Проверка рН в системе отопления для предотвращения коррозии

Что такое коррозия?

Для начала нужно понять, что собой представляет коррозия. 

Коррозия – разрушение металлов в результате химической и электрохимической реакции.

Ржавление – коррозия именно железа и его сплавов с образованием продуктов коррозии, состоящие в основном из гидроксидов железа. Цветные металлы коррозируют, но не ржавеют.

Скорость коррозии характеризует глубину разрушения или потерю массы металла.

Растворенный в воде кислород (O₂) реагирует с атомами железа (Fe) и молекулами воды (H₂O) с образованием гидроксида железа (Fe(OH)₂):

Fe + H₂O + ½O₂ → Fe(OH)₂  

Гидроксид железа образует на поверхности железа слой цветом от зеленого до черного. На наружной поверхности оксидной пленки гидроксид железа (II) окисляется до гидроксида железа (III):

Fe(OH)₂ + ½ H₂O + ¼O₂ → Fe(OH)₃ 

Причем, насыщенный раствор Fe(OH)₂ имеет рН ≈ 9,5 (щелочная среда).

Гидроксид железа (III) – это обычная ржавчина, имеет цвет от оранжевого до красно-коричневого. Насыщенный раствор Fe(OH)₃ почти нейтральный (рН≈7).

Поэтому слой ржавчины обычно состоит из нескольких слоев гидроксидов железа разной степени окисления.

рН воды влияет на скорость коррозии железа

Влияние рН воды на скорость коррозии железа показано на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость скорости коррозии железа от рН воды при температуре 310 °С.

При 4≤рН≤10 скорость коррозии определяется только скоростью диффузии кислорода к поверхности железа. Основной барьер – пленка гидроксида железа (II), которая постоянно обновляется в ходе коррозионного процесса. Поэтому независимо от рН воды поверхность железа контактирует с насыщенным раствором гидроксида железа (II) и имеет щелочную среду.

При рН<4 (кислая и сильнокислая среда) или рН>10 (сильнощелочная среда) пленка гидроксида железа растворяется или разрыхляется, железо находится в непосредственном контакте с водой, что приводит к повышению скорости коррозии.

Таким образом, коррозия железа в воде будет происходить при любом рН, однако скорость коррозии будет разной.

Нормы рН котловой воды

Согласно «Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см²), водонагревательных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 115 град» (утверждено приказом Госнадзорохрантруда № 125 от 23.07.96) и ДНАОП 0.00-1.08-94 «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водонагревательных котлов» (утверждено приказом Госнадзорохрантруда № 51 от 26.05.94) установлены следующие нормы рН котловой воды (табл. 1).

Таблица 1

Нормы рН котловой воды 

Производители котлов определяют собственные требования к рН котловой воды в зависимости от использованной технологии и материалов, которые могут значительно отличаться. Так, например, использование цинка в котельном оборудовании ограничено значением 7<рН<12, где скорость коррозии цинка наименьшая. В случае использования меди значение рН должно быть выше 7,4. Для алюминия рекомендуемое значение 4,5<рН<7. 

Портативные и стационарные рН-метры для контроля рН воды

Измерения рН воды выполняют с помощью рН-метра, которые условно делят на портативные и стационарные (или контроллеры). В случае контроля котловой воды следует использовать стационарные рН-метры, которые позволяют контролировать рН непрерывно и своевременно извещают об отклонении от требуемого диапазона значений, что может привести к аварийному режиму котла. Рассмотрим некоторые из них (табл. 2).

Преимуществами приведенных приборов являются высокая точность, малые габариты, автономность, автоматическая температурная компенсация, автоматическое выключение для сохранения энергии, если прибор не используется в течение 10 минут, и тому подобное.

Таблица 2

Стационарные рН-метры

 Елена Можаровская,
кандидат технических наук