Kiek ilgai cinkuotos vamzdžių galima naudoti po žeme?

Suprasti požeminių cinkuotų vamzdžių tarnavimo laiko ypatumus

Kas lemia cinkuotų plieninių vamzdžių tarnavimo laiką?

Kiek ilgai tarnaus cinkuotos plieninės vamzdžių, palaidotų po žeme, labiau priklauso nuo trijų pagrindinių dalykų: koks yra cinko danga, kokio tipo dirvoje jie yra įrengti ir ar buvo tinkamai sumontuoti. Cinkas veikia kaip apsauginis skydas plienui apačioje, tačiau ši apsauga silpnėja sunkiomis sąlygomis. Per rūgščios dirvos (viskas, kas žemiau pH 5) linksta greičiau skęsti cinko dangą nei įprasta dirva. Kai kurios studijos teigia, kad tokios rūgščios sąlygos gali sukelti apie 40 % didesnį cinko praradimą laikui bėgant. Taip pat labai svarbu tinkamas įrengimas. Kai vamzdžiai tinkamai paguldyti ir jungtys gerai užsandarintos, sumažėja fizinio pažeidimo ir korozijos rizika, todėl visa sistema ilgiau išlieka be problemų.

Cinkuotų vamzdžių vidutinis tarnavimo laikas, esant po žeme

Dauguma požeminių cinkuotų vamzdžių tipiškomis sąlygomis tarnauja nuo 30 iki 50 metų (TopTubes 2024). Tačiau labai rūgštingose dirvožemio aplinkose (pH < 5) jų tarnavimo laikas sumažėja iki 15–20 metų. Nors cinkuota plieninė apdaila po žeme yra 400 % patvaresnė už juodąjį plieną, ji prastesnė už šiuolaikines polietileno sistemas, kurios pagal medžiagų ilgaamžiškumo ataskaitas gali tarnauti 70–100 metų.

Virš žemės prieš po žeme: kodėl sumontavimo vieta turi reikšmę

Po žeme esantys cinkuoti vamzdžiai koroduojasi 2,7 karto greičiau nei virš žemės sumontuoti dėl pastovaus drėgnumo ir elektrocheminės veiklos dirvožemyje. Požeminė aplinka skatina mikrogalvaniškų elementų susidarymą, kai mineralinių dirvožemio sudedamųjų dalių skirtumai sukelia vietinę koroziją. Su tinkama drenažo sistema ir korozijai atspariais apvalkalais šis skirtingas degradacijos lygis gali būti sumažintas 55 %, taip pailginant naudingo tarnavimo laiką.

Požeminių cinkuotų vamzdžių sistemų korozijos mechanizmai

Kaip cinko danga laikui bėgant blogėja dirvožemio aplinkose

Cinkas apsaugo plieną veikdamas kaip aukojamasis anodas, tačiau tai, kaip greitai jis nusidėvi, labai priklauso nuo aplinkinės dirvos sudėties. Rūgštingose sąlygose, kai pH nukrenta žemiau 5, cinkas išnyksta 1,5–4 mikrometrų per metus greičiu, kas beveik dvigubai greičiau nei neutraliose dirvose pastebėti 0,7 mikrometro metinis nuostolis, kaip nurodyta Perssono ir kolegų 2017 m. tyrimuose. Kai yra didelis chlorido kiekis, korozija linkusi formuoti duobutes, kurios laikui bėgant darosi vis blogesnės. Be to, kai dirvos varža nukrenta žemiau 1 000 omų-cm ribos, tai padaro aplinką pakankamai laidžią, kad pagreitintų elektronų judėjimą, galiausiai sutrumpinant vamzdžių tarnavimo laiką maždaug viena trečiąja, kaip paminėta 2023 m. naujausiame tyrime.

Drėgmės ir užstrėžtos vandens vaidmuo vidinėje korozijoje

Kai vanduo stovi nejudėdamas, po nuosėdomis susidaro maži kišenės, kuriose deguonis kaupiasi skirtingai, sukurdamas vietas, kurios metalą ardo daug greičiau nei įprastas nusidėvėjimas. Kai kurios studijos išanalizavo 45 jau sugedusias sistemas ir nustatė įdomų dalyką: kai vandenyje yra anglies dioksido ar sulfatų, vidinis korozija vyksta apie tris kartus greičiau, lyginant su įprastu sienelių storio mažėjimu laikui bėgant (Liu et al., 2012). 2018 m. nagrinėjant laistymo vamzdžius buvo pastebėtos panašios problemos. Dešimtyje atvejų aštuoniose nutekėjimai iš tiesų prasidėjo būtent srieginiuose sujungimuose, kur linkę kauptis vanduo. Ten buvo ir gana stiprus rūdėjimas – pagal Della Rovere ir kolegų 2013 m. duomenis, jis siekė apie 2,8 milimetrų per metus.

