1

Cevnivodovi

Katedrazatermotehniku

Prof.DrFrancKosi,dipl.ma.ing.,fkosi@mas.bg.ac.yu,kabinet134/3LekcijaAT11. UVOD

1.1. Osnovnipojmoviidefinicije,terminiipodelacevovoda

CEVOVODOM (ili CEVNIM VODOM) naziva se ureaj sastavlje od neprekidnog niza meusobnonepropusnospojenihcevisapripadajuomarmaturom,kompenzatorima,kontrolnim imernimureajima,osloncima iostalimpomonimelementima.Cevovodisluezatransportgasova,odnosnopara,tenosti, ilivrstihrasutihmaterijalaumeavinisanjima(pneumatski,odnosnohidraulikitransport)namanjeiliveeudaljenosti.Cevovodimapripadaju,uiremsmislu,inoseakonstrukcijai/ilikanalzanjihovopolaganje.

Podela cevovoda moe biti veoma razliita, kako po principu, tako i po stepenu podrobnosti.Najvanijajesvakakopodelapremapodrujuprimenena:

1. Tehnolokecevovode2. Sanitarnotehnikecevovode3. Cevovode hidraulikih i pneumatskih instalacija raznih maina i ureaja, kao i cevovodi

specijalnenamene.

TEHNOLOKICEVOVODI slue za transport sirovina,poluproizvoda,gotovihproizvoda iliotpadnihmaterijapri raznim tehnolokimprocesima. Zavisnood veliineudaljenosti imestaureaja koje spajaju,cevovodi se daljemogu podeliti na pogonske (unutar jednog te istog pogona),meupogonske (unutarjednog industrijskog objekta) i transportne (magistralne) cevovode (dugake ponekad i vie hiljadakilometara).Ovapodela je istouslovna;poklapasesapodelomuruskoj literaturi.Unemakoj literaturi,podela jenetoprostija;dele sena:proizvodne i transportne cevovode,pri emu izmeunjihnepostojiotragranica.

SANITARNOTEHNIKI cevovodi se dele na: cevovode za grejanje, klimatizaciju, vodovod,kanalizaciju, cevovode gasnemree, kao i cevovode aspiracionemree.U sluajevima kada je dopremapojedinihfluidazasanitarnetehnikepotrebeitehnolokiprocesobjedinjena,ondazajednikicevovodi(dorazdvajanja) pripadaju grupi tehnolokih cevovoda. Spoljne (gradske i vangradske) mree za vodovod,kanalizaciju,snabdevanjegasom,parom,toplomivrelomvodommogusesvrstatibilouposebnugrupu,bilougrupumagistralnihcevovoda.

CEVOVODIHIDRAULIKIHIPNEUMATSKIHINSTALACIJAmogusetakoe,premapodrujuprimene,svrstatiuuegrupe.Ovdepripadajucevovodikoionihiservosistema,kontrolnihsistema,izduvnihgasova,sistemaautomatike itd.Ove instalacijesenajeenalazeusklopuraznihstacionarnih ipokretnihmaina,odnosnoinstalacija,transportnihsredstavaitd.Kaocevovodeposebnenamenemoemo,naprimer,navesticevovodepneumatskepoteisl.OSTALEPODELECEVOVODA

Znaajne su takoe i podele cevovoda prema unutranjem pritisku i/ili temperaturi, stepenuagresivnosti,zapaljivosti,eksplozivnostiitoksinostitransportovanogfluida.

Premaunutranjempritisku,cevovodidelimona:

1. vakuumskecevovode, p

2

Stepenagresivnostitransportovanogfluidaodreujesepremadebljinikorodiranogslojaurokuodgodinudananaceviodugljeninogelika:malaagresivnost(ispod0,1mm/god),srednjaagresivnost(od0,1do1mm/god)ivelikaagresivnost(iznad1mm/god).

Premazapaljivosti,eksplozivnosti,toksinostiiagresivostisvicevovodiuhemijskojindustrijisemogupodelitiutrikategorije:

Ikategorija: cevovodi za zapaljive, eksplozivne, otrovne i/ili agresivne fluide(nezavisnoodunutranjetemperatureipritiska);

Ikategorija: cevovodi za slabo zapaljive, maloeksplozivne, nadraujue fluide ifluidemaleagresivnosti;

IIIkategorija:sviostalicevovodi

Sviparovodisapritiskomveimod2barilicevovodizavreluvodutemperatureiznad120CmorajuispunjavatizahteveInspekcijezaposudepodpritiskom.

