CNS 15126-2007 Solar energy - Water heating systems - Guide to material selection with regard to internal corrosion《太阳能－热水系统－相关内部腐蚀材料之选择指引》.pdf

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1、1 印月9610月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 27.160 K8030經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 9610月12日 月日 (共8頁)太陽能熱水系統相關內部腐蝕材料之選擇指引 15126Solar energy Water heating systems Guide to material selection with regard to internal corrosion 1. 適用範圍 本標準提供與太陽能熱水系統內部腐蝕有關參數的討論。 本標準不涵蓋下列主題： 聚合材料 (塑膠與橡膠 )與流體之間的相容性問題； 有關吸收器外殼與外

2、表之腐蝕風險； 安全與健康問題，特別是熱傳流體之毒性。 在許多領域，腐蝕問題極難處理，因為與數種事項相互重疊。在太陽能系統方面，不能將防蝕僅僅當作是組件問題、耐用性問題，或設計問題來處理。腐蝕問題不能僅進行特定試驗或是僅採用設計建議即可解決。 本標準係從主動式太陽能系統內部腐蝕觀點，有信心地預估其長期無失效壽命時，所需具備條件之問題。本標準中蒐集本主題相關之論文所提供之資訊 (特別是附錄 A之 2、 3、 4)，並且對其採取同意立場。 2. 腐蝕風險敘述 若腐蝕效應被認為係屬系統之可靠性問題時，因腐蝕會降低系統之品質，故須詳述如下： 2.1 劣化原因： 內部腐蝕效應依下列因素而異。 材料； 材

3、料之搭配； 溫度； 流體循環； 流體含氧量； 流體侵蝕性離子含量。 2.2 關注材料： 吸收器材料； 管線與接頭材料； 流體； 銲接材料。 2.3 系統功能特性 (the functional characteristics of the system)： 抗壓性； 2 CNS 15126, K 8030 太陽與儲存槽間之熱傳效率； 抗高溫與抗低溫性。 2.4 失效模式 (亦即降級原因作用於材料使其功能特性或其系統變弱之方式 )： 設計之選擇不良 (系統之使用條件與材料 )； 使用期間之材料劣化； 維護不良。 3. 討論 太陽能系統之內部腐蝕損害，通常發現時已經為時太晚；此被指為是嚴重問題，必

4、需更換系統重要之零組件（參照附錄 A 之 3） ，但檢查研究對此議題少有報告（參照附錄 A 之 12、 13） ；即使消費者諮商所做之目視檢查，亦未能在初次發現孔蝕之前，顯示內部逐漸腐蝕之影響。 在各項損害型式之報告中，大多數與使用鋁質吸收器時未事先防範有關（參照附錄A 之 5） 。 有數項文件將所報告之腐蝕問題視為極嚴重：其被視為是一項整體系統問題，且強調建議初 始設計與材料之選擇，以作為預防腐蝕損害之一種方式（參照附錄 A 之2、 11） 。即使在標準中，此問題有時也被列為專家見解（參照附錄 A 之 10） 。可接受或是不可接受條件之表列，可以摘要列出有關安裝參數、金屬 /流體配對與金屬有

5、關之數據（參照附錄 A 之 1、 4） 。 儘管如此，依然存有必要去正視特定試驗，以使在更高的信心下來預測系統之使用壽命。傳統之實驗室腐蝕試驗可以被使用來研究金屬與流體之相容性（參照附錄 A之 14） ，且一些特別者可以使用來實驗模擬太陽能系統特性（參照附錄 A 之 5、8） 。在有些國家此種特定實驗室試驗已被標準化（參照附錄 A 之 6） 。 另一型式之試驗亦在數個實驗室進行。此類實驗模擬使用之條件，一般係依據試驗迴路（參照附錄 A 之 7、 8） ，有時甚至使用真實系統（參照附錄 A 之 9） 。 儘管如此，多數論文（參照附錄 A 之 2、 3、 4、 5、 10、 11、 15）均強調一

