中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕問題的解決措施

徐盤靈

［合肥工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限公司，安徽 合肥 230000］

0 引言

中央空調(diào)系統(tǒng)因其自身節(jié)能性和舒適性等優(yōu)勢已廣泛應(yīng)用于高檔辦公樓、商業(yè)綜合體、星級酒店、大型醫(yī)院等場所。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）水系統(tǒng)兩大循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行工作，空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕問題也主要存在于這兩個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中。冷卻水系統(tǒng)主要是由機(jī)組冷凝器、冷卻水管道、冷卻水泵、冷卻塔等設(shè)備組成的一個(gè)開式冷卻水循環(huán)管路，冷（熱）水系統(tǒng)主要是由機(jī)組蒸發(fā)器、冷（熱）水管道、冷（熱）水泵、末端空調(diào)等設(shè)備組成的一個(gè)完整的封閉式冷（熱）水循環(huán)管路。

空調(diào)冷水循環(huán)管路由于是封閉系統(tǒng)，隨著空調(diào)水的反復(fù)循環(huán)使用，腐蝕現(xiàn)象較多。空調(diào)熱水的供/回水溫度一般為60/50°C，已達(dá)到結(jié)垢水溫，當(dāng)自來水的硬度較高時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)的補(bǔ)水就要經(jīng)過化學(xué)軟化處理，循環(huán)水系統(tǒng)同時(shí)要進(jìn)行阻垢處理，否則結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象會非常明顯，具體表現(xiàn)為換熱效率的下降、機(jī)組供熱能力不足等方面。一般來說，冷卻水系統(tǒng)的腐蝕問題比冷（熱）水系統(tǒng)嚴(yán)重的多[1]。

1 中央空調(diào)循環(huán)水質(zhì)問題

1.1 產(chǎn)生原因

中央空調(diào)水系統(tǒng)在使用過程中，其水質(zhì)不可避免的會發(fā)生成分變化。中央空調(diào)水系統(tǒng)的用水除去本身循環(huán)水之外，還需要進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)水，補(bǔ)水水源一般為市政水。自來水水質(zhì)因地而異，但是水中普遍含有鈣離子、鎂離子、氯離子、硫酸鹽離子、磷酸鹽離子、溶解氧、微生物等，礦物質(zhì)離子和高pH 會造成設(shè)備及管道的結(jié)垢，陰性離子、溶解氧、低pH 是會導(dǎo)致設(shè)備及管道的腐蝕。

1.1.1 結(jié)垢及沉積

溶于水中的Ca 及CO2會形成可溶性的Ca（HCO3）2，而Ca（HCO3）2經(jīng)加熱或堿反映會形成CaCO3。溶解在水中的其他物質(zhì)也存在類似反應(yīng)，水里離子等鹽類濃度逐漸增大，水溶性成分過飽和時(shí)都會形成水垢，水垢附著在冷凝換熱器管束表面形成垢層，降低傳熱效率。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，水垢厚度增加1.3mm 時(shí)，系統(tǒng)增加的能耗超過17%。

1.1.2 金屬電化學(xué)反映引起的腐蝕

由于空調(diào)水系統(tǒng)中的設(shè)備及管道材質(zhì)主要為銅、鋼及合金，活潑性較強(qiáng)的金屬元素較多，這些金屬外表面吸附空氣中的水分形成水膜，空氣中的可溶性氣體（如氧氣、二氧化碳等氣體）溶解在這層水膜中，形成電解質(zhì)溶液。在陽極區(qū)鐵被氧化成亞鐵離子，在陰極區(qū)，溶解在水膜中的氧被還原為陰離子，兩者結(jié)合再經(jīng)過各種反應(yīng)形成了疏松多孔易脫落的銹渣。

1.1.3 陰性離子引起的腐蝕

空調(diào)循環(huán)水在濃縮過程中，各種鹽類的濃度相應(yīng)增加，當(dāng)氯離子、硫酸鹽離子、磷酸鹽離子濃度較高時(shí)，會降低管道設(shè)備表面保護(hù)膜的防腐性能。尤其是氯離子，其半徑小穿透性強(qiáng)，能破壞碳鋼、不銹鋼及合金表面的鈍化膜，引起金屬的點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕破裂，進(jìn)而造成對管道及設(shè)備的腐蝕。研究的結(jié)果表明，在充分充氣循環(huán)水中，當(dāng)氯離子濃度從0 增加到200mg/L 時(shí)，碳鋼單位面積上的蝕孔數(shù)隨著氯離子濃度的增加而增加，當(dāng)氯離子濃度增加到500mg/L 時(shí)，碳鋼表面上除了有孔蝕外，還將有潰瘍腐蝕。

1.1.4 溶解氧引起的腐蝕

溶解氧是鋼腐蝕的一個(gè)重要因素，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)，盡管該系水統(tǒng)中安裝有高位排氣裝置，但實(shí)際使用中很難將這些微小的氣泡排出。氧氣是一種去極化劑，一般水中的含氧量越高，鋼鐵腐蝕就越嚴(yán)重，碳鋼在純水中的腐蝕速度可達(dá)0.045mm/a，當(dāng)水中含氧量處于飽和狀態(tài)時(shí)，碳鋼在含鹽高的水中將出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)象，腐蝕速度大大加快，可達(dá)3～5mm/a[2]。

