Koroze nerezové oceli v důsledku bludných a svodových proudů | Elektrokoroze – Yukirs

V posledním desetiletí se stále častěji objevují případy nemotivované zrychlené koroze vodovodních a topných potrubí v budovách. Stále častěji lidé slýchají od instalatérů nebo výrobců vyhřívaných věšáků na ručníky děsivá slova – netěsnosti ve vyhřívaných věšácích na ručníky jsou způsobeny bludnými proudy, nebo jak se jim jinak říká, elektrochemickou korozí (chemickou korozí). Pokud jsou splněny základní požadavky na složení vody (včetně obsahu rozpuštěného kyslíku), materiál potrubí a teplotní podmínky, koroze se zrychluje 2–10krát ve srovnání s údaji z konstrukčního výpočtu. Jedním z důvodů zrychlené koroze potrubí v moderních podmínkách jsou nepovolené proudy průmyslové frekvence, které jimi protékají, jejichž zdrojem jsou svodové proudy napájecího systému těchto budov.

Termín „koroze způsobená proudy (bludivé proudy)“ se obvykle spojuje se stejnosměrným proudem v podzemní kovové konstrukci. Zdroje těchto proudů se nacházejí vně poškozené konstrukce: elektrifikovaná doprava (tramvaje, metro, železnice), systémy katodické ochrany, systémy napájení dolů stejnosměrným proudem atd. [1-5] V tomto případě dochází k intenzivnímu koroznímu poškození v místech, kudy stejnosměrný proud protéká z vnějšího povrchu kovu do elektrolytu (vody nebo půdy). Domácí i světová praxe provozu vodovodních systémů tento problém uznává a bere ho v úvahu.

Na vnitřním povrchu určitých úseků potrubí uložených uvnitř budov a umístěných mimo zónu šíření bludných proudů v jejich obvyklém smyslu však vznikají a opakují se také charakteristické „píštěle“, které vyžadují zvláštní pozornost a vysvětlení.

V období od roku 1996 do roku 2002 byla provedena přímá oscilografická měření proudů protékajících vnitřním potrubím systémů vytápění a zásobování vodou budov na více než 200 místech v Moskvě. Měření byla provedena pomocí speciálně vyvinuté metody „Provádění prací k určení přítomnosti zdrojů a hlavních tras svodových proudů z napájecího systému do kovových konstrukcí a potrubních systémů budov“ a zařízení založeného na vícekanálovém hardwarově-počítačovém komplexu pro záznam proudů. Během práce bylo zaznamenáno, že potrubím protékají střídavé proudy průmyslové frekvence od 0,1 do 18,2 A. Rozložení proudu je znázorněno na obr. 1.

Analýza získaných dat nám umožnila stanovit korelaci mezi velikostí protékajícího proudu a rychlostí koroze potrubí. Tabulka 1 ukazuje typické údaje o životnosti potrubí před nástupem výrazného korozního procesu (kritériem je výskyt první „píštěle“) ve srovnání se zaznamenanými proudy protékajícími potrubím.

Na základě údajů uvedených v tabulce 1, jakož i odborných posudků Všeruského výzkumného ústavu koroze a Asociace vývojářů a výrobců protikorozních ochranných zařízení pro palivový a energetický komplex (KARTEK) [6,7] lze konstatovat přímý vztah mezi rychlostí koroze vnitřních potrubí budov a velikostí střídavých a stejnosměrných proudů, které jimi protékají.

Je nutné věnovat zvláštní pozornost skutečnosti, že jednou z charakteristik proudů protékajících potrubím je změna jejich velikosti (až do úplného vymizení v určitých časových okamžicích) v závislosti na změně elektrického zatížení v budově.

Typický příklad měření proudu protékajícího potrubím je znázorněn na Obr. 2. Typické příčiny svodových proudů vstupujících do potrubí jsou znázorněny na Obr. 2-5.

Hlavní důvody pro výskyt svodových proudů a jejich vstup do potrubí jsou:

• neprofesionální provoz stávajícího napájecího systému, například úmyslné použití potrubních systémů jako neutrálních pracovních vodičů (viz obr. 3,4);
• nesprávné připojení elektrických spotřebičů (sterilizéry, pračky, vířivé vany, sprchové kabiny, ohřívače vody, myčky nádobí atd.) propojujících potrubní systémy s napájecím systémem budov (viz obr. 5);
• poškození izolace kabelových vedení a/nebo elektrických zařízení, ke kterému dochází během provozu, oslabení, spálení a mechanické poškození nulových pracovních vodičů.

