Защитные аноды для водонагревателей – как это работает. Или почему вода неприятно пахнет…

Мало кто представляет, но срок службы накопительного бойлера (водонагревателя) во многом зависит от своевременной замены подчас очень простого внутреннего элемента – защитного анода. Это некий металлический стержень, выполненный из специального материала, который крепится внутри бака. По истечении 2-3, может быть 5 лет, красивый стержень практически полностью “растворяется”, и остается в виде некоего огрызка крепежной шпильки.

Сделаем небольшое отступление.

Сегодня на рынке представлено огромное множество различных моделей накопительных бойлеров (водонагревателей) – это и электрические, и косвенные (вода-вода), и газовые, и комбинированные модели сочетающие в себе несколько видов теплообменников. Подчас некоторые модели способны также нагревать воду за счет фреонов, это актуально для тепловых насосов. Часть моделей предназначены для так называемых солнечных систем нагрева. Основой всегда является внутренняя емкость выполненная из различных материалов, наиболее часто – сталь или нержавеющая сталь, в которой находится хозяйственная вода, которую мы с Вами и должны нагреть. В рамках данной статьи мы не будем останавливаться подробно на конструкциях, а сделаем акцент именно на вопросах защиты самой  емкости (бака) от коррозии.

Условно разделим баки по материалам – стальные с покрытием эмалью, нержавеющие.

• Стальные накопительные водонагреватели с внутренним покрытием эмалью. 

Наиболее распространенный тип. Емкость выполняется из сталей, для исключения контакта воды и стали изнутри бак покрывается специальной эмалью, которая спекаясь превращается в некое похожее на стекло покрытие. Достаточно долговечное покрытие, давно используемое производителями. Из плюсов – отсутствие прямого контакта хозяйственной воды и стали, долговечность и практичность. Из минусов – сталь из который выполняется емкость материал пластичный и гибкий. При работе водонагревателя, при изменении давления воды происходит пластичная и термическая деформация емкости (рабочие режимы), а внутреннее покрытие из спекшейся специальной эмали – достаточно хрупкое, при этом менее пластичное. Наиболее критичными в том числе являются сварные соединения емкости, которые являются в том числе местами наибольших внутренних напряженностей металла. Именно поэтому, несмотря на все конструктивные применяемые производителями емкостей элементы, при работе водонагревателя, при транспортировке на внутреннем эмалевом покрытии появляются различные микротрещины и сколы, которые пусть и в мизерной степени, но позволяют воде контактировать непосредственно со стальной основой бака. Именно  этих местах появляются очаги коррозии, которая может существенно сократить сроки службы водонагревателя. Конечно мы не будем останавливаться на соблюдении производителем технологии подготовки стальной емкости к нанесению эмали – что также определяет срок службы вне зависимости от других факторов.

• Емкости из нержавеющей стали

По своей сути нержавеющая сталь – это одна из разновидностей сталей, при выплавлении которой добавляются специальные вещества. Только лишь название нержавеющая сталь, совершенно не означает, что данный материал абсолютно не подвержен коррозии. В зависимости от некоторых факторов нержавеющие стали также корродируют, подчас даже более активно. Следует особенно выделить, что места в которых производится сварка нержавеющей стали во многом теряют свои свойства повышенного сопротивления коррозии. Нержавеющие стали также имеют меньшую упругость, что приводит к появлению микротрещин в самом материале в местах изгиба, в местах приближенных к сварным соединениям. Помимо указанных свойств есть и еще одно наблюдение – водонагреватели выполненные из нержавеющей стали как правило существенно дороже, чем аналогичные модели с эмалированным покрытием, что обусловлено непосредственно разницей стоимости самих материалов, большими требованиями к технологиям производства. Если кратко, без технических подробностей – даже в нержавеющих сталях появляются очаги коррозии, которые также существенно снижают срок службы.

