空調管道缺陷的形成機理及常規(guī)檢測方法研究

雷振坤　韓成　劉冰如　王伶

摘 要：建筑壽命一般為50年以上，而建筑內的設施設備壽命往往只有10～20年。特別是對于空調系統(tǒng)，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)管道已經產生各種缺陷問題，輕則出現(xiàn)漏水，影響建筑使用，重則發(fā)生大規(guī)模爆管，管道墜落，造成財產損失，危及人身安全。本文從管道常見缺陷出發(fā)，研究相關的檢測方法，并采用實際項目作為案例進行了相關管道缺陷的檢查。

關鍵詞：空調管道;缺陷機理;常規(guī)檢測方法

中圖分類號：TB657.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）01-0075-03

0 引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，大量建筑拔地而起，建筑中的各種空調設備保證了人民健康舒適的生活品質。然而大部分建筑使用至今已有十多年時間，建筑內許多空調設備面臨使用老化，急需改造的問題。而空調中水系統(tǒng)由于在使用中極少拆除或更換部件，容易被忽視，其管道是否發(fā)生腐蝕，是否能夠再繼續(xù)維持正常運轉往往不得而知。

空調管道水系統(tǒng)主要包括冷卻水系統(tǒng)和冷凍水（熱水）系統(tǒng)，由于系統(tǒng)中的水基本來自于城市的自然水廠，因此水中富含各種金屬礦物離子，包括有Ca2+，Mg2+，K+，HCO3-，Cl-，SO42-，PO43-等，同時還存在各種難以溶解的懸浮顆粒。這些懸浮的粒子顆粒以及各種離子在系統(tǒng)運行過程中會發(fā)生各種變化，導致出現(xiàn)結垢、腐蝕等現(xiàn)象問題產生。

1 管道常規(guī)缺陷的形成機理

管道常規(guī)缺陷主要分為兩種，一種是結垢，結垢主要是因為管道循環(huán)水中存在高濃度的難溶或微溶鹽，沉積在管道內壁，導致壁厚增加，影響管道內水的流動，增加耗能。其次在換熱器部位因為溫差變化容易導致不穩(wěn)定的鹽類分解，產生的結垢會導致壁厚增加，傳熱系數(shù)降低，使空調系統(tǒng)的性能下降。

另外一種管道常規(guī)缺陷是腐蝕，腐蝕對管道的影響比結垢更為嚴重，它會破壞管道的材質，使管壁變薄，腐蝕程度輕的導致穿孔破損，引起漏水。腐蝕程度嚴重的出現(xiàn)大面積爆管，不僅影響使用，甚至威脅人身安全。

腐蝕形成的機理各有不同，主要有電偶腐蝕、溶解氧腐蝕、氯離子腐蝕等[1]。

電偶腐蝕引起的管道缺陷原理式循環(huán)水中不同的金屬或元素具有不同的標準電極電位，這些具有不同標準電極電位的金屬因循環(huán)水導電發(fā)生了電解現(xiàn)象，從而形成了腐蝕電池。

溶解氧引起的腐蝕主要由于金屬的電極電位比氧的電極電位低，發(fā)生了一種電化學腐蝕，例如管道中的鐵因電化學腐蝕變成了鐵離子，在水中又會發(fā)生化學反應產生Fe（OH）2和Fe（OH）3，最終引起水質惡化，甚至出現(xiàn)“紅水”現(xiàn)象。

氯離子引起的腐蝕常發(fā)生在孔蝕或縫隙腐蝕中，氯離子在這些腐蝕點周圍會和水中的金屬離子產生高濃度的金屬氯化物MCl2，之后金屬氯化物會水解生成不溶性的金屬氫氧化物和可溶性的鹽酸，導致進一步的腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

微生物的滋生也會使金屬發(fā)生腐蝕。

循環(huán)水中往往含有泥土、砂粒等不溶性物質，這些不溶物一方面容易在管道緩流或滯流區(qū)沉積造成垢下腐蝕的現(xiàn)象，另一方面又會在管道急流部位沖擊管壁，導致管壁產生磨損腐蝕。

