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【水箱与储能】太阳能热水系统承压水箱产品风险监测分析报告

A太阳能工程官微2018-05-15 14:51:29

国家节能产品质量监督检验中心刘华凯


在平板型集热器与真空管集热器分体热水系统中,水箱是重要的储水储热部件。常见的搪瓷内胆承压水箱最早应用于电热水器储水箱,作为不锈钢水箱的替代品,其内胆均匀地镀有一层搪瓷涂层用于防腐。


太阳能热水系统的搪瓷水箱需设置间壁式换热装置并充注传热介质以实现其与太阳能集热器的热量交换;加热温度取决于太阳辐照而难以得到有效控制,天气晴好时经常出现超温运行状态。本文将着重分析搪瓷水箱的各个重要部件及如何提升水箱质量。


图1:夹套式搪瓷水箱

1搪瓷水箱质量安全状况


1.1行业发展及应用情况


我国专业生产太阳能搪瓷水箱的企业主要集中在山东、江苏、浙江、广东等四个主要省份。从2013年下半年开始,生产搪瓷水箱产品的企业明显增加,据统计,2013年专业太阳能热水系统搪瓷承压水箱生产厂家103家,比2012年增长了13.7%,2014年上半年实际产量是105万套,与2013年同期相比增长9.8%。


随着各地“强制安装令”的不断升级及行业的快速发展,大批企业上马生产搪瓷承压水箱,大型企业年产可达60万台。越来越多的搪瓷承压水箱被应用于高层住宅,一旦“问题水箱”事故频发,轻则导致浪费水源,重则泡损家具、电气,威胁用户生命财产安全。上述问题的发生,将对此行业产生致命打击,严重影响消费者利益,浪费国家大量资源。


1.2质量安全状况


搪瓷水箱容易出现问题就是漏水。搪瓷缺陷引起腐蚀;镁棒用料不足,阴极保护失效;板材强度、厚度不够,设计及加工缺陷,内胆承受不了日常使用中的“水锤”冲击;板材与搪瓷膨胀系数不同,冷热冲击时搪瓷层破损引发腐蚀;压力升高引起法兰变形;夹套腐蚀,都可导致漏水。漏水导致的水箱腐蚀锈穿如图。

图2:漏水导致的水箱腐蚀锈穿


1.3国家标准及监督抽查状况

目前,应用于太阳能热水系统承压水箱的技术标准有NY/T514《家用太阳热水系统储水箱》、GB/T28746《家用太阳能热水系统储水箱技术要求》以及正在报批的行业标准《承压式热搪瓷内衬储热水箱》。近五年国家质检总局未对家用太阳能热水系统承压水箱下达过监督抽查,山东省质监局未对家用太阳能热水系统承压水箱下达过监督抽查。


2检测项目和依据


2.1检测方式


图3耐压、耐脉冲压力、负压冲击试验


采用涂层测厚仪测试搪瓷涂层厚度;目测检视内胆的搪瓷面质量;采用螺旋测微仪与涂层测厚仪配合测试钢板厚度;检查镁棒在水箱中安装的相对位置;采用电子天平测试镁棒质量。该项目测试主要采用行业标准《承压式搪瓷内衬储热水箱》报批稿及QB/T2590-2003《储热式热水器搪瓷制件》。


2.2元素分析

采样过程中现场抽取钢板样片,采用直读光谱仪进行元素分析。主要依据GB/T4336-2002《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法》标准,对影响碳钢板加工特性及搪瓷性能较强的碳、硅、锰、磷、硫等五种微量元素进行测试分析。


2.3耐脉冲压力

将样品分为三组,充水密封,设置压力范围为0.1~0.7MPa,25次/min~60次/min,进行25万次脉冲试验,在试验进行10、15、20、25万次时进行检查。主要依据行业标准《承压式搪瓷内衬储热水箱》报批稿及澳洲标准AS/NZS4692 Electric water heaters - Energy consumption. performance and general requirements进行分析。


2.4耐压、耐真空冲击

正压试验设置试验压力为0.9MPa, 保持15分钟,负压设置-33KPa保持5分钟,试验完成进行检查。主要依据行业标准《承压式搪瓷内衬储热水箱》报批稿。


2.5模拟安全泄压阀失效下的压力试验

通过连接太阳能集热器及加热器的方式,模拟太阳能热水系统工作过程,关闭水箱进出口阀门,在加热过程中观察水箱漏水情况并记录水箱压力。


3检测结果分析


3.1搪瓷厚度

图4.10个样品水箱的搪瓷厚度与钢板厚度

本次测试的10个批次的样品中,9个批次的样品厚度均满足标准推荐的介于0.15mm~0.50mm之间的要求,1个批次搪瓷平均厚度为0.608mm,但搪瓷表面光洁,未发现明显缺陷。1个批次搪瓷表面出现大量霉点,存在漏水隐患。10个样品水箱的搪瓷厚度与钢板厚度如图4所示。


