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中央空调循环水系统腐蚀分析与对策

2019-12-10 09:25:08浏览:10 来源:清洗联盟   

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中央空调循环水系统腐蚀分析与对策

摘要:论述了污垢及腐蚀对中央空调系统的影响,并介绍了管道污染生成的机理及其产生的影响,从清洗、预膜、定期水质检测调整等方面,阐述了循环水处理的具体对策,有利于中央空调系统的正常运行。

关键词:中央空调系统循环水清洗

中央空调系统具有投资成本低、安全可靠、容易管理控制、节约能耗等优点,因此被广泛的应用在各种高楼大厦中。中央空调系统主要由冷却水系统和冷()媒水系统两部分组成,在这两大循环水系统的长时间运行下,中央空调系统的各种管道会受到不同程度的污染,其中结垢和腐蚀是最常见的现象。它们会使中央空调系统的工作效率急速下降,同时伴随着超额的能量消耗,而且结垢和腐蚀会导致中央空调系统的不正常运行,减少受损设备的使用期限。本文主要是针对这些问题,对结垢和腐蚀现象从机理层面进行解释,然后根据机理分析提出应对措施。

1、污垢及腐蚀对中央空调系统的影响

1.1设备使用期限减少,维修经费增加

中央空调循环水系统及其设备都有一定的使用寿命,容易受到一些因素的影响,尤其是结垢和腐蚀。当中央空调循环水系统发生轻微的结垢时,会造成管路堵塞,增加维修费用;当中央空调循环水系统结垢已久甚至发生腐蚀现象时,则会造成管道渗漏、泄露以及设备穿孔等现象,使系统运行瘫痪,需更换管道设备,使人力物力大大增加。

1.2运行效率降低,能量消耗增加

运行效率是表征中央空调系统主要性能指标之一,而运行效率的高低主要体现在导热的快慢。物体的导热量受到很多因素的影响,有环境温差、导热厚度、导热系数等。不同的物体有不同的导热系数,中央空调的循环水系统中的管道材质主要有碳钢和紫铜两种,其导热系数分别为48W/(m·K)380W/(m·K),引起管道结垢的碳酸盐垢和油脂层的导热系数则较小,分别为0.58W/(m·K)0.117W/(m·K),仅占碳钢导热系数的1.21%0.24%、紫铜导热系数的0.15%0.03%,从而导热效率下降。导热量的大小还与壁厚成反比,故随着结垢厚度的增加,热交换效率下降,若要维持热交换量,则需要增加耗电量,造成能源的消耗。


2、管道污染生成的机理原因及其产生的影响

中央空调的循环水系统主要包括冷却水系统和冷冻(采暖)水中央空调循环水处理系统两部分,系统中流动的绝大部分来自城市给水厂,水中含有各种阴阳离子,主要有Ca2+Mg2+K+HCO-3Cl-SO24-PO34-等,且也会存在着粒径不大于0.17mm的悬浮颗粒物质。这些阴阳离子浓度的变化就是引起中央空调循环水系统运行过程中结垢、腐蚀、微生物影响等问题产生的主要根源。

2.1结垢在中央空调循环水系统中补充水带入的难溶或微溶盐会影响管道内水的流动,当高浓度的难溶或微溶盐补入时,就更容易发生结垢现象,尤其是在管道中流速缓慢的位置。而且在中央空调的冷却水系统中,水中难溶盐或微溶盐的含量会随着其浓缩倍数的升高而提高,水温和其与管壁的温差变化则是引起水的浓缩蒸发的主要原因。

循环水系统中含有很多不稳定的盐类在传热过程中容易分解,比如碳酸氢盐的分解反应如下:Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O此反应中的沉淀物CaCO3会沉积在管道内壁或换热器的传热面上,产生的气体CO2则会在中央空调循环的敞开的部分从水中逸出,进而导致水的pH值升高,形成碱性环境,发生以下反应:Ca(HCO3)2+2OH-→CaCO3↓+2H2O+CO23-Ca2++CO2-3→CaCO3↓产生的这些水垢有着较低的导热性能,这对中央空调系统中的换热器的传热效率及各种设备的稳定运行产生严重的影响,首先会使能量消耗明显增加,如果结垢处数量繁多且垢点较厚,则会造成管路堵塞,使中央空调系统的流量减小,管路运行压力不正常,以至于最后导致系统瘫痪,无法运行。