2 常規(guī)的缺陷檢測方法

管道缺陷的常規(guī)檢測方法一般可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式檢測方法是在管道內表面進行，有可能會造成管道內壁的損傷，因此目前常用非接觸式方法對管壁的厚度進行測量，通過測量結果判斷管道缺陷的情況。目前的非接觸式方法主要有超聲波法、渦流法、視頻法、漏磁法以及射線法等。

下文針對超聲波法進行介紹。超聲波法主要是應用超聲波的反射原理來進行管道壁厚的測量。如下圖1所示，超聲波發(fā)射器以垂直于管道內壁的方向發(fā)射一定速度的脈沖，當該脈沖遇到管道內壁時則進行反射，通過檢測原脈沖波與反射波之間的時間差可以得到管道內壁的厚度。如果管道有缺陷，例如下圖1右側部位則其管道壁厚必然和正常壁厚不同，通過對比變化即可判斷出管道是否有缺陷發(fā)生。

3 案例項目空調管道情況實測研究

本文選取了一個實際案例項目，應用超聲波檢測法對其空調管道進行相關研究。案例項目空調為集中冷熱源系統(tǒng)，采用4臺4 220 kW（1200RT）離心式冷水機組和1臺1 900 kW（540RT）變頻離心式冷水機組，熱源由2臺燃氣熱水鍋爐提供?？照{水系統(tǒng)為四管制二級泵系統(tǒng)，冷、熱水泵分別設置，一級泵定流量運行且與冷水機組一一對應，根據(jù)5個用戶區(qū)域冷熱負荷需求和路程遠近分別設置5組二級冷熱水泵，二級泵變頻運行。

經查閱2020年度的空調系統(tǒng)運行記錄及故障維修記錄，在該年度，項目供暖和空調水系統(tǒng)無出現(xiàn)漏水、滲水的記錄，未見供暖和空調水管道的維修記錄，供暖和空調水運行壓力及進出水溫均在正常范圍，未見明顯異常。

經現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：

（1）冷凍機房內，冷水供回水管道均采用雙層橡塑保溫外加鋁皮固定，冷卻水供回水管道采用單層橡塑保溫外加鋁皮固定。剖開鋁皮和橡塑保溫層后，管道外表面比較干燥，有生銹但幾乎無腐蝕現(xiàn)象。而管道連接部位附屬設備、螺絲螺栓、閥門等都有不同程度的銹蝕。如圖2左圖所示。

（2）空調機房內空調箱水管道均采用雙層橡塑保溫，抽查部分區(qū)域的空調機房管道，剖開橡塑保溫層后發(fā)現(xiàn)，冷、熱水管道外表面均有不同程度的銹蝕現(xiàn)象，如圖2右圖所示。

考慮管道材質均一致，底層靜壓較高，同時離水泵越近壓力越高，主干管破損的危害程度高于支管，供水管壓力比回水管壓力高，且走向一致，因此采用超聲波測厚儀進行壁厚測量時選取冷凍水供水水管，以主管道為主。對于選定的部位，徑向方向選取約200 mm長度的管段部位，剝開保溫層，在首尾及中點位置進行布點，管道環(huán)周360°的8等分點進行布置測點，這樣每個檢測部位需要進行24個點位的厚度檢測，保證檢測結果的準確性。

對測得的壁厚結果，采用最小剩余壁厚進行管道安全的評價[2]，評價方法如下：

（1）當最小剩余壁厚大于0.9倍原始壁厚時，確定為輕微腐蝕，可以繼續(xù)使用;

（2）當最小剩余壁厚小于0.2倍原始壁厚或絕對值小于2 mm時，確定為等效穿孔，必須立即更換或維修;

