Защита накопительных
электроводонагревателей от коррозии
Коррозия стенок и днища баков - одна из главных причин, ограничивающих срок
службы накопительных электроводонагревателей. Для продления периода
эксплуатации этого оборудования производители вынуждены прибегать к средствам,
в принципе не выходящим за рамки традиционных способов защиты металлов от
коррозии.
Защитные покрытия
Один из самых распространенных методов защиты, без которого практически не
обходится ни один современный бойлер, - это изоляция внутренней поверх-ности
бака от агрессивной среды (воды) нанесением защитного покрытия. Обычно в
качестве такого покрытия применяется эмаль (например, в бойлерах серий FWF,
LWF, LWI, EWI - Electrolux, Швеция), титановая эмаль (серия Elite и др. -
Ariston, Италия), стеклофарфор (Thermex, Италия; Wester, Англия).
Хотя вода не проникает сквозь толщу изолирующего слоя, стопроцентной защиты от
коррозии ни одно из этих покрытий не обеспечивает. Прежде всего потому что в
хрупком защитном слое образуются микротрещины, которые могут появляться при
механических воздействиях на бак в процессе транспортировки, установки и
эксплуатации.
Протекторная защита магниевым анодом
Коррозия металлов по сути - это обычный электрохимический процесс, кото-рый,
однако, приводит к порче изделия. В местах микротрещин на защитном покрытии,
где материал бака соприкасается с водой (рис. 1), происходит окисление железа
кислородом и другими присутствующими в воде окислителями:
Fe - 2 e > Fe2+
Данный процесс ускоряется при повышении температуры. В стенке бака образуются
язвы, и если процесс не остановить, прибор выйдет из строя.
Традиционно для защиты черных металлов от коррозии применяются так называемые
протекторы. В агрессивную среду гальванической парой к подвер-гающемуся
коррозии металлу вводится другой металл, менее благородный, т. е. стоящий левее
в ряду напряжения металлов. В качестве такого анода для защиты стальных стенок
бака бойлеров обычно применяется магниевый стержень (рис. 2). При этом железо
поляризуется катодно, а магний - анодно. На поверх-ности железа происходит
восстановление окислителя (растворенного в воде кислорода), а окисляется и
расходуется (растворяясь в воде) магний (рис. 3). По-этому такой защитный анод
еще называют жертвенным, плавящимся или рас-творяющимся анодом. Соответственно,
по мере растворения вещества жертвен-ного анода требуется его замена.
Присутствие в воде ионов кальция и карбоксильных групп приводит в этой ситуации
к образованию карбоната кальция и осаждению его в местах микротрещин эмали на
открытых стальных поверхностях бака, что способствует дополнительной защите их
от контакта с агрессивной средой.
Растворяющийся магний не представляет угрозы здоровью пользователя и поэтому
применение магниевых анодов вполне допустимо при производстве горячей питьевой
воды. В настоящее время большинство электроводонагревателей, кроме защитного
покрытия бака, снабжается и магниевым анодом.
В зависимости от геометрических характеристик бака применяются магниевые аноды
различной массы и длины. В жесткой подмосковной воде магниевого анода длиной 25
см хватает на 2 года эксплуатации. Располагается такой стержень в
непосредственной близости от центральной оси резервуара. Присутствие в системе
электрических ТЭНов снижает уровень защиты стенок бака от коррозии. Жертвенный
анод при этом расходуется быстрее и требует более час-той замены. Это
происходит, когда отсутствует изоляция нагревательного эле-мента от материала
бака и ТЭН находится в непосредственной близости от жертвенного анода.
Известковый налет при этом откладывается и на поверхно-стях нагревателя,
ухудшая теплопроводность и увеличивая время нагрева воды в бойлере.
С другой стороны, в случае, когда нагревательный элемент изолирован, жертвенный
анод защищает стенки бака, а коррозии может подвергаться материал
нагревательного элемента.
Оригинальное решение данной проблемы предлагается в конструкции
электроводонагревателей Atlantic (Франция), где нагревательный элемент
контактирует с материалом бака через сопротивление в 580 Ом. В этом случае
разность потенциалов между материалом бака и нагревательным элементом такова,
что жертвенный анод одновременно и в одинаковой степени защищает обе
составляющие.
Катодная защита наложением тока
Еще одним способом защиты электрических бойлеров от коррозии является метод
катодной защиты с наложением тока. При этом способе защищаемая стенка бойлера
присоединяется к отрицательному полюсу источника электрической энергии и
становится катодом, а в конструкцию бойлера вводится электрод (анод) из
нерасходуемого материала (например, титана), присоединенный к положительному
полюсу источника тока (рис. 4). Материал стальных стенок бака в этом случае не
окисляется и не образует оксидов с присутствующим в воде кислородом, так как на
этот процесс накладывается компенсирующий поток электронов от источника тока.
Поскольку площадь открытых поверхностей ста-ли на стенках бака в местах
микротрещин защитного покрытия очень мала, большой силы наложенного тока не
требуется. Потребляемая мощность источ-ников тока, используемых для катодной
защиты в бойлерах, составляет 2-4 Вт. Как правило, ток генерируется электронным
генератором постоянного напря-жения. При отключении водонагревателя от сети в
качестве источника питания защиты используется сменный аккумулятор.
Использование легированных сталей
Высокой коррозионной устойчивостью обладают баки электроводонагревате-лей,
изготовленные из высококачественных сталей, содержащих легирующие добавки
(присадки). Взаимодействуя с растворенным в воде кислородом, легирующие добавки
образуют на поверхности стали пассивную в химическом отношении пленку, защищая
тем самым сталь от коррозии. Наилучший эффект достигается посредством присадки
хрома - уже при 12-13%-ном содержании этого металла в стали. Хром,
взаимодействуя с кислородом, образует на по-верхности изделия защитный слой
оксида. Добавки никеля, кобальта и меди усиливают антикоррозийные свойства
стали, так как в этом случае повышается склонность сплавов к пассивации.
При изготовлении бойлеров из легированной стали большое значение имеет строгое
соблюдение технологических требований. Загрязнение поверхно-сти чужеродными
частицами препятствует образованию сплошного пассивного слоя, а следовательно,
снижает коррозиестойкость стали. Поэтому обработка легированной стали должна
проводиться в отдельных помещениях, изолированных от тех, где проводится
обработка обычной стали (чтобы избежать засорения легированной стали частицами
обычной).
И все же в хлорированной воде даже легированные стали с присадками никеля и
хрома подвергаются коррозии. Лишь 2%-ная добавка к такой стали молибдена
позволяет обеспечить необходимую устойчивость к коррозии.
Как следствие сложности технологического процесса, - высокая стоимость
легированной стали и изготовленных из нее изделий. Так, цена
электроводонагревателя с баками из нержавеющей стали в два-три, а то и более
раз выше цены электроводонагревателя, в котором для защиты бака используется
покрытие из эмали, титановой эмали или стеклофарфора.