2.2腐蚀

由于中央空调循环系统中的各管道及设备的构成材质主要是碳钢、铜等,所以腐蚀现象尤其是电化学腐蚀是不可避免的。这些金属材质表面凹凸不平,容易形成电池。当碳钢与含有溶解氧的循环水接触后,一些微小的腐蚀电池就会在碳钢表面形成,主要发生氧化还原反应,如下:阳极反应:Fe→Fe2++2e;阴极反应:O2+2H2O+4e→4OH-;在循环水中:Fe2++2OH-→Fe(OH)2。若是水中溶解氧含量多,白色沉淀物Fe(OH)2中的Fe2+极易被氧化为Fe3+,故而生成红棕色的铁锈,即Fe2O3的水合物。沉淀物的生成会加速阳极反应的进行,使Fe不断的溶解为Fe2+,使Fe腐蚀,同时水中的溶解氧会富集在阴极表面,影响金属表面保护膜的性能,使腐蚀加速。

2.3微生物影响

中央空调循环水系统中的微生物主要是指滋生的细菌、真菌、藻类等物质,它们对循环水系统的影响也是不可忽视的,因为它们不仅会促进污垢的沉淀,还会加速腐蚀,阻碍正常运行。在中央空调敞开的冷却水系统中,经常看到喷淋式冷却塔的表面和布水管的内壁上布满了含有微生物群体的绿藻、灰色粘泥及其生长代谢产生的分泌物的胶状物,这是因为系统中适宜的温度和喷淋过程中溶入的氧气为微生物的生长提供了有利的条件,以致其大量繁殖。

这些粘泥等物质在水的循环下附着在系统的各金属部件的表面上,加速了结垢的形成,导致系统水流量因管路堵塞而减少,热交换速率下降,能量消耗增加。同时管路的腐蚀与微生物的滋生也有一定的相关性,这是因为水中微生物的代谢产物和分泌的粘液与循环水系统中的水垢、杂质结合在一起形成较大的污垢附着在金属表面,水中含有的一些厌氧菌在缺氧的条件下就会发生反应,如世代时间短的硫酸盐还原菌,它们通过分解水中的硫酸盐,来引起金属腐蚀:SO-+8H++8e→S2-+4H2O+能量Fe2++S2-→FeS↓我们经常看到的设备表面或管道壁上有一些外表坚硬但内部疏散多孔的锈瘤,若不及时清理,面积会越来越大。

其产生原因则是铁细菌的繁殖,它氧化释放的能量有助于细菌的生存,其反应如下:4FeCO3+O2+6H2O→4Fe(OH)3+4CO2+能量还有补充水的水质也是影响系统运行原因之一。如果补充水浊度较高,含有微小泥沙或胶状物质以及灭藻灭菌不及时等都会产生结垢,随着污垢体积的增大,为微生物的生长繁殖提供适宜的条件,进而引起腐蚀。

以上这些现象,对中央空调水循环系统都有严重的影响,系统中的设备和管道会由于腐蚀穿孔,导致渗漏、泄露,最后造成系统瘫痪,无法运行。

3、循环水问题应对措施

在循环水系统中,控制其中的水质和适当的处理对解决循环系统中腐蚀和沉淀物带来的危害及其所产生的后果有很大的帮助。目前解决措施主要分为物理除垢和化学除垢,其中物理除垢则是靠静电和磁化,在小型系统中应用比较多,缺点是没有形成系统的使用技术,效果甚微;而化学除垢相对来说有比较系统的处理方法,技术比较成熟有效,被应用在较多的中央空调循环水系统中,具体步骤如下。

3.1清洗

清洗是化学除垢的第一步,即通过物理水冲和化学药冲来清除管道中的污垢和沉积物,将物理冲洗和化学清洗结合起来,以此使管道保持流畅,系统正常运行。清洗的具体过程如下:

