Электрохимическая коррозия

Стальные стены бассейна разрушаются, а перила лестницы становятся черными. Новые нагреватели ломаются после года работы, и гарантии недействительны, потому что обшивка не была гальванизирована. Пользователи недовольны и проверяют водную химию, ведь ответ должен быть где-то на поверхности. Однако традиционные средства не решают проблему… Довольно яркий пример того, что такое гальваническая коррозия и, еще более, какой ущерб она может потенциально нанести бассейнам, спа и периферийным компонентам. Сегодня при проектировании бассейна определенно имеет место неблагоприятное воздействие электрического тока в воде в результате различий в электрическом потенциале. Добавление солегенератора может не только увеличивать проводимость воды, но также иметь отрицательные эффекты на эти системы защиты. Понимание того, как и почему гальваническая коррозия в принципе образуется и как она связана с генераторными установками может помочь как конечным клиентам, так и тем специалистам, которые предоставляют услуги в отрасли акватики.

Гальваническая (электрохимическая или контактная) коррозия является электромеханическим процессом, где разность потенциалов, измеренная как напряжение, существует между несходными металлами и сплавами, когда они помещены в электрическом контакте в пределах раствора электролита. Например, размещение двух различных металлов в минерализованной воде – это базовая батарея. Используя вольтметр, вы можете измерить напряжение между отличающимися металлами, которые находятся в контакте с водой. Нержавеющая сталь, оцинкованная (гальванизированная) сталь, алюминий (Al), латунь, медь (Cu) и титан (Ti) – обычный набор того, что находится в бассейнах и связанном оборудовании. И это одна из причин, почему появляются связанные с коррозией проблемы. В сущности бассейн является «большой батареей», которая может генерировать разность потенциалов через любые отличающиеся металлы в воде. Все бассейны, использующие хлор (Cl)) могут потенциально содержать достаточно соли, чтобы позволять воде проводить электричество. В случае с морскими бассейнами, соответственно, риск последующего повреждения от гальванической коррозии больше, поскольку уровни соли намного выше. Эти чрезвычайно резкие условия давно выявили разрушающее воздействие гальванической коррозии и потребности, связанные с минерализованной водой, металлом и электричеством в гальванической паре (коррозийное развитие, когда два различных металла отделены электролитом). Уровень натрия в обычной водопроводной воде может варьироваться между 20 и 200 частями на миллион, в то время как бассейн с традиционным хлором может содержать уровень натрия между 300 и 1000 частей на миллион. Уровни натрия в морских бассейнах типично средние, 3000 частей на миллион. От ноля ppm до значительных уровней соли в морской воде, увеличение гальванической деятельности почти линейно, когда уровень натрия увеличивается.

Два различных металла, погруженных в минерализованную воду, могут иметь разность потенциалов между ними, позволяя электрическому току пройти от наименее «благородного» – то есть в данном контексте более электрохимически активного – металла (анод) через электролит (минерализованная вода) к более благородному, или менее активному металлу (катод). Во время этого процесса электрический ток приводит к ускоренной коррозии анода, поскольку переходит в электролит (т.е. гальваническая коррозия) и предотвращает коррозию катода (т.е. катодная защита). Чем больше проводимость электролита в растворе, тем больше вредные воздействия электрохимического процесса.

Сложная природа этой проблемы часто является причиной, почему владельцы бассейнов не осведомлены о потенциальных рисках, связанных с морскими бассейнами. У этих бассейнов, конечно, есть некоторые преимущества, такие как вода, являющаяся более мягкой, возможно, менее раздражающей кожу и глаза и т.д.; однако, чтобы сделать обоснованное решение, бассейновые владельцы должны обладать знаниями о том, что может произойти и что может быть сделано, чтобы снизить потенциальные риски.

Так, если бассейну свойственна любая из нижеследующих характеристик, увеличение соленых уровней в воде через генератор хлора нельзя считать наилучшим выбором.

Бассейны с гальванизированными сетками, которые являются старыми, изношенными, несоответствующими по размеру, подвержены риску.

Если вам неизвестны прежние условия монтирования установки солегенератора, их крайне желательно перепроверить. Если бассейн не заземлен и не «сварен», повреждение от гальванической коррозии может быть очень агрессивным.

