Kaip pasirinkti cinkuotas vamzdžių sistemas vandentiekiui?

Kas yra cinkuoti vamzdžiai? Sandaros ir cinkavimo proceso supratimas

Apibrėžimas ir gamyba: kaip plieniniai vamzdžiai yra cinkuojami cinku

Cinkuoti vamzdžiai pagrįstai sudaryti iš plieninių vamzdžių, kuriuos apsaugoti dengia cinko sluoksniu, gaunamas arba karštai panardinant, arba naudojant elektrolizinio nusodinimo techniką. Naudojant karštojo panardinimo būdą, gamintojai pirmiausia kruopščiai išvalo plieninius vamzdžius, o tada panardina juos į apie 450 laipsnių Celsijaus (arba apie 842 Farenheito) temperatūros pradėtą cinką. Tai sukuria stiprią metalų sąsają, dėl kurios susidaro cinko-geležies lydinio sluoksnis, apie 0,002 colio storio. Situacijoms, reikalaujančioms tiklesnio valdymo, naudojamas elektrolizinis būdas, kai elektrinė srovė nusodina žymiai plonesnį cinko sluoksnį, matuojamą nuo 0,0002 iki 0,0005 colio storio. Nors abu metodai atlieka tą pačią pagrindinę funkciją – apsaugo plieną nuo korozijos ir rūdijimo, inžinieriai dažnai vieną metodą renkasi vietoj kito priklausomai nuo konkrečių projekto reikalavimų ir biudžeto apribojimų.

Pagrindinės cinkuotų vamzdžių fizinės ir cheminės savybės

Cinkuoti vamzdžiai paprastai turi takumo ribą nuo 30 000 iki 50 000 psi, o šiluminio plėtimosi koeficientas siekia apie 11,7 x 10 į minus šeštąją laipsnį vienam Farenheito laipsniui. Cinko sluoksnis padeda palaikyti stabilų pH lygį vandens sistemose, kai jis yra tarp 6,5 ir 12,5. Tačiau reikia atsižvelgti, kas nutinka, kai sąlygos keičiasi. Korozija smarkiai pagreitėja – apie keturis kartus greičiau rūgštingose aplinkose, kur pH žemesnis nei 6, arba ten, kur chloridų kiekis viršija 500 dalių milijone. Pati plieno tankis yra standartinis – 7,85 g/cm³, tačiau nulinavus paviršiaus kietumas sudaro apytikriai 179 deimantinio piramidės kietumo vienetus. Tai suteikia medžiagai gerą atsparumą, nesunkinant jos apdirbimo gamybos procesų metu.

Kaip cinko danga neleidžia korozijai vamzdynų sistemose

Cinko danga veikia dviem pagrindiniais būdais: ji aukojasi pirmoji, kai prasideda korozija, ir sukuria apsauginį barjerą nuo tolesnių pažeidimų. Kai susiduriama su rūgščiu vandeniu, kurio pH žemesnis nei 7, cinkas nusidėvi daug lėčiau nei plienas. Plienas per metus paprastai praranda apie 0,12 mm, tuo tarpu cinkas tose pačiose sąlygose per metus korozijos sunaikina tik apie 0,02 mm. Šis apsauginis poveikis trunka iki tol, kol yra sunaikinta apie 70 % cinko dangos. Šarminėje aplinkoje vyksta kitokia reakcija. Cinkas reaguoja su oro anglies dioksidu, sudarydamas cinko karbonatą (ZnCO3), kuris paviršiuje sukuria tai, ką vadiname patina. Šis sluoksnis yra praktiškai nepralaidus vandeniui ir neleidžia deguoniui prasiskverbti į apačioje esantį metalą. Praktiniai tyrimai rodo, kad šis kombinuotas apsauginis poveikis leidžia vamzdžiams tinkamai veikti nuo 40 iki 60 metų normaliose klimato zonose. Tačiau arti krantų, kur dalyvauja jūros vanduo, tokia apsauga trunka maždaug pusę trumpiau, nes druska žymiai pagreitina ardomąjį procesą.

