中央空调循环水系统腐蚀问题的解决措施

2022-08-10徐盘灵

大科技 2022年32期

徐盘灵

［合肥工业大学设计院（集团）有限公司，安徽合肥 230000］

0 引言

中央空调系统因其自身节能性和舒适性等优势已广泛应用于高档办公楼、商业综合体、星级酒店、大型医院等场所。在实际运行过程中，中央空调系统依托于冷却水系统和冷（热）水系统两大循环水系统进行工作，空调循环水系统腐蚀问题也主要存在于这两个系统当中。冷却水系统主要是由机组冷凝器、冷却水管道、冷却水泵、冷却塔等设备组成的一个开式冷却水循环管路，冷（热）水系统主要是由机组蒸发器、冷（热）水管道、冷（热）水泵、末端空调等设备组成的一个完整的封闭式冷（热）水循环管路。

空调冷水循环管路由于是封闭系统，随着空调水的反复循环使用，腐蚀现象较多。空调热水的供/回水温度一般为60/50°C，已达到结垢水温，当自来水的硬度较高时，空调系统的补水就要经过化学软化处理，循环水系统同时要进行阻垢处理，否则结垢、腐蚀现象会非常明显，具体表现为换热效率的下降、机组供热能力不足等方面。一般来说，冷却水系统的腐蚀问题比冷（热）水系统严重的多[1]。

1 中央空调循环水质问题

1.1 产生原因

中央空调水系统在使用过程中，其水质不可避免的会发生成分变化。中央空调水系统的用水除去本身循环水之外，还需要进行实时补水，补水水源一般为市政水。自来水水质因地而异，但是水中普遍含有钙离子、镁离子、氯离子、硫酸盐离子、磷酸盐离子、溶解氧、微生物等，矿物质离子和高pH 会造成设备及管道的结垢，阴性离子、溶解氧、低pH 是会导致设备及管道的腐蚀。

1.1.1 结垢及沉积

溶于水中的Ca 及CO2会形成可溶性的Ca（HCO3）2，而Ca（HCO3）2经加热或碱反映会形成CaCO3。溶解在水中的其他物质也存在类似反应，水里离子等盐类浓度逐渐增大，水溶性成分过饱和时都会形成水垢，水垢附着在冷凝换热器管束表面形成垢层，降低传热效率。经数据统计显示，水垢厚度增加1.3mm 时，系统增加的能耗超过17%。

1.1.2 金属电化学反映引起的腐蚀

由于空调水系统中的设备及管道材质主要为铜、钢及合金，活泼性较强的金属元素较多，这些金属外表面吸附空气中的水分形成水膜，空气中的可溶性气体（如氧气、二氧化碳等气体）溶解在这层水膜中，形成电解质溶液。在阳极区铁被氧化成亚铁离子，在阴极区，溶解在水膜中的氧被还原为阴离子，两者结合再经过各种反应形成了疏松多孔易脱落的锈渣。

1.1.3 阴性离子引起的腐蚀

空调循环水在浓缩过程中，各种盐类的浓度相应增加，当氯离子、硫酸盐离子、磷酸盐离子浓度较高时，会降低管道设备表面保护膜的防腐性能。尤其是氯离子，其半径小穿透性强，能破坏碳钢、不锈钢及合金表面的钝化膜，引起金属的点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂，进而造成对管道及设备的腐蚀。研究的结果表明，在充分充气循环水中，当氯离子浓度从0 增加到200mg/L 时，碳钢单位面积上的蚀孔数随着氯离子浓度的增加而增加，当氯离子浓度增加到500mg/L 时，碳钢表面上除了有孔蚀外，还将有溃疡腐蚀。

1.1.4 溶解氧引起的腐蚀

溶解氧是钢腐蚀的一个重要因素，存在于管路中的空气，会在水流中形成气泡在水循环系统中高速运转，尽管该系水统中安装有高位排气装置，但实际使用中很难将这些微小的气泡排出。氧气是一种去极化剂，一般水中的含氧量越高，钢铁腐蚀就越严重，碳钢在纯水中的腐蚀速度可达0.045mm/a，当水中含氧量处于饱和状态时，碳钢在含盐高的水中将出现局部腐蚀现象，腐蚀速度大大加快，可达3～5mm/a[2]。

1.1.5 微生物

微生物广泛存在，主要分为真菌、细菌及藻类。空调水系统特别是冷却水系统，由于冷却塔喷淋时与外界空气交换以及冷却水系统持续的自来水补水，再加上其舒适的水温（设计一般为32～37°C），充沛的水量和淤泥等环境，必然会有微生物滋生于其中。微生物中藻类在太阳照射下与水中的碳源光合作用，会增加水中溶解氧含量。微生物中的厌氧性细菌可以在没有氧的条件下生存繁殖，其新陈代谢产生的酸性物质能够加剧对黑色金属的腐蚀。酸盐还原细菌甚至可在60℃的温度和没有氧的条件下生存繁殖，将硫酸盐还原为硫化氢等物质，而硫化氢是腐蚀黄铜部件的主要因素。微生物本身繁殖会分泌出大量粘液，与水中杂志黏结形成粘泥。

1.1.6 其他原因

其他原因还有其他引起腐蚀的影响因素，例如pH、温度、水流速等。

1.2 中央空调循环水质问题的危害

水垢、腐蚀和粘泥等这三者不是孤立的，是互相有联系和影响的，如粘泥往往伴随着腐蚀，而水垢和粘泥也容易聚集在一起，加重管道堵塞和设备腐蚀。

1.2.1 设备管道水垢附着

据统计，全国重水垢区域占比为85%，水垢是比较常见的问题。由于水垢的导热系数只有钢材的1/30～1/50，水垢附着在换热管束上会降低传热效率，影响空调效果，同时使受热面壁温升高压力加大，电机负荷加大，容易造成安全事故。