Při rekonstrukci starých a instalaci nových napájecích systémů v souladu s požadavky [6,7] se zavádí 3- a 5vodičové schéma zapojení elektrických zařízení, tj. k fázovým a nulovým pracovním vodičům se ve skutečnosti přidává nulový ochranný vodič.

Jakákoli nenápadná chyba při zapojování elektrických zařízení v těchto obvodech (nejčastější je připojení nulového pracovního vodiče k nulové ochranné svorce a naopak, nebo připojení obou vodičů pod jednu kontaktní svorku) vede k nekontrolovanému šíření proudu podél kovových konstrukcí a potrubí vodovodních a topných systémů, což nejen zvyšuje rychlost bodové koroze potrubí, ale také představuje riziko úrazu elektrickým proudem pro osoby. Zprávy organizací provozujících vodovodní systémy uvádějí jiskření mezi odpojenými konci potrubí, stížnosti servisního personálu na úrazy elektrickým proudem.

Pro řešení problému nekontrolovaného úniku proudu se obvykle všechna vnitřní vodovodní potrubí elektricky izolují od hlavního přívodního potrubí nebo se kovové trubky vystavené zrychlené elektrochemické korozi nahrazují plastovými.

Nesmíme však zapomínat, že potrubí jsou ve skutečnosti prvky napájecího systému, proto při výměně kovových trubek za plastové se řeší otázka eliminace jejich elektrochemické koroze, ale zároveň se může výrazně zvýšit zatížení neutrálních pracovních vodičů a výrazně se může zvýšit odpor fázově-neutrální smyčky, což vede ke snížení velikosti zkratových proudů.

Výše uvedené okolnosti mohou vést ke spálení neutrálních pracovních vodičů, v důsledku čehož prudce stoupá napětí u spotřebitelů nejméně zatížených fází, což často vede k selhání elektrických zařízení a požárům.

Při zvýšení odporu fázově-neutrální smyčky nemusí být funkčná zařízení proti zkratu (jističe) kvůli nesouladu mezi nastavením jističe a sníženými hodnotami zkratových proudů, které vznikají po výměně potrubí.

Předpisy pro elektroinstalaci (PUE) umožňují použití vodovodních trubek jako ochranného uzemňovacího vodiče. Proto je pro zajištění elektrické bezpečnosti při výměně kovových trubek za plastové nutná obzvláště pečlivá kontrola přítomnosti a měření hodnoty odporu uzemňovacích obvodů elektrických spotřebičů.

Technicky nejkompetentnější a nejúčinnější metodou boje proti výše uvedenému není odstranění následků, ale odstranění základní příčiny vzniku svodových proudů, tj. kompletní prozkoumání napájecího systému budov s určením zdrojů a konkrétních míst výskytu těchto proudů.

Je zřejmé, že studium souvislosti mezi korozí a proudy průmyslové frekvence protékajícími potrubím by mělo pokračovat, a to jak směrem k vývoji fyzikálního modelu mechanismu, tak směrem k akumulaci statisticky významného materiálu. Pro provozní služby je však podle našeho názoru v první řadě vhodné provádět práce na zkoumání napájecího systému budov, aby se identifikovaly chyby v zapojení elektrických zařízení a odstranily se, což nepochybně povede k významnému snížení míry intenzivní důlkové koroze potrubí vodovodních a topných systémů budov.

Pohodlí bydlení v bytovém domě se všemi výhodami civilizace má často i své negativní stránky. Jednou z nich je výskyt tzv. bludných proudů, které způsobují rez a píštěle na povrchu vyhřívaných věšáků na ručníky (zejména v místech svařování).

Každá vícepodlažní budova má systém vyrovnávání potenciálů (napětí). Je realizován připojením všech kovových konstrukcí k nulovému bodu VRU nebo GRSH (vstupní elektrické panely).

Hlavním úkolem systému je chránit osobu před úrazem elektrickým proudem při dotyku kovové konstrukce, která má kontakt s konstrukcí domu. Patří sem i vyhřívaný věšák na ručníky. Pokud hlavní vedení, ke kterému je připojen, nemá kontakt se systémem vyrovnávání potenciálů, existuje vysoká pravděpodobnost koroze způsobené bludnými proudy.

