電子防腐裝置在電熱水器技術(shù)發(fā)展過程中的作用.doc

電子防腐裝置在電熱水器技術(shù)發(fā)展過程中的作用當(dāng)前，隨著城鎮(zhèn)居民居住條件和用電環(huán)境的改善，居民對生活舒適度的要求越來越高，電熱水器滿足了一部分居民在衛(wèi)浴方面的需求，從而迅速打開了市場，近二十年來得到了長足的發(fā)展，市場占有率達到熱水器市場的30%以上。當(dāng)然，市場快速增長的背后，則是電熱水器技術(shù)的高速發(fā)展。下面是我們從腐蝕的角度探討一下電熱水器技術(shù)的發(fā)展與趨勢。電熱水器技術(shù)的發(fā)展史，也是防腐蝕技術(shù)的發(fā)展史電熱水器的核心技術(shù)主要有內(nèi)膽制造技術(shù)、熱技術(shù)、防腐技術(shù)、用電安全幾大部分。但是，內(nèi)膽制造技術(shù)的發(fā)展、防腐技術(shù)以及電加熱方式的發(fā)展，一定程度上是為了解決熱水器的腐蝕產(chǎn)生的問題，都滲透著防腐蝕技術(shù)的發(fā)展。同時，熱水器的腐蝕問題也會影響用電安全，如果內(nèi)膽或者電加熱管腐蝕穿孔漏水，都可能引起電擊危險。首先探討一下伴隨電加熱技術(shù)發(fā)展的腐蝕技術(shù)的進展。由于電加熱技術(shù)比較成熟，幾年來電加熱方式?jīng)]有比較大的突破，有一直沿用的氧化鎂粉絕緣的特種不銹鋼管外殼加熱器和紫銅管外殼加熱器，使用這兩種加熱器的熱水器是當(dāng)前市場的主流。效率高，可達98%，再結(jié)合鎂棒，基本能夠滿足防腐蝕的需要。然而，這兩種加熱器仍然存在腐蝕穿孔產(chǎn)生漏電危險的可能，因此有熱水器生產(chǎn)商開發(fā)了陶瓷加熱器，電發(fā)熱絲安裝在陶瓷盤內(nèi)，并且陶瓷加熱器與水不直接接觸，因而從理論上來講更安全，但是熱效率較低，只有85%左右。因此解決腐蝕問題要兼顧熱效率。最近市場上出現(xiàn)了電磁熱水器，采用高頻加熱方式，完全實現(xiàn)了水電隔離，對腐蝕方面的要求也比較低，只是由于需要完善驗證且成本很高，因而沒有成為主流技術(shù)。 其次探討一下內(nèi)膽技術(shù)的發(fā)展以及伴隨的防腐蝕技術(shù)的發(fā)展。電熱水器的內(nèi)膽有很多種，根據(jù)材質(zhì)不同可以分為不銹鋼和鋼板兩大類。其中鋼板內(nèi)膽又分為樹脂內(nèi)膽和搪瓷內(nèi)膽，其中樹脂內(nèi)膽已經(jīng)很少見了。而搪瓷內(nèi)膽就是鋼板層加搪瓷層，搪瓷實質(zhì)是一種硅化物，亞洲和歐洲稱之為搪瓷，美國則稱之為玻璃。 在國內(nèi)市場上以前出現(xiàn)的是不銹鋼內(nèi)膽的電熱水器，不銹鋼材料是 su304。但是由于304不銹鋼的焊接性能差，并且本身的防腐蝕性能也較差，給熱水器生產(chǎn)商帶來了大量的腐蝕穿孔問題，市場反響比較大。因而304不銹鋼很快被316L不銹鋼代替，316L不銹鋼焊接性能好，自身的防腐蝕性能也較好，因而很多生產(chǎn)商采用了316L不銹鋼制造內(nèi)膽，在市場上表現(xiàn)比較好。其次，很多生產(chǎn)商又發(fā)展了延伸技術(shù)，市場上出現(xiàn)了鍍膜鈍化內(nèi)膽、超強磁化內(nèi)膽、特制鎳鉻合金內(nèi)膽、無焊縫內(nèi)膽等新名詞。但是，不銹鋼內(nèi)膽存在著自身的不足，第一，不銹鋼本身不耐Cl-離子腐蝕，容易形成點蝕、孔蝕；第二，不銹鋼在焊接區(qū)域存在貧鉻現(xiàn)象，不僅影響機械強度，更重要的是該區(qū)域耐腐蝕性能大大下降，存在腐蝕穿孔的可能。因此，生產(chǎn)不銹鋼內(nèi)膽電熱水器的廠商，大都采用了主動的陰極保護技術(shù)作為保證措施。熱水器內(nèi)膽的另一主流是搪瓷內(nèi)膽，也是現(xiàn)在90%以上廠家使用的。這一技術(shù)主要設(shè)備都是國外制造的，一般來說，技術(shù)上是有保證的。致密搪瓷層隔離了碳鋼基體和水，是一種比較好的解決腐蝕問題的辦法。