1.2. Materijalikojiseprimenjujupriizradicevovoda

1. elici ugljeninielici legiranielici

2. livenogvoe sivolivenogvoe modificiranolivenogvoe temperlivenogvoe legiranolivenogvoe

6. eliniliv

7. obojenimetaliilegure bakar alumunijumilegurealuminijuma legurebakra(bronze,mesing) olovo,kalajinjihovelegure

6. plastinemase polivinilhlorid teflon bakelit,faoliti,vlaknasteplastinemase,tekstolit

6. guma

7. staklo

8. azbest

9. porculan

2. KOROZIJAIZATITACEVOVODAODKOROZIJE.

Podkorozijimpodrazumevamotroenjevrstogmaterijalausledhemijskogdelovanjaokoline.Onaje estopovezana i sadrugim tetnimprocesima koji imaju zaposledicu smanjenjeupotrebne vrednostimaterijala.Kodnemetalasenpr.uzkorozijuesto javljaju ipojavestarenja,drobljenja,bubrenja isl. (ovepojave se skupanazivajudegradacijomnemetala i zbog svoje specifineprirodeprouavajuposebno odkorozijemetala).

Korozijametalasepremasutiniprocesadelina:hemijskukoroziju,kojaseodvijauneelektrolitima,ielektrohemijskukoroziju,kojanastajeprimeudejstvumetalaielektrolita.

3

2.1. Hemijskakorozija

Prihemijskojkorozijimetalastvarajusenjihova jedinjenjasanemetalnimelementima(najeesutooksidi ilisulfidi).Nanapadnutojpovrinionastvarajuskramukojapruaotpordaljojkoroziji.Ako jetaskrama kompaktna i postojana (fiziki i hemijski) i ima dobremehanike osobine (vrstoa, elastinost,tvrdoa iotpornostpremahabanju) iakodobroprianjauzpovrinumetalaonapredstavljadobruzatitu iodelektrohemijskekorozije.DabiskramabilakompaktnaneophodnojedajezareminaprodukatakorozijeVO metala jednaka ili do odreene mere vea od zapremine metala VM od koga je nastala, odnosno 1 2,5 .Manja zapreminaprodukatauzrokujeporoznost skrame,a suvievelika zapreminabubrenje i naprezanja od pritiska.Osim toga,da bi skrama bila kompaktna neophodno jeda seona nerastvarauokolnom fluidu,dasenetopi idanesublimira,adabidobroprianjalanesmejusekoeficijentitermikedilatacijeskrameimetalamnogorazlikovati(usuprotnombipripromenamatemperaturenastalopucanjeiljutenjeskrame).

Za skrameodNa2O,CaO,MgO je ,a za skrameV2O5,WO3,MoO3, FeS,ZnS,NiS iCuS je 2,5 , tenemogubiti kompaktne (za skrame suporozne, a za 2,5 stvaraju semehurii i ljutese).SkrameodCu2O,FeOsuhemijskinestabilne.Nasuprottome,skrameodAl2O3 iCr2O3imaju veoma povoljne karakteristike i efikasno titeAl, Cr i neke njihove legure sa drugimmetalima odkorozije.

istahemijskakorozijajeretka ijavljasepriobradimetalanatoplo(oksidacijametalakiseonikom izvazduha).Atmosferskakorozijanastajekaokombinacijahemijske(veimdelom) ielektrohemijskekorozije(manjimdelom),delovanjemkiseonikaizvazduha,vodenepareidrugihgasovakojisuprisutniunjemu(SO2,CO2 idr.).Elektrohemijskakorozijapritomemoenastatipripojavivodenogadsorbata i/ilikondenzatanapovrinimetala.

U suvom atmosferskom vazduhu veinametala formira ravnomernu skramu relativno povoljnihkarakteristika.Sapoveanjemrelativnevlanostiiznad70%napovrinigvoasestvarajuhidroksidi,ijajezapreminamanja od zapremine gvoa od koga su nastali, skrama je porozna i ranje se nastavlja. UzagaenojindustrijskojatmosferiSO2,prainaiostaleneistoejakopospeujukoroziju. 2.2. Elektrohemijskakorozija

Plemenitostnekogmetalasemoeodreditipremastandardnompotencijaluprocesajonizacije.tojetajpotencijalviimetaljeplemenitiji.Uproduetkusunavedenimetalipoplemenitosti(uzagradijedatstandardnipotencijal uvoltima): zlato (1,498), iva (0,86), srebro (0,799),bakar (0,337),olovo (0,126),kalaj(0,136),nikl(0,25),gvoe(0,440),cink(0,761) itd.Potencijalstandardnevodonikoveelektrode je0,0Vzaproces2eO+2H

