中央空調(diào)循環(huán)水腐蝕分析與現(xiàn)場水處理對策研究

韓敏

（ 上海建工一建集團(tuán)有限公司，上海200437）

隨著社會的不斷發(fā)展，空調(diào)技術(shù)研究不斷進(jìn)步，人們對于辦公環(huán)境、生活環(huán)境、休閑環(huán)境及娛樂環(huán)境有了更高的舒適性追求，掛式空調(diào)機(jī)和柜式空調(diào)機(jī)已逐漸被中央空調(diào)系統(tǒng)所替代。中央空調(diào)系統(tǒng)不僅帶給人們舒適的環(huán)境，同時滿足一些重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)所需工作環(huán)境溫度和濕度的要求，成為了當(dāng)下工業(yè)發(fā)展中不可或缺的一部分。

中央空調(diào)系統(tǒng)因其自身所需的資金投入較少、運(yùn)行安全和可靠、可控制性強(qiáng)、節(jié)能減排等優(yōu)勢已廣泛應(yīng)用于寫字大樓、大型購物中心、政務(wù)和醫(yī)療辦公大樓等場所。在實(shí)際運(yùn)行過程中，中央空調(diào)系統(tǒng)依托于冷卻水系統(tǒng)和冷(熱)媒水系統(tǒng)兩大水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行工作，這兩種系統(tǒng)可保障整個中央空調(diào)系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)，維持設(shè)備的正常運(yùn)行。其中，冷卻水系統(tǒng)主要是由冷卻管道、水泵、蓄水池、水塔等組合成一個完整的敞開式循環(huán)回路，冷(熱)媒水系統(tǒng)主要是由冷凍管道、水泵、空調(diào)機(jī)組、水箱等組合成一個完整的封閉式循環(huán)回路。然而在長期工作運(yùn)行中，兩大水系統(tǒng)易受到不同程度的污染，管道易出現(xiàn)大量的污垢、生銹、堵塞、菌藻類和腐蝕性等情況，造成一定的安全隱患與故障，降低了中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命。本文針對上述問題對水循環(huán)系統(tǒng)中的腐蝕情況進(jìn)行分析，同時歸納總結(jié)現(xiàn)場水處理的相應(yīng)措施。

1 中央空調(diào)循環(huán)水腐蝕的影響與危害

1.1 設(shè)備管道水垢附著。中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)中所供應(yīng)的自來水中，包含有難溶或微溶鹽等物質(zhì)，影響著管道內(nèi)水的流動，當(dāng)水循環(huán)系統(tǒng)中補(bǔ)入的水中含有高濃度的難溶或微溶鹽時，容易導(dǎo)致結(jié)垢的發(fā)生，另外還有大量的有機(jī)物、微生物和泥沙等懸浮物，特別是在管道轉(zhuǎn)角和流速較緩的地方容易造成沉積。同時，在中央空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，補(bǔ)入水中的難溶或微溶鹽的含量隨著濃縮倍數(shù)的升高而不斷提高，造成這種現(xiàn)象的主要原因在于水溫變化和管道內(nèi)壁溫度變化引起的濃縮蒸發(fā)。在整個水循環(huán)系統(tǒng)中，存在著很多不穩(wěn)定性的鹽類引發(fā)的傳熱分解過程，或者在水循環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)水流經(jīng)過換熱器時水溫不斷上升，破壞了水中溶解鹽類的平衡，水垢的分解反應(yīng)如下：

Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O

在這一反應(yīng)過程中CaCO3作為主要沉積物主要附著在換熱器以及管道內(nèi)壁上，而產(chǎn)生的大量二氧化碳?xì)怏w會長期存在于中央空調(diào)內(nèi)部，形成一種堿性環(huán)境，主要反應(yīng)如下：

在上述反應(yīng)中所產(chǎn)生的大量CaCO3會導(dǎo)致?lián)Q熱器的導(dǎo)熱性能開始變?nèi)酰绊懼麄€水循環(huán)系統(tǒng)的工作效率。當(dāng)結(jié)垢達(dá)到一定量后導(dǎo)致整個水循環(huán)系統(tǒng)的功耗明顯增加，但仍無法達(dá)到設(shè)備應(yīng)滿足的效果，造成管道內(nèi)壁的壓力不均勻，最終可能導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