1.1.5 微生物

微生物廣泛存在，主要分為真菌、細(xì)菌及藻類。空調(diào)水系統(tǒng)特別是冷卻水系統(tǒng)，由于冷卻塔噴淋時(shí)與外界空氣交換以及冷卻水系統(tǒng)持續(xù)的自來水補(bǔ)水，再加上其舒適的水溫（設(shè)計(jì)一般為32～37°C），充沛的水量和淤泥等環(huán)境，必然會有微生物滋生于其中。微生物中藻類在太陽照射下與水中的碳源光合作用，會增加水中溶解氧含量。微生物中的厭氧性細(xì)菌可以在沒有氧的條件下生存繁殖，其新陳代謝產(chǎn)生的酸性物質(zhì)能夠加劇對黑色金屬的腐蝕。酸鹽還原細(xì)菌甚至可在60℃的溫度和沒有氧的條件下生存繁殖，將硫酸鹽還原為硫化氫等物質(zhì)，而硫化氫是腐蝕黃銅部件的主要因素。微生物本身繁殖會分泌出大量粘液，與水中雜志黏結(jié)形成粘泥。

1.1.6 其他原因

其他原因還有其他引起腐蝕的影響因素，例如pH、溫度、水流速等。

1.2 中央空調(diào)循環(huán)水質(zhì)問題的危害

水垢、腐蝕和粘泥等這三者不是孤立的，是互相有聯(lián)系和影響的，如粘泥往往伴隨著腐蝕，而水垢和粘泥也容易聚集在一起，加重管道堵塞和設(shè)備腐蝕。

1.2.1 設(shè)備管道水垢附著

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國重水垢區(qū)域占比為85%，水垢是比較常見的問題。由于水垢的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼材的1/30～1/50，水垢附著在換熱管束上會降低傳熱效率，影響空調(diào)效果，同時(shí)使受熱面壁溫升高壓力加大，電機(jī)負(fù)荷加大，容易造成安全事故。

1.2.2 使系統(tǒng)水循環(huán)量減少

粘泥、水垢堆積在設(shè)備管道或換熱器管束表面，將堵塞循環(huán)水通道，減緩空調(diào)循環(huán)水的流動，空調(diào)循環(huán)水水量減少，空調(diào)系統(tǒng)熱交換效率進(jìn)一步降低。

1.2.3 腐蝕設(shè)備和管道

空調(diào)水系統(tǒng)的循環(huán)水管道及設(shè)備內(nèi)壁因腐蝕造成鐵銹，會使空調(diào)換熱設(shè)備及管道的使用壽命嚴(yán)重縮短。脫落的銹渣隨循環(huán)水在管道設(shè)備中流動，必然會堵塞換熱盤管，大大降低設(shè)備換熱效果，一旦腐蝕穿孔，就會造成嚴(yán)重的設(shè)備損害事故。

2 解決措施

為了延長管道設(shè)備的使用壽命，提高空調(diào)設(shè)備熱交換效率，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，就必須對中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行防腐除垢處理，以避免換熱設(shè)備表面結(jié)垢，減緩空調(diào)管道設(shè)備的腐蝕速率，抑制循環(huán)中微生物的繁衍，切實(shí)保證空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能安全高效運(yùn)行。

2.1 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50736—2012）第8.5.19 條規(guī)定，空調(diào)冷熱水的水質(zhì)應(yīng)符合國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；第8.6.4 條規(guī)定，應(yīng)設(shè)置保證冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)的水處理裝置，中央空調(diào)循環(huán)水需進(jìn)行水處理。隨著中央空調(diào)設(shè)備的大規(guī)模推廣及使用，空調(diào)水系統(tǒng)水處理問題也日益嚴(yán)峻。隨著《采暖空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 29044—2012）和《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50050—2017）的頒布實(shí)施，中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的處理和運(yùn)行管理有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。各中央空調(diào)循環(huán)水水質(zhì)應(yīng)滿足表1～表3 的要求。

表1 集中空調(diào)間接供冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)要求

表2 集中空調(diào)循環(huán)冷水系統(tǒng)水質(zhì)要求

表3 集中空調(diào)熱水水質(zhì)要求

2.2 處理方法

隨著水處理需求的增大，市場上出現(xiàn)了很多的專業(yè)水處理公司，不過根據(jù)空調(diào)循環(huán)水處理方法分類，主要分為物理處理方法和化學(xué)處理方法。

2.2.1 物理處理方法

物理處理方法主要包括靜電處理法、高頻電子法、磁化處理法。物理處理方法主要用在冷凍水系統(tǒng)中，往往也作為輔助措施用在冷凍水系統(tǒng)和空調(diào)熱水系統(tǒng)中，其主要處理設(shè)備為：電子式水處理器，包括全程綜合水處理器、多功能電子水處理器、廣譜感應(yīng)水處理器、過濾性射頻水處理器，以及旁流水處理器、反沖洗過濾器、全自動過濾器、Y 型過濾器、T 型過濾器、管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置、真空及熱力除氧裝置等[3]。

