太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)承壓水箱產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)分析報(bào)告

國(guó)家節(jié)能產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 劉華凱

　　在平板型集熱器與真空管集熱器分體熱水系統(tǒng)中，水箱是重要的儲(chǔ)水儲(chǔ)熱部件。常見(jiàn)的搪瓷內(nèi)膽承壓水箱最早應(yīng)用于電熱水器儲(chǔ)水箱，作為不銹鋼水箱的替代品，其內(nèi)膽均勻地鍍有一層搪瓷涂層用于防腐。

　　太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的搪瓷水箱需設(shè)置間壁式換熱裝置并充注傳熱介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)其與太陽(yáng)能集熱器的熱量交換；加熱溫度取決于太陽(yáng)輻照而難以得到有效控制，天氣晴好時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)超溫運(yùn)行狀態(tài)。本文將著重分析搪瓷水箱的各個(gè)重要部件及如何提升水箱質(zhì)量。

圖1：夾套式搪瓷水箱

　　1搪瓷水箱質(zhì)量安全狀況

　　1.1行業(yè)發(fā)展及應(yīng)用情況

　　我國(guó)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)太陽(yáng)能搪瓷水箱的企業(yè)主要集中在山東、江蘇、浙江、廣東等四個(gè)主要省份。從2013年下半年開(kāi)始，生產(chǎn)搪瓷水箱產(chǎn)品的企業(yè)明顯增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年專(zhuān)業(yè)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)搪瓷承壓水箱生產(chǎn)廠(chǎng)家103家，比2012年增長(zhǎng)了13.7%，2014年上半年實(shí)際產(chǎn)量是105萬(wàn)套，與2013年同期相比增長(zhǎng)9.8%。

　　隨著各地“強(qiáng)制安裝令”的不斷升級(jí)及行業(yè)的快速發(fā)展，大批企業(yè)上馬生產(chǎn)搪瓷承壓水箱，大型企業(yè)年產(chǎn)可達(dá)60萬(wàn)臺(tái)。越來(lái)越多的搪瓷承壓水箱被應(yīng)用于高層住宅，一旦“問(wèn)題水箱”事故頻發(fā)，輕則導(dǎo)致浪費(fèi)水源，重則泡損家具、電氣，威脅用戶(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全。上述問(wèn)題的發(fā)生，將對(duì)此行業(yè)產(chǎn)生致命打擊，嚴(yán)重影響消費(fèi)者利益，浪費(fèi)國(guó)家大量資源。

　　1.2質(zhì)量安全狀況

圖2：漏水導(dǎo)致的水箱腐蝕銹穿

　　搪瓷水箱容易出現(xiàn)問(wèn)題就是漏水。搪瓷缺陷引起腐蝕；鎂棒用料不足，陰極保護(hù)失效；板材強(qiáng)度、厚度不夠，設(shè)計(jì)及加工缺陷，內(nèi)膽承受不了日常使用中的“水錘”沖擊；板材與搪瓷膨脹系數(shù)不同，冷熱沖擊時(shí)搪瓷層破損引發(fā)腐蝕；壓力升高引起法蘭變形；夾套腐蝕，都可導(dǎo)致漏水。漏水導(dǎo)致的水箱腐蝕銹穿如圖

　　1.3國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)督抽查狀況

　　目前，應(yīng)用于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)承壓水箱的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有NY/T514《家用太陽(yáng)熱水系統(tǒng)儲(chǔ)水箱》、GB/T28746《家用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)儲(chǔ)水箱技術(shù)要求》以及正在報(bào)批的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《承壓式熱搪瓷內(nèi)襯儲(chǔ)熱水箱》。近五年國(guó)家質(zhì)檢總局未對(duì)家用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)承壓水箱下達(dá)過(guò)監(jiān)督抽查，山東省質(zhì)監(jiān)局未對(duì)家用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)承壓水箱下達(dá)過(guò)監(jiān)督抽查。

　　2檢測(cè)項(xiàng)目和依據(jù)

　　2.1檢測(cè)方式

圖3：耐壓、耐脈沖壓力、負(fù)壓沖擊試驗(yàn)

　　采用涂層測(cè)厚儀測(cè)試搪瓷涂層厚度；目測(cè)檢視內(nèi)膽的搪瓷面質(zhì)量；采用螺旋測(cè)微儀與涂層測(cè)厚儀配合測(cè)試鋼板厚度；檢查鎂棒在水箱中安裝的相對(duì)位置；采用電子天平測(cè)試鎂棒質(zhì)量。該項(xiàng)目測(cè)試主要采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《承壓式搪瓷內(nèi)襯儲(chǔ)熱水箱》報(bào)批稿及QB/T2590-2003《儲(chǔ)熱式熱水器搪瓷制件》。