Častou příčinou tohoto jevu je, že při zapojení pomocí plastových trubek se zapomene připojit vyhřívaný věšák na ručníky k uzemňovacímu systému. V tomto případě se vlivem bludných proudů nerezová ocel začíná zhoršovat, objevují se rezavé skvrny nebo dokonce píštěle. Rez se obvykle objevuje v „nejslabším“ místě, tedy tam, kde je ochranná vrstva nejtenčí.

Existují dva způsoby, jak problém vyřešit.

• Uzemnění vyhřívaného věšáku na ručníky ve fázi instalace. Stačí připevnit jeden konec drátu ke stoupačce vody a druhý k tělesu vyhřívaného věšáku na ručníky. Pokud jste však již provedli dokončovací opravy, zemnící drát se nestane ozdobou koupelny.
• Kupte si vodní vyhřívaný věšák na ručníky s ochranou proti bludným proudům. Podstata ochrany spočívá v tom, že vnitřní stěna nerezové trubky vyhřívaného věšáku na ručníky je pokryta polymerní fólií, díky čemuž je eliminován kontakt chladicí kapaliny s kovem. Tento materiál nevede elektrický proud, proto působí jako vynikající izolant. Zároveň je polymer netoxický, neškodný pro člověka a životní prostředí, odolný vůči vysokým teplotám a trvanlivý.

Koroze nerezové oceli bludnými proudy (elektrokoroze) je typ koroze, ke které dochází za přítomnosti bludného proudu. Bludný proud je proud, který protéká jinými cestami, než které poskytuje obvod. Jedinečnost koroze nerezové oceli bludnými proudy spočívá v tom, že k ní může docházet pouze v místě výboje.

Koroze způsobená bludnými proudy je dynamický a přechodný typ koroze. Je elektricky podmíněná a může být způsobena i tradičními metodami prevence koroze. I když se proto zdá nevyhnutelná, její katastrofální následky nelze tolerovat ani ignorovat.

Tato koroze může být rychlá, pokud je proud generovaný galvanickými články menší než bludný proud. Když proud opouští kov a teče do elektrolytického média, část, ze které proud opouští, je vystavena silné korozi. Některé druhy nerezové oceli se mohou zničit poměrně rychle.

Bludné proudy mohou být vnější i vnitřní, přičemž vnitřní způsobují zkraty v elektrickém vedení.

Velmi často se „bludivý proud“ nazývá „nulovým proudem“, který existuje v kovových neuzemněných (nenulovaných) konstrukcích. Nesprávné použití tohoto termínu nesnižuje destruktivní schopnosti takových elektrických proudů.

Koroze bludných proudů nerezové oceli: Charakteristika

Nerezová ocel, ačkoli je v mnoha prostředích odolná vůči korozi, může být náchylná ke korozi bludnými proudy.

Existují dva hlavní typy koroze nerezové oceli způsobené bludnými proudy:

• Lokální galvanická koroze: K tomuto typu koroze dochází, když bludný proud přechází z nerezové oceli na jiný, elektronegativnější kov, jako je ocel nebo litina. V těchto oblastech se nerezová ocel rychle rozpouští.
• Podzemní koroze: K tomuto typu koroze dochází, když bludný proud prochází půdou. Ionty chlóru a další agresivní látky v půdě mohou korozi urychlit.

Když se nerezová ocel dostane do kontaktu s bludnými proudy, může se stát anodou, což způsobí její elektrochemické rozpuštění. Tento jev je známý jako koroze způsobená bludnými proudy.

• Nejedná se o přirozenou korozi, protože ji může způsobit vnější a nezávislý faktor, který není závislý na prostředí.
• Potenciální rozdíl s méně vodivým prostředím vzniká při průchodu bludného proudu, čímž vzniká korozní buňka.
• To může ovlivnit životnost a bezpečnost potrubí a dalších kovových konstrukcí.
• Ve skutečnosti se jedná o elektrochemickou korozi.
• Mezi hlavní faktory, které přispívají ke vzniku koroze způsobené bludnými proudy, patří vysoký elektrický odpor, špatná instalace kovů v zemi a úbytky napětí způsobené příliš velkou vzdáleností mezi rozvodnami.