在實(shí)際運(yùn)用中，可在空調(diào)循環(huán)水供回水干管安裝全程水處理器，在水泵、機(jī)組入口處安裝Y 型過濾器，在供熱系統(tǒng)中設(shè)置除氧裝置，在空調(diào)制冷機(jī)組冷凝器端部設(shè)置管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置。

2.2.2 化學(xué)處理方法

化學(xué)處理方法主要包括pH 調(diào)節(jié)法、軟化水處理法、化學(xué)水處理法等。化學(xué)處理方法主要用在冷卻水系統(tǒng)、空調(diào)熱水系統(tǒng)中，通常也作為輔助措施用在冷凍水系統(tǒng)中，化學(xué)處理方法的處理設(shè)備往往為物理-化學(xué)類綜合處理設(shè)備。主要為離子交換器，包括全自動鈉離子交換器、混合離子交換器、陽陰離子交換器，以及加藥裝置、海綿鐵除氧器等。

在實(shí)際運(yùn)用中，可在系統(tǒng)補(bǔ)水處設(shè)置軟化水裝置，可在熱水鍋爐或者熱水管網(wǎng)中加入除氧藥劑，可在空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)中設(shè)置自動加藥裝置，可在循環(huán)水系統(tǒng)中投加阻垢分散劑、緩蝕劑和殺菌滅藻劑，根據(jù)水質(zhì)和管道設(shè)備材質(zhì)特點(diǎn)，采用適合的水質(zhì)穩(wěn)定劑?？芍贫üに嚳刂茥l件，預(yù)膜及預(yù)膜清洗，并補(bǔ)充藥劑修補(bǔ)，維持膜的完整性。

2.2.3 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，檢測項(xiàng)按《采暖空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 29044—2012）相應(yīng)系統(tǒng)水質(zhì)要求的檢測項(xiàng)來。一般應(yīng)在2～4 周進(jìn)行一次全面檢測，評定空調(diào)水系統(tǒng)腐蝕及結(jié)垢情況。檢測可采用現(xiàn)場懸掛取樣試管或標(biāo)準(zhǔn)試片，每2～4 周測定一次腐蝕及結(jié)垢數(shù)據(jù)，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整化學(xué)藥劑的使用量，從而保證水質(zhì)成分的化學(xué)平衡，保障水處理措施的效果。

2.2.4 運(yùn)行管理

空調(diào)主機(jī)以及水處理設(shè)備管道在非空調(diào)季定期進(jìn)行清洗，清洗關(guān)系到設(shè)備的使用壽命、能耗和故障率，為保障中央空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行為恰當(dāng)?shù)淖龇ㄊ敲磕昵逑匆淮?。清洗主要為使用前對主要換熱設(shè)備和管道的清洗。比如對冷凍水、冷卻水的清洗，外接水泵加藥劑，進(jìn)行全系統(tǒng)除銹殺菌處理。比如制冷主機(jī)清洗，先用物理方法對循環(huán)水系統(tǒng)或其設(shè)備進(jìn)行主機(jī)通炮處理，然后采用化學(xué)藥劑清洗設(shè)備管道中的沉積物。比如冷卻塔清洗，清洗冷卻塔應(yīng)信用清潔劑清潔器表面，再進(jìn)行漂洗，結(jié)束后還要進(jìn)行預(yù)制電膜。比如冷卻塔填料清洗，填料上結(jié)的水垢可以采用化學(xué)清洗方法（利用藥劑沖洗）或者物理方法（振動、高壓水槍沖洗等）處理，如果結(jié)垢過于嚴(yán)重的，則考慮更換填料，冷卻塔水槽處則需要把累計(jì)產(chǎn)生的雜質(zhì)雜物清除[4]。

清洗后系統(tǒng)進(jìn)入維護(hù)運(yùn)行階段，運(yùn)行維護(hù)時(shí)應(yīng)配備專業(yè)人員進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行管理，運(yùn)行維護(hù)時(shí)可定期根據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果加入水質(zhì)穩(wěn)定劑，冷凍水系統(tǒng)、空調(diào)熱水系統(tǒng)每月投藥1 次，冷卻水系統(tǒng)每周投藥1次，排污1 次，南方地區(qū)非空調(diào)季不排冷卻水，可對冷卻水系統(tǒng)投加濕保劑，確保管道不腐蝕。

3 結(jié)語

綜上所述，本文介紹了中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)腐蝕問題及解決措施，并結(jié)合理論與實(shí)際情況，提出水處理方案，通過采取一系列物理、化學(xué)處理措施及管理方法，有效降改善了空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)不衛(wèi)生不節(jié)能不安全的缺點(diǎn)，提高了空調(diào)設(shè)備管材附件的使用壽命，降低了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。