　　2.2元素分析

　　采樣過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)抽取鋼板樣片，采用直讀光譜儀進(jìn)行元素分析。主要依據(jù)GB/T4336-2002《碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)影響碳鋼板加工特性及搪瓷性能較強(qiáng)的碳、硅、錳、磷、硫等五種微量元素進(jìn)行測(cè)試分析。

　　2.3耐脈沖壓力

　　將樣品分為三組，充水密封，設(shè)置壓力范圍為0.1~0.7MPa，25次/min～60次/min，進(jìn)行25萬(wàn)次脈沖試驗(yàn)，在試驗(yàn)進(jìn)行10、15、20、25萬(wàn)次時(shí)進(jìn)行檢查。主要依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《承壓式搪瓷內(nèi)襯儲(chǔ)熱水箱》報(bào)批稿及澳洲標(biāo)準(zhǔn)AS/NZS 4692 Electric water heaters - Energy consumption. performance and general requirements進(jìn)行分析。

　　2.4耐壓、耐真空沖擊

　　正壓試驗(yàn)設(shè)置試驗(yàn)壓力為0.9MPa，保持15分鐘，負(fù)壓設(shè)置-33KPa保持5分鐘，試驗(yàn)完成進(jìn)行檢查。主要依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《承壓式搪瓷內(nèi)襯儲(chǔ)熱水箱》報(bào)批稿。

　　2.5模擬安全泄壓閥失效下的壓力試驗(yàn)

　　通過(guò)連接太陽(yáng)能集熱器及加熱器的方式，模擬太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工作過(guò)程，關(guān)閉水箱進(jìn)出口閥門(mén)，在加熱過(guò)程中觀察水箱漏水情況并記錄水箱壓力。

　　3檢測(cè)結(jié)果分析

　　3.1搪瓷厚度

圖4：10個(gè)樣品水箱的搪瓷厚度與鋼板厚度

　　本次測(cè)試的10個(gè)批次的樣品中，9個(gè)批次的樣品厚度均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)推薦的介于0.15mm～0.50mm之間的要求，1個(gè)批次搪瓷平均厚度為0.608mm，但搪瓷表面光潔，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。1個(gè)批次搪瓷表面出現(xiàn)大量霉點(diǎn)，存在漏水隱患。10個(gè)樣品水箱的搪瓷厚度與鋼板厚度如圖4所示。

　　3.2鎂棒

圖5：10批次樣品水箱中的美棒

　　10批次樣品中3批次所使用的鎂棒未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中提到的鎂棒用量要求(≥200g/m2）。在搪瓷質(zhì)量相同、水質(zhì)相同等同等使用條件下，鎂棒不足可導(dǎo)致水箱壽命大大縮短，提前出現(xiàn)漏水的可能。10批次樣品水箱中的美棒如圖5所示。

　　3.3元素分析

圖6：10個(gè)搪瓷水箱樣品的元素分析圖

　　除了樣品8含錳量最高外，樣品5的碳硅磷硫四種有害元素含量均為最高，接近粗煉鋼水平。采用此種鋼板進(jìn)行加工及搪瓷等工藝操作時(shí)，發(fā)生缺陷的幾率將大大提高，該樣品制造商在生產(chǎn)制造時(shí)采用了標(biāo)準(zhǔn)3mm鋼板進(jìn)行加工以增強(qiáng)其性能。搪瓷水箱樣品的元素分析圖6所示。

　　3.4脈沖壓力

　　按照澳洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求對(duì)10個(gè)批次的樣品進(jìn)行了脈沖壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后樣品2出現(xiàn)了中縫開(kāi)裂現(xiàn)象，其余9批次樣品未發(fā)現(xiàn)明顯損傷及漏水現(xiàn)象。

　　3.5耐壓、負(fù)壓沖擊

　　未發(fā)現(xiàn)樣品出現(xiàn)明顯損壞，試驗(yàn)前后保護(hù)電流變化較小。由此可見(jiàn)，10個(gè)批次的樣品中所采用的鋼板，均可承受短時(shí)的正壓、負(fù)壓測(cè)試。

　　但在模擬長(zhǎng)期悶曬同時(shí)安全泄壓閥損壞的試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)水溫升高將引起水箱壓力持續(xù)升高直至水箱漏水，壓力最高可達(dá)到2.6MPa。