Приведем несколько изображений емкостей стальных с эмалью, из нержавейки, которые наблюдаются после некоторых сроков эксплуатации. Следует также особенно выделить, что процессы корродирования зависят в том числе от состава воды (это не прогнозируется вовсе), от наличия растворенного кислорода в воде (в хозяйственной воде его достаточно много по определению). Все это подтверждает необходимость принятия дополнительных мер для защиты от коррозии как стальных эмалированных накопительных бойлеров, так и выполненных из нержавейки моделей.

• 
  

  Почему вода может неприятно пахнуть ?

Коррозия внутренней емкости сложный процесс. Как уже упоминалось выше, хозяйственная вода содержит большое количество растворенного воздуха. Эти два фактора и являются определяющими для появления специфичного запаха, который получает вода после нагрева в накопительном бойлере. Конечно речь идет о появлении бактерий, слизи которая начинает активно образовываться внутри бака. Но есть еще один фактор, который может обуславливать интенсивность запаха. Об этом расскажем дальше по тексту.

• Что продлевает срок службы водонагревателя и дополнительно защищает от развития коррозии ?

В поисках недорогих и доступных для огромного количества и разнообразия накопительных водонагревателей специалисты остановились на условно “электро-химическом”. Не обращайте внимание на наличие “электро”, поскольку речь не идет о сложном электронном устройстве, необходимости подключения эл.питания или каких-либо подобных устройствах, которые кстати, также иногда используются и продаются – так называемые “активные аноды”. Итак, все действительно оказалось проще. Мы ведь уже говорили, что хозяйственная вода по составу различна, всегда имеет в своем составе те или иные соли, иные растворенные вещества ?

Наиболее распространённый тип коррозии — электрохимическая коррозия. Это коррозия во влажной атмосфере, в морской воде, подземная коррозия, коррозия резервуаров с водой и растворами электролитов. Среди многочисленных способов защиты наиболее важны электрохимические методы, основанные на снижении скорости коррозии металлов путём смещения потенциала до значений, соответствующих крайне низким скоростям растворения. Сущность методов состоит в поляризации защищаемого оборудования от источника постоянного тока или при контакте с добавочным электродом (протектором), являющимся анодом по отношению к корродирующей системе.

Среди перечисленных средств защиты от коррозии –  применение анодных протекторов получила широкое распространение. Самыми известными протекторами являются магний, алюминий, цинк и их сплавы.

Протекторную защиту иначе называют катодной защитой гальваническими анодами. При этом положительный плюс находится на защищаемой поверхности, а отрицательный – на разрушаемом аноде. Активным материалом гальванического элемента, расходуемого на получение электрической энергии, является протектор, а защищаемый металл поляризуется в катодную область до потенциалов, при которых его растворение становится практически невозможным.

(использован материал с сайта https://zctc.ru/sections/magnesium_protection – если Вам интересны технические подробности можете посмотреть в источнике)

Итак, не вдаваясь в особенности физики и химии процессов – для защиты от коррозии в бытовых накопительных водонагревателях используются специальные элементы – защитные аноды. Подчас мы их называем различными терминами – магниевые аноды, защитные аноды, антикоррозионные аноды, но суть процесса от этого не изменяется. Как уже сказано выше – защитные аноды сделаны из различных сплавов, при этом использование тех или иных материалов и сплавов влияет как на степень защиты, так и на степень и скорость износа анода. В бытовом понимании защитный анод – это металлический стержень, который расположен внутри водонагревателя. Как правило серебристого или близкого к серебристому цвету оттенку, изготовлен литым или экструзионным способом, имеющий центральный несущий стержень из металла, который также является крепежным элементом.

Размеры анода производитель выбирает в зависимости от площади поверхности защищаемой емкости и наличия покрытий (краска, стеклоэмаль и т.п.) на его поверхности. Чем больше поверхность открытого, без защитных покрытий, металла в баке, тем больше должны быть размеры анода или/и их число. Как мы ранее отмечали – это также распространяется и на водонагреватели из нержавейки, где в зонах сварных соединений, в местах изгиба структура и состав нержавейки изменяется, и коррозионные процессы идут достаточно активно.

