電子防腐解決電熱水器頑疾之我見

　　金屬腐蝕種類繁多，按照腐蝕介質(zhì)，可劃分為土壤腐蝕、大氣腐蝕、水腐蝕（包括海水、污水、自來水）。在以上三種腐蝕中，水是元兇，由于水的存在，水的電化學作用，使腐蝕變得撲朔迷離。水中的有害離子，如氯離子（Clˉ）、酸根離子（So4ˉ、Co3ˉ、Hco3ˉ）的存在，導(dǎo)致水的礦化度提高而變?yōu)閮?yōu)良導(dǎo)體，這是造成電化學腐蝕的根本原因。

　　電熱水器內(nèi)膽由鋼、鈦鋼、錳鋼等金屬制成，雖然有搪瓷、烤漆等絕緣涂層保護，但涂層不能做到“天衣無縫”，同時涂層會逐年老化，而出現(xiàn)裂紋或局部脫落，水會對內(nèi)膽產(chǎn)生腐蝕，因此電化學防腐應(yīng)運而生。

　　電化學防腐可分為強制電流法陰極保護（ICCP）和犧牲陽極法陰極保護（SACP）兩種。

　　一、犧牲陽極法陰極保護

　　目前，在電熱水器中使用鎂棒保護就屬于犧牲陽極法陰極保護（SACP）。實踐證明其防腐保護效果良好，為生產(chǎn)廠家實現(xiàn)“五年內(nèi)內(nèi)膽漏水保換”的承諾提供了技術(shù)保障。以鈦鋼為內(nèi)膽的電熱水器，如阿里斯頓系列產(chǎn)品，在說明書的內(nèi)膽剖面圖上，注有“超大陽極鎂棒”的位置。這個裝置稱為棒狀鎂陽極，是金屬電化學防腐保護中的“犧牲”陽極法保護。它是將金屬內(nèi)膽當作陰極，而鎂棒當作陽極。這樣陰極與陽極之間通過導(dǎo)電的水介質(zhì)，形成一個原電池。電池的陽極——鎂棒受腐蝕而自身消耗，而陰極——內(nèi)膽鋼體便受到保護。這樣在內(nèi)膽搪瓷涂層產(chǎn)生裂紋或局部破損脫落時，內(nèi)膽會產(chǎn)生一層鈍化膜，它和搪瓷層一樣，起到絕緣和防腐蝕作用。

　　1、鎂陽極的化學成分（%）

　　鎂陽極主要成分是Mg，要求純度99.99%，而Ai、Zn、Mn是激發(fā)劑，促成Mg形成1.5-1.7（-V）電位。而Fe、Ni、Ca、Si是有害元素，要控制在最小范圍。

　　2、 鎂陽極的電化學性能

　　3、鎂陽極的消耗和檢測

　　在熱水器出廠時要經(jīng)過檢驗，內(nèi)膽的搪瓷涂層完好無損，絕緣電阻可達2MΩ，但是在物流途中和現(xiàn)場安裝時，會受震動和碰撞，會使搪瓷涂層受到損傷，另外在長期使用中，水流的沖刷和浸泡、溫度的劇烈變化，搪瓷涂層的自身老化等因素，都可能使內(nèi)膽產(chǎn)生裂紋、針孔、局部脫落。這時內(nèi)膽的腐蝕就開始了。幾乎是同時，鎂陽極輸出電流，直奔破損處，并通過內(nèi)膽鋼體流回鎂陽極根部，形成回路。這時鎂陽極利用自身的電量對破損處進行陰極極化，產(chǎn)生絕緣的鈍化膜，達到防腐蝕和延長使用壽命的目的。