Atvejo analizė: cinkuoto požeminio vamzdžio ankstyvas gedimas dėl korozijos

Municipalinės vandens tiekimo sistemos pakeitė 12 mylių po penkiolikos nutekėjimų per penkerius metus, palyginti su 30 metų laikotarpiu. Tyrimo rezultatai parodė pagrindines priežastis:

• Dirvožemio pH 4,2, per septynerius metus ištirpdžiusi 92 % cinko danga
• Gręžinio vandens chloridai viršija 500 ppm
• Blogai užsandarinti jungtys, kurios atskleidžia plieną

Išmatuotas korozijos greitis buvo 0,25 mm/metus —keturis kartus didesnis nei numatytas 0,06 mm/metus—parodo, kaip ekstremalios aplinkos sąlygos ženkliai sutrumpina tarnavimo laiką (Colombo et al., 2018).

Dirvožemio ir aplinkos veiksnių įtaka cinkuotų vamzdžių ilgaamžiškumui

Kaip dirvožemio pH ir cheminė sudėtis pagreitina cinko praradimą

Kai dirvožemio pH nukrenta žemiau 6,5, cinko danga pradeda ardytis maždaug tris kartus greičiau lyginant su neutralaus pH dirvožemiu. Chloridai ir sulfatai, kurie dažnai randami pajūrio zonose ar keliuose, kur druska naudojama ledui tirpinti, sukelia chemines reakcijas, kurios gana greitai „suėda“ cinko dangą – kartais net iki 1,2 milimetrų per metus. Pažvelkite į šį realaus pasaulio scenarijų: jei turime tipinę apie 2,8 milimetrų storio cinko dangą, ji dirvoje su rūgščiu pH 4,5 gali išlaikyti tik apie 12 metų. Tačiau tą pačią dangą patalpinus į neutralų dirvožemį su pH 7,0, ji lengvai gali išbūti gerokai ilgiau nei 35 metus.

Vandens kokybė ir jos poveikis korozijos greičiui

Vandens mineralinė sudėtis turi nemažai reikšmės, kalbant apie vamzdžių vientisumą. Kietas vanduo, turintis daugiau nei 180 milijonų dalių per milijoną, sukuria nemaloniai mažus korozinius kišenius po apnašų sluoksniu, o minkštas vanduo, turintis mažiau nei 60 ppm, nuolat tiesiog sueda cinko dangas. Mokslininkai, tyrę šią problemą dar 2023 metais, atrado kažką gana svarbaus – chloridais turtingas gruntinis vanduo (mažiausiai 500 ppm) sukelia skylių vamzdžiuose apie 40 procentų greičiau, lyginant su vietovėmis, kur vandenyje iš viso yra mažiau mineralų. Geri drenažo sistemos tikrai padeda kovoti su visomis šiomis problemomis, nes neleidžia vandeniui ilgai stovėti ant vamzdžių po jų įrengimo. Dėl to daugelis inžinierių dabar pabrėžia tinkamų nuolydžių skaičiavimą statybų etapu.

Regioninis našumas: cinkuoti vamzdžiai drėgnose ir sausose klimato zonose

Vamzdžiai drėgnose dirvose korozuoja 2,3 karto greičiau dėl pastovaus drėgnumo, kuris sukelia deguonies koncentracijos skirtumų elementus. Metinis kritulių kiekis, viršijantis 40 colių, paprastai sumažina cinkuotų vamzdžių ilgaamžiškumą dvigubai, lyginant su vietovėmis, kuriose kritulių būna mažiau nei 20 colių.

Geriausi montavimo metodai, siekiant maksimaliai pailginti cinkuotų vamzdžių tarnavimo laiką

Tinkamos pagrindo paruošimo ir atsargumo priemonės požeminiam apsaugojimui

Kai vamzdžiai tinkamai neįrengiami, jų cinkuotos dangos gali nusidėvėti daug greičiau – kartais net 40 % trumpesnio tarnavimo laiko dėl dirvoje esančių erzinančių aštrių akmenų (tai nustatė ASCE 2024 m.). Dauguma rangovų žino, kad bent šešių colių skaldyto akmens sluoksnis sukuria apsauginį sluoksnį tarp vamzdžio ir bet kokios aplink besiblaistančios žemės. Kai užpildoma erdvė už vamzdžio, atbulinis užpildas turėtų būti sutankintas iki apie 90 % Proktorinės tankio reikšmės, kad viskas liktų stabilu. American Water Works Association faktiškai reikalauja šių metodų taikyti visoms požeminėms plieninėms vandens linijoms, kad apsauginės dangos ilgainiui išliktų nepažeistos. Iš tiesų tai logiška, nes niekas nenori, kad vamzdžiai sugestų anksčiau laiko tik todėl, kad kas nors montavimo metu praleido vieną ar kitą žingsnį.

