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1、中央空调系统水处理技术研究摘要： 中央空调循环水系统一般分为三局部，即循环水系统、冷冻水系统、采暖水系统，本文详细论述了这三种水系统，不同的水系统存在的问题及解决的方法。 关键词： 冷却水系统 采暖水系统 冷冻水系统 化学水处理一、概述中央空调循环水系统一般分为三局部，即循环水系统、冷冻水系统、采暖水系统。循环冷却水多为开式，冷冻水与采暖水为封闭式；目前，高层建筑或封闭式厂方的冷冻水与采暖水多为同一系统，在夏季走冷冻水，在冬季走采暖水。这三套循环水系统各有特点，但存在同一问题：结垢、腐蚀和生物粘泥，如不进行适当的处理，势必会引起管道堵塞，腐蚀泄漏、传热效率大为降低等一系列问题，影响整个空调系统
2、的正常工作。多年来，我们对中央空调用水情况作了广泛的调查，综合起来看现中央空调水系统的用水分为三类，即未经过任何处理的自来水、软化水和去离子水。水中对设备主要产生影响的因素分别为碱度、PH值、Cl-、氧含量等。自来水因地区不同而水质变化较大，在水的循环过程中，硬度和碱度是造成结垢的主要因素，而Cl-、低PH值、溶解氧是造成腐蚀的罪魁祸首。在自来水中这两种危害同时存在，只是由于水质差异，危害的主副性有所区别；相对腐蚀而言，结垢性离子Ca2+、Mg2+、碱度为保护性离子，软化水正是由于去除了这些离子，增加了Na+、Cl-等腐蚀性离子，从而加重了设备的腐蚀，所以说软化水虽然防止了结垢问题，却加重了腐
3、蚀，这种现象会随着时间推移而显露出来。如大港开发区某空调系统一年就出现腐蚀穿孔现象，可见软化水腐蚀性的强弱。去离子水相对地说即去除了结垢因素，也去除了腐蚀因素，但实际上并非如此，同样，去离子水中虽然不存在结垢性离子和腐蚀性离子，但却并未除去水中的溶解氧，初始时，腐蚀速度较慢，有一个逐渐加速过程，最终会导致同前两种水一样的红水现象封闭式系统。空调水处理的必要性主要有以下三点，其一是延长管线和设备的使用寿命。如果在主要管线和设备上发生的泄露时，或在敷设管道上发生了泄露时，更换维修，不但要花费较大的费用，而且，在实施时存在着许多困难。空调系统水处理的必要性就在于使管线和设备到达设计的使用寿命。下表中
4、数据可说明水处理的重要性；其二是节能。当结垢和腐蚀产生锈垢堆积物，都会导致传热效率下降，为到达设定效果，必须加大能量消耗同时还会造成缩短设备的使用寿命。在敞开式循环水系统中，采用水处理技术还会节省大量的补充水；其三是创造稳定舒适的工作和生活环境，保证中央空调系统稳定正常运行。表 设备使用寿命单位：年 设备器材预防处理事后处理实际使用年限给水管白钢管扬水泵潜水泵冷冻机涡轮式冷却塔空调机包装型注：1：预防处理是指为预防危害发生而进行水处理；事后处理是指危害发生后进行水处理；实际使用年限指设备破旧而更换的时间。2：本数据来自日本“建筑业协会统计，而中国还未有有关统计数据。二、中央空调循环冷却水处理中
5、央空调循环冷却水根本使用自来水。多年来，由于水系统结垢和腐蚀造成机组功能下降、使用寿命降低、能耗增加，业主长期处于设备、管线维修的局面。为改变这种状况，水磁化器被引入中央空调水系统。实践证明，使用这种设备处理能力有限，不成功的报导很多。上世纪80年代中期在工业的冷冻水系统引入工业循环冷却水处理技术后非常成功，这就是循环冷却水化学水处理技术。该技术是向水中投加水质稳定剂包括分散剂、阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂等。是通过化学方法，使水中结垢型离子稳定在水中，其原理是通过螫合、络合和吸附分散作用，使Ca2+、Mg2+稳定地溶于水中，并对氧化铁、二氧化硅等胶体也有良好的分散作用，本法是目前空调水处理使用最为