6、項良好的維護方案之有用性，來預防流體劣化 (關閉的迴路 )及 /或水分 (有機流體 )進入與侵蝕效應等。 4. 對預防內部腐蝕損害程序之提議 4.1 一般事項 在查閱過文獻之後，清楚顯示預防 內部腐蝕損害之程序必須包括兩個步驟，亦即是： (1) 有關安裝之設計的建議； (2) 有關維護之建議。 第一個步驟必須對有關於安裝之工 作模式、金屬與流體組合等項目之可接受狀況做出指示。有時必須要進行試驗 方能做出確定結論，且有些建議之試驗法已經被標準化。 第二個步驟則蒐集維護方面之意見 ，以確保依據第一個步驟指示來選定之良好狀況得以持續。 3 CNS 15126, K 8030 4.2 關於設計之建議

7、若是安裝設計已被 決定時，包括迴路型式 (封閉或開放 )、吸收器材料、管道材料、流體種類與組成、流體速度等，可以使用表 1 與表 2 來檢查系統參數是否可以提供可接受或不可接受之狀況來預防內部腐蝕損害。 此兩份表係彙整附錄 A 之 1、 4所提出之資訊。 此兩份表所提供資訊可能即已足夠 檢查系統之良好設計，但是並無法提供針對材料 (吸收器材料、管道材料與流體等 )在其使用壽命時之可靠性資訊。 因而在此提議使用一些現有試驗來 認知對於材料使用時之時間效應。這些在不同實驗室參照附錄 A 之 5、 8、 9所發展出來的試驗，也可以被使用在一些表中建議進行詳細研究之設計選擇案例。 4.2.1 流體 /

8、金屬配對之試驗 為認知流體在高溫時之行為，數項實驗室試驗曾被提及（參照附錄 A 之 5、8）：一個金屬 /流體配對可以被使用於高溫 (高至 100 )在大氣壓下的玻璃容器中，或是使用在一個高壓鍋 (autoclave)中以達到更高溫度。在此老化過程之後，進行質量損失、目視檢查與流體分析，來量測金屬之腐蝕。 備考： 前項化過程可考ASTM標準E745之敘述，至於合格試驗則屬於傳統方式。 有可能對於某些金屬進行電化學之量 測，特別是對於那些對孔蝕較為敏感者，可以使用已劣化之液體作為液體介質。此類試驗並非太陽能應用所獨有，傳統程序有可能使用此類試驗。當管道材料為黃銅時，可以使用 CNS 14812金

9、屬及合金之腐蝕黃銅耐脫鋅測定法所提出之方法來量測脫鋅抵抗力。 4.2.2 迴路試驗 另一項試驗法乃是使用一個實驗迴路，其中金屬樣本乃 是組成迴路之管道，流體則是在迴路中循環。溫 度與流體速度乃是試驗之參數，至於腐蝕的量測則是使用質量損失或可能是使用電化學之試驗（參照附錄 A 之 8） 。 備考：前項迴路可參考 ASTM E745 標準之敘述。 4.3 有關維護之建議 對於維護之建議，除了對於金屬與流體相 容性之科學知識與熱傳流體劣化之外，還須將蒐集到之現場資訊納入考量。下列程序摘要取自數項參考附錄 A 之2、 3、 4、 5、 11、 15指示。 4.3.1 開始操作 在儲存和組裝與被填入流體

10、之前 ，系統與其組件須被保護不致於遭到污染與過熱。 若是熱傳流體為水性時，使用水 來沖洗單元。若熱傳流體為有機質時，使用正確之有機流體來沖洗單元。 在進行完沖洗作業之後，立即進行一項壓力試驗。沖洗與壓力試驗之後，並立即進行熱傳流體填裝作業。 建議使用廠商推薦之預先稀釋抗凍劑。 4.3.2 太陽能系統之操作與關閉 4 CNS 15126, K 8030 即使是在冬天月份時，循環系統 都須要維持填滿與準備操作。因為在一個半填滿或是完全中空系統中熱傳 流體成分可能會因為剩餘熱傳流體之蒸發而遭到濃縮。此情況下，抑制劑 所提供之抗腐蝕保護可能會失效，因此可能發生孔蝕。 若是有必要將系統關閉或是排空 ，例