　　4風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

　　4.1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法構(gòu)建

　　根據(jù)搪瓷涂層質(zhì)量、鋼材厚度、鎂棒質(zhì)量等影響搪瓷水箱壽命的關(guān)鍵因素，在查閱相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研行業(yè)多發(fā)問(wèn)題現(xiàn)狀的技術(shù)上，通過(guò)咨詢(xún)機(jī)械加工、金屬材質(zhì)、搪瓷工藝等相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥Y(jié)合產(chǎn)品應(yīng)用狀況及使用過(guò)程中容易發(fā)生的問(wèn)題，依據(jù)《消費(fèi)品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通則》（GB/T22760-2008）的規(guī)定，對(duì)產(chǎn)品安全做出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。搪瓷水箱的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表如表1所示。

　　表1搪瓷水箱的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表

　　鎂棒偏小、保護(hù)電流偏大等兩個(gè)方面的問(wèn)題，都不是“即時(shí)性”的，具有一定的“疊加性”。兩者都是通過(guò)加速腐蝕引起漏水造成傷害，其成因不僅與產(chǎn)品使用材料、加工工藝有關(guān)還與使用區(qū)域水質(zhì)、工作溫度有關(guān)。發(fā)生后造成的傷害為漏水事故，影響用戶(hù)家庭財(cái)產(chǎn)安全。

　　焊縫開(kāi)裂、安全泄壓閥失效具有一定的“偶然性”。焊縫開(kāi)裂不僅與水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接工藝、自來(lái)水壓力、水質(zhì)等因素有關(guān)，還與用戶(hù)使用習(xí)慣、使用場(chǎng)合有關(guān)。

　　安全泄壓閥失效主要與自來(lái)水清潔狀況、水質(zhì)及用戶(hù)維護(hù)保養(yǎng)習(xí)慣有關(guān)。兩種風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后造成的傷害都包括漏水事故，影響用戶(hù)家庭財(cái)產(chǎn)安全，但安全泄壓閥失效造成的傷害還有可能包括用戶(hù)使用時(shí)瞬間高溫?zé)崴馉C傷的風(fēng)險(xiǎn)。

　　5建議與措施

　　5.1強(qiáng)化質(zhì)量控制意識(shí)，宣傳使用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

　　強(qiáng)化質(zhì)量控制意識(shí)，嚴(yán)格把關(guān)原材料，加強(qiáng)生產(chǎn)工藝控制及出廠(chǎng)檢驗(yàn)，有效杜絕問(wèn)題水箱生產(chǎn)并流出；安裝后采取有效的遮陽(yáng)措施，避免系統(tǒng)長(zhǎng)期無(wú)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；加強(qiáng)向消費(fèi)者宣貫該類(lèi)產(chǎn)品使用過(guò)程中應(yīng)注意的安全事項(xiàng)，定期清理維護(hù)，避免長(zhǎng)期空、悶曬。

　　5.2加強(qiáng)各技術(shù)領(lǐng)域合作，加大科研力度

　　建議鋼板選擇及加工焊接、搪瓷材料及涂覆、水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面有機(jī)結(jié)合，使其呈現(xiàn)最佳狀態(tài)。建議加大水箱風(fēng)險(xiǎn)研究的科研力度，研究開(kāi)發(fā)搪瓷水箱壽命加速測(cè)試方法。

　　5.3嚴(yán)格把關(guān)原材料及生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)企業(yè)自律

　　隨著行業(yè)的快速發(fā)展及市場(chǎng)的大量需求，不斷有企業(yè)進(jìn)入搪瓷水箱生產(chǎn)行業(yè)，為避免大量水箱應(yīng)用于建筑上之后出現(xiàn)大規(guī)模漏水事故的發(fā)生，建議結(jié)合影響搪瓷水箱質(zhì)量安全的關(guān)鍵材料、生產(chǎn)工藝及質(zhì)量保證體系等因素，加強(qiáng)企業(yè)責(zé)任倒追機(jī)制，杜絕問(wèn)題水箱上樓。

　　5.4開(kāi)展夾層側(cè)及系統(tǒng)集成后的風(fēng)險(xiǎn)研究

　　開(kāi)展夾層側(cè)由于傳熱介質(zhì)、水、空氣等相關(guān)因素引起的腐蝕問(wèn)題研究；建立水箱與集熱器集成模型，研究不同材質(zhì)條件下，由于傳熱介質(zhì)循環(huán)傳熱引起的原電池反應(yīng)引起的腐蝕問(wèn)題；研究模擬水箱在實(shí)際使用條件下的加速老化試驗(yàn)方法，建立老化試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>