Korozija je prirodni proces degradacije materijala, najčešće metala, koji se događa usled hemijske ili elektrohemijske reakcije s okruženjem. U osnovi, korozija predstavlja oksidaciju metala, gdje metal gubi elektrone i pretvara se u stabilnije spojeve poput oksida, hidroksida ili soli. Ovaj proces je neizbježan u mnogim okruženjima, ali se može usporiti ili spriječiti odgovarajućim mjerama.
Glavni faktori za pojavu korozije su prisustvo vlage (vode), kiseonika, kisjeline ili alkalnih jedinjenja (pH vrijednost), temperature, soli i drugih korozivnih agenasa. Na primjer, u vlažnom okruženju s kiseonikom, gvožđe (Fe) reaguje formirajući hrđu (Fe₂O₃·nH₂O) prema reakciji: 4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃.
Razlikujemo sledeće vrste korozije:
- Uniformna korozija: Ravnomjerno smanjanje debljine materijala.
- Pitting korozija: Lokalizovana rupičasta korozija, često je uzrokovana hloridima.
- Galvanska korozija: Kada se dva različita metala spoje u prisustvu elektrolita (npr. vode), jedan metal korodira brže (anoda).
- Korozija ulijed naprezanja: Kombinacija mehaničkog naprezanja i korozivnog okruženja.
- Mikrobiloška korozija: Uzrokovana bakterijama koje proizvode kiseline ili sumporna jedinjenja.
- Faktori utjecaja: Temperatura ubrzava koroziju (svakih 10°C povećanja može udvostručiti brzinu reakcije), dok niski pH (kiselo okruženje) ili visoki pH (alkalno) mogu pojačati efekte. U zatvorenim sistemima, poput onih za grijanje i hlađenje, korozija je često elektrohemijska jer voda djeluje kao elektrolit.
Korozija nije samo estetski problem; ona smanjuje mehaničku čvrstoću materijala, dovodi do gubitaka energije i može uzrokovati ekološku štetu ukoliko dođe do curenja štetnih supstanci.
Uticaj korozije na cjevovode i elemente cjevovoda u sistemima grijanja i hlađenja
U sistemima grijanja (npr. centralno grijanje s kotlovima) i hlađenja (npr. rashladne kule ili HVAC sistemi), korozija je posebno problematična jer su cjevovodi i elementi izloženi vodi, temperaturnim varijacijama i hemijskim aditivima. Voda u tim sistemima često sadrži kiseonik, minerale ili inhibitore, što može ubrzati ili usporiti koroziju. Uticaj se manifestuje kroz smanjenje efikasnosti, povećane troškove održavanja i rizik od otkaza sistema.
Opšti uticaj na cjevovode:
- Cjevovodi (obično su od čelika, bakra ili plastike) podliježu smanjenju debljine zidova cjevovoda, što dovodi do curenja, pukotina ili potpunog otkaza sistema. U režimu grijanja, visoke temperature pojačavaju oksidaciju, dok u režimu hlađenja kondenzacija vlage može uzrokovati spoljašnju koroziju. Na primjer, u zatvorenim sistemima grijanja, kiseonik preko mjesta curenja može stvoriti naslage hrđe koje smanjuju protok, smanjujući efikasnost grijanja za 10-20% i povećavajući potrošnju energije.
- Poslijedice: Smanjen protok fluida, veći napor u cjevovodu, rizik od havarije ekspanzionih posuda i ekološki rizici ako dođe do curenja tople vode ili hemikalija.
Uticaj na specifične elemente cjevovoda:
- Armature (ventili, slavine): Korozija može uzrokovati onemogućiti pomjeranja i rotacije pokretnih dijelova zbog naslaga, što otežava regulaciju protoka. U hlađenju, pitting korozija na ventilima može dovesti do curenja rashladnih fluida, smanjujući efikasnost sistema.