+H2. Neplemeniti metali imaju tenju da izbacuju pozitivne metalne jone u elektrolit sa kojim su ukontaktu. Kada se viak elektrona, osloboen pri nastanku tih pozitivnih jona, ne bi odvodio, negativnipotencijalmetalabi rastao,aproceskorozije (izbacivanjepozitivnihmetalnih jona)bi seuspotravao, ipodostizanju odreenog potencijala ravnotee, potpuno stao. Meutim, poto u elektrolitu postoji nekamaterija (ili grupamaterija), tzv.depolarizator, komemetalpredaje viak elektrona proces korozije sekontinuiranonastavlja.

Retkosedogaadaseioslobaanjepozitivnihjonaielektronavrinaistommestupovrinemetala.Obinosuspoljanji,odnosnounutranjifaktorikojiutiunakorozijurazliitipopovrinimetalatakodasuneka mesta pogodnija za oslobaanje pozitivnih jona (anoda), a druga za oslobaanje elektrona(depolarizacija na katodi). Katodni i anodni delovi povrine su kratko spojenimasommetala i ine tzv.korozijske elemente. Na sl. 1.1 je prikazan korozijski element na povrini gvoa u kontaktu sa sonomkiselinom(tzv.korozijaukiselini).Naanodiseodvijaoslobaanjepozitivnih jonagvoaFe2+.Viakodpodvaelektronaposvakom jonizovanom i izbaenomatomuFe++predajesepozitivnimvodonikovim jonima(depolarizator)nakatodi.Dabisekorozijaukiseliniodvijalapotrebna jevelikakoncentracijavodonikovihjona(pH>45).ZapH>45uzkatoduseformirafilmvodonikaiprocessezaustavlja.

4

Slika1.1 Slika1.2 Drugitipelektrohemijskekorozijeprikazanjezasluajkadajedepolarizatormolekularnikiseonikrastvorenuvodi(slika1.2.).Katodniproces(depolarizacija)seodvijanadelupovrinepokrivenimslojemoksidailinekimplemenitijimmetalom(usluajukorozijeFetomoebitislojCu,npr.).Kiseonikadepolarizacijasesreenapr.priunutranjojkorozijivodovodnihcevikrozkojeprotievodakojasadrirastvorenikiseonik.

Naprednavedenadvatipadepolarizacijepredstavljajukrajnjeuproenusliku.Ustvarnosti,procesdepolarizacijemoebitimnogosloenijitosvezavisiodsastavaelektrolitaivrstemetalakojikorodira.

Oblikkorozionihoteenjazavisiodrasporedaanodnihpovrinautokuvremena.Akosekatodni ianosniprocesiodvijajunapriblinojednakimdelovimapovrineinaizmeninosesmenjuju,biekorozionotroenjepovrinepraktiki ravnomerno.Nasuprot tome,u sluajukada seanodniprocesodvijadugonajednom delu povrine, pojavie se na njemu lokalizovano oteenje povrine metala zatienog nekimplemenitijimmetalom;pri tome,to jemanjioteenideouodnosunazatienideopovrine,utoliko jekorozijajaelokalizovana.

Da li e dati deo povrinemetala biti pogodniji za anodni ili katodni proces zavisi odmnogihfaktora.Zaodvijanjeanodnogprocesapogodnijisu:

delovipovrinesaveimstatikimnaprezanjimanaponskakorozija; graninepovrineizmeukristalnihzrnainterkristalnakorozija; delovipovrineizloenierozijierozijskakorozija; delovipovrineizloenidinamikimnaprezanjimakorozijskizamor; delovipovrineizloenitrenjutarnakorozija; delovipovrineizloenikavitacijikavitacijskakorozija; delovipovrinekojisuanodepridejstvulutajuihstrujakorozijaodlutajuihstruja; delovi povrine koji pripadaju neplemenitijoj fazi viefazne legure ili neplemenitijem metalu

jednofaznelegureselektivnakorozija(npr.grafitizacijasivoglivailidecinkacijamesinga);

delovipovrineneplemenitijegmetalaukontaktusaplemenitijimmetalomgalvanskakorozija; delovipovrineupukotinama izmeudva telaod istogmetala ilimetala inemetalapukotinska

korozija;

defektnamestakristalnereetke.Najopasnijioblicikorozijeucevnimvodovimasuinterkristalna,erozijskaikavitacijskakorozija(obe

saunutranjestranecevi),kao ikorozijausleddejstva lutajuihstruja.Razlozizatosutose interkristalnakorozija tekouoava,adovodidonaglog smanjenja vrstoe,aerozijska i kavitacijska korozija se tekomogupredvidetiikontrolisati.

