Коррозия медных труб. Простая закономерность.

Электроэнергия, которая не заземлена должным образом, будет стекать в землю любым возможным способом.  Электропроводимость меди в 6 раз больше чем у стали. Заземленная через медную трубу электроэнергия – наиболее распространенная причина выщелачивания меди в протекающую воду.

Может ли умягченна вода быть причиной коррозии медных труб?

Распространенной проблемой для продавцов систем умягчения являются жалобы клиентов на появление на смесителях пятен зеленого цвета или приобретение водой зеленого оттенка. Прична таких пятен – коррозия медных труб и содержащей медь арматуры. Устранение этой проблемы- сложный и затратный процесс. Тем не менее, решения проблемы существуют. Определение причин и поиск способов устранения этой проблемы – одна из самых неприятных задач как для специалиста по водоподготовке, так и для потребителя. Эта проблема – результат действия слишком многих механизмов со сложной природой, вероятности протекания различных химических процессов. Часто остановить один механизм просто недостаточно – проблема требует системного подхода.

Симптомы проблемы.

Зеленые или синие пятна – результат воздействия воды. Испарение воды, содержащей медь, оставляет на поверхности сантехники и смесителей бирюзовое пятно – оксид меди. Вода с медью реагирует с моющими средствами образуя так называемую жирную «медную пену» сине-зеленого цвета, подобную той пене, которую образуют соли жесткости. Более того, вода с избытком меди способна реагировать с шампунем и гелем для душа, вызывая нежелательные химические реакции и изменение цвета волос и ногтей.

Потенциальная опасность.

Агентство по охране окружающей среды США (US EPA) объединило проблему меди и свинца в водопроводной воде. Несмотря на то, что свинец считается более опасной примесью, содержание которого должно быть равно нулю, медь представляет угрозу при содержании в воде более 1,3 мг/л.  Свинцовые трубы не имеют широкого распространения, однако припои на основе свинца применялись в водопроводных системах до конца 80-х годов прошлого века, а некоторые латунные компоненты все еще содержат в составе свинец, который способен выщелачиваться в питьевую воду из сплава в определенных условиях. Растворимость свинца в воде аналогична растворимости меди. Хотя многие средства и аналитические методы одинаково применимы и к свинцу, это исследование будет сосредоточено на меди. При этом важно отметить, что в отличие от меди, свинец не будет показывать визуальных признаков своего присутствия и, следовательно, его сложнее обнаружить и устранить.

В отличии от свинца медь — необходимый микроэлемент для здоровья человека. Избыточные уровни меди выводятся из организма, однако при попадании в организм человека воды с высокими концентрациями меди может возникнуть поражение печени или почек. В грунтовых водах в отдельных регионах естественным образом медь может присутствовать  в микродозах. Также медь может поступать в воду в процессах водоподготовки при использовании в качестве альгицида.

Однако, мы сосредоточимся на процессах насыщения воды медью, обсуловленных растворением медных труб и арматуры из спавов, содержащих медь. Эти процессы растворения называются коррозией и охватывают достаточно сложную химию.

Коррозия.

Процесс коррозии меди может быть инициирован совокупностью различных механизмов.   Можно уверенно сказать, что все трубы, включая металл, пластик или бетон подвержены рзличным коррозионным процессам. Коррозия меди (как и коррозия железа) – это реакция металла с окружающей средой, направленная на возврат металла в свою стабильную природную форму — в форму руды.

Наиболее распространенные механизмы коррозии водопроводных труб из меди:

 Гальваническая (электрохимическая) коррозия.

Разнородные металлы с различными электродными потенциалами вступают в контакт, создают гальваническую пару и электрический ток заставляет менее «благородный» металл растворяться в воде. В присутствии электролита (воды) один металл играет роль анода, другой — катода.  В конце ряда электрохимической активности находятся благородные металлы – золото, серебро и близко к ним пассивная медь, в начале ряда  — магний, сплавы магния, цинк, алюминий, кадмий. Электрохимические процессы при контактной гальванической коррозии выходят за рамки этой статьи.  Примеров такой коррозии достаточно много, например, контакт медного трубопровода и алюминиевого радиатора. Эти металлы обладают большой разностью потенциалов, что приводит к разрушению более активного металла – алюминия. Медь стабильнее всех выше стоящих в ряду электрохимической активности металлов и «выйдет победителем» в паре с любым металлом, кроме золота, серебра и платины. Практически медный трубопровод может сочетаться с полимерным трубопроводом или трубопроводом из нержавеющей хромистой стали. Чугун, низколегированная сталь, цинк или алюминий  будут разрушены медью беспощадно.