Cinkuotų plieninių vamzdžių privalumai vandentiekio sistemose

Didelis ilgaamžiškumas ir atsparumas mechaniniam poveikiui bei slėgiui

Dėl cinkuoto plieno konstrukcijos cinkuoti vamzdžiai puikiai pasižymi konstrukcine atsparumu. Jie išlaiko slėgį iki 150 PSI, todėl tinka aukšto krūvio vandentiekio sistemoms. Teisingai sumontuotos sistemos išlaiko vientisumą 40–70 metų, lenkiant daugelį ne metalinių alternatyvų temperatūros svyravimų ar dirvožemio judėjimo aplinkose.

Kainos našumas: žemos pradinės kainos palyginimas su ilgalaite verte

Vidutinė medžiagos kaina siekia 2–5 USD už bėginį pėdą, todėl cinkuoti vamzdžiai yra biudžetiškai palankus variantas, palyginti su vario vamzdeliais (8–12 USD/už pėdą). Nors po 15–20 metų gali prireikti techninės priežiūros dėl mineralinių nuosėdų kaupimosi, jų pradinė prieinama kaina ir 50 metų korozijos atsparumas – jei cinko sluoksnis lieka nepažeistas – pagrindžia naudojimą mažo rizikos gyvenamosiose ar žemės ūkio vandens sistemose.

Našumas kietame vandenyje: mitas ar tikras pranašumas?

Cinkuotosios vamzdžiai nespręs kieto vandens problemų, tačiau šios storesnės sienelės geriau atsparios apnašoms, sukeliančioms slėgio praradimą, palyginti su variniais vamzdžiais, kai naudojamas mineralais prisotintas vanduo. Kai kurie nepriklausomi bandymai parodė, kad senesnės cinkuotų vamzdžių sistemos išlaikė apie 85 % savo pradinio pralaidumo, tuo tarpu variniai vamzdžiai po dešimties metų kietame vandenyje sumažino funkcionalumą iki maždaug 8 %. Jie tinka laikinoms pataisoms ir tikrai turi tam tikrų realių pranašumų šioje srityje. Vis dėlto ilgalaikiams sprendimams medžiagos, tokios kaip PVC, bendrąja prasme geriau susitvarko su mineralais laikui bėgant.

Cinkuotų vamzdžių trūkumai ir rizikos naudojant juos ilgesnį laiką

Vidinė mineralinių nuosėdų kaupimasis ir sumažėjęs vandens srautas senėjančiose sistemose

Kai apsauginis cinko sluoksnis pradeda dilti, apačioje esantis plienas pradeda koroduoti ir laikui bėgant reaguoti su vandenyje esančiais mineralais. Praėjus 15–30 metų, vamzdžių viduje kaupiasi toks nešvarumas kaip rūdys (geležies oksidas) ir kalkių nuosėdos (kalcio karbonatas), labai blogu atveju sumažinant jų vidaus skersmenį net dvigubai. Pagal paskutinių metų spausdintus tyrimus apie vandentiekių sistemas, apie 40 metų senumo senesni cinkuoti vamzdžiai parodė vandens srauto sumažėjimą apie 34 %. Žmonės, gyvenantys namuose su tokiais senais vamzdžiais, paprastai pastebi mažesnį vandens slėgį čiaupuose, nenuolatinį vandens pasiskirstymą tarp skirtingų prietaisų name ir net girdi, kaip įjungus čiaupą juda smulkiagrūdis teršalas.

Sveikatos ir vandens kokybės problemos: Rūdys, švinas ir nuosėdų užterštumas

Suirusių cinkuotų vamzdžių atsiranda trys pagrindiniai teršalai:

• Geležies oksidai : Sukelia ruda-ryškiai rudos spalvos nuspalvinimą ir metalinį vandens skonį
• Švino dalelės : Išsiskiria, kai cinkas tirpsta, ypač namuose, pastatytuose iki 1986 m., kai buvo naudojamas švininis lydinys (pagal CDC, 10–20 % JAV namų su cinkuoto plieno vamzdžiais viršija EPA nustatytus švinio koncentracijos ribinius dydžius)
• Bioplėvelės kolonijos : Susidaro šiurkščiuose, mineralais prisotintuose paviršiuose, skatinančiuose bakterijų augimą

Cinkuoti vamzdžiai gali veikti kaip „švinio šluostės“, įsisavinantys švinį iš senųjų sujungimų arba komunalinių tinklų ir išleidžiantys jį keičiantis srautui. Vandens tyrimai namuose, pastatytuose iki 1970 m., parodė 3–8 kartus didesnę švinio koncentraciją, kai šie vamzdžiai vis dar naudojami.

