Hliník v teplovodných vykurovacích zariadeniach

V alkalických vykurovacích vodách s hodnotou pH nad 8,2 sa môže vyskytnúť kyslíková korózia. Povlaky z uhličitanov železa sa netvoria, iba obsah voľného kyslíka vo vode rozhoduje o korózii. Prúdový tok pri priebehu korózie pozostáva v zásade z dvoch čiastkových reakcií. Jedna čiastková reakcia pozostáva z uvoľňovania kovu, druhá z odsunu zostatkového negatívneho náboja z kovu voľným kyslíkom vo vode. Ak kyslík nie je prítomný, táto čiastková reakcia sa nekoná a tok prúdu (korózna reakcia) ihneď končí. Absolútne tesné vykurovacie systémy nemajú preto žiadne problémy s koróziou. Voda nasýtená kyslíkom obsahuje v 1 m3 cca 10 g kyslíka. V systéme s komponentmi z čiernej ocele s objemom 1 m3 môže vzniknúť 36 g magnetitu (Fe3O4). Tento výpočet už ukazuje, že prísun kyslíka plniacou a doplňovacou vodou nemôže hrať hlavnú úlohu. Poruchové expanzné nádoby, netesné ventily, poškodené tesnenia a podtlak v potrubí (pri zlom hydraulickom vyregulovaní! Sú mnohokrát príčinou veľkého množstva magnetitových kalov, ktoré sa tvoria podľa nasledovnej reakcie: 3 FE + 2 O2 = Fe3O4. Rýchlosť tvorby magnetitu stúpa predovšetkým s narastajúcim obsahom kyslíka vo vode. Avšak alkalické hodnoty pH a nízka vodivosť vody môžu koróznu reakciu veľmi silno pribrzdiť (obr. 1).

Obr. 1: Kyslíková korózia môže prebiehať (pri pH nad 8,2), keď sa korózny prúdový okruh sám uzatvorí pomocou voľného kyslíka vo vode.

Nízka vodivosť vody prekáža toku korózneho prúdu, naopak vysoká vodivosť vody uľahčuje priebeh korózie. Vodivosť vykurovacej vody sa tvorí predovšetkým z obsahu solí v plniacej a doplňovacej vode. Chloridy a sulfáty sú tu veľmi podstatné, lebo ióny po tom, čo zreagovali s kovom, tvoria vo vodnom prostredí soľné a sírnaté kyseliny. Prvky korózie sa tým stabilizujú a držia sa aktívne. Preto z tohto dôvodu ohraničuje smernica (STN EN 148 68) koncentráciu týchto oboch iónov na hodnote 50 mg/l. Pitná voda ale môže obsahovať až 250 mg chloridu a 240 mg sulfátu. Prostriedky na viazanie kyslíka a/alebo inhibítory korózie tiež zvyšujú vodivosť vody. Predovšetkým pri hliníkových materiáloch sa dá pri prístupe kyslíka počítať s výskytom jamkovej a štrbinovej korózie, keďže na to patričné množstvá iónov chloridu sú prakticky vo všetkých plniacich a doplňovacích vodách. Pri vodách s malým obsahom solí je toto nebezpečenstvo podstatne menšie, ako poznamenáva smernica VDI 2035-2. Popri tom sa uvádza, že konvenčné úpravne vody obsah solí neznižujú, ale len vápnik a horčík, tvoriaci vodný kameň, nahrádzajú sodíkom. Ióny spôsobujúce koróziu odstraňujú len demineralizačné patróny (obr.2).

Obr. 2: Útok chloridov na hliník s jamkovou koróziou a porušenie ochrannej oxidačnej vrstvy. Kov sa pritom rozpúšťa pri vzniku vodíka.

Veľmi zaujímavé je tvrdenie Siemens Building Technologies, že takmer všetky analýzy vody v problémových zariadeniach v posledných 10 rokoch vykázali príliš nízke hodnoty pH. V smernici VDI 2035-2 sa odporúča rozsah hodnôt pH medzi 8,2 až 10,0, pokiaľ nie sú v systéme zabudované hliníkové materiály. Pokiaľ tomu ale tak nie je, pH musí byť ohraničené spravidla hodnotou 8,5. Na obrázku 3 sú zobrazené vyhovujúce rozsahy hodnôt pH, v ktorých sa materiál správa pasívne a to, oceľ, meď a hliník.

Pre oceľ pri rozsahu pH medzi 9 až 13 platí, že sa na povrchu materiálu tvoria pevné produkty korózie, ktoré môžu mať ochranný účinok. Ak sú ale prítomné súčasne napr. chloridy alebo sulfáty, neznamená to, že nemôže vzniknúť žiadna korózia.

Meď preukazuje svoju pasivitu proti koróznej reakcii už od hodnoty pH 7. Ak je ale hodnota pH vyššia než 11, dochádza opäť k uvoľňovaniu kovu. Pri prítomnosti amónnych zlúčenín začína rozpúšťanie kovu už pri hodnotách pH nad 9,5. Z tohto dôvodu odporúčajú odborníci na koróziu v uzavretých teplovodných cirkulačných systémoch hodnotu pH medzi 8,2 až 9,5. Spodná hranica 8,2 rezultuje – ako už bolo vysvetlené - z poznatku, že nad touto hranicou pH už vo vode nie sú žiadne uhličité kyseliny. Okrem toho treba brať ohľad aj na tesniace materiály.

Hliník sa ukazuje ako pasívny pri hodnotách pH medzi 4 až takmer 9. Nad hodnotou pH 9 sa kov účinkom kyslíka rozpúšťa, aj keď je vykurovací systém voči kyslíku úplne tesný. Keďže sa musia zohľadniť aj ostatné materiály v inštalácii, zo smernice VDI 2035-2 vychádza pre hliník veľmi úzke pH okno od 8,2 do 8,5, na ktoré sa treba nastaviť.

Obr. 3: Aktívne/pasívne stavy pre kovy oceľ, meď a hliník v závislosti od hodnoty pH vodného prostredia.