Диаметры анодов, размеры – различны, обусловлены в том числе конструкциями водонагревателей. Как правило, производители водонагревателей рекомендуют ежегодно проводить осмотр и при необходимости производить замену данного элемента. Из практики срок службы до замены – 2-3 года, но есть прямая связь между тим сроком и составом воды, содержанием солей в воде. При замене анода следует придерживаться (во всяком случае не ставить анод меньше) первоначальных размеров, предусмотренных производителем водонагревателя. Но, как мы уже должны осознавать – много тоже не означает лучше ?

Слишком большой размер анода – это также плохо для водонагревателя – возможна так называемая перезащита, которая приводит к выделению водорода на катоде, к изменению состава приэлектродного слоя и к другим процессам.  Все эти процессы способствуют отслаиванию защитного (изоляционного) покрытия в баке и ускорению коррозии защищаемого металла. Чтобы исключить перезащиту и не допустить недозащиту, величина разности потенциалов  анода и катода должна находиться в определенных пределах в зависимости от целого ряда факторов, которые могут меняться.

• Защитные аноды – материалы и особенности

На рынке представлены защитные аноды выполненные из различных материалов. Однако у каждого из них есть плюсы и минусы. Остановимся подробнее на этом вопросе. Как уже выше рассказано, не каждый материал подходит для изготовления протекторного анода. Кстати нам больше нравится термин “жертвенный анод”. Основными являются магний, алюминий, цинк и сплавы на их основе. Еще раз добавим – что мы не можем в том числе в хозяйственную воду добавлять какие-либо химические ингибиторы коррозии, или использовать материалы, которые находясь в воде будут делать ее использование опасным для здоровья, поэтому многие иные возможные варианты также не рассматриваются.

Как уже становится понятным – использование в чистом виде того или иного материала возможно, но не решить весь комплекс проблем. Как уже отмечали – необходим баланс между степенью защиты, недопущением образования водорода, протекторными свойствами по отношению к бактериям (они всегда присутствуют в воде), степенью “саморастворения”. Помимо обыденных уже указанных факторов, например, у чистого магния наблюдается резкое снижение защитных свойств из-за образования в процессе службы оксидных пленок, что приводит к снижению реальной защиты по сравнению с расчетной и еще множество подобных деталей – процесс ведь действительно непростой. Ну и конечно – тот самый пресловутый фактор Х. Мистер неочевидность – состав воды и ее качество, что кстати может привести к необходимости смены одного типа анода на другой в конкретном доме – такое также встречается.

Защитный анод также обуславливает меньший обьем отложений солей на ТЭН или иных нагревательных элементах бойлера, продлевая их сроки службы, делает данные отложения более “рыхлыми”, что упрощает процедуру очистки и промывки бака.

Возвращаясь к вопросам а из чего сделаны защитные аноды, кратко опишем наиболее часто встречаемые сплавы:

• Магниевый анодный стержень (см. таблицу)
  Магниевые стержни-отличные жертвенные стержни, используемые для защиты внутренней металлической поверхности вашего водонагревателя. Анодные стержни магния, как правило, изнашиваются быстрее, чем алюминиевые или алюминиевые/цинковые/оловянные анодные стержни, из-за более высокого потенциала. Составы сплавов включают в том числе цинк, но в небольших соотношениях. В случае, если вода содержит большое количество солей – могут приводить к появлению неприятного запаха.
• Алюминий/цинк/олово анодный стержень (редко встречаемая комбинация – AlZn(10%)
  Эта комбинация металла в анодных стержнях часто используется при наличии неприятного запаха в воде. Цинк является естественным противогрибковым элементом и может помочь контролировать (не полностью устранить) рост бактерий железа, которые могут вызвать запах тухлых яиц. Оксид цинка и соединения цинка вредны для микроорганизмов, таких как бактерии.
• Алюминиевый анодный стержень
  Алюминиевые анодные стержни являются наименее дорогими и создают наименьший протекторный потенциал. Это означает, что они обычно распадаются более медленно, чем другие анодные стержни.

