Časopis 112 ROČNÍK XXII ČÍSLO 7/2023

Na tísňovou linku HZS Kraje Vysočina byl 17. září 2022 nahlášen požár penzionu v obci Daňkovice na Žďársku. Požár způsobený vznícením hořlavých par alkoholu během vaření likvidovalo 15 jednotek hasičů. Škoda byla vyčíslena na 15 milionů korun. Požár zasáhl střechu a strop nad společenským sálem, střechu nad přístavbou penzionu a kompletně zničil elektronické zařízení včetně vzduchotechniky. V polovině prosince loňského roku proběhlo taktické cvičení jednotek PO, jehož námětem byl požár v královéhradeckém seniorcentru SeneCura v Exnárově ulici. Účastníci si vyzkoušeli záchranu a evakuaci osob se sníženou pohyblivostí i manipulaci s nemocničním lůžkem. Záchranáři si rozšířili vědomosti o specifické podmínky zásahů v objektech sociálních služeb. V únoru 2023 bylo přijato doporučení Komise o cílech Evropské unie v oblasti odolnosti vůči katastrofám. Strategický dokument jasně specifikuje pět klíčových oblastí (Předvídat, Připravit se, Upozornit, Reagovat, Zabezpečit). 

V časopisu 112, 4/2019 jsme se věnovali korozi potrubí vodních stabilních hasicích zařízení (SHZ) a dopadům na jejich provozuschopnost. Připomněli jsme škody způsobené zaplavením chráněného prostoru vodou a navýšení provozních nákladů souvisejících s výměnou zkorodovaného potrubí. V souvislosti s explozemi potrubí sprinklerových zařízení, ke kterým došlo v posledních letech, je tato problematika stále aktuální. Co bylo jejich příčinou, které faktory vznik exploze ovlivňují a jaká opatření k ochraně zdraví osob se v zahraničí přijímají, by měl osvětlit tento článek.

Prvním varujícím případem byl požár vodíkové směsi, která unikla z potrubní soustavy sprinklerového zařízení (potrubí mezi ventilovou stanicí a sprinklery) v roce 2014 v Dánsku. Jak se později ukázalo, nešlo o ojedinělý případ. V roce 2020 došlo ke stejnému incidentu při údržbě sprinklerového zařízení v Městském divadle v Helsinkách. V norském Kristiansandu v roce 2022 došlo při vypouštění mokré sprinklerové soustavy ke dvěma explozím vodíkové směsi. Příčinou vytváření vodíku v potrubí je chemická reakce mezi ochrannou zinkovou vrstvou pozinkovaných trubek a kyslíkem. Tento jev, doprovázený nárůstem tlaku vodíku v potrubí, se označuje jako vodíková koroze [2]. Po úplném rozpuštění zinkové ochranné vrstvy pokračuje koroze vlastní ocelové trubky. Tím dochází ke snížení pevnosti trubky, její destrukci a úniku vodíku z potrubí do atmosféry. Pokud se v blízkosti nachází iniciační zdroj, může dojít ke vzplanutí vodíku nebo k jeho explozi a ohrožení zdraví osob. To je důvod, proč se na tuto problematiku související s používáním pozinkovaných trubek ve sprinklerových zařízeních zaměřila pozornost několika renomovaných expertních pracovišť. 

U mokré soustavy (potrubí je zavodněné tlakovou vodou) je zdrojem kyslíku voda, kterou se pod tlakem plní potrubí této soustavy. Kyslík obsahují i vzduchové bubliny nacházející se v potrubí v místech, která nelze úplně odvodnit. V nich se navíc shromažďuje sediment obsahující bakterie, které jsou zdrojem mikrobiologické koroze. K obnově kyslíku v mokré soustavě dochází při každém natlakování po požáru a zejména v rámci oprav a předepsaných kontrol.