Бассейны с плохо осуществляемой водоподготовкой более вероятно испытают проблемы от гальванической коррозии. Например, значения pH вне идеального диапазона могут увеличить темп повреждения. Это, впрочем, другая тема, которая должна быть затронута с владельцем бассейна в рамках дискуссий о важности обеспечения надлежащего химического
ухода за водой.

Для спа (подогреваемых водоемов) характерна большая гальваническая деятельность коррозии, чем для среды с прохладной водной температурой.

Бассейны, оборудованные газовыми нагревателями, у которых есть медные теплообменники, которые не оценены на уровни натрия, обычно связываемые с морскими бассейнами, могут быть подвержены преждевременному выходу из строя. У некоторых нагревателей бассейна и спа есть более массивные установки или теплообменники из никелированной стали, которые являются более стойкими к эффектам электрохимической коррозии.

Бассейны с активными утечками или капиллярными затеканиями, которые позволяют воде, содержащей проводящую соль, достигать ниш или других областей в стенах бассейна, связанных с металлическими компонентами бассейна, находятся в «зоне риска». Добавление раствора электролита в этой области увеличит уровень гальванической коррозии. Особое беспокойство может причинить усиленная стальная арматура в чаше бетонного бассейна. Так как подавляющее большинство этих бассейнов использует не гидроизолирующие продукты, а вместо этого более пористые водостойкие вяжущие материалы, минерализованная вода может просочиться в чашу и получить доступ к критически важной и «необслуживаемой» арматурной сетке.

Соединение всех металлических элементов в чаше и вокруг бассейна эффективно делает электрический потенциал всех позиций равным друг другу. Если разность потенциалов не может существовать между двумя металлическими компонентами, ток не может быть передан между ними и, в конечном счете, гальваническая коррозия не произойдет.

Это также защищает купальщиков от поражений электрическим током и связанной с этим опасностью. Сохранение бассейна и всех периферийных компонентов в том же самом электрическом потенциале препятствует тому, чтобы купальщики «замкнули схему» и обеспечили низкоомный путь между двумя отличающимися электрическими потенциалами.

Важным процессом является заземление – соединение электрически приведенных в действие элементов к самому низкому электрическому потенциалу или нулевому напряжению, в целях защиты от потенциального замыкания (электрического отказа) в системе. К слову, в то время как используется термин «земля», стоит воспринимать его как фактически универсальный стандарт, поскольку у земли в одной области может быть немного отличающийся электрический потенциал, чем у земли в другой области.

Функция заземления электрооборудования должна обеспечить, низкоомный путь к нулевому электрическому потен-циалу. Напряжение не должно копиться где-нибудь, где его не должно быть (например, корпус нагревателя или насоса). Если электрическое замыкание сообщит энергию корпусу насоса или нагревателя, то низкоомный путь к земле – от провода основания –немедленно вызовет выброс тока как неограниченные потоки по направлению к нулевому потенциалу. Это увеличение подогреет маленький кусочек металла в выключателе, вызывая аварийную остановку или разъединение в электроснабжении.

Соединение и заземление работают в тандеме. Гальваническая сварная сетка связывает металлические компоненты бассейна таким образом, что у всех элементов один и тот же электрический потенциал, в то время как провод заземления гарантирует, что электрический потенциал равен нулю.

Как гальваническая коррозия может повредить гальваническим сеткам? Одной из основных причин контактной коррозии является близость отличающихся металлов друг другу. Сетка включает медный провод, который присоединен к различным металлическим компонентам бассейна. Это создает многократные линии прямой связи отличающихся металлических контактов вокруг бассейна, которые могут подвергнуться коррозии на повышенной скорости. Если сетка гальванического соединения становится поврежденной или сломанной, бассейн может стать электрически небезопасным, и довольно стремительно начать свое разрушение.

Даже без проведения теста электропроводности между всеми металлическими омпонентами в бассейне, повреждение сварной сетки может быть замечено по следующим признакам, которые резко проявляются в вашем бассейне:

» крошечные «удары электрошоком» при прикосновениях к различным металлическим компонентам в бассейне и вокруг него;

» изменения в окраске металлических компонентов;

» коррозия, формирующаяся внезапно и многократно на металлических компонентах в пределах системы бассейна.