Почему горячая вода из бойлера пахнет сероводородом ?

Через какое-то время вода из бойлера может начать жутко вонять сероводородом. Причина — в размножении бактерий в баке водонагревателя. Особенно часто это происходит, если вода в водопровод подается из местной скважины или колодца. Вода из городского водопровода обычно специально готовится, сильно обеззараживается, хлорируется, и с ней такие случаи бывают редко. Большие количества газа сероводорода (H2S) выделяются и накапливаются в результате жизнедеятельности сульфатредуцирующих (сульфатвосстанавливающих) бактерий в воде. Сульфатредуцирующие бактерии используют органические вещества (CH2O) или водород (H) в качестве донора электрона и сульфат (SO4) в качестве акцептора электрона при получении энергии 2CH2O + SO42- + 2H+ => 2CO2 + H2S + 2H2O Проще говоря, существует две разновидности сульфатредуцирующих бактерий. Обеим разновидностям для жизнедеятельности необходимы сульфаты — соединения серы, а также водород. Но одна разновидность бактерий добывает водород из органических веществ в иле. Другие бактерии используют молекулярный водород, который находят в воде. Важно — развитие сульфатредуцирующих бактерий происходит в анаэробных условиях, при отсутствии свободного кислорода в воде. Сульфа́ты — соли серной кислоты H2SO4 ,например, сульфат калия K2SO4 , гидросульфат натрия NaHSO4 . Сульфаты широко распространены в природе, образуя целую группу минералов. Многие сульфаты растворимы в воде и входят в состав природной воды.

Использован материал из статьи: https://domekonom.su/anod-dlia-vodonagrevatelia-boilera.html

Стоит также отметить, что используются два основных метода производства – литье в кокиль, а также экструзия. Использования той или иной технологии также обуславливает использование того или иного сплава.

• “активные” аноды

Выше мы уже отмечали, что “недозащита” и “перезащита” – плохо  по своей сути.

“Слишком большой размер анода – это также плохо для водонагревателя – возможна так называемая перезащита, которая приводит к выделению водорода на катоде, к изменению состава приэлектродного слоя и к другим процессам.  Все эти процессы способствуют отслаиванию защитного (изоляционного) покрытия в баке и ускорению коррозии защищаемого металла. Чтобы исключить “перезащиту” и не допустить “недозащиту”, величина разности потенциалов  анода и катода должна находиться в определенных пределах в зависимости от целого ряда факторов, которые могут меняться.”

Так вот, в том числе для поддержания стабильного потенциала используются так называемые активные аноды – это стержень из специального сплава, помещаемый внутрь бака, и подключаемый к специальному электронному устройству, которое постоянно регулирует и поддерживает оптимальную протекторную защиту. Данный анод не растворяется в процессе работы, но требует отдельного подключения к эл.питанию. Как правило 220В с наличием встроенного источника питания низкого напряжения. Именно такие системы используются в различных промышленных бойлерах, в системах с необходимостью поддержания неизменного состава нагреваемой жидкости, а также с недавнего времени и в бытовых водонагревателях. Правда стоит отметить и недостаток – это конечно существенно более высокая стоимость данной системы.

В нашем ассортименте представлены защитные аноды выполненные из различных сплавов. Вы можете подобрать вариант наиболее подходящий для Вашего водонагревателя, исходя в том числе из информации, которую мы представили в данной статье.

Каталог литьевых защитных магниевых анодов для водонагревателей

Каталог защитных магниевых анодов по экструзионной технологии

ГазЧасть – Аноды для различных водонагревателей

С.Митюшин

Ссылки и согласование с автором обязательны.