Elektrocheminės korozijos prevencija naudojant suderinamus jungiamuosius elementus

Naudojant skirtingas metalines medžiagas, paslėptuose vamzdžiuose korozija pagreitėja iki 8 kartų. Malūninių geležies armatūros detalės, kurių galvaninė potencialo skirtumai nuo cinko dengalo yra ne didesni kaip 0,15 voltų, padeda išlaikyti suderinamumą. Dielektriniai jungtys turėtų būti naudojamos tik virš žemės – jei jos paslepiamos po žeme, sulaiko drėgmę ir padidina korozijos greitį 22 % (NACE 2025 m. apklausa).

Kylančios tendencijos: apsauginiai apvyniojimai ir katodinė apsauga

Polietileno apvalkalai, 200 milų storio, pailgina eksploatacijos laiką 10–15 metų lyginant su tradiciniais bituminiais dengalais. Priverstinės srovės katodinės apsaugos sistemos lauko tyrimuose parodė 98,7 % cinko išsaugojimą per 20 metų, nors reikalauja kasmetinio įtampos stebėjimo („Materials Performance“ 2023 m.).

Cinkuoti vamzdžiai prieš alternatyvias medžiagas: ilgaamžiškumo palyginimas

Cinkuoti vamzdžiai prieš PVC: kaina, ilgaamžiškumas ir tinkamumas naudoti po žeme

Cinkuota plienas ir PVC užima priešingas eksploatacinių savybių ir kainos spektro puses. Cinkuotas vamzdis išlaiko 2–3 kartus didesnę fizinę apkrovą nei PVC, todėl yra idealus intensyvaus eismo ar apkrovą nešančiose zonose. Tačiau PVC 20–30 % žemesnė medžiagos kaina ir visiška korozijos atsparumas daro jį palankesnį nestruktūriniams drenažams stabiliose dirvožemio sąlygose.

Nerūdijantis plienas ir varis stipriai korozijai atspariose dirvožemio sąlygose

Agresyviose aplinkose – pvz., dirvožemyje su pH < 5 ar chlorido koncentracija >500 ppm – cinkuoti vamzdžiai gali sugesti per 15 metų. Nerūdijantis plienas 316L siūlo pranašesnę atsparumą, tarnaujantį daugiau nei 50 metų, tačiau jo kaina 4–6 kartus didesnė. Vario korozijos atsparumas yra panašus, tačiau jis turi didesnę vagystės riziką ir yra 70 % brangesnis už cinkuotus variantus.

Kodėl cinkuoti vamzdžiai išlieka naudojami, nepaisant riboto tarnavimo laiko

Cinkuotas plienas išlaiko 28 % dalį komunalinėse vandens tiekimo sistemose dėl trijų ilgalaikių privalumų:

• Tinkamumo suderinamumas su senąja infrastruktūra, svarbu 63 % miestų remonto projektų
• Mechaninis stiprumas kuris pranašesnis už plastiką šalčio ir atšilimo ciklų metu
• Paprastesnės keitimo logistikos palyginti su grioviuose reikalaujančiomis PVC sistemomis

2024 m. savivaldybės apklausa parodė, kad 41 % inžinierių vis dar nurodo cinkuotus vamzdžius paviršutiniškai (<3 pėd.) montuojamoms sistemoms, nurodant jų optimalų ilgaamžiškumo ir kainos santykį – 4,20 USD/už ties. pėd. sumontuota, palyginti su 7,50 USD/už ties. pėd. korozijai atsparioms lydiniam metalui.

DUK

Kiek laiko paprastai tarnauja požeminiai cinkuoti vamzdžiai?

Požeminiai cinkuoti vamzdžiai įprastomis sąlygomis paprastai tarnauja nuo 30 iki 50 metų. Tačiau labai rūgštingose dirvožemio sąlygose jų tarnavimo laikas gali sutrumpėti iki 15–20 metų.

Kokios dirvožemio sąlygos veikia cinkuotų vamzdžių ilgaamžiškumą?

Dirvožemio sąlygos, tokios kaip rūgštingumas (žemas pH lygis), chloridų ir sulfatų buvimas, žymiai veikia cinkuotų vamzdžių ilgaamžiškumą, pagreitindamos koroziją ir cinko praradimą.

Kaip montavimo praktikos gali paveikti vamzdžių tarnavimo laiką?

Teisingos montavimo praktikos, įskaitant tinkamą pagrindą, atbulinio užpildo technikas ir suderinamus jungiamuosius elementus, gali pailginti cinkuotų vamzdžių tarnavimo laiką, apsaugant cinko danga nuo ankstyvo nusidėvėjimo.

Kodėl cinkuoti vamzdžiai vis dar naudojami, nepaisant jų riboto tarnavimo laiko?

Cinkuoti vamzdžiai išlieka populiarūs dėl jų suderinamumo su esamomis sistemomis, mechaninio stiprumo ir paprastesnės logistikos keičiant, lyginant su šiuolaikiškesniais pakaitalais.