U suché soustavy (potrubí je natlakované vzduchem) je kyslík obsažený ve vzduchu z kompresoru, jímž se soustava plní, v kondenzátu a zbytkové vodě, kterou nebylo možné ze soustavy vypustit. Kompresor se spíná při každém úbytku tlaku v potrubí suché soustavy pod stanovenou hodnotu. Tím se do potrubí dostává další kyslík. Z uvedeného je patrné, že vodíková koroze se týká pozinkovaných trubek bez ohledu na to, zda jde o soustavu mokrou, nebo suchou.

K dalším faktorům majícím vliv na vodíkovou korozi patří zejména:
Kyselost a zásaditost vody. Z pohledu vlivu na korozi se za optimální považuje pH 10-11. Při vyšším pH je průběh koroze až pětkrát rychlejší. Při pH vyšším než 10-11 dochází k podráždění kůže. Korozi urychluje rovněž voda s pH 2,5 až 10. Čím je tato hodnota menší, tím je rychlejší průběh biologické degradace. 

Tvrdost vody. Ta závisí na množství minerálů, zejména vápníku a hořčíku. To se odvíjí od geologického složení půdy. Na různých místech ČR je tvrdost vody různá. V Praze má například voda tvrdost až o 50 % vyšší než v Jihočeském kraji. Nejznámějším projevem tvrdé vody je vznik vodního kamene. Koroze zinkové ochranné vrstvy probíhá u tvrdé vody pomaleji než u vody měkké. Podle zkušební laboratoře Factory Mutual (FM) odolává korozi zinková vrstva o tloušťce 50 µm v případě destilované vody zhruba 2 roky, u říční vody 3-5 roků, u pitné vody měkké 5-13 roků a u pitné vody tvrdé 13-25 roků [5]. 

Teplota. Zvýšená teplota náplně potrubí například pod stropem, světlíky nebo nad horkými technologiemi a provozy zvyšuje reakci mezi kyslíkem a zinkem. Ta může být dvakrát rychlejší při zvýšení teploty vody o 10 °C [5].  

Stav náplně. U stojaté vody dochází k důlkové korozi v místech vyššího obsahu kyslíku. Jde o dlouhodobý proces. U proudící vody je pravděpodobnější plošná koroze. S tou se lze setkat jako s důsledkem pravidelných týdenních kontrol sprinklerového zařízení, kdy se do pozinkovaného potrubí mokré soustavy dostává nový kyslík.

Na výzkum reálného stavu sprinklerových zařízení z hlediska tvorby vodíku se v roce 2021 zaměřila německá organizace BVFA e.V. (Bundesverband Technischer Brandschutz). Podrobila zkoumání celkem 130 sprinklerových zařízení, u nichž se provádělo systematické měření koncentrace vodíku v mokrých a suchých potrubních soustavách. Dosavadní výsledky jsou varující. Vyplynulo, že v Německu jde o závažný problém širšího rozsahu, který souvisí s nárůstem používání pozinkovaného potrubí. Bylo zjištěno, že u mokrých soustav jsou koncentrace vodíku až pětkrát vyšší než u soustav suchých. U sprinklerových zařízení s mokrou soustavou a podílem pozinkovaného potrubí 40 % a více byla u zhruba 75 % mokrých soustav zjištěna koncentrace vodíku rovná nebo vyšší než 50 % spodní meze výbušnosti vodíku (4 %). Koncentrace vodíku rovná nebo vyšší, než je spodní mez výbušnosti vodíku, byla naměřena téměř u 65 % mokrých soustav. Nejvyšší koncentrace vodíku byly naměřeny v nejvyšších místech potrubí soustavy.

Poznatky o vodíkové korozi ukazují, že s ohledem na možné ohrožení zdraví osob je potřeba se zaměřit, v případě soustav s pozinkovaným potrubím, především na mokré soustavy, u nichž je vodíková koroze intenzivnější než u soustav suchých. To je zásadní změna oproti minulosti, kdy byla pozornost zaměřena naopak na soustavy suché. Tomu byly a doposud jsou přizpůsobeny i kontroly stavu potrubí, které se podle zkušební laboratoře VdS CEA 4001:2018 musí provádět po 12,5 letech u soustavy suché a po 25 letech u soustavy mokré. Tento přístup vyplýval z poznatků, které byly známé v době formulování návrhových požadavků v tomto dokumentu. (Pozn.: ČSN EN 12845:2018 v informativní příloze K uvádí pouze prohlídku po 25 letech!)