Techninės priežiūros sunkumai ir pakeitimo problemos dėl korozijos ir sriegių

Cinkuotų vamzdžių sistemos dažnai reikalauja visiško pakeitimo, o ne tik vietinių taisymų. Pagrindinės problemos apima:

Miesto inspektoriai vis dažniau nurodo pašalinti cinkuotas sistemas – 2025 m. Tarptautinio vandentiekio kodekso atnaujinimas riboja jų naudojimą geriamojo vandens tinklų remonte.

Cinkuota vamzdyno sistema prieš vario, PEX ir PVC: praktinis palyginimas

Našumo palyginimas: atsparumas korozijai, lankstumas ir termoinertiškumas

Cinkuotos vamzdžiai yra gana patvarūs, tačiau ilgainiui jų būklė pablogėja. Cinko danga iš pradžių juos apsaugo, tačiau atsparumas korozijai, ypač vietovėse su rūgščiu vandeniu, yra žymiai prastesnis lyginant su tokiais medžiagų tipais kaip PVC ir PEX. Varis gali atlaikyti temperatūras aukštesnes nei 200 laipsnių pagal Farenheitą be jokių problemų, tuo tarpu cinkuotas plienas pradeda prarasti apsauginį cinko sluoksnį pasiekus temperatūrą apie 140 laipsnių. Kalbant apie žemės drebėjimus, PEX vamzdžiai tapo populiarūs dėl savo lankstumo, kuris sumažina jungčių gedimą maždaug keturiais penktais lyginant su senoviniais standžiais cinkuotais vamzdžiais. Tai buvo paminėta praėjusiais metais paskelbtame Vandentiekio saugos standartų ataskaitoje.

Medžiaga ir eksploatacijos sąnaudos: cinkuoti vamzdžiai prieš modernius alternatyvius sprendimus

Nors pradinės medžiagų kainos yra žemesnės, cinkuoti vamzdžiai reikalauja didesnių priežiūros kaštų ir anksčiau turi būti keičiami, todėl 30 metų laikotarpiu bendri eksploatacijos kaštai padidėja 15–20 % lyginant su PEX.

Galvaninės korozijos rizika jungiant cinkuotus ir varinius vamzdžius

Šių medžiagų derinys pagreitina koroziją sujungimo vietose dėl elektrocheminės nesuderinamumo. 2022 m. atliktas lauko tyrimas parodė, kad 63 % mišriųjų medžiagų sistemų per 8 metus pradėjo leidžia vandenį, palyginti su 12 % vienalyčių PEX sistemų. Dielektriniai jungtys gali delsti – bet nepašalinti – šios rizikos, todėl hibridinėse sistemose reikalingos kas šešis mėnesius kartojamos apžiūros.

Praktinis pavyzdys: cinkuotų vamzdžių keitimas į PEX senesnėse namų statybose

1950-aisiais metais pastatyto Seatile'o namo rekonstrukcija parodė PEX pranašumus:

• Vandens slėgis po pakeitimo padidėjo nuo 35 psi iki 62 psi
• Montavimo trukmė sumažėjo 60 % naudojant prispaudžiamuosius jungtus
• Metinės vamzdžių remonto išlaidos sumažėjo nuo 870 JAV dolerių iki 40 JAV dolerių

Tai atspindi pramonės tendencijas, rodančias, kad 81 % santechnikų dabar rekomenduoja PEX vietoj cinkuotų vamzdžių keitimo (2023 m. Santechnikos medžiagų ataskaita).

Kaip pasirinkti tinkamą vamzdžių medžiagą atsižvelgiant į taisykles, aplinką ir naudojimo atvejį

Vandens kietumo, klimato ir namų ūkio poreikių vertinimas optimaliam našumui

Cinkuotos vamzdžiai veikia gerai vietose su švelniu oru ir minkštu vandeniu, nes jų cinko danga gana gerai atspari korozijai. Tačiau ten, kur vandens kietumas viršija apie 180 miligramų kalcio karbonato viename litre, situacija greitai prastėja. Mineralai šiuose vamzdžiuose kaupiasi žymiai greičiau, todėl po maždaug dešimties metų vandens srautas sumažėja gana stipriai – iki 25–40 %. Jei žiemą temperatūra reguliariai nukrenta žemiau užšalimo taško, protingesnis pasirinkimas yra PEX vamzdeliai, nes jie kur kas geriau išlaiko ekstremalias temperatūros kaitas nei senoviškė cinkuota plieninė vamzdynų sistema. Be to, namams, kuriuose kasdien sunaudojama daug vandens, ypač tiems, kuriuose yra trys ar daugiau vonios kambarių, verta rinktis vamzdžius, kurių slėgio reitingas viršija 80 svarų kvadratiniame coliuje. Kitu atveju visos šios jungtys galiausiai ims lašėti, sukeldamos nemalonumų ateityje.