11、如因為需要進行修理時，此時建議將集熱器表面遮蓋起來以避免過熱 。修理之方式必須能有效預防熱傳流體沸騰，且系統須儘快予以填滿。 若是因為洩漏導致液體量的損失時，必須補充與原先相同之熱傳流體。 若是損失係因為水分蒸發所造成 ，只要流體供應商並未做出其他規定，則可以加入普通水來補充。 4.3.3 年度檢查 對於安裝之年度檢查必須由合格 人員來進行。在這些檢查中，須進行下列作業： 檢查液位； 檢查空氣排出口； 取得熱傳流體樣本，以便檢查其： (a) pH値； (b) 結凍點； (c) 鹼儲量 (alkaline reserve)； (d) 懸浮之微量金屬。 對於鋁質吸收器，建議流體在使用兩年後即予更換

12、。 5 CNS 15126, K 8030 表 1 閉路系統之材料 /流體組合 水性流體 (有或無添加乙二醇 ) 管道與接頭材料 吸收器材料 未經處理 添加 抑制劑 流速 m/s pH 溫度 有機流體銅 鋼 鍍鋅鋼 聚合物鋁 無 Cu2+無 Fe2+無 Cl 1.22 5 9 無 H2O (1) (2),(7) 鍍鋅鋼 8 12(6) 55無 H2O (2),(7) 鋼 1.83 8 12無 H2O (2),(7) 不鏽鋼 (3) Cl 50ppm(3) Cl 50ppm (2),(7) 銅 無 NH4+ 1.22 (2),(7) 聚合物 (4) (5) (2),(7) 圖示： 可接受狀況 (

13、若指出之任何限制均被遵守時 ) 有需要特別研究或試驗 不可接受狀況 (1) 避免在接頭之直接接觸，使用適合之抑制劑。 (2) 對於集熱器之輸出接頭，將集熱器之滯留溫度納入考量。(3) 不鏽鋼之等級需要可以抵抗所有腐蝕，須對銲接區域特別注意。 (4) 聚合物之最高使用溫度必須超過集熱器之滯留溫度。 (5) 檢查吸收器與流體之間的化學相容性。 (6) 此狀況有效地排除鍍鋅鋼。 (7) 使用之聚合物須能避免氧氣擴散。 備考： “無 XXX”，代表 XXX之數量不應被一般實驗室分析設備所偵測得。 6 CNS 15126, K 8030 表 2 開放系統之材料 /流體組合 水性流體 (有或無添加乙二醇

14、) 管道與接頭材料 吸收器材料 可飲 用水 未經 處理 添加抑 制劑 速度 m/s pH 溫度 有機流體銅 鋼 鍍鋅鋼 聚 合 物 鋁 無 Cu2+無 Fe2+無 Cl- 1.22 5 9 無 H2O (1) (2)鍍鋅鋼 無 Cu2+ 8 12(6) 55無 H2O (2)鋼 1.83 8 12無 H2O (2)不鏽鋼 (3),(7) Cl- 50ppm(3) Cl- 150ppm (3) Cl- 50ppm (2)銅 Cl- 100ppm SO42- 150ppm 無 NH4+Cl- 100ppm SO42- 150ppm 無 NH4+ 1.22 5 (2)聚合物 (4) (5) (2)圖

15、示： 可接受狀況 (若指出之任何限制均被遵守時 )有需要特別研究或試驗 不可接受狀況 (1) 避免在接頭之直接接觸，使用適合之抑制劑。 (2) 對於集熱器之輸出接頭，將集熱器之滯留溫度納入考量。 (3) 不鏽鋼之等級需要可以抵抗所有腐蝕，須對銲接區域特別注意。 (4) 聚合物之最高使用溫度必須超過集熱器之滯留溫度。 (5) 檢查吸收器與流體之間的化學相容性。 (6) 此狀況有效地排除鍍鋅鋼。 (7) 檢查安全及衛生規定。 備考： “無 XXX”，代表 XXX之數量不應被一般實驗室分析設備所偵測得。 7 CNS 15126, K 8030 附錄 A 參考文獻 1 National Bureau

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23、 metals and alloys Determination of dezincification resistance of brass. 8 CNS 15126, K 8030 引用標準： CNS 14812 金屬及合金之腐蝕黃銅耐脫鋅測定法 相對應國際標準： ISO/TR 10217： 1989 Solar energy Water heating systems Guide to material section with regard to internal corrosion 參考資料： ASTM E745： 2003 Standard practice for simulated service testing for corrosion of metallic containment materials for use with heat-transfer fluids in solar heating and cooling systems