1.2.2 使系统水循环量减少

粘泥、水垢堆积在设备管道或换热器管束表面，将堵塞循环水通道，减缓空调循环水的流动，空调循环水水量减少，空调系统热交换效率进一步降低。

1.2.3 腐蚀设备和管道

空调水系统的循环水管道及设备内壁因腐蚀造成铁锈，会使空调换热设备及管道的使用寿命严重缩短。脱落的锈渣随循环水在管道设备中流动，必然会堵塞换热盘管，大大降低设备换热效果，一旦腐蚀穿孔，就会造成严重的设备损害事故。

2 解决措施

为了延长管道设备的使用寿命，提高空调设备热交换效率，降低空调系统的能耗，就必须对中央空调循环水系统进行防腐除垢处理，以避免换热设备表面结垢，减缓空调管道设备的腐蚀速率，抑制循环中微生物的繁衍，切实保证空调系统节能安全高效运行。

2.1 水质标准

依据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736—2012）第8.5.19 条规定，空调冷热水的水质应符合国家现行相关标准规定；第8.6.4 条规定，应设置保证冷却水系统水质的水处理装置，中央空调循环水需进行水处理。随着中央空调设备的大规模推广及使用，空调水系统水处理问题也日益严峻。随着《采暖空调系统水质标准》（GB/T 29044—2012）和《工业循环冷却水处理设计规范》（GB/T 50050—2017）的颁布实施，中央空调循环水系统的处理和运行管理有了统一的标准。各中央空调循环水水质应满足表1～表3 的要求。

表1 集中空调间接供冷开式循环冷却水系统水质要求

表2 集中空调循环冷水系统水质要求

表3 集中空调热水水质要求

2.2 处理方法

随着水处理需求的增大，市场上出现了很多的专业水处理公司，不过根据空调循环水处理方法分类，主要分为物理处理方法和化学处理方法。

2.2.1 物理处理方法

物理处理方法主要包括静电处理法、高频电子法、磁化处理法。物理处理方法主要用在冷冻水系统中，往往也作为辅助措施用在冷冻水系统和空调热水系统中，其主要处理设备为：电子式水处理器，包括全程综合水处理器、多功能电子水处理器、广谱感应水处理器、过滤性射频水处理器，以及旁流水处理器、反冲洗过滤器、全自动过滤器、Y 型过滤器、T 型过滤器、管壳式冷凝器胶球自动在线清洗装置、真空及热力除氧装置等[3]。

在实际运用中，可在空调循环水供回水干管安装全程水处理器，在水泵、机组入口处安装Y 型过滤器，在供热系统中设置除氧装置，在空调制冷机组冷凝器端部设置管壳式冷凝器胶球自动在线清洗装置。

2.2.2 化学处理方法

化学处理方法主要包括pH 调节法、软化水处理法、化学水处理法等。化学处理方法主要用在冷却水系统、空调热水系统中，通常也作为辅助措施用在冷冻水系统中，化学处理方法的处理设备往往为物理-化学类综合处理设备。主要为离子交换器，包括全自动钠离子交换器、混合离子交换器、阳阴离子交换器，以及加药装置、海绵铁除氧器等。

在实际运用中，可在系统补水处设置软化水装置，可在热水锅炉或者热水管网中加入除氧药剂，可在空调循环水系统中设置自动加药装置，可在循环水系统中投加阻垢分散剂、缓蚀剂和杀菌灭藻剂，根据水质和管道设备材质特点，采用适合的水质稳定剂。可制定工艺控制条件，预膜及预膜清洗，并补充药剂修补，维持膜的完整性。

2.2.3 定期水质检测调整

由于水循环系统中使得水分蒸发量和排污量发生变化，为保证水质的控制效果，需进行定期检测，检测项按《采暖空调系统水质标准》（GB/T 29044—2012）相应系统水质要求的检测项来。一般应在2～4 周进行一次全面检测，评定空调水系统腐蚀及结垢情况。检测可采用现场悬挂取样试管或标准试片，每2～4 周测定一次腐蚀及结垢数据，并根据检测结果调整化学药剂的使用量，从而保证水质成分的化学平衡，保障水处理措施的效果。

2.2.4 运行管理

空调主机以及水处理设备管道在非空调季定期进行清洗，清洗关系到设备的使用寿命、能耗和故障率，为保障中央空调系统正常运行为恰当的做法是每年清洗一次。清洗主要为使用前对主要换热设备和管道的清洗。比如对冷冻水、冷却水的清洗，外接水泵加药剂，进行全系统除锈杀菌处理。比如制冷主机清洗，先用物理方法对循环水系统或其设备进行主机通炮处理，然后采用化学药剂清洗设备管道中的沉积物。比如冷却塔清洗，清洗冷却塔应信用清洁剂清洁器表面，再进行漂洗，结束后还要进行预制电膜。比如冷却塔填料清洗，填料上结的水垢可以采用化学清洗方法（利用药剂冲洗）或者物理方法（振动、高压水枪冲洗等）处理，如果结垢过于严重的，则考虑更换填料，冷却塔水槽处则需要把累计产生的杂质杂物清除[4]。

清洗后系统进入维护运行阶段，运行维护时应配备专业人员进行空调系统的运行管理，运行维护时可定期根据水质检测结果加入水质稳定剂，冷冻水系统、空调热水系统每月投药1 次，冷却水系统每周投药1次，排污1 次，南方地区非空调季不排冷却水，可对冷却水系统投加湿保剂，确保管道不腐蚀。