从腐蚀的角度探讨电热水器技术发展趋势

2011-06-29 12:58 来源：《现代家电》作者：本刊作者[ 收藏 ]

　　当前，随着城镇居民居住条件和用电环境的改善，居民对生活舒适度的要求越来越高，电热水器满足了一部分居民在卫浴方面的需求，从而迅速打开了市场，十年来得到了长足的发展，市场占有率达到热水器市场的32.5%。当然，市场快速增长的背后，则是电热水器技术的高速发展。由于地缘关系，我所与电热水器行业有着比较广泛的合作，从腐蚀方面见证了热水器技术的发展。下面是我们从腐蚀的角度探讨一下电热水器技术的发展与趋势。

　　电热水器技术的发展史也是防腐蚀技术的发展史

　　电热水器的核心技术主要有内胆制造技术、热技术、防腐技术、用电安全几大部分。但是，内胆制造技术的发展、防腐技术以及电加热方式的发展，一定程度上是为了解决热水器的腐蚀产生的问题，都渗透着防腐蚀技术的发展。同时，热水器的腐蚀问题也会影响用电安全，如果内胆或者电加热管腐蚀穿孔漏水，都可能引起电击危险。

　　首先探讨一下伴随电加热技术发展的腐蚀技术的进展。由于电加热技术比较成熟，几年来电加热方式没有比较大的突破，有一直沿用的氧化镁粉绝缘的特种不锈钢管外壳加热器和紫铜管外壳加热器，使用这两种加热器的热水器是当前市场的主流。效率高，可达98%，再结合镁棒，基本能够满足防腐蚀的需要。然而，这两种加热器仍然存在腐蚀穿孔产生漏电危险的可能，因此有热水器生产商开发了陶瓷加热器，电发热丝安装在陶瓷盘内，并且陶瓷加热器与水不直接接触，因而从理论上来讲更安全，但是热效率较低，只有85%左右。因此解决腐蚀问题要兼顾热效率。最近市场上出现了电磁热水器，采用高频加热方式，完全实现了水电隔离，对腐蚀方面的要求也比较低，只是由于需要完善验证，因而没有成为主流技术。

　　其次探讨一下内胆技术的发展以及伴随的防腐蚀技术的发展。电热水器的内胆有很多种，根据材质不同可以分为不锈钢和钢板两大类。其中钢板内胆又分为树脂内胆和搪瓷内胆，其中树脂内胆已经很少见了。而搪瓷内胆就是钢板层加搪瓷层，搪瓷实质是一种硅化物，亚洲和欧洲称之为搪瓷，美国则称之为玻璃。

　　在国内市场上较早出现的是不锈钢内胆的电热水器，不锈钢材料是 su304。但是由于304不锈钢的焊接性能差，并且本身的防腐蚀性能也较差，给热水器生产商带来了大量的腐蚀穿孔问题，市场反响比较大。因而304不锈钢很快被316L不锈钢代替，316L不锈钢焊接性能好，自身的防腐蚀性能也较好，因而很多生产商采用了316L不锈钢制造内胆，在市场上表现比较好。其次，很多生产商又发展了延伸技术，市场上出现了镀膜钝化内胆、超强磁化内胆、特制镍铬合金内胆、无焊缝内胆等新名词。但是，不锈钢内胆存在着自身的不足，第一，不锈钢本身不耐Cl-离子腐蚀，容易形成点蚀、孔蚀；第二，不锈钢在焊接区域存在贫铬现象，不仅影响机械强度，更重要的是该区域耐腐蚀性能大大下降，存在腐蚀穿孔的可能。因此，生产不锈钢内胆电热水器的厂商，大都采用了主动的阴极保护技术作为保证措施。