Koroze způsobená bludnými proudy je relativně běžnou formou koroze nerezové oceli, která může být v případě neprodlené řešení v nerezových konstrukcích – zejména v potrubí – zničující.

Detekce koroze nerezové oceli bludnými proudy

Identifikace tohoto konkrétního typu koroze vyžaduje určité dovednosti a zkušenosti. Jiné typy koroze jsou nekvalifikovanými konzultanty v oblasti koroze často chybně diagnostikovány jako koroze způsobená bludnými proudy. Tato koroze způsobená bludnými proudy je určena vizuální kontrolou certifikovaným konzultantem v oblasti koroze. Koroze způsobená bludnými proudy se liší od jiných typů/druhů koroze způsobené nebludnými proudy v důsledku procesu elektrolýzy. Faktory prostředí nejsou faktorem, i když obvykle hrají významnou roli u jiných typů koroze nerezové oceli.

Jakákoli kovová konstrukce uložená v zemi je náchylná ke korozi způsobené bludnými proudy. Nejčastěji postihuje železnice, potrubí, skladovací nádrže a další velké konstrukce vyrobené z nerezové oceli.

Koroze bludnými proudy se často zaměňuje s galvanickou korozí. Od galvanické koroze se výrazně liší tím, že se jedná o korozi mezi dvěma odlišnými kovy, zatímco bludné proudy nepodléhají korozi vlivem prostředí a mohou způsobit mnohem větší škody.

Známky koroze nerezové oceli bludnými proudy:

• Rezavé skvrny nebo vředy na povrchu nerezové oceli.
• Zdokonalení stěny trubek nebo jiných konstrukcí z nerezové oceli.
• Trhliny v konstrukcích z nerezové oceli.
• “Perforace” z nerezové oceli.

Příčiny koroze nerezové oceli v důsledku bludných proudů

Koroze způsobená bludnými proudy, jak již bylo zmíněno, je specifickou formou koroze. Není způsobena faktory prostředí. Dochází k ní, když proud protéká jinou cestou, než je zamýšleno.

Bludný proud nastává, když elektřina neteče správně. K tomu může dojít v mnoha situacích. Jednou z nejčastějších příčin bludných proudů je nesprávná instalace nebo nedostatečná údržba elektrického systému. Existuje mnoho věcí, které mohou způsobit, že se elektrický proud odchýlí od zamýšlené trasy. Mezi zdroje bludných proudů patří:

• Systémy protikorozní ochrany s katodickou ochranou.
• Stejnosměrné proudy, které rozvádějí energii, jsou uzemněny.
• Systémy elektrické rychlé přepravy.
• Zařízení pro elektrické svařování.

Jak mohou tyto bludné proudy vznikat? Představte si nerezový vyhřívaný věšák na ručníky připojený k trubkám z kovu a plastu/plastu. Při pohybu se voda v důsledku tření o stěny (dielektrikum) elektrizuje a na kovových prvcích se hromadí statický náboj, čímž vzniká jakýsi kondenzátor (pokud by trubky byly z vodivého kovu, náboj by se nehromadil). Následně se tento kondenzátor vybije, protéká jím malý proud a jeden z kovů se začne zhoršovat, podobně jako při elektrochemické korozi.

Problém koroze nerezových kohoutků a vyhřívaných věšáků na ručníky spočívá právě v tom, že jsou k nim připojeny plastové trubky. Stoupačka je samozřejmě vyrobena z kovových trubek. Všechny kovové trubky jsou uzemněny, v nových domech systémem vyrovnávání potenciálů, ve starých domech – v suterénu k zemní smyčce. Při použití plastových trubek je kovové spojení mezi stoupačkou a nerezovým vyhřívaným věšákem na ručníky přerušeno. V důsledku toho je potenciál přerušen: na stoupačce máte jeden – zem, na kohoutku (vyhřívaném věšáku na ručníky) – druhý. Tento jev se nazývá – rozdíl potenciálů. Elektrický proud se objeví mezi různými potenciály, když se mezi nimi objeví vodič. Takovým vodičem je voda. Když se voda pohybuje trubkami, dochází k mikrotření různých médií: vody a kovu a tření generuje napětí. To znamená, že potenciál se rovná potenciálu země ve stoupačce (uzemněné), a ten ve vyhřívaném věšáku na ručníky je sám o sobě, a skrze vodu mezi různými potenciály vznikají “bludivé proudy”, a v důsledku toho koroze.