1.2 系統(tǒng)通水量降低。當(dāng)補(bǔ)入水所帶入大量的沉積物附著在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備管路內(nèi)壁或熱交換器表面時，隨時都有可能對管路造成堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，其可降低管道的過水截面積，即降低了熱交換器的換熱效率。

1.3 腐蝕設(shè)備和管道。在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備管路內(nèi)壁由于腐蝕形成銹渣脫落，脫落的銹渣會造成管路堵塞，降低了中央空調(diào)的換熱效果，嚴(yán)重的情況會造成設(shè)備的穿孔和泄露，造成重大的停機(jī)事故，腐蝕還會使得設(shè)備的使用壽命大大減少。

1.4 運(yùn)行成本和檢修強(qiáng)度的增加。由于管路的堵塞造成水流阻力的增大，使得電能消耗的不斷增加，運(yùn)行成本也不斷提高。同時，增加了日產(chǎn)維護(hù)和檢修工作量的增加，縮短了運(yùn)行周期和檢修周期，提高了水處理藥劑使用量并降低了藥劑的效果。

2 中央空調(diào)循環(huán)水腐蝕成因

中央空調(diào)系統(tǒng)主要是由冷卻水系統(tǒng)和冷(熱)媒水系統(tǒng)兩大水循環(huán)系統(tǒng)組成，兩大系統(tǒng)中所采用的管道基本為金屬管道，而現(xiàn)實(shí)中系統(tǒng)中所采用的水大多來自于自來水廠，水中含有豐富的堿性成分和陰陽離子，主要包含有Ca2+，Cl-，K+，HCO3-等，水中還存在大量的懸浮顆粒物質(zhì)且粒徑均不大于0.17mm。由于這些陰陽離子濃度會隨時產(chǎn)生變化，因此是造成中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)腐蝕的主要原因。

2.1 金屬引起的腐蝕。金屬在水中的腐蝕是一種電化學(xué)過程，由于金屬表面凹凸不平，當(dāng)與水接觸時，會在金屬表面形成大量的微小腐蝕電池。在中央空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)中所采用的管道主要材質(zhì)主要是銅和鋼質(zhì)材料等，鋼中的鐵元素形成微陽極，而銅的電位高于鐵元素進(jìn)而會構(gòu)成微陰極，兩者通過電化學(xué)生成腐蝕現(xiàn)象，其整個反應(yīng)如下：

陽極反應(yīng)：Fe-2e-→Fe2+

陰極反應(yīng)：Cu2++2e-→Cu

2.2 溶解氧引起的腐蝕。中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻水系統(tǒng)由水、氣進(jìn)行熱交換，水中的溶解氧濃度始終處于飽和的狀態(tài)，冷(熱)媒水系統(tǒng)由于其管道較為復(fù)雜，當(dāng)進(jìn)行整體清洗時需將管路中的水進(jìn)行全部清空，導(dǎo)致外部的空氣進(jìn)入到管路內(nèi)，當(dāng)再次進(jìn)行補(bǔ)水時管路內(nèi)空氣不一定會完全排出。當(dāng)系統(tǒng)開始工作后，這些存在于管路中的空氣，會在水流中形成氣泡在水循環(huán)系統(tǒng)中高速運(yùn)轉(zhuǎn)，盡管該系統(tǒng)中安裝有排氣系統(tǒng)，但很難將這些微小的氣泡排出，因此使得在進(jìn)水管路入口仍有大量氣體進(jìn)入，并且管路排氣閥在運(yùn)行過程中仍存在不排氣僅吸氣的情況。

以上種種因素造成了冷(熱)媒水系統(tǒng)中的溶解氧長期處于飽和狀態(tài)，在中央空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)中，金屬管路與含有溶解氧的水接觸后，一些微小的腐蝕電池會在金屬表面形成，其主要氧化還原反應(yīng)如下：