　　热水器内胆的另一主流是搪瓷内胆，这一技术主要设备都是国外制造的，一般来说，技术上是有保证的。致密搪瓷层隔离了碳钢基体和水，是一种比较好的解决腐蚀问题的办法。并且随着技术的发展，派生出了许多新工艺，例如钛金内胆、金刚瓷内胆、金圭内胆、高釉包钢内胆、蓝晶硅内胆。然而，搪瓷并不能将金属内壁完全遮蔽，因为即使是非常好的搪瓷技术厂家，也承认搪瓷的涂覆率不可能达到100%，不仅搪瓷表面存在肉眼不可见的微孔，而且存在着搪瓷缺陷（内胆钢板焊缝错位处，普通搪瓷很难处理好），并且在生产线周转以及热水器成品的运输过程中，难免产生磕碰导致新的缺陷出现。这些缺陷处的金属是暴露在水中的，与内胆其他完好涂覆搪瓷层的钢板形成腐蚀电池，裸露钢板成为阳极，其他部分形成阴极，造成大阴极小阳极的格局，加速了裸露钢板的腐蚀。因此，生产搪瓷内胆电热水器的厂商，采用主动的阴极保护技术来满足防腐蚀的要求。

　　因此，主动的阴极保护技术最终成为热水器发展的一大瓶颈问题。目前国内的热水器厂家通常采用镁牺牲阳极对电热水器的内胆和电加热器进行保护。镁牺牲阳极也就是我们俗称的镁棒，在阴极保护技术中，属于牺牲阳极阴极保护技术的范畴。

　　说到这里，有一个小插曲。讲来大家一笑。1995年，有热水器企业拿着从国外样机拆下来的镁棒，希望我所告诉他们这是什么东西，并且对此进行成分分析，研究它的用途。我所研究后告诉该企业镁棒的用途以及制造工艺，并给他们从基本的腐蚀原理开始补了防腐蚀的课。从此该企业才在电热水器安装了镁棒，并逐步走上了正规。国内当时市场的形势由此可见一斑。

　　此后，有些聪明的热水器厂家就想了，原来如此，镁比铁活泼，就可以牺牲掉来保护铁，那么，铝同样比铁活泼，并且便宜得很，容易加工得很，是不是可以替代镁棒呢？

　　于是，一段时间内，一些大胆的热水器厂家用铝棒替代了镁棒，市场上出现了一大批安装了铝棒的电热水器。铝棒真能防腐吗？答案是否定的，铝棒在热水里基本上没有保护作用，至于其他的危害，在下面会讨论到。

　　镁牺牲阳极基本解决了热水器腐蚀问题。但是，热水器的主动阴极保护技术发展到这一步是不是就很完美了呢？

　　当前主流电热水器防腐技术的缺陷

　　在讨论热水器主流防腐蚀技术的缺陷以前，我们看一下市场上是怎么宣传的：

　　有的厂家宣传镁棒可以除垢；

　　有的厂家自称通过了卫生部门认证，热水达到了饮用级的水平；

　　至于这些说法对不对，我们不马上讨论，彻底了解镁棒的成分和防腐蚀原理以后，结论自然就有了。

　　目前热水器厂家采用的镁棒主要有符合AZ-31标准和AZ-61标准两种。AZ-61规定镁棒的主要成分是含镁接近于97%，含铝3%，其他元素微量；AZ-61规定镁棒的主要成分是含镁接近于94%，含铝6%，其他元素微量。镁棒防腐蚀的原理可以简单理解为镁比铁活泼，在两者与水的反应中，镁优先反应，从而保护了铁，可以理解为镁牺牲掉了，保护了铁，这也是牺牲阳极这一说法的由来。镁在水中的分解产物是氢氧化镁，容易形成致密的垢。之所以在镁棒中加入铝，是因为铝的分解产物氢氧化铝是絮状沉淀，使氢氧化镁形成疏松产物，避免了在加热器和内胆上形成大量的致密垢，防止致密垢导致加热器的干烧损坏以及垢下腐蚀。但是，作为添加元素的铝，有一个致命缺陷，其分解产物是导致老年痴呆的主要元素，因此国家正逐步限制铝质容器、工具在饮食中的使用。

　　所以，关于镁棒可以除垢的说法，可以肯定的判断，不对！因为镁在水中的分解产物是氢氧化镁，每1克镁产生2.4克氢氧化镁，以市场上主流的280克镁棒来讲，完全分解可能产生670克左右的氢氧化镁，所以镁棒非但不能除垢，反而是结垢的主要来源之一。

　　对于自称通过了卫生部门认证，达到了饮用级水平的热水器厂家来说，我们不能说不对，但是我们有问题要请教，如果你确实达到了饮用级的水平，那么肯定不是采用镁棒防腐的，但是它的腐蚀问题怎么解决的？如果采用镁棒防腐蚀，那么肯定达不到饮用级水平。

　　下面我们讨论镁棒防腐蚀技术的缺陷。

　　1．镁棒防腐蚀寿命短，需要频繁更换。这就产生几个问题：第一：保护不完善，由于大多数热水器与阳极没有良好的绝缘，镁阳极消耗速度很快，达不到设计寿命，腐蚀快的甚至不到半年就消耗殆尽。如果更换不及时就回带来意想不到的损害，金属材料得不到应有的保护，就可能产生内胆或加热器的穿孔，导致漏水、漏电、水淹居室等种种不安全事件的发生。第二，镁棒的更换产生新的费用，有的热水器厂家一根镁棒收取用户60元甚至更多。用户就不高兴了：我买热水器时已经付过钱了，为什么还要收费？我没热水器的时候没有人告诉我以后还要每隔两年买镁棒呀？如果我要用10年，那就要花240元买镁棒了？因此，为了争取市场，现在经常有热水器厂家提出免费为用户清洗内胆，更换镁棒。用户是留住了，但是，产生的费用只好由厂家来负担了，增加了售后服务的成本。这是个两难问题，如果不免费，难免影响美誉度，影响市场；如果免费，增加的成本吃不消。所以期望一种一劳永逸式的防腐蚀技术，并且成本低。

　　2．阳极与不锈钢加热管的距离太近，加热管电位过负，加剧垢层的形成，造成加热管严重腐蚀。如下图：

　　3．镁棒中的铝饮用后是导致老年痴呆症的重要元素，因此，安装镁棒的热水器的热水，用来洗碗洗菜是不科学的，也是不卫生的。目前来看，只能用来洗浴。

　　4．镁棒产生絮状分解产物，影响洗浴卫生。并且这些可以转移的垢会堵塞淋浴头，带来清洗的麻烦。

　　电子阳极当前较为完美的防腐蚀技术

　　既然镁棒防腐蚀技术存在这么多的缺陷，那么，有没有一种长寿命，保护效果好，又对人体生理安全的防腐蚀技术呢？

　　有！这就是电子防腐器，也可以称为电子阳极。

　　电子防腐器的基本原理是，通过一定的电子装置，利用一个特殊的金属阳极，在水中形成微电流来提供水在电离过程中所需要的电子，从而避免加热器表面和内胆的金属的氧化。

　　目前已知国外对贮水式热水器进行强制电流阴极保护的装置只有欧洲生产的“impressed current anode”，直译为强制电流阳极，该项技术已经申请欧洲专利。目前我所研究的电子防腐器，已经做过小批量实验，经过跟踪调查，效果很好。

　　电子防腐器是按需供给阴极保护电流，能使内胆和加热管分别处于最佳保护状态；电子防腐器保护寿命长，一般10年以上，其寿命可等同于电子元件的寿命，终生免维护。电子防腐器的辅助阳极为不溶性阳极，反应时不会产生分解产物，不污染水质。并且可以减轻结垢问题。

　　由于电子防腐器良好的阴极保护作用，延长了热水器的寿命，降低了由于腐蚀问题而造成的故障率和维修率，因此降低了热水器的综合成本，保证热水器使用的安全性，具有很大的社会效益和经济效益。

　　随着热水器市场竞争的加剧，价格战愈演愈烈。如果有实力的厂家能够采用这项新的防腐技术，打出技术牌，则可以在一定程度上缓解价格战带来的压力。

　　同时，为了规范热水器行业防腐蚀的标准化，建议尽快通过行业协会制定相关标准。