1)物理冲洗。在一定的压力下,用水将中央空调系统管路中的淤泥和杂物冲洗掉,但是由于淤泥或油垢的粘滞性,会保留部分残渣物。

2) 化学清洗。在中央空调循环水系统中加入一些药剂,如表面活性剂和阻垢分散剂等,在这些药剂的作用下,管道中物理冲洗后残留的污垢油垢与管壁的结合力、附着力降低,导致垢层软化,从而剥离得以去除。

3)当使用表面活性剂之后,若有大量泡沫产生,则需加入消泡剂。液体石蜡和硬脂酸类的消泡剂是中央空调系统中常用的,用量可以根据现场实际情况调整,一般使用浓度为3mg/L5mg/L

4)检测离子浓度。循环水系统的浊度、铁离子或钙离子含量在化学清洗开始后会有所增加,为避免造成不良后果应随时监测。清洗24h48h后,当浑浊度、铁离子或钙离子含量增长缓慢并趋于稳定时,即可停止清洗。当完成清洗时,则需要通过不断的排水补水进行系统置换。最后当浊度达到标准时,实行下一步骤。

3.2预膜

预膜是对清洗进行进一步巩固,为了防止初腐蚀的产生,在清洗后,往中央空调系统中投加足够的缓蚀剂,以在金属表面形成保护膜。聚磷酸盐是常用缓蚀剂中的主要物质,其负离子与水中溶解的钙离子反应形成胶状带正电荷的络合物,然后在金属表面与Fe2+继续络合形成聚磷酸钙沉淀膜,锌离子利用其成膜快的特点能与其他缓蚀剂生成密实耐久的保护膜,使金属表面与水中的DOH+等腐蚀性物质隔离开来,达到阻止腐蚀的目的。不同的缓蚀剂有不同的投加量,常用的缓蚀剂如硫酸锌(10mg/L40mg/L)和六偏磷酸钠(60mg/L150mg/L)的复合配方,一般配比为1∶4

此外,为了达到预膜的效果,还应控制预膜的条件:

1)pH值与膜的致密性和结合力有关,宜为5.56.5,过高或过低都会产生负影响;

2)温度对预膜时间很重要,在25℃50℃为佳,在此温度范围内,预膜时间一般为24h48h;

3)水的流速是另一重要因素,要求在1.0m/s2.5m/s范围内,太慢会导致污垢沉积,太快则对成膜不利;

4)因为高浊度会使膜松散,抗腐蚀性差,故浊度一般要求小于10mg/L;

5)钙离子含量大于100mg/L,当水中Ca2+(CaCO3)含量为250mg/L500mg/L时预膜效果较好。预膜后,缓蚀剂的投加量需减少,保证能够补充运行中损坏的膜即可。

3.3定期水质检测调整

循环水系统要想达到良好的运行效果,除了清洗、预膜,在日常生活中,严格的管理方法也是必不可少的。在系统运行过程中,许多指标都会不断变化,比如蒸发水量、补充水量及排污水量等。这些变化则会影响水质的成分和化学平衡,为解决这些问题,应该1周~2周对系统进行检测一次,及时补充消耗的化学药剂和水,使其水质控制在指标范围内,从而使运行效果得到良好的改善。目前,在中央空调系统循环水的处理中,清洗、预膜和定期水质监测是相对完善的处理流程,尤其是高效、简易、低成本的预膜技术在未来的发展中将占有重要的地位。

4、结语

中央空调系统循环水的水质在科学的处理后得到改善,水质指标控制在有效范围内,可以保证系统的正常运行,防止结垢和腐蚀现象的产生,从而消除了对系统造成的危害,使系统设备能够在高效节能的状态下运行。而且通过处理后,系统的热传递速率大大提高,同时电能或燃料的消耗得到减少,做到了资源化,能源化,还可以减少系统排污,更符合绿色科技。

因此,对中央空调系统循环水腐蚀进行科学的分析并进行有效的处理在各方面都能够产生良好的经济效益和社会效益。

 

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