K možnostem, jak předejít ohrožení osob v důsledku vodíkové koroze, patří zejména:

• Omezit používání pozinkovaných trubek.
• Omezit množství kyslíku jeho naředěním dusíkem u mokré soustavy nebo natlakováním suché soustavy dusíkem, případně v ní vytvořit podtlak. (Pozn.: podle FM je u ocelového nepozinkovaného potrubí naplněného vzduchem průběh koroze desetkrát rychlejší než u potrubí naplněného dusíkem [1]).  
• Na kritických místech potrubí instalovat přetlakové a odvodňovací armatury.
• Monitorovat stav potrubí.
• Stanovit podmínky pro zavodňování mokrých soustav a plnění suchých soustav inertním mediem, obvykle dusíkem. 

Zařízení pro plnění suché soustavy dusíkemNa základě dosavadních zjištění reagovala na problematiku vodíkové koroze německá zkušební laboratoř a autorizovaná osoba VdS dvěma poznám­kami uvedenými v technických podmínkách VdS CEA 4001:2021-01. 

Poznámka 1: Národní a mezinárodní zprávy o škodách a výsledky výzkumu ukazují, že se v pozinkovaných trubkách použitých v mokrých soustavách může vytvářet vodík. To by mohlo vést u potrubí zeslabeného korozí k prudkému úniku vodíku nebo k jeho explozi, zejména v průběhu údržby a při rekonstrukčních pracích. Praktický výzkum tohoto problému nebyl ještě ukončen. Všeobecný zákaz používání uvnitř pozinkovaných trubek v mokrých soustavách může být vydán v dohledné době. Před přijetím případného zákazu by se mělo vycházet z relevantních zdrojů informací a případné pochybnosti by měly být projednány s příslušnými orgány.

Poznámka 2: Ocelové pozinkované trubky se nedoporučují pro použití v suchých soustavách z důvodu potenciálního rychlejšího průběhu koroze. 

Z uvedených poznámek vyplývá, že se VdS dosud nerozhodlo zakázat používání pozinkovaných trubek v mokrých sprinklerových soustavách. Druhá poznámka nezmiňuje soustavy s dusíkovou náplní a s podtlakem, což patrně souvisí s tradičně konzervativním přístupem této instituce. Nicméně VdS problematiku vodíkové koroze řeší a reaguje na ni řadou opatření:

• U sprinklerových zařízení s pozinkovanými trubkami v mokré soustavě jednou za týden kontrolovat tlak. Zvýšený tlak může být způsoben vodíkem.
• Osoby provádějící údržbu sprinklerového zařízení musí být seznámeny s možným ohrožením zdraví vyplývajícím z tvorby vodíku v mokré soustavě.
• Pro údržbu pozinkovaného potrubí v mokrých soustavách se musí použít nářadí vhodné pro práci v explozivním prostředí. Zvláštní pozornost se musí věnovat vrtání otvorů pro odvodňovací armatury.
• Provádět kontrolu pH vody použité k plnění soustavy. Za optimální se považuje pH 10. Vyšší hodnoty pH mohou vést k poškození pryžových těsnění. Navíc korozi urychlují.
• K měření koncentrace vodíku použít plynový detektor, kterým lze zjistit dosažení spodní meze výbušnosti.
• Při pracích na potrubní soustavě zajistit adekvátní odvětrání prostoru. Práce mohou být na potrubí zahájeny až po jeho úplném odvodnění, kdy se žádný vodík nemůže uvolnit do atmosféry.
• Během odvodňování potrubní soustavy se musí věnovat pozornost jakémukoli iniciačnímu zdroji, který by způsobil vzplanutí nebo výbuch ucházejícího vodíku. Tuto práci mohou provádět jenom zaškolené osoby montážní firmy schválené VdS.