　　鎂陽極的消耗，視內(nèi)膽涂層破損的大小和程度而異。一般新產(chǎn)品內(nèi)膽涂層完好無損，鎂陽極的輸出電流為零，這時的陽極處于“靜等”或“冬眠”狀態(tài)。一旦出現(xiàn)破損，陽極將全力以赴，需要多少電流就輸出多少，哪怕全部耗盡。所以科學上稱它為“犧牲”陽極。不過陽極的電量是有限的，它的電量全部“犧牲”之后，即使內(nèi)膽還需要保護，陽極已經(jīng)奄奄一息、無能為力了。因此定期（1-2年）需更換一次，但這樣的檢查和更換是盲目的?？赡荜枠O消耗不多，可以不換；也可能早以耗盡，已經(jīng)對膽壁產(chǎn)生腐蝕。同時還需要專業(yè)人員檢查，勢必影響正常使用。犧牲陽極法陰極保護（SACP），其優(yōu)點就是不需要外部電流，靠鎂棒自身的電量，保護內(nèi)膽不受腐蝕。其缺點是鎂棒要消耗，需要定期更換，在沒有鎂棒失效報警器的情況下，需要專業(yè)人員定期檢查，給用戶帶來不便。當然能安裝失效報警器，一切問題就迎刃而解了。

　　4、鎂陽極失效報警裝置設(shè)計

　?。?）目的

　　當鎂棒消耗完畢，再無保護電流輸出時，該裝置立即發(fā)出聲光報警，提醒用戶立即停止使用，馬上更換新鎂棒。這樣可以使鈦鋼內(nèi)膽免遭腐蝕，保證安全和延長使用壽命。

　?。?）該裝置的設(shè)計思路

　　依據(jù)電化學保護理論，采用電化學陰極保護方法中犧牲陽極法，對電熱水器內(nèi)膽進行防腐保護。

　　犧牲陽極法防腐技術(shù)在工業(yè)建設(shè)中，收到普遍應(yīng)用，如連入地下的輸送水、石油、天然氣的管道。海上的船舶、艦艇、平臺等的防腐保護，取得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。目前，犧牲陽極法保護的技術(shù)規(guī)范已頒布10多項，在指導(dǎo)著工程設(shè)計和施工。

　　犧牲陽極法的關(guān)鍵技術(shù)是保護電位的確定。根據(jù)技術(shù)標準的要求，被保護體的保護電位最小不應(yīng)低于-0.85V，小于這個數(shù)值就認為陽極已消耗完。而最高保護電位不應(yīng)大于-1.2V，否則被保護體會產(chǎn)生析氧反應(yīng)而破壞涂層。

　　5、實現(xiàn)上述設(shè)計理念的技術(shù)路線

　　將內(nèi)膽中鎂棒的上端焊接陰極線，而下端安裝金屬參比電機，并將三根電線引入電位檢測電路。請見圖一。再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生聲光信號輸入到報警器，可與電子控制的電熱水器的電路結(jié)合為一體。而大量沒有電子控制的老產(chǎn)品(在用戶中)，也可以自行安裝，以達到長期安全使用的目的。

　　圖一：鎂棒失效保護裝置圖

　　二、強制電流法陰極保護

　　強制電流法陰極保護（ICCP）是采用外部工業(yè)電流，經(jīng)降壓、穩(wěn)壓、整流后，變成可使用的恒電位，供給內(nèi)膽保護電路。因此該法需要產(chǎn)生恒電位裝置，同時還要不間斷供電，這個要求在用戶使用中是難以達到的。特別是一些中小城市，故障停電和限電經(jīng)常發(fā)生，很難達到100%的通電率，間斷供電直接影響防腐效果，并會出現(xiàn)加速腐蝕的弊端。

　　總之，強制電流法陰極保護（ICCP）主要缺陷：（1）需要電流供電，違背節(jié)能原則；（2）需要恒電位裝置，增加產(chǎn)品成本；（3）保證100%通電率，不允許停電，這在用戶難以保證。

　　電熱水器受到用戶青睞的理由應(yīng)該是：（1）控制和指示電路簡潔準確；（2）安全可靠，不受斷電影響。因此電熱水器兩種電子防腐方法比較，還是SACP更具吸引力，只是鎂棒失效報警器應(yīng)早日完善。而IACP用在大型儲水缸和地下輸水管道的防腐，才更具優(yōu)勢。在電熱水器的小小內(nèi)膽內(nèi)采用，宛如用導(dǎo)彈打蚊子，況且還不一定能打到。   （責編 朱禹韜）