Vietinių vandentiekio taisyklių ir cinkuotų vamzdžių naudojimo apribojimų supratimas

Dauguma valstijų šalyje jau uždraudė cinkuotus vamzdžius naujose geriamojo vandens sistemose, nes jie gali rūdėti ir išleisti šviną į vandens tiekimą. Paimkime Kaliforniją – 2023 m. ši valstija atnaujino savo vandentiekio taisykles, reikalaudama, kad namų renovacijoms būtų naudojami arba variniai, arba PEX vamzdžiai, nors cinkuotas plienas vis dar leidžiamas, tačiau tik dujų tiekimui. Prieš keičiant senas vandentiekio sistemas, protinga patikrinti, ką vietinės institucijos sako apie pakeitimus. Kai kurios teritorijos iš tiesų leidžia ribotą cinkuotų vamzdžių naudojimą, jei likęs cinko dengtas sluoksnis yra ne mažesnis kaip 85 mikrometrų storio, kas padeda išlaikyti konstrukcinį vientisumą, nesumažinant vandens kokybės.

Vamzdžių medžiagos parinkimas pagal sistemos amžių, slėgio reikalavimus ir modernizavimo poreikius

Namai, pastatyti iki 1970 m., kuriuose vis dar yra cinkuotos vamzdžių sistemos, dažniausiai reikalauja visiškos pakeitimo, nes korozijos metu vidaus skersmuo laikui bėgant sumažėja. Atlikdami modernizavimą, PEX vamzdžiai išsiskiria dėl savo lankstumo, kuris leidžia juos įtempti pro esamas sienas, nereikiant griauti konstrukcijų ar kirsti didelių skylių. Tai tikras pranašumas lyginant su senesnėmis standžiomis medžiagomis, tokiomis kaip cinkuoti ar variniai vamzdžiai, su kuriais dirbti gali būti tikras košmaras. Situacijoms, kai slėgis viršija normalų lygį, tvarkaraščio 80 PVC iš tiesų geriau atlaiko sprogimus nei senieji cinkuoti plieniniai vamzdžiai. Vis tiek verta patikrinti vietos taisykles, kadangi reikalavimai gali žymiai skirtis priklausomai nuo vietovės.

Dažnai užduodami klausimai

Iš ko pagaminti cinkuoti vamzdžiai?

Cinkuoti vamzdžiai sudaryti iš plieninių vamzdžių, padengtų apsauginiu cinko sluoksniu, kuris neleidžia korozijai.

Kiek ilgai tarnauja cinkuoti vamzdžiai?

Cinkuoti vamzdžiai normaliomis klimato zonomis gali tarnauti nuo 40 iki 60 metų, nors šis laikotarpis gali būti trumpesnis pajūrio zonose.

Kodėl cinkuoti vamzdžiai daugiau nebepatarinėjami naudoti geriamajam vandeniui?

Cinkuoti vamzdžiai gali rūdėti ir išleisti šviną į vandens tiekimo sistemą, dėl ko kyla sveikatos problemų bei yra taikomos įvairios taisyklės, draudžiančios jų naudojimą naujose geriamojo vandens instaliacijose.

Kaip cinko danga apsaugo cinkuotus vamzdžius?

Cinko danga veikia kaip aukojamas sluoksnis, kuris lėtai korozuoja, sukurdamas apsauginį barjerą, neleidžiantį pagrindinei plieninei daliai koroduoti.

Kokie alternatyvūs sprendimai rekomenduojami cinkuotų vamzdžių pakeitimui?

Dažniausiai rekomenduojamos alternatyvos yra varis, PEX ir PVC dėl jų geresnio našumo, atsparumo korozijai ir lankstumo.