6、普遍的一种方法，也是在工业循环水处理中应用面最广、技术最成熟的一种方法，实践证明是有效而经济的方法。过去使用以聚磷酸盐为主体的缓蚀剂，但是，如果冷却水系统在水高浓缩倍数下进行，由于磷酸盐会大量的附着在金属的外表上，反而引起结垢的危害，并且，聚磷酸盐会水解生成正磷酸盐，生成磷酸盐垢。后有磷酸盐和聚合物类阻垢剂的复合药剂，即使冷却水被高度浓缩，仍能充分发挥缓蚀和阻垢效果。最近几年来新的合成药剂不断出现，效果越来越好，具体的使用与水质条件有关，浓度一般为100ppm左右。加药剂处理后的有关国标：污垢热阻4.010-4mk/s粘泥是水中藻类和细菌类增殖后，与从大气中洗涤出的灰尘等杂质构成的具有粘着性的
7、软泥质的物质，这些粘泥物在管壁会影响水的流速、流量，附着在换热器管壁就要影响热交换能力，另外还会造成微生物对金属器壁的腐蚀，所以必须进行杀菌，粘泥抑制剂一般使用杀生剂。通常，杀生剂为氧化型与非氧化型杀生剂轮流交替使用，以防菌藻产生抗体。由于空调水系统多处于闹市区人员集中，杀生剂使用要求较高，首先无味并对人体无毒且杀菌效果好，如氯气就不能在空调系统中使用。3.1 浓缩倍数管理对空调循环冷却水系统来说，贮水量相对循环量的数值太小，因为空调冷却水设备的运行负荷往往变动较大，外界环境变化也大如昼夜温差、湿度等，即使进行一定的强制排污，冷却水的浓缩倍数仍在变化，甚至变化较大。所以现场控制难度较大，因此，
8、在水处理时，为了使冷却水的水质维持一定的范围内，需要建立自动浓缩和加药管理系统。由于水浓缩时，水中的各种离子随之浓缩，而电导正是反响水中离子浓度多少的数值，浓缩倍数与电导的增长根本上成正比，当水浓缩一倍时，电导浓缩0.930.98倍，所以一般采用浓缩倍数为3时水的对应电导率作为控制值，电导仪与电磁阀相联，同时与自动计量泵相联，当水浓缩倍数过高时，那么电磁阀启动进行排污，同时加药泵启动，补入相应的被排污水带走的药量，这一套自动系统根据条件不同而需费用为25万元不等，所以很快被用户迅速接受。自动化的采用，使空调冷却水循环系统管理大为简化，实现了现场无人操作，只需每月进行一次或两次取样分析，适当调整
9、控制条件，使现场操作准确无误，为进行化学水处理提供了很好的条件。3.2 药剂浓度的管理：平时，水处理药剂假设不维持在一定浓度上，那么不能充分发挥效应。而过量加药造成经济上的浪费，因此，加药要及时适量。目前，空调水系统加药一般分为两类，一是采用自动加药装置；二是根据计算量而采用连续滴加方式，这种方式也可保证水中药量浓度在有效范围内。3.3 日常监测最重要的水质管理是掌握补水和冷却水的水质，而且要把防患于未然的对策作为根本措施。但由于空调水系统一般现场不具备分析条件，一般都委托有关单位进行分析，由于采用自动化管理，所以监测分析可半月或每月进行一次，以便发现问题及时调整。腐蚀监测，采用现场挂标准试片
10、，每月或两月测定一次。三、冷冻水处理冷冻水是只通过制冷机使其温度下降后再流向冷却工艺的循环水，主要用于中央空调和工厂中需低温冷却的系统。就冷却系统的构成而言，冷冻水分为密闭式和非密闭式，非密闭式又分为局部敞开式和喷淋式两种类型。中央空调冷冻水系统多为密闭式；工厂中冷冻水系统多为敞开式，如天津大沽化工厂某分厂7水；带有喷淋装置的冷冻水系统主要见于需进行空气洗涤和控制空气湿度的地方，如纺织厂、电子元器件制造车间等。上述几种不同形式的冷冻水系统，有着许多共同的特点。与一般循环冷却水相比拟有以下几个特点：1.l 浓缩倍数根本保持不变。密闭式冷冻水系统在循环过程中，由于不与空气接触，没有蒸发，所以水量根
