中央空調(diào)循環(huán)水處理方案
一、概述
中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)一般分為三部分，即循環(huán)水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、采暖水系統(tǒng)。循環(huán)冷卻水多為開式，冷凍水與采暖水為封閉式；目前，高層建筑或封閉式廠方的冷凍水與采暖水多為同一系統(tǒng)，在夏季走冷凍水，在冬季走采暖水。這三套循環(huán)水系統(tǒng)各有特點(diǎn)，但存在同一問題：結(jié)垢、腐蝕和生物粘泥，如不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚瑒?shì)必會(huì)引起管道堵塞，腐蝕泄漏、傳熱效率大為降低等一系列問題，影響整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的正常工作。
多年來，我們對(duì)中央空調(diào)用水情況作了廣泛的調(diào)查，綜合起來看現(xiàn)中央空調(diào)水系統(tǒng)的用水分為三類，即未經(jīng)過任何處理的自來水、軟化水和去離子水。水中對(duì)設(shè)備主要產(chǎn)生影響的因素分別為堿度、PH值、Cl-、氧含量等。自來水因地區(qū)不同而水質(zhì)變化較大，在水的循環(huán)過程中，硬度和堿度是造成結(jié)垢的主要因素，而Cl-、低PH值、溶解氧是造成腐蝕的罪魁禍?zhǔn)。在自來水中這兩種危害同時(shí)存在，只是由于水質(zhì)差異，危害的主副性有所區(qū)別；相對(duì)腐蝕而言，結(jié)垢性離子Ca2+、Mg2+、堿度為保護(hù)性離子，軟化水正是由于去除了這些離子，增加了Na+、Cl-等腐蝕性離子，從而加重了設(shè)備的腐