陽極反應(yīng)：Fe→Fe2++2e；

陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e→4OH-；

循環(huán)水中：Fe2++2OH-→Fe(OH)2。

以上反應(yīng)中，大量沉淀物的生成會造成陰極的快速反應(yīng)，在溶解氧充足的情況下，F(xiàn)e(OH)2極易生產(chǎn)Fe2O3形成紅色沉淀物，即鐵銹。同時，水質(zhì)中的溶解氧在陰極表面聚集，降低金屬保護(hù)膜的防腐蝕能力，加快了金屬的腐蝕進(jìn)程；在金屬縫隙間容易有水垢、泥沙等沉積物附著在金屬表面，易引起腐蝕情況。尤其是在某些情況下，當(dāng)腐蝕物被覆蓋后，在循環(huán)過程中不易發(fā)現(xiàn)腐蝕情況，未引起人們的重視，當(dāng)腐蝕嚴(yán)重至一定程度后，這些部位很難進(jìn)行清理，因而導(dǎo)致管路破損。

2.3 氯離子引起的腐蝕。氯離子引發(fā)的腐蝕主要體現(xiàn)在縫隙中的腐蝕，在這些縫隙中對金屬進(jìn)行腐蝕，從而引發(fā)周圍的溶液產(chǎn)生過多正電荷，吸引周圍的氯離子集中至縫隙腐蝕電周圍，導(dǎo)致腐蝕電周圍的金屬氯化物濃度過高，即MCl2，隨后改氯化物會進(jìn)行水解形成氫氧化物和鹽酸，其反應(yīng)如下：

MCl2+2H2O→M(OH)2↓+2H++Cl-

鹽酸作為一種強(qiáng)酸溶液，對金屬的腐蝕性極強(qiáng)，能夠溶解多種金屬，中央空調(diào)系統(tǒng)由于采用化合氯進(jìn)行殺菌，導(dǎo)致循環(huán)水中存在的氯離子濃度較高，造成對管路的腐蝕。

2.4 微生物引起的腐蝕。微生物一般指細(xì)菌、真菌等，在水循環(huán)系統(tǒng)中適宜的溫度有助于微生物的大量滋生，導(dǎo)致金屬的腐蝕，這是因?yàn)樵谒h(huán)系統(tǒng)中，微生物排出的沉積物附著在金屬表面，降低了整個系統(tǒng)的功率。長期附著在金屬表面的沉積物形成污垢，在厭氧環(huán)境下形成厭氧菌的大量滋生，其在水中進(jìn)行分解形成硫酸鹽，進(jìn)一步對金屬管路腐蝕，其反應(yīng)如下：

SO42-+8H++8e-→S2-+4H2O+能量

Fe2++S2-→FeS↓

在微生物的腐蝕情況中，是多種細(xì)菌的協(xié)同作用，在我們常見的換熱器管路內(nèi)壁存在著銹瘤，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)已發(fā)生明顯變化，容易脫落，其氧化生成的能量能夠?yàn)榧?xì)菌提供良好的生產(chǎn)環(huán)境，其反應(yīng)如下：

4FeCO3+O2+6H2O→4Fe(OH)3+4CO2+能量

當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)水時，攜帶有大量的沉積物、灰塵等粘結(jié)在一起，附著在換熱器的表面，由電化學(xué)作用形成垢下腐蝕。因上述各種原因造成對金屬的腐蝕，最終造成設(shè)備效率低下，管路破裂，形成泄露、滲漏等現(xiàn)像，更嚴(yán)重的可能造成系統(tǒng)崩潰。

2.5 其他腐蝕因素。管路中存在的大量重金屬離子如鋁、鎂、鉛等也會形成腐蝕現(xiàn)象，當(dāng)換熱設(shè)備所采用的金屬導(dǎo)熱系數(shù)越大時，內(nèi)壁溫度就會越高，容易在附近的內(nèi)壁表面形成垢。當(dāng)內(nèi)壁表面變得粗糙時，水流的速度變得較為緩慢，而循環(huán)水中會夾雜著大量的泥沙、懸浮物、塵埃等不易溶于水的物質(zhì)，這些難溶于水的物質(zhì)進(jìn)行沉積形成垢層，對金屬的硬度產(chǎn)生磨損，從而降低使用壽命。