- Izmjenjivači toplote (heat exchangers): Izmjenjivači toplote se koriste za prenos toplote između dva fluida, međutim korozija utiče na debljinu ploča ili cijevi, stvarajući naslage koje smanjuju koeficijent prenosa toplote (čak do 50% gubitka efikasnosti). U grijanju, to znači veću potrošnju energenata;dok u režimu hlađenja direktno utiče na povećanje energije potrebne za rad kompresora.
- Ekspanzione posude: Korozija utiče na debljinu zidova, što može dovesti do deformacija ili havarije uslijed pritiska. U zatvorenim sistemima grijanja, može nastati galvanska korozija između različitih metala (npr. čelik i bakar) i time ubrzava proces, rizikujući sigurnost.
- Baferi (akumulacioni tankovi ili buffer tanks): Služe za stabilizaciju temperature u sistemima, međutim korozija može uzrokovati stvaranje naslaga koje smanjuju kapacitet i uzrokuju začepljenja. Mikrobiloška korozija može biti česta ukoliko voda stagnira, dovodeći do mikrobioloških naslaga na zidovima posude.
- Prirubnice (flanges): Korozija na spojevima dovodi do curenja fluida, posebno u sistemima s vibracijama. U hlađenju, kondenzacija vlage utiče na pitting, što može uzrokovati smanjenje pritiska i kontaminaciju fluida. Takođe moguća je i galvanska korozija uslijed kontakta različitih materijala (čelik-bakar).
Ukupno, korozija u ovim sistemima može povećati troškove održavanja za 20-30% godišnje, skratiti vijek trajanja opreme (sa 20-30 godina na 10-15) i uzrokovati zastoje u radu.
Mjere za sprječavanje ili smanjenje korozije
Da bi se izbjegli ovi problemi, koriste se kvalitetniji materijali otporni na koroziju kao i odgovarajuće zaštitne mjere.
Materijali otporni na koroziju:
- Nehrđajući čelik (stainless steel) je idealan za cjevovode i elemente u agresivnim okruženjima; sadrži hrom koji formira zaštitni sloj oksida. Vrlo je pogodan za sisteme grijanja i hlađenja, ali su investicioni troškovi znatno veći!
- Bakar je otporan na koroziju u vodi, velo često se koristi u sistemima grijanja međutim, može korodirati u kiselim okruženjima.
- Plastični materijali kao PVC, PEX ili PP cijevi su značajno jeftinija varijanta, ne korodiraju i lako se instaliraju. Idealni su za manje sisteme hlađenja ili grijanja, ali su manje otporni na visoke temperature.
- Kompozitni materijali poput fiberglasa ili epoksidnih premaza na čeliku pružaju dobru zaštitu bez potrebe za zamjene dijelova ili cijelog sistema.
Zaštitne mjere:
- Inhibitori korozije: Dodavanje hemikalija u vodu (npr. fosfati ili silikati) koji formiraju zaštitni film na metalima. U zatvorenim sistemima grijanja, ovo je standardna praksa.
- Katodna zaštita se koristi za cjevovode jer tzv. žrtvene anode (npr. cink) korodiraju umjesto glavnog metala.
- Premazi i boje: Epoksidni ili poliuretanski premazi na prirubnicama i izmjenjivačima toplote sprječavaju kontakt s okruženjem.
- Projektovanje sistema: Predvidjeti zatvorene sisteme sa deaeratorima (uklanjanje kiseonika iz vode) ili redovno pražnjenje i čišćenje kako bi se spriječila stagnacija.
- Redovno održavanje: Praćenje pH vrijednosti fluida, temperature i kiseonika, i ultrazvučno testiranje su presudni za ranu detekciju korozije.
Izbor mjere za spriječavanje korozije zavisi od budžeta, temperaturnog raspona i vrste fluida. Na primjer, za kućne sisteme grijanja i hlađenja, PEX cijevovodi postaju vrlo popularni i odlična alternativa čeličnim cjevovodima, dok se u industrijskim sistemima za hlađenje, najčešće koristi nehrđajući čelik.
Ukoliko se pravilno implementiraju, ove mjere značajno mogu produžiti vijek trajanja sistema i smanjiti rizike od otkaza sistema.
Primjeri: