從腐蝕的角度探討電熱水器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　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(duì)生活舒適度的要求越來(lái)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(kāi)了市場(chǎng)，十年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，市場(chǎng)占有率達(dá)到熱水器市場(chǎng)的32.5%。當(dāng)然，市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的背后，則是電熱水器技術(shù)的高速發(fā)展。由于地緣關(guān)系，我所與電熱水器行業(yè)有著比較廣泛的合作，從腐蝕方面見(jiàn)證了熱水器技術(shù)的發(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(shì)。

　　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(wèn)題，都滲透著防腐蝕技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，熱水器的腐蝕問(wèn)題也會(huì)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(xiǎn)。

　　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(jìn)展。由于電加熱技術(shù)比較成熟，幾年來(lái)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(chǎng)的主流。效率高，可達(dá)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(xiǎn)的可能，因此有熱水器生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)了陶瓷加熱器，電發(fā)熱絲安裝在陶瓷盤(pán)內(nèi)，并且陶瓷加熱器與水不直接接觸，因而從理論上來(lái)講更安全，但是熱效率較低，只有85%左右。因此解決腐蝕問(wèn)題要兼顧熱效率。最近市場(chǎng)上出現(xiàn)了電磁熱水器，采用高頻加熱方式，完全實(shí)現(xiàn)了水電隔離，對(duì)腐蝕方面的要求也比較低，只是由于需要完善驗(yàn)證，因而沒(méi)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(shù)脂內(nèi)膽和搪瓷內(nèi)膽，其中樹(shù)脂內(nèi)膽已經(jīng)很少見(jiàn)了。而搪瓷內(nèi)膽就是鋼板層加搪瓷層，搪瓷實(shí)質(zhì)是一種硅化物，亞洲和歐洲稱之為搪瓷，美國(guó)則稱之為玻璃。

　　在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上較早出現(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(lái)了大量的腐蝕穿孔問(wèn)題，市場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)上出現(xiàn)了鍍膜鈍化內(nèi)膽、超強(qiáng)磁化內(nèi)膽、特制鎳鉻合金內(nèi)膽、無(wú)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(diǎn)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(jī)械強(qiáng)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(dòng)的陰極保護(hù)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，這一技術(shù)主要設(shè)備都是國(guó)外制造的，一般來(lái)說(shuō)，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(wèn)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(lán)晶硅內(nèi)膽。然而，搪瓷并不能將金屬內(nèi)壁完全遮蔽，因?yàn)榧词故欠浅：玫奶麓杉夹g(shù)廠家，也承認(rèn)搪瓷的涂覆率不可能達(dá)到100%，不僅搪瓷表面存在肉眼不可見(jiàn)的微孔，而且存在著搪瓷缺陷（內(nèi)膽鋼板焊縫錯(cuò)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(yùn)輸過(guò)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(yáng)極，其他部分形成陰極，造成大陰極小陽(yáng)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(dòng)的陰極保護(hù)技術(shù)來(lái)滿足防腐蝕的要求。

　　因此，主動(dòng)的陰極保護(hù)技術(shù)最終成為熱水器發(fā)展的一大瓶頸問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)的熱水器廠家通常采用鎂犧牲陽(yáng)極對(duì)電熱水器的內(nèi)膽和電加熱器進(jìn)行保護(hù)。鎂犧牲陽(yáng)極也就是我們俗稱的鎂棒，在陰極保護(hù)技術(shù)中，屬于犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)的范疇。

　　說(shuō)到這里，有一個(gè)小插曲。講來(lái)大家一笑。1995年，有熱水器企業(yè)拿著從國(guó)外樣機(jī)拆下來(lái)的鎂棒，希望我所告訴他們這是什么東西，并且對(duì)此進(jìn)行成分分析，研究它的用途。我所研究后告訴該企業(yè)鎂棒的用途以及制造工藝，并給他們從基本的腐蝕原理開(kāi)始補(bǔ)了防腐蝕的課。從此該企業(yè)才在電熱水器安裝了鎂棒，并逐步走上了正規(guī)。國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)市場(chǎng)的形勢(shì)由此可見(jiàn)一斑。

　　此后，有些聰明的熱水器廠家就想了，原來(lái)如此，鎂比鐵活潑，就可以犧牲掉來(lái)保護(hù)鐵，那么，鋁同樣比鐵活潑，并且便宜得很，容易加工得很，是不是可以替代鎂棒呢？

　　于是，一段時(shí)間內(nèi)，一些大膽的熱水器廠家用鋁棒替代了鎂棒，市場(chǎng)上出現(xiàn)了一大批安裝了鋁棒的電熱水器。鋁棒真能防腐嗎？答案是否定的，鋁棒在熱水里基本上沒(méi)有保護(hù)作用，至于其他的危害，在下面會(huì)討論到。

　　鎂犧牲陽(yáng)極基本解決了熱水器腐蝕問(wèn)題。但是，熱水器的主動(dòng)陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展到這一步是不是就很完美了呢？

　　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(chǎng)上是怎么宣傳的：

　　有的廠家宣傳鎂棒可以除垢；

　　有的廠家自稱通過(guò)了衛(wèi)生部門認(rèn)證，熱水達(dá)到了飲用級(jí)的水平；

　　至于這些說(shuō)法對(duì)不對(duì)，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(jiǎn)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(hù)了鐵，可以理解為鎂犧牲掉了，保護(hù)了鐵，這也是犧牲陽(yáng)極這一說(shuō)法的由來(lái)。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?yàn)殇X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(gè)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(guó)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(shuō)法，可以肯定的判斷，不對(duì)！因?yàn)殒V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(chǎng)上主流的280克鎂棒來(lái)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(lái)源之一。

　　對(duì)于自稱通過(guò)了衛(wèi)生部門認(rèn)證，達(dá)到了飲用級(jí)水平的熱水器廠家來(lái)說(shuō)，我們不能說(shuō)不對(duì)，但是我們有問(wèn)題要請(qǐng)教，如果你確實(shí)達(dá)到了飲用級(jí)的水平，那么肯定不是采用鎂棒防腐的，但是它的腐蝕問(wèn)題怎么解決的？如果采用鎂棒防腐蝕，那么肯定達(dá)不到飲用級(jí)水平。

　　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(gè)問(wèn)題：第一：保護(hù)不完善，由于大多數(shù)熱水器與陽(yáng)極沒(méi)有良好的絕緣，鎂陽(yáng)極消耗速度很快，達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命，腐蝕快的甚至不到半年就消耗殆盡。如果更換不及時(shí)就回帶來(lái)意想不到的損害，金屬材料得不到應(yīng)有的保護(hù)，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(fèi)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(shí)已經(jīng)付過(guò)錢了，為什么還要收費(fèi)？我沒(méi)熱水器的時(shí)候沒(méi)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(zhēng)取市場(chǎng)，現(xiàn)在經(jīng)常有熱水器廠家提出免費(fèi)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(fèi)用只好由廠家來(lái)負(fù)擔(dān)了，增加了售后服務(wù)的成本。這是個(gè)兩難問(wèn)題，如果不免費(fèi)，難免影響美譽(yù)度，影響市場(chǎng)；如果免費(fèi)，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(yáng)極與不銹鋼加熱管的距離太近，加熱管電位過(guò)負(fù)，加劇垢層的形成，造成加熱管嚴(yán)重腐蝕。如下圖：

　　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(lái)洗碗洗菜是不科學(xué)的，也是不衛(wèi)生的。目前來(lái)看，只能用來(lái)洗浴。

　　4．鎂棒產(chǎn)生絮狀分解產(chǎn)物，影響洗浴衛(wèi)生。并且這些可以轉(zhuǎn)移的垢會(huì)堵塞淋浴頭，帶來(lái)清洗的麻煩。

　　電子陽(yáng)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(méi)有一種長(zhǎng)壽命，保護(hù)效果好，又對(duì)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(yáng)極。

　　電子防腐器的基本原理是，通過(guò)一定的電子裝置，利用一個(gè)特殊的金屬陽(yáng)極，在水中形成微電流來(lái)提供水在電離過(guò)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(guó)外對(duì)貯水式熱水器進(jìn)行強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的裝置只有歐洲生產(chǎn)的“impressed current anode”，直譯為強(qiáng)制電流陽(yáng)極，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)歐洲專利。目前我所研究的電子防腐器，已經(jīng)做過(guò)小批量實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)跟蹤調(diào)查，效果很好。

　　電子防腐器是按需供給陰極保護(hù)電流，能使內(nèi)膽和加熱管分別處于最佳保護(hù)狀態(tài)；電子防腐器保護(hù)壽命長(zhǎng)，一般10年以上，其壽命可等同于電子元件的壽命，終生免維護(hù)。電子防腐器的輔助陽(yáng)極為不溶性陽(yáng)極，反應(yīng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生分解產(chǎn)物，不污染水質(zhì)。并且可以減輕結(jié)垢問(wèn)題。

　　由于電子防腐器良好的陰極保護(hù)作用，延長(zhǎng)了熱水器的壽命，降低了由于腐蝕問(wèn)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　隨著熱水器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，價(jià)格戰(zhàn)愈演愈烈。如果有實(shí)力的廠家能夠采用這項(xiàng)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(jià)格戰(zhàn)帶來(lái)的壓力。

　　同時(shí)，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(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　回顧熱水器技術(shù)的發(fā)展史，我們可以認(rèn)為，腐蝕問(wèn)題能夠解決，并且能夠解決得很好。關(guān)鍵在于專業(yè)人員的參與。