3 現(xiàn)場水處理方案與方法

3.1 物理方法處理。（1）靜電處理法是由電極和高壓發(fā)生器組成，利用靜電作用使水產(chǎn)生自由電子，附著在管路內(nèi)壁，防止管路氧化，同時將生成的O2和H2O2吸收，但該方法的防垢效果并不明顯，且維護(hù)清理費(fèi)用較高。（2）磁化處理法是對水體進(jìn)行磁化，使其形成的水垢疏松、附著能力較弱，該方法對于防垢有著一定的作用，但磁場強(qiáng)度會隨時間推移而減弱，防垢效果也會隨之減弱。（3）高頻電子法是利用集成電路產(chǎn)生的高頻電信號，使得水中的大分子斷裂成為單個水分子，從而使水體吸收大量激活的電子，水和鹽離子的親和力隨之增大，進(jìn)而使管路內(nèi)壁上的水垢脫落。

3.2 化學(xué)方法處理。在當(dāng)前應(yīng)用中，大型的水循環(huán)系統(tǒng)通產(chǎn)采用化學(xué)處理方法，包括水處理系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和反洗系統(tǒng)等。在系統(tǒng)循環(huán)水中加入阻垢緩蝕劑和殺菌滅藻劑，并定期進(jìn)行清洗及反洗。

在冷卻水中加入阻垢緩蝕劑，可大大降低金屬腐蝕結(jié)垢的速度，因該藥劑具有溶限效應(yīng)，抑制了陽極反應(yīng)或陰極反應(yīng)，從而達(dá)到緩蝕的作用。另外，阻垢劑的使用可使得碳酸鈣晶體錯位，對水垢的形成具有抑制效果?，F(xiàn)常用的阻垢緩蝕劑有硫酸鋅、磷酸脂、聚丙烯酸、共聚物等，這些藥劑都能夠在水中快速溶解，對整個設(shè)備系統(tǒng)起到阻垢緩蝕的作用。但由于其特點(diǎn)有所差異，投入的使用量、溫度和PH 值范圍的不同對水垢的抑制效果也大不相同，因此需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行合理使用。

當(dāng)前我國自主研發(fā)的殺菌滅藻劑是由異噻唑啉酮和次氯酸鈉復(fù)合而成。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，殺菌劑在pH=3-9 范圍內(nèi)具有較高的殺菌效果。在水溶液中加入殺菌劑后，溶液的腐蝕性會明顯降低。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)，殺菌劑的添加量為50-100mg/L 范圍，能很好地將異養(yǎng)菌控制在105cfu/mL以下。

3.3 定期水質(zhì)檢測調(diào)整。由于水循環(huán)系統(tǒng)中使得水分蒸發(fā)量和排污量發(fā)生變化，為保證水質(zhì)的控制效果，需進(jìn)行定期檢測，其指標(biāo)如表1 所示。在整個過程中一般應(yīng)在1-2 周進(jìn)行一次檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整緩蝕阻垢藥劑的使用量，從而保證水質(zhì)成分的化學(xué)平衡，保障化學(xué)處理的行之有效。

表1 水質(zhì)指標(biāo)范圍

4 結(jié)論與展望

通過對中央空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水腐蝕的危害及原因進(jìn)行分析，我們需要結(jié)合腐蝕特點(diǎn)來采取適當(dāng)?shù)姆栏胧?，科學(xué)的處理方法可有效改善系統(tǒng)的水質(zhì)情況，使得水質(zhì)達(dá)到指標(biāo)穩(wěn)定范圍內(nèi)，抑制系統(tǒng)管路腐蝕和泄漏的發(fā)生，從而消除不良影響，使系統(tǒng)長期處于高效運(yùn)行的狀態(tài)，其亦對企業(yè)節(jié)能、減少成本方面具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。