并且隨著技術(shù)的發(fā)展，派生出了許多新工藝，例如鈦金內(nèi)膽、金剛瓷內(nèi)膽、金圭內(nèi)膽、高釉包鋼內(nèi)膽、藍晶硅內(nèi)膽。然而，搪瓷并不能將金屬內(nèi)壁完全遮蔽，因為即使是非常好的搪瓷技術(shù)廠家，也承認(rèn)搪瓷的涂覆率不可能達到100%，不僅搪瓷表面存在肉眼不可見的微孔，而且存在著搪瓷缺陷（內(nèi)膽鋼板焊縫錯位處，普通搪瓷很難處理好），并且在生產(chǎn)線周轉(zhuǎn)以及熱水器成品的運輸過程中，難免產(chǎn)生磕碰導(dǎo)致新的缺陷出現(xiàn)。這些缺陷處的金屬是暴露在水中的，與內(nèi)膽其他完好涂覆搪瓷層的鋼板形成腐蝕電池，裸露鋼板成為陽極，其他部分形成陰極，造成大陰極小陽極的格局，加速了裸露鋼板的腐蝕。因此，生產(chǎn)搪瓷內(nèi)膽電熱水器的廠商，采用主動的陰極保護技術(shù)來滿足防腐蝕的要求。因此，主動的陰極保護技術(shù)最終成為熱水器發(fā)展的一大瓶頸問題。目前國內(nèi)的熱水器廠家通常采用鎂犧牲陽極對電熱水器的內(nèi)膽和電加熱器進行保護。鎂犧牲陽極也就是我們俗稱的鎂棒，在陰極保護技術(shù)中，屬于犧牲陽極陰極保護技術(shù)的范疇。 鎂犧牲陽極基本解決了熱水器腐蝕問題。但是，熱水器的主動陰極保護技術(shù)發(fā)展到這一步是不是就很完美了呢？一當(dāng)前主流電熱水器防腐技術(shù)的缺陷在討論熱水器主流防腐蝕技術(shù)的缺陷以前，我們看一下市場上是怎么宣傳的：有的廠家宣傳鎂棒可以除垢；至于這些說法對不對，我們不馬上討論，徹底了解鎂棒的成分和防腐蝕原理以后，結(jié)論自然就有了。目前熱水器廠家采用的鎂棒主要有符合AZ-31標(biāo)準(zhǔn)和AZ-61標(biāo)準(zhǔn)兩種。AZ-61規(guī)定鎂棒的主要成分是含鎂接近于97%，含鋁3%，其他元素微量；AZ-61規(guī)定鎂棒的主要成分是含鎂接近于94%，含鋁6%，其他元素微量。鎂棒防腐蝕的原理可以簡單理解為鎂比鐵活潑，在兩者與水的反應(yīng)中，鎂優(yōu)先反應(yīng)，從而保護了鐵，可以理解為鎂犧牲掉了，保護了鐵，這也是犧牲陽極這一說法的由來。鎂在水中的分解產(chǎn)物是氫氧化鎂，容易形成致密的垢。之所以在鎂棒中加入鋁，是因為鋁的分解產(chǎn)物氫氧化鋁是絮狀沉淀，使氫氧化鎂形成疏松產(chǎn)物，避免了在加熱器和內(nèi)膽上形成大量的致密垢，防止致密垢導(dǎo)致加熱器的干燒損壞以及垢下腐蝕。但是，作為添加元素的鋁，有一個致命缺陷，其分解產(chǎn)物是導(dǎo)致老年癡呆的主要元素，因此國家正逐步限制鋁質(zhì)容器、工具在飲食中的使用。 所以，關(guān)于鎂棒可以除垢的說法，可以肯定的判斷，不對！因為鎂在水中的分解產(chǎn)物是氫氧化鎂，每1克鎂產(chǎn)生2.4克氫氧化鎂，以市場上主流的280克鎂棒來講，完全分解可能產(chǎn)生670克左右的氫氧化鎂，所以鎂棒非但不能除垢，反而是結(jié)垢的主要來源之一。二下面我們討論鎂棒防腐蝕技術(shù)的缺陷1鎂棒防腐蝕壽命短，需要頻繁更換。這就產(chǎn)生幾個問題：第一：保護不完善，由于大多數(shù)熱水器與陽極沒有良好的絕緣，鎂陽極消耗速度很快，達不到設(shè)計壽命，腐蝕快的甚至不到半年就消耗殆盡。如果更換不及時就回帶來意想不到的損害，金屬材料得不到應(yīng)有的保護，就可能產(chǎn)生內(nèi)膽或加熱器的穿孔，導(dǎo)致漏水、漏電、水淹居室等種種不安全事件的發(fā)生。第二，鎂棒的更換產(chǎn)生新的費用，有的熱水器廠家一根鎂棒收取用戶60元甚至更多。用戶就不高興了：我買熱水器時已經(jīng)付過錢了，為什么還要收費？我沒熱水器的時候沒有人告訴我以后還要每隔兩年買鎂棒呀？如果我要用10年，那就要花240元買鎂棒了？因此，為了爭取市場，現(xiàn)在經(jīng)常有熱水器廠家提出免費為用戶清洗內(nèi)膽，更換鎂棒。用戶是留住了，但是，產(chǎn)生的費用只好由廠家來負(fù)擔(dān)了，增加了售后服務(wù)的成本。