Zásadní přístup k uvedené problematice za­ujala zkušební laboratoř FM. Ta se systematicky věnuje výzkumu a vývoji sprinklerové ochrany s několikaletým předstihem oproti jiným zkušebním laboratořím. Důvodem je, že jde současně o pojistitele s celosvětovým kreditem, který koncipuje pojistné podmínky na základě analýzy databáze majetkových škod a jejich příčin. FM vydala již v roce 2001 technické podmínky FM 2-1 týkající se prevence a kontrol vnitřní koroze ve sprinklerových zařízeních. V roce 2016 byly tyto technické podmínky doplněny o doporučení nepoužívat pozinkované trubky v mokrých soustavách, zmíněny soustavy s vakuem a uvedeny podmínky pro montáž dusíkových generátorů. Po poslední revizi z roku 2022 byly tyto technické podmínky doplněny o informace týkající se použití dusíkových generátorů v mokrých soustavách sprinklerových zařízení a použití ocelových trubek se zvýšenou odolností vůči korozi.

Potrubí suché soustavy po deseti letech provozu	Únik vody v důsledku důlkové koroze

Z hlediska použití pozinkovaných trubek za­ujalo FM v dokumentu FM 2-1 vydaném v roce 2022 následující stanovisko: 

• U mokrých soustav s dusíkem se nemají používat trubky s vnitřním pozinkováním. Soustava musí být na nejvyšším místě opatřena přetlakovým ventilem. 
• U suchých, předstihových a zaplavovacích soustav bez dusíkové náplně se mají použít trubky s polymerovou ochrannou vrstvou nebo trubky pozinkované. Černé trubky bez protikorozní úpravy lze použít jenom v suché soustavě s podtlakem. Na nejnižším místě soustavy se musí instalovat odvodňovací ventily k odstranění veškeré vody, která by mohla zůstat v suché soustavě po aktivaci sprinklerového zařízení nebo po zkouškách.  Odvodňovací ventily musí být průchodné. Kondenzát je potřeba pravidelně vypouštět, aby se zabránilo jeho kumulaci. 
• Ke spojování potrubí se nemají používat mechanické spojky s válcovanou drážkou. Ty zadržují vodu, kterou nelze při odvodňování soustavy vypustit. 
• Je potřeba pravidelně kontrolovat těsnost potrubí soustavy. 
• Svařované trubky by se měly namontovat tak, že šev trubek bude na spodní straně, avšak minimálně 45° od svislé osy trubky. Pokud se nachází níže (směrem k podlaze), může být místem zvýšené koroze.
• Je potřeba pravidelně vypouštět z potrubí usazeniny a kaly. Ty jsou obvykle  zdrojem mikrobiologické koroze.

Uvedené podmínky včetně podmínek pro použití plastových trubek byly zapracovány do dokumentu FM 8-2:2022, který stanovuje návrh požadavků na projektování a údržbu sprinklerových zařízení. 

Zákaz používání pozinkovaných trubek v mokrých soustavách v žádném případě nezpochybňuje vnější protikorozní ochranu trubek zinkováním. Ta má pro ochranu ocelových konstrukcí a prvků před atmosférickou korozí nesporný přínos a výhody proti jiným způsobům ochrany.

Pokud jde o vnitřní protikorozní ochranu, zavedlo FM v dokumentu FM 2-1 termín „Polymer Enhanced Steel Pipe“. Jde o trubky, které splňují podmínku, že jejich odolnost vůči korozi je minimálně stejná jako u pozinkovaných trubek. Tyto trubky akceptuje FM jako alternativní náhradu za pozinkované trubky nebo podstatně dražší trubky z korozivzdorné oceli. Vyrábějí se pod obchodním označením Fendium v plně automatizovaném závodě ve Wittenbergu. VdS a FM je schválilo včetně technologického postupu výroby. Konstanta C pro výpočet tlakových ztrát podle Hazen-Williamsovy rovnice je u těchto trubek 140. U černých trubek bez vnitřní povrchové ochrany má hodnotu 100 a u pozinkovaných trubek 120 [7]. Vyšší hodnota konstanty C umožňuje navrhovat menší průměry potrubí a velikost čerpadel. Garantovaná životnost těchto trubek je deset let. Předpokládá se jejich použití zejména v suchých, předstihových a zaplavovacích potrubních soustavách sprinklerových zařízení a v nízkotlakých mlhových zařízeních. 

