Опис процесів в опалювальних системах, які впливають на експлуатацію нагрівальних елементів і резервуарів з водою.
При зберіганні води в металевих ємностях, а також у всіх нагрівальних системах, як з проточною водою, так і в закритих опалювальних системах, відбуваються різні форми і види хімічної, електрохімічної корозії, які спрямовані на руйнування стінок резервуара, стінок трубки нагрівального елемента, в деяких випадках на руйнування фланця елемента. Ці процеси корозії ― невідворотні, вони перетікають з одного в інший залежно від факторів або умов експлуатації систем. Ось деякі з умов виникнення корозії:
По-перше, присутність вільного кисню викликає хімічну корозію, причиною якого є розчинений у воді кисень, зазвичай близько 5 мг/л при високій і близько 12 мг/л при низькій температурі. Корозія проходить в три етапи:
1) Розчинений у воді кисень контактує з внутрішньою поверхнею бака;
2) Залізо бака має тенденцію до взаємодії з киснем, (атом втрачає два електрони, перетворюючись на іон (Fe++);
3) Іони заліза, вступаючи у взаємодію з киснем, залишають поверхню бака, утворюючи при цьому оксиди (FeO);
Таким чином, починається корозія бака, яка призводить до наскрізним дірок.
- молекули розчиненого кисню (O2);
- молекули води (H2O);
- атом заліза (основного матеріалу бака водонагрівача);
- оксид заліза (іржа), результат корозії.
При заповненні резервуара водою, проблема ускладнюється збільшеним генеруванням кисню, внаслідок швидкого, турбулентного руху води.
По-друге, електрохімічний склад води впливає на її електропровідність і може прискорити процес корозії. Електрохімічна корозії посилюється у воді з високим вмістом іонів солей, кислот і т. п., так звана електрохімічна корозія в електролітах. Чим більше міститься солей металів у воді (вода зі свердловини, вода з різними домішками, які необхідно використовувати на вимогу санстанції тощо), тим вище електропровідність води, тим інтенсивніше протікає процес корозії. Насиченість води різними домішками можна визначити тим, що в такій воді на нагрівальному елементі утворюється накип, яка негативно впливає на роботу елемента. Тепловіддача зменшується, що може призвести до перегріву нагрівального елемента і виходу його з ладу.
Сильна накип в процесі нагрівання проточної води з високим вмістом домішок.
По-третє, всередині закритої системи, такий, як внутрішній резервуар водонагрівача або іншої ємності, присутність різних матеріалів з різними потенціалами викликає утворення гальванічних пар. При зіткненні двох металів з різними окислювально-відновними потенціалами і зануренні їх у розчин електроліту, наприклад, проточної води з розчиненим киснем O2 і домішками солей або дощової води з розчиненим вуглекислим газом З2, утворюється гальванічний елемент, так званий корозійний елемент. Він являє собою не що інше, як замкнуту гальванічну клітинку. В ній відбувається повільне розчинення металевого матеріалу з більш низьким окислювально-відновним потенціалом; другий електрод в парі, як правило, не кородує. І якщо у Вас в баку немає анода (корозійного елемента), то метал з більш низьким потенціалом приймає функцію анода. Це означає, що якщо метал стінок резервуара має більш низький потенціал, ніж матеріал трубки нагрівального елемента або фланця, це повинно викликати електроліз, притягує до стінок бака вільні іони кисню.
По-четверте, при нагріванні води в металевій ємності, з допомогою Тенів, виникає одна з форм електрохімічної корозії корозія металів під впливом блукаючих струмів, яка в першу чергу спрямована на руйнування металу трубки нагрівального елемента, у другу, металу стінок резервуара. Посилюється корозія в областях, де сконцентрована висока температура. Таким чином, швидше і більш виражено, корозія протікає на трубці нагрівального елемента і у верхній частині резервуара.
Виражений корозійний процес трубки нагрівального елемента.
При експлуатації нагрівального елемента без захисту від корозії, відбуваються такі процеси, які руйнують метал елемента:
- внаслідок електрохімічної корозії під впливом блукаючих струмів, на трубці з'являються мікротріщини, в які при охолодженні просочуються краплі води.