5

2.3. Zatitacevovodaodkorozije 2.3.1.Pasivnemerezatiteodkorozije

Da bi mere protivkorozione zatite bile racionalne moraju se zasnivati na dovoljno tanompoznavanju samog procesa korozije. Stoga su one specifine i dosta raznovrsne. Po njihovom karakterumoemoihpodelitiutriosnovnegrupe:

1. mere u cilju povienja protiv korozione otpornosti samih materijala koji se koriste pri gradnjicevovoda(usutini,rejeopravilnomizboruodgovarajuihmaterijala);

2. fizikorazdvajanjetienepovrineodagresivnogmedijuma(pasivnemere);

3. aktivnezatitnemerekojimaseutienasamproceskorozije.

estojepogodnokombinovativiemeraodjednom.

Kodmetalnihcevi,poredizboraosnovnogmaterijalaodzanaajamogubitiimanjekoliinedodatihlegirajuihelemenata,kaoiodgovarajuatermikaimehanikaobradapovrine.

Pasivnemereustvarisesvodenaprekrivanjepovrinekojasetitiraznimorganskimineorganskimslojevimapotrebnedebljine.

Od organskih prevlaka treba navesti uljane i nitro boje i lakove (uglavnom za zatitu povrinaizloenihatmosferskojkoroziji)kaoibituminoznemase(zaspoljanjuzatitucevovodapoloenihdirektnouzemlju ili vodu), kao i za unutranju zatitu cevovoda za transport tehnike vode, gumu (za unutranjuzatitu cevi, delova armatura i pumpi) faolit i druge plastine mase. Gumiranjem, faoliranjem iplastificiranjem, uopte, pored zatite od korozije postie se i dopunska zatita od erozije i abrazije(uglavnoomprihidraulikomtransportu).

Od neorganskih zatitnih slojeva trena navesti emajl (za spoljanje i unutranje oblaganje cevirazliite namene) i unutranje oblaganje cementnimmalterom. Cementnimmalterom se iznutra oblauuglavnomvodovodnecevipriemudebljinaslojarastesaprenikomcevi:zanajmanjecevikojeseoblau(DN80) debljina sloja je 4 mm, dok kod cevi DN1200 iznosi oko 14 mm. Vano je napomenuti da jekoeficijenttrenjapristrujanjuucementomzatienimcevimamali idasesavremenomnepoveava,vesmanjuje,bezsmanjivanjaprotonogpresekacevi.

Kodnanoenjabilokakvogslojanacevi,njihovapovrinamorabititemeljnooienaodprethodnekorozijeiodmaena.

Prenanoenjabituminoznihprevlaka zaostala ra izpora rastvara sepomogunostipotapanjemcevi u 20% rastvor sone kiseline (sa dodatkom 0,8% inhibitora koji titi elik). Posle nagrizanja, cevi seispirajuslabimvodenimrastvoromkaustinesode(2%NaCH)ikalijumbihromata(K2Cr2O7)isue.Posletogase nanosi tanka podloga (npr. od bitumena rastvorenog u benzinu), nakon ijeg suenja se nanosibitumenska hidroizolacija potrebne debljine. Izmeu slojeva bitumena postavlja se armatura u oblikutkanineodstaklenihniti,gumiraneazbestnetrakeilisl.Zavrnislojodposebnetrake(npr.specijalnahartijaoddugihceluloznihvlakana) lepisepopotrebina tekpostavljeni (vrui)poslednjibitumenskogsloja radimehanikezatiteizolacijeutokutransportai/ilipolaganjacevi.

Bolje je kada se hidroizolacija nanosi u fabrici, jer sumogunosti vee i jer se potpunijemogusprovestiikontrolisatisvipotrebnitehnolokipostupci,adasenaterenuzatiujusamozavarenispojevinasastavimacevi.Zazatitucevineterenupostojespecijalnemainekojesekreudutrase.