Metody a způsoby prevence koroze nerezové oceli způsobené bludnými proudy

Začněme tím, že pokud jsou všechny prvky potrubí správně nainstalovány, neměly by se vyskytovat žádné bludné proudy. Správná instalace znamená uzemnění všech kovových prvků (topné baterie, vyhřívané věšáky na ručníky, umyvadla, vany, baterie).

Jak se vyhnout: uzemněte všechny kovové prvky systému. Zejména při použití plastových trubek.

Voda má vynikající vodivost. Stačí zajistit spolehlivé kovové spojení mezi stoupacím potrubím a kovovými koncovými zařízeními (směšovač, vyhřívaný věšák na ručníky). Jednoduše řečeno – uzemněte vyhřívaný věšák na ručníky k kovovému stoupacímu potrubí a všechny problémy s blouděním vás okamžitě opustí, potenciál se vyrovná a proud nebude mít kudy odtékat.

Katodická ochrana často nedostatečně zabraňuje korozi bludnými proudy na rizikových konstrukcích z nerezové oceli. Investice do mapování bludných proudů je pro prevenci nezbytná.

Mapování bludných proudů je bezpečný způsob, jak zmapovat dráhu bludných proudů. Znalost dráhy bludných proudů a pravidelně monitorovaný spolehlivý systém katodické ochrany pomůže předcházet problémům spojeným s tvorbou korozních buněk v důsledku bludných proudů.

Katodická ochrana může způsobit bludné proudy, které mohou vést ke korozi. Katodická ochrana je navržena tak, aby chránila konstrukce před korozí, ale ve skutečnosti může způsobit korozi způsobenou bludnými proudy. Pro dosažení nejlepších výsledků by měla být monitorována a posuzována certifikovanými konzultanty pro korozi.

Koroze nerezové oceli v důsledku svodových proudů

Svodový proud není bludný proud, je to něco jiného. Z nějakého důvodu proud protéká nerezovou trubkou a ocel se ničí, stejně jako při galvanické korozi.

Koroze nerezové oceli v důsledku svodových proudů může vést k vážným problémům, jako například:

• Poškození zařízení: Koroze může způsobit poškození součástí z nerezové oceli, což může vést k selhání zařízení a nákladným opravám.
• Snížení síly: Koroze může oslabit nerezovou ocel, což ji může učinit náchylnější k praskání a lomu.
• Únik: V některých případech může koroze vést k úniku kapaliny nebo plynu ze zařízení, což může být nebezpečné pro lidi a životní prostředí.

Pokud je instalace provedena správně, neměl by potrubím protékat žádný proud. Proud však potrubím protékat může, pokud někdo připojil uzemnění elektrického spotřebiče ke stoupačce. To je nebezpečné především nikoli kvůli korozi, ale kvůli ohrožení života. Představte si, že stoupačka byla během opravy odpojena a uzemnění neexistuje. Proud může potrubím protékat v důsledku poruch v systémech uzemnění, nulování a vyrovnání potenciálů.

Jak se vyhnout:

1. Nepoužívejte vodovodní potrubí ani topné trubky jako uzemnění pro elektrické spotřebiče.
2. Správně nainstalujte systém uzemnění, nulování a vyrovnání potenciálů.
3. Používejte diferenciální jističe, které reagují na svodové proudy až do 30 miliampérů.

Koroze bludnými proudy je srovnatelná s galvanickou korozí, kde proud vzniká interně, ačkoli lze přijmout jiná opatření k jeho eliminaci. Chemické a elektrické reakce na rozhraní mezi elektrolytem a kovem jsou také podobné. Korodující kov je považován za anodu a proud teče ke katodě.

Pokud máte podezření, že nerezová ocel je náchylná ke korozi způsobené bludnými proudy, doporučuje se kontaktovat specialistu na korozi, který provede diagnostiku a vypracuje plán na ochranu vaší konstrukce, produktu nebo zařízení.

• ADRESÁŘ
• RECENZE / KOMENTÁŘE
• NEREZOVÉ POTRUBÍ