Электрический ток в воде не только повреждает металлические компоненты, но также определенно влияет на систему защиты бассейна (т.е. гальваническую сетку), которая помогает смягчить этот тип электромеханического повреждения.

Вода бассейна, содержащая высокие уровни соли, вызывает многократное увеличение суммы тока, идущего между разностями потенциалов, созданными металлическими компонентами. Этот процесс, при постоянном «применении» на протяжении длительного периода времени, может в конечном счете заставить структуру бассейна разрушиться. Гальваническая коррозия может также повредить или даже разъединить заземляющий проводник или клеммы заземления между бассейном и медной сеткой. Если это происходит, у бассейна больше не будет низкоомного пути к земле.

Несмотря на описанные риски, есть способы уменьшить возможности повреждения. В бассейнах наименьшее количество благородного металла в гальванической паре становится анодом и принимает главный удар повреждения в результате гальванической коррозии. Этот процесс для защиты определенных металлов (делающий их катодом в гальванической паре) называют катодной защитой.

Катодная защита включает добавление протекторных анодов в бассейн, которые способны стать основной линией защиты против гальванической коррозии. Например, активный металл, такой как цинк (Zn), будет наиболее расположенным к разрушению, поскольку станет наименее благородным металлом в бассейне.

Так как невозможно полностью остановить или предотвратить электрохимическую коррозию, важно попытаться управлять ее активностью, в частности обеспечив размещение протекторного анода для его распада и сохранения важных в эксплуатации компонентов бассейна.

Действующий протекторный анод является маленьким фитингом, как правило, с специальным цинковым жгутом, связанным с отводом. Цинк будет наименее благородным (т.е. наименее электрохимически неактивным) металлом в воде бассейна, и отвод обеспечит дополнительный низкоомный путь к земле для любого тока, который развивается как часть гальванического коррозионного процесса. В то время как протекторный анод будет служить цели обеспечить общий уровень защиты для системы бассейна, локализованное анодирование компонентов все еще может происходить в некоторых областях.

Так как большинство бассейнов являются довольно большими, единственный анод, расположенный в насосной зоне, защитит только от части возможных повреждений. Добавление дополнительных анодов в бассейн увеличит защиту; однако наивно было бы думать, что всего лишь большее число добавленных анодов устранит все риски повреждений вообще.

Количество и, что еще более важно, местоположение металлических компонентов в системе бассейна – существенные моменты. Однако далеко не всегда возможно иметь аноды везде, где они по логике должны были бы размещаться. Поскольку протекторные аноды довольно быстро «приносятся в жертву» для обеспечения защиты катоду, они всегда должны быть доступны
для замены по мере разрушения. Цинковые аноды, сделанные для соединения непосредственно с перилами и лестницами, а также цинковые диски, которые предназначены для размещения в скиммерной корзине, в этом плане наиболее доступны.

Гальванические сварные сетки должны также обновляться до текущих стандартов на более старых бассейнах, а также везде, где их состояние находится под вопросом. Это без проблем применимо к большинству крупномасштабных проектов по реконструкции, где к стальным компонентам (например, стены, лестницы, легкие ниши или копинг) можно получить доступ. К сожалению, многие специалисты, проводящие ремонтные работы в существующих бассейнах, констатируют факт того, что во многих из них гальваническая защита и заземление организованы неправильно. Поэтому во многих случаях приходится проводить полноценный набор работ, фактически эквивалентный масштабной реконструкции бассейна.

Как уже было упомянуто, разрушительный ток, вызванный гальванической коррозией, непосредственно связан с уровнем соли в воде бассейна. Поэтому использование генератора хлора, который работает на более низких соленых уровнях, уменьшит неблагоприятное воздействие на бассейн. Ранее были распространены морские системы, которые работали в диапазоне 2800–000 частей натрия на миллион. Сейчас доступны системы, которые работают столь же эффективно при уровнях ближе к 1500 частям на миллион. Если соленая хлоризация является вашим выбором, учитывайте, что установка с низким солесодержанием снижает риски
потенциального повреждения бассейна.

Следует иметь в виду, что нет какого-то кардинального решения, которое гарантирует полную защиту от разрушительного коррозионного процесса. Однако каждый владелец бассейна должен сделать обоснованные выводы о том, что может повлиять на долговечность работы его бассейна.