Zadržení vody ve válcované drážce	Zadržení vody v řezané drážce

V souvislosti s problematikou koroze lze připomenout stanovisko Bafsa (British Automatic Fire Sprinkler Association Ltd.): „Kombinace kyslíku a vlhkosti vytváří podmínky pro vznik koroze ocelových trubek. Další environmentální faktory jako přítomnost bakterií, tvrdost vody, použití inhibitorů koroze a rozpuštěný kyslík a oxid uhličitý ovlivňují průběh koroze. Vzájemné působení uvedených faktorů je potřeba posuzovat komplexně. Místo pozinkovaných trubek upravených hloubkovou galvanizací za tepla by se měly použít trubky ocelové černé (bez vnitřní povrchové úpravy). V každém případě by se neměly používat v prostředí s teplotou vyšší než  60 °C. Za dostatečnou protikorozní úpravu nelze považovat vnější nátěry červenou barvou, které slouží jen k identifikaci potrubí?“ [11]. Určitě překvapí, že toto stanovisko vydala Bafsa již v roce 2010.

Závěr
Důsledky koroze se projeví v mokrých soustavách sprinklerových zařízení až po delší době netěsností potrubí doprovázenou únikem vzduchu, vody nebo vodíkové směsi. V krajním případě může dojít k požáru nebo explozi vodíku. Sprinklerové zařízení pak musí být odstaveno na dlouhou dobu z provozu, což vede ke snížení předpokládané úrovně ochrany majetku a pro majitele objektu je spojeno s nečekaným a neúměrným navýšením provozních nákladů. V případě působení vodíkové koroze nelze nezmínit potenciální ohrožení zdraví osob. V této souvislosti je potřeba poukázat na normu ČSN EN 12845:2019, která zatím neřeší problematiku koroze v dostatečné míře. Jako nedostatečné lze uvést zejména požadavky na tloušťku stěny trubky, termíny kontrol stavu potrubí po 25 letech a jejich uvedení v nezávazné informativní příloze, jakož i chybějící podmínky pro použití pozinkovaných trubek a suchých soustav s inertním plynem nebo vakuových soustav. V neposlední řadě vyloučení možnosti používat za stanovených podmínek plastové potrubí. 

Ing. Pavel RYBÁŘ, foto archiv autora

Seznam literatury
[1]    P. Rybář, Koroze sprinklerových zařízení, časopis 112, 4/2019.
[2]    J. Nikola, Galvanised pipes in sprinkler systems internationally the use, Outlook-2,  2022.
[3]    ČSN EN 12845 Stabilní hasicí zařízení-Sprinklerová zařízení-Navrhování. Instalace, údržba.
[4]    VdS CEA 4001 Richtlinien fuer Sprinkleranlagen, Planung, und Einbau. 
[5]    VdS 3891 2021-04 (01) Galvanised Pipework in Sprinkler Systems.
[6]    VdS 2091, Maitenance of oparetional readiness of water extinguishing systems.
[7]    FM Global, Propety Loss Prevention Data Sheets 2-1, Corrosion in Automatic Sprinkler Systems, 2022.
[8]    Finish Safety and Chemicals Agency (Tukes), Hydrogen explosion caused the Helsinki City Theatre Incident 25.01.2021, https:// tukes.fi.
[9]    CH. Gill,Tacling corrosion in active fire protection systems, Outlook-2, 2022.
[10]    B. Tyler, Dispelling Common Myth, Outlook-2, 2022. 
[11]    Information File, Steel tube and fittings for sprinkler systems, Bafsa, 2010, Issue 1 BIF No 8E.
 

Print  E-mail  X Corp.   Facebook