這是個兩難問題，如果不免費，難免影響美譽度，影響市場；如果免費，增加的成本吃不消。所以期望一種一勞永逸式的防腐蝕技術(shù)，并且成本低。2陽極與不銹鋼加熱管的距離太近，加熱管電位過負(fù)，加劇垢層的形成，造成加熱管嚴(yán)重腐蝕。3鎂棒中的鋁飲用后是導(dǎo)致老年癡呆癥的重要元素，因此，安裝鎂棒的熱水器的熱水，用來洗碗洗菜是不科學(xué)的，也是不衛(wèi)生的。目前來看，即使用來洗浴，因為在鎂棒防腐化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生絮狀分解產(chǎn)物，影響洗浴衛(wèi)生，對人體也會產(chǎn)生危害。并且這些可以轉(zhuǎn)移的垢會堵塞淋浴頭，帶來清洗的麻煩。 三電子陽極當(dāng)前較為完美的防腐蝕技術(shù)既然鎂棒防腐蝕技術(shù)存在這么多的缺陷，那么，有沒有一種長壽命，保護效果好，又對人體生理安全的防腐蝕技術(shù)呢？有！這就是電子防腐器，也可以稱為電子陽極。電子防腐器的基本原理是，通過一定的電子裝置，利用一個特殊的金屬陽極，在水中形成微電流來提供水在電離過程中所需要的電子，從而避免加熱器表面和內(nèi)膽的金屬的氧化。目前已知國外對貯水式熱水器進行強制電流陰極保護的裝置只有歐洲生產(chǎn)的“impressed current anode”，直譯為強制電流陽極，該項技術(shù)已經(jīng)申請歐洲專利。目前我公司研究的電子防腐器，已經(jīng)做過小批量實驗，經(jīng)過跟蹤調(diào)查，效果很好。1.電子防腐器是提供一種恒電位保護搪瓷基板的裝置，能使內(nèi)膽和加熱管分別處于最佳保護狀態(tài)；電子防腐器保護壽命長，一般15年以上，其壽命可等同于電子元件的壽命，終生免維護。電子防腐器的輔助陽極為不溶性陽極，反應(yīng)時不會產(chǎn)生分解產(chǎn)物，不污染水質(zhì)。并且可以減輕結(jié)垢問題。2.由于電子防腐器良好的陰極保護作用，延長了熱水器的壽命，降低了由于腐蝕問題而造成的故障率和維修率，因此降低了熱水器的綜合成本，保證熱水器使用的安全性，具有很大的社會效益和經(jīng)濟效益。 隨著熱水器市場競爭的加劇，價格戰(zhàn)愈演愈烈。如果有實力的廠家能夠采用這項新的防腐技術(shù)，打出技術(shù)牌，則可以在一定程度上緩解價格戰(zhàn)帶來的壓力。 同時，為了規(guī)范熱水器行業(yè)防腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)化，建議盡快通過行業(yè)協(xié)會制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?；仡櫉崴骷夹g(shù)的發(fā)展史，我們可以認(rèn)為，腐蝕問題能夠解決，并且能夠解決得很好。關(guān)鍵在于專業(yè)廠家的參與和推廣。搪瓷內(nèi)膽的電子防腐保護效應(yīng) 恒電位電子防腐保護對內(nèi)膽采用恒電位電子防腐保護后，電子輔助陽極成為整個系統(tǒng)的陽極，在此發(fā)生陽極氧化反應(yīng)，搪瓷內(nèi)膽成為整個系統(tǒng)的陰極，在搪瓷內(nèi)膽上發(fā)生陰極還原反應(yīng)。陽極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：而電子陽極區(qū)H+濃度升高，pH值降低，在這個區(qū)域鈣鎂（碳酸鹽）沉積層溶解，因此在電子輔助陽極保護下內(nèi)膽壁及加熱器不會結(jié)垢或者結(jié)垢很輕。電子防腐搪瓷內(nèi)膽腐蝕保護情況1熱水器內(nèi)膽碳鋼板做陰極，從化學(xué)腐蝕反應(yīng)的自然電位應(yīng)為-0.85V以上（碳鋼板發(fā)生腐蝕反應(yīng)的電位-0.85V），碳鋼基板電位絕對值高于此電位（即實際值-0.85V），碳鋼板化學(xué)腐蝕反應(yīng)被屏蔽終止。我們的電子防腐方案將碳鋼板電位恒定在-0.