Za zatitu metalnih cevovoda metalnim prevlakama, od najveeg znaaja je postupak toplogcinkovanjaelinihceviielemenata.Ovajpostupakseveomadobropokazaoizuzevusluajumekanihvodasa relativno velikim sadrajem ugljene kiseline kada zatitni sloj cinka strada srazmerno brzo.U ostalimsluajevima (tvrde i umereno tvrde vode) i pored velikog sadraja ugljene kiseline, na povrini cinka seformirazatitnislojkojispreavadaljukorozijucinka.

6

Kadajeprovodljivostvodezadovoljavajua,napovrinicinka(kaomanjeplemenitogmetala)odvijaseanodniproces,daklecinksejaljakaoprotektormanjihgolihelinihpovrina(naoteenjimaslojacinka,tamogdejerezannavojisl.)Ali,relativnobrzonatimmestimaseformirapokrivnislojidaljakorozijacinkase zaustavlja. Meutim, na temperaturama od 6570C povrina cinka se prekriva slojevima koji suplemenitijiodgvoa, takoda se anodniprocesiodvijajunanezatienim elinimpovrinama koje,bazbogtogatosurelativnomale,jakobrzokorodiraju.Stogatrebaprikorienjupocinkovanihelinihceviiposuda(bojlerinapr.)izbegavatitemperaturevodepreko60C.

Kadasepocinkovanecevipolauu tlo treba ihdopunskizatititibitumenom.Takvakombinovanazatitaimaznatnoveuefikasnostodzbiraefikasnostisvakekomponente(cinkaibitumena)odvojeno. 2.3.2.Aktivnemerezatiteodkorozije

Aktivnimnazivamosveonemerepomoukojihdirektnoutiemonasamkorozioniproces(poovojdefiniciji i cinkovanje elinih cevimoemo svrstati u aktivnemere jer cink elektrohemijski titi elik odkorozije).

Kaomereaktivneprotivkorozionezatitevodovodnihceviestoseprimenjujeneutralizacijakiselostivode dodavanjem baza, oslobaanja vode od kiseonika i ugljendioksida, filtriranje vode kroz polupeenidolomit,dodavanjeinhibitora(silikataipolifosfata)kojiformirajunaunutranjojpovrinicevitekotopljivezatitneslojeve,isl.

Najei oblik protivkorozione zatite spoljne povrine cevovoda ukopanih u tlo (naroitomagistralnih)jekatodnazatita.

Sutina katodne zatite je u tome da se zatiena povrina dovede na dovoljno nizak elektrinipotencijaluodnosunaokolnotlodanemoedaisputapozitivnemetalnejone.Zavisnoodnainanakojisetopostie,razlikujemo:a)katodnuzatitusagalvanskomanodom,ib)povezivanjecevovodazanegativnipolizvorajednosmernestruje;strujnokoloseprekopomoneanodezatvarakrozzemlju.

Obevrstekatodnezatiteimajujednakoelektrohemijskodelovanje.

Dabisegvoeielikefikasnoanodnotitiliodkorozijemorasecelokupnatienapovrinadovestinapotencijalbarod0,85Vuodnosunabakarsulfatnuelektroduzabodenuutlo.Ovajpotencijalsenazivakatodnizatitnipotencijal.

Katodna zatita se galvanskom anodom je prikazana na slici 1.3. Kao galvanska anoda koristi semetalkojijeneplemenitijiodgvoa(magnezijumilicink)iukopanjeuzemlju.Pritomemagnezijumilicink(tzv.protektori)se troe isputajuipozitivne jone (Mn2+ iliZn2+),aosloboenielektroni sedovodedocevovodanaijojpovriniihpreuzimadepolarizator.

Sluajkadasezakatodnuzatitukoristiizvorjednosmernestrujesapomonomanodomprikazanjena slici1.4.Pomona anoda sepraviod gvoa, grafita ilinekogdrugogmaterijala koji se razara tokomvremena,dokjecevzatienaodkorozije.

Slika1.3 Slika1.4

Potrebnajainastrujejednosmernogizvorazavisiodveliinetienepovrineielektrinogotporahidroizolacijecevi.Naslici1.5.prikazanajeorijentacionazavisnostpotrebnejainestrujepojedinicitienepovrine.Koddobroizvedenihhidroizolacija(savelikomelektrinomotpornouizolacionogsloja),

7

potronjaelektrineenergijezakatodnuzatitujeneznatna,asajednogelektrinogprikljukamoguejeefikasnokatodnotititiidoviedesetinakilometara.

Slika1.5

LITERATURA:

MarkoskiM:Cevnivodovi,Mainskifakultet,Beograd,2006.