Поява мікротріщин і поглинання вологи Розбухання нагрівального елемента
- при включенні елемента краплі води перетворюються в пару, яка розриває трубку.
Нагрівальний елемент використовувався без анода Нагрівальний елемент після розчинення анода
- між спіраллю, по якій тече струм, і металом трубки, яка є землею, відбувається коротке замикання, спрацьовує аварійне відключення нагрівального елемента.
У гіршому випадку, якщо в системі нагріву води немає аварійного захисту від короткого замикання, то відбувається зварювальний процес. І як у процесі зварювання, метал трубки оплавляється по лінії розриву трубки або має вигляд завзятого плями.
З усього вище написаного можна зробити висновок про необхідність захисту від корозії. Існує величезна кількість способів боротьби з корозією, які застосовуються в залежності від умов.
1) Захистити за допомогою розташованого поруч "жертовного" або "протекторного" анода (цинк, магній, алюміній).
2) Подати напругу на об'єкт з допомогою джерела постійного струму, при цьому "мінус" подається на захистити метал ― катодний захист;
3) Подати підвищена напруга протилежної полярності ― анодна захист. Коли подають підвищена напруга, в деяких випадках, відбувається пасивація поверхні.
4) Зробити покриття на поверхню металу. Існують два типи покриттів:
а) корозійно-стійкі, з допомогою більш благородних металів (нікелювання, омеднение, освинцовывание, хромування), при цьому не допускається наявність пір в покритті.
б) протекторні (цинкові, алюмінієві, олов'яні).
5) Покрити поверхню ізолятором. Це емалювання, наприклад, посуду, фарбування, покриття лаком.
Резервуари з покриттям, що просвітлює (цинк, нікель тощо) або покриті емаллю, захищені тільки на початку їх використання. Протягом тривалого впливу перепадів температур на покритті з'являються мікротріщини, які в подальшому будуть відправною точкою корозійного процесу.
Використання резервуара з нержавіючої сталі, може захистити від корозії тільки в теорії, коли не порушена ідеальна кристалічна решітка металу. Нержавіюча сталь втрачає свої властивості, коли піддається перегріву (під час процесу зварювання, по шву вигорає нікель) або, коли піддається вигину (під час процесу гнуття металу, порушується кристалічна решітка, метал напружений). Таким чином, це є однією з причин, чому корозійна «зірка» зазвичай поблизу зварювальних швів і близькими з ними областями.
Корозія вздовж шва Корозійна «зірка»
В даний момент усі нагрівальні елементи з неіржавіючої сталі робляться з шовним труби, але це, ні в якому разі не зменшує значущість застосування нагрівальних елементів з нержавіючої сталі. У деяких регіонах України через електрохімічного складу води необхідно використання елементів з нержавіючої сталі, так як використання мідних елементів неможливо із-за швидкого окислення міді навіть без використання елемента за призначенням. Ви, може бути, зустрічали мідні елементи, які набували зелений наліт на трубці навіть без включення в роботу, тобто мідь піддалася гальванічному процесу, а при роботі елемента электрогальваническому процесу.
Мідний нагрівальний елемент використовувався у водонагрівачі з водою зі свердловини
Сама доступна і недорога захист від корозії, це використання магнієвого анода. Його використання у водонагрівачах і в різних системах опалення, необхідно не тільки для того, щоб захистити внутрішній резервуар, але і для захисту нагрівального елемента.
Анод повинен використовуватися в кожній нагрівальної системи, де присутній металевий резервуар для води. І особливо в таких системах нагріву, де немає ніякої іншої захисту металу, і корозія може нанести великий збиток, який, перш за все, важко відновити. Ціна анода може бути 1/1000 від ціни нагрівальної системи, але це може врятувати від великих проблем.
Якість анода є так само істотним. Не якісний магнієвий анод може зруйнуватися, як дуже швидко (протягом 3-х місяців), так і практично не зазнають корозії протягом декількох років. Обидва варіанти дуже не бажані для Вашої водонагрівальної системи.