Еще один крайне важный фактор гальванической коррозии меди – высокая проводимость электрических токов медным трубопроводом, обусловленная блуждающими напряжениями. Медные и металлические трубопроводы систем вооснабжения и отопления обязательно требуют наличия заземления (уравнивания потенциалов). В любом случае, заземление медных водопроводов – неотъемлемая часть предотвращения разрушения медного трубопровода.

Равномерная коррозия.

Процесс, когда медная труба однородно теряет массу по всей поверхности по причине химического взаимодействия меди и воды. Нужно отметить, что медь и некоторые содержащие медь сплавы не столь стабильны в воде, обладающей определенным набором физико-химических свойств. Концентрация углекислого газа, растворенного кислорода, природных органических веществ, органических кислот, амиака или сульфидов будут играть ключевые роли в поиске причин растворения меди. Даже избыток флюса, используемого при пайке трубы, может провоцировать создание области коррозии в месте соединения труб – в одном месте стык корродирует, в другом, через несколько метров, не корродирует.

Эррозионная коррозия.

 Процесс, при котором высокая скорость движения воды в трубе вызывает эрозионное разрушение меди. Процесс эррозии можно обнаружить в системах рециркуляции горячей воды в ситуациях, где горячая вода движется слишком быстро по трубе или когда стыки или резкий изгиб медной трубы создают чрезмерную турбулентность или в присутствии концентрационных ячеек –  локальных дефектов и мест неоднородности.

Бактериальная коррозия.

Медь входит в состав альгицидов, подавляющих развитие водорослей, однако вода содержит стойкие к меди бактерии. Бактерии формируют биопленки на поверхностях труб и фитингов. Отдельны биопленки создают очень агрессивную среду, атакующую медь. Например, сульфатредуцирующие бактерии могут образовывать сероводород или бисульфиды. В соответствующих условиях сероводород и бисульфиды образуют серную кислоту, разрущающую медь, чугун и бетон.

Другие типы коррозии включают в себя коррозию под напряжением, селективное выщелачивание, щелевую и межзерновую коррозию. Однако, с системами распределения воды наиболее часто связаны перечисленные выше виды коррозии.

Теперь о главном – роль воды.

Когда на сантехнике обнаружены сине-зеленые пятна или вода в ванной приобрела бирюзовый оттенок, основной подозреваемый –  это проблемная вода, а предполагаемый виновник — система умягчения воды. Вода однозначно учавствует в создании проблемы, так как вода – универсальный растворитель и обладает электропроводимостью. Физические параметры воды, которые определяют растворимость меди: рН, растворенный кислород, углекислый газ, температура, скорость воды. Химические параметры: аммиак, природная низкая жесткость, хлориды, сульфаты, органические вещества и щелочность. Качество воды может создать проблему растворимости меди.  Более высокие уровни общей минерализации повышают электрическую проводимость («ионную силу»), что увеличивает коррозионную активность воды. Однако, больший за минерализацию вклад в коррозию меди вносит содержание в воде растворенного кислорода, хлоридов и сульфатов. Наличие углекислого газа снижает рН и способствует «кислотной» коррозии меди.  Природная мягкая вода с низким содержанием кальция и низкой щелочностью может иметь низкий рН  и быть коррозионно агрессивной. Этот факт делает системы умягчения главной (но далеко не единственной в подавляющем большинстве случаев) причиной коррозии меди.

 Системный подход и локализация проблемы.

Локализация проблемы – это поиск участка трубопровода, который создает проблему. При локализации проблемы установить причины окажется легче.

После локализации проблемы может быть применены решения на основании метода проб и ошибок:

— убедитесь в том, что все медные трубопроводы подключены к шине заземления.

— снизьте скорость или организуйте работу циркуляционного насоса через таймер, чтобы уменьшить и ограничить циркуляцию (это действие не устранит проблему, но способно уменьшить скорость коррозии);

— убедитесь в том, что присутствуют диелектрические вставки и медный трубопровод не контактирует с металлом;

— замените используемую воду на альтернативу – измените подход к качеству воды, которая циркулирует или протекает через медный трубопровод. В одних случаях аерация позволяет удалить избыток углекислого газа и ограничить кислотное растворение меди, в других – еффективным окажется увеличение рН и щелочности, в третьих – снижение содержание хлоридов и сульфидов, в четвертых —  антибактериальная обработка.

Если эти усилия не решат проблему, можно провести более тщательное изучение причин. Такое исследование может включать анализ воды в нескольких точках отбора и осмотр всей водопроводной системы. Во многих случаях для анализа снимаются участки трубы. Все эти действия не выглядят простыми и могут оказаться достаточно затратными.