, roč. 56, č. 8, s. 40–43. ISSN 1244–0906.
[9] Firemní podklady společnosti Aquatechnology.

---

Even copper pipes can corrode

A hot water heating system was installed in the family house. After approximately 10 years of operation, leaks were detected in the copper piping. At distances of approx. 4 cm, green spots are visible, from which the heat-carrying liquid is seeping. The material is porous.
Liquid penetrating the porous material forms drops. Part of the pipe with leaks was subjected to investigation. In order to find out the causes of repeated leaks, a sample of supply water and a sample of heating water were taken. Intensive chemical and electrochemical corrosion take place in the heating system.

Keywords: copper pipes, corrosion, air in the heating system, oxygen barrier, leaks, chemical indicators in supply and heating water, laboratory measurements.

❑ ❑ ❑