11、本上没有损失。局部敞开式冷冻水系统仅是冷水池敞口局部暴露于空气之中，与空气之间的交换量很少，可以忽略不计，故在循环过程中几乎没有水量损失。带有喷淋装置的冷冻水系统，夏季在循环过程中有特殊的吸湿现象，即在循环过程中没有水量损失，反而因空气中的水蒸气进入系统而使系统中的离子浓度低于补充水。由于这种现象在某些地区引起冷冻水变化较大，也是药量损失的主要因素，应引起重视，采取相应措施。而在冬季由于对空气起增湿作用冷冻水有一定的浓缩。l.2 水温比拟低，一般在1到20之间变化，大多数在6到12之间。1.3 水处理药剂为一次性投入，为了保证药剂的有效性，在指定的周期内排污换药。1.4 冷冻水对设备的危害主要
12、是腐蚀，常因腐蚀原因出现红水现象。1.5 一般来说，贮水量与循环水量要小些。冷冻水系统因其水量根本保持不变，水中钙、镁离子不因循环而增加，所以结垢趋势并不严重。系统主要存在的问题为溶解氧腐蚀，碳钢在水中由于形成微电池而引起腐蚀。腐蚀反响的过程可表示为：阳极反响FeFe2+2e阴极反响1/2O2H2O2e20H-在水中Fe2+20H-Fe(OH)2氢氧化亚铁极易氧化成红棕色的铁锈，这是冷冻水出现红水的主要原因。在敞开式和喷淋式系统中，由于系统局部暴露于空气中或与空气直接接触，系统中溶解氧的含量比拟充足；在密闭式冷冻水系统中，溶解氧会因腐蚀的发生而迅速消耗，变的不充分。但这些系统仍会有少量的溶解氧
13、存在，主要是通过阀门、管接头、泵的压垫漏进来的。此外，冷冻水系统虽然补充水很少，但溶解氧也会随着补充水的参加而带入系统中。所以溶解氧是造成冷冻水系统腐蚀的主要原因。伴随着氧化铁的腐蚀机理，另一种腐蚀循环反响也同时发生。1/2Fe3+Fe23Fe2+Fe2+1/2O2Fe3+这是去离子水或软化水腐蚀的主要原因，一旦形成腐蚀反响，还有一个加速过程而这种腐蚀在氧的存在下是一个往复连锁反响。这是因为钙、镁、碱度对腐蚀而言为保护性离子，而软化水与去离子水正是去除了这些离子，所以在某些用户出现设备一年就穿孔腐蚀现象，从水处理方面讲，密封式系统严禁使用去离子水或软化水。另外Cl-等腐蚀性离子也参加了反响且腐
14、蚀因素较多，这里不一表达。未经加药处理的冷冻水系统腐蚀严重。根据冷冻水上述的主要腐蚀原因，分别对铬酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钼酸盐、锌盐及有机酸、硫脲、硫醇、唑啉等药剂进行比照实验，因其中铬酸盐严重污染环境、亚硝酸钠的致癌原因而弃置不用。我们以天津自来水为实验用水数据见表1，采用挂片法，对单一及复配药剂进行一系列腐蚀实验，根据结果及实践经验，筛选出具代表性的几种复配药剂，试验数据见表2。从表2结果看出，磷系、硅系、钼系三类复配药剂在缓蚀方面均取得了良好的效果，挂片腐蚀率远远低于国家标准。硅系复配药剂虽然效果好、价格廉价，但因易生成硅垢且不易去除，使用时慎重。钼系复配药剂缓蚀效果好，且冷冻
15、水中药量损失不大，经济上可以接受。我们又以相同的配方对四川某厂冷冻水进行比照实验，其结果与上述一致。磷系与钼系药剂相比，钼系主要以吸附膜、沉淀膜原理缓蚀，其效果可以使碳钢腐蚀率小到几乎测不出来，其缺点就是用量较大，复配药剂用量大于2000ppm，本钱较高；而磷系药剂主要参加除氧剂等多种形式进行缓蚀，用量较小，一般为500ppm左右，本钱低些，但效果不如钼系配方。近几年，国家工业水处理工程技术研究中心，针对冷冻水和采暖水系统的特点，开发出一种新型的低钼药剂TS52706，用量为100500ppm，碳钢腐蚀率几乎为零，其阻垢环蚀效果非常优秀，专门适用于密闭系统。表试验用水天津自来水 PH电导率20uscm-1320Cl-mgL-1M碱mmolL1Ca2+mgL-1Mg2+mgL-1SO42mgL1表 2 编号配方挂片预膜腐蚀率/mma-1现象1磷系复配药剂碳钢1有外表轻微腐蚀碳钢2无外表少量腐蚀不锈钢无未检出光亮