3.2镁棒

图5.10批次样品水箱中的美棒


10批次样品中3批次所使用的镁棒未达到标准中提到的镁棒用量要求(≥200g/m2 )。在搪瓷质量相同、水质相同等同等使用条件下,镁棒不足可导致水箱寿命大大缩短,提前出现漏水的可能。10批次样品水箱中的美棒如图5所示。


3.3元素分析

图6.10个搪瓷水箱样品的元素分析图


除了样品8含锰量最高外,样品5的碳硅磷硫四种有害元素含量均为最高,接近粗炼钢水平。采用此种钢板进行加工及搪瓷等工艺操作时,发生缺陷的几率将大大提高,该样品制造商在生产制造时采用了标准3mm钢板进行加工以增强其性能。搪瓷水箱样品的元素分析图6所示。


3.4脉冲压力

按照澳洲标准规定的要求对10个批次的样品进行了脉冲压力试验,试验结束后样品2出现了中缝开裂现象,其余9批次样品未发现明显损伤及漏水现象。


3.5耐压、负压冲击

未发现样品出现明显损坏,试验前后保护电流变化较小。由此可见,10个批次的样品中所采用的钢板,均可承受短时的正压、负压测试。

但在模拟长期闷晒同时安全泄压阀损坏的试验时,发现水温升高将引起水箱压力持续升高直至水箱漏水,压力最高可达到2.6MPa。


4风险评估


4.1风险评估方法构建

根据搪瓷涂层质量、钢材厚度、镁棒质量等影响搪瓷水箱寿命的关键因素,在查阅相关产品技术标准,调研行业多发问题现状的技术上,通过咨询机械加工、金属材质、搪瓷工艺等相关领域专家,结合产品应用状况及使用过程中容易发生的问题,依据《消费品安全风险评估通则》(GB/T22760-2008)的规定,对产品安全做出风险评价。搪瓷水箱的风险评估表如表1所示。


表1搪瓷水箱的风险评估表


镁棒偏小、保护电流偏大等两个方面的问题,都不是“即时性”的,具有一定的“叠加性”。两者都是通过加速腐蚀引起漏水造成伤害,其成因不仅与产品使用材料、加工工艺有关还与使用区域水质、工作温度有关。发生后造成的伤害为漏水事故,影响用户家庭财产安全。

焊缝开裂、安全泄压阀失效具有一定的“偶然性”。焊缝开裂不仅与水箱结构设计、焊接工艺、自来水压力、水质等因素有关,还与用户使用习惯、使用场合有关。


安全泄压阀失效主要与自来水清洁状况、水质及用户维护保养习惯有关。两种风险发生后造成的伤害都包括漏水事故,影响用户家庭财产安全,但安全泄压阀失效造成的伤害还有可能包括用户使用时瞬间高温热水引起烫伤的风险。


5建议与措施


5.1强化质量控制意识,宣传使用过程中应注意的问题

强化质量控制意识,严格把关原材料,加强生产工艺控制及出厂检验,有效杜绝问题水箱生产并流出;安装后采取有效的遮阳措施,避免系统长期无负荷运转;加强向消费者宣贯该类产品使用过程中应注意的安全事项,定期清理维护,避免长期空、闷晒。


5.2加强各技术领域合作,加大科研力度

建议钢板选择及加工焊接、搪瓷材料及涂覆、水箱结构设计等方面有机结合,使其呈现最佳状态。建议加大水箱风险研究的科研力度,研究开发搪瓷水箱寿命加速测试方法。


5.3严格把关原材料及生产工艺,加强企业自律

随着行业的快速发展及市场的大量需求,不断有企业进入搪瓷水箱生产行业,为避免大量水箱应用于建筑上之后出现大规模漏水事故的发生,建议结合影响搪瓷水箱质量安全的关键材料、生产工艺及质量保证体系等因素,加强企业责任倒追机制,杜绝问题水箱上楼。


5.4开展夹层侧及系统集成后的风险研究

开展夹层侧由于传热介质、水、空气等相关因素引起的腐蚀问题研究;建立水箱与集热器集成模型,研究不同材质条件下,由于传热介质循环传热引起的原电池反应引起的腐蚀问题;研究模拟水箱在实际使用条件下的加速老化试验方法,建立老化试验模型。


来源:中国太阳能产业资讯网


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“太阳能光热”能干啥用?

1.太阳能与建筑结合应用;

2.太阳能采暖、制冷、热水综合联供应用;

3.太阳能工业热力应用;

4.太阳能农、牧、渔业应用;

5.太阳能海水淡化应用;

6.太阳能干燥应用;

7.太阳能饮用开水应用;

8.太阳能生活热水应用;

9.太阳能中高温蒸汽、热电应用;

10.太阳能其他综合应用。

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