（3）其余情況應進行危險截面評價。危險截面評價方法是將最小剩余壁厚和對應壁厚臨界值進行比較，如果最小剩余壁厚Tmm大于壁厚臨界值Tmin，表示管道尚可以安全使用。當最小剩余壁厚Tmm小于0.5倍壁厚臨界值Tmin，確定為不安全，需要盡快維修。壁厚臨界值計算公式可采用Barlow公式計算：

Tmin=pD/2σ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，p為管道運行壓力（MPa）;D為管道外徑（mm）;σ為管材屈服強度（MPa），取100 MPa。

現(xiàn)場部分管道壁厚檢測結果如表1所示。

表中的標準厚度為參考《實用供熱空調設計手冊 第二版》[3]中規(guī)定的厚度所確定。

由壁厚檢測結果可以看出，檢測部位編號為1、2、3、6、10的5個部位的最小剩余壁厚在0.2T0～0.9T0，需進行危險截面評價。其余級別部位的剩余壁厚均大于或等于0.9T0，該區(qū)域管道建議繼續(xù)使用。

對5個部位進行危險截面評價，結果如表2所示。由表中可以看出，剩余壁厚在0.2～0.9的檢測部位的危險截面評價均符合要求，建議進行監(jiān)控使用。

4 總結

從常見管道缺陷的形成機理中可以看出，結垢會加快對管道的腐蝕，因此空調管道應定時進行除垢，以防止發(fā)生腐蝕導致不可逆轉的管道破損。在對現(xiàn)場一個實際案例項目的檢測分析中可以發(fā)現(xiàn)，采用鋁皮保護的管道無明顯銹蝕現(xiàn)象，而僅采用雙層橡塑保溫的管道其銹蝕部位較多且部分較嚴重。綜合分析下來，導致管道銹蝕產生的可能原因有以下幾點：（1）管道用鍍鋅管螺紋連接時，鍍鋅層破壞后未再做防銹處理。（2）非鍍鋅管道防銹漆過于稀薄，疑似只刷了一道漆，并且可能管道外壁未除銹就進行刷漆。（3）由于保溫材料與管道外壁未用良好粘貼，再加上部分保溫材料厚度較薄或真空吸水率大，導致管道外壁存在大量空氣，從而管道外壁易有冷凝水產生，加速銹蝕情況。（4）閥門接口處不夠嚴密，導致有水滲出，加快周邊銹蝕情況。

通過對一個既有建筑空調管道采用超聲波進行多點測試發(fā)現(xiàn)，測量結果比較準確，可以有效評估管道的腐蝕情況。但同時也發(fā)現(xiàn)因超聲波測試壁厚需要對保溫層進行破壞，工作量較大，如何減少工作量，進一步提高對既有建筑的分析效率，仍然還需要進一步的研究。

參考文獻

[1] 陳敏，陳燕敏，孫彩霞，等.中央空調循環(huán)水腐蝕分析與現(xiàn)場水處理對策[J].河南科學，2014，32（6）：1 010-1 014.

[2] 翁永基，盧綺敏.腐蝕管道最小壁厚測量和安全評價方法[J].油氣儲運，2003（12）：40-43+1.

[3] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

The Research On Formation Mechanism and Conventional Detection Methods of Air Conditioning Pipeline Defects

LEI Zhenkun，HAN Cheng，LIU Bingru，WANG ling

（Shanghai Jianke Technical Assessment of Construction Co.，Ltd.， Shanghai? 201108）

Abstract： The service life of buildings is generally more than 50 years， while the service life of facilities and equipment in buildings is often only 10 ～20 years. Especially for the air conditioning system， if the pipeline has been found to have various defects in time， water leakage may occur， affecting the use of the building， or large-scale pipe explosion and pipeline falling may occur， causing property losses and endangering personal safety. Starting from the common defects of pipeline， this paper studies the relevant detection methods， and uses a practical project as a case to check the relevant pipeline defects.

Keywords： air conditioning pipeline; defect mechanism; detection method

收稿日期：2021-11-18

作者簡介：雷振坤（1983—），男，湖北黃岡人，本科，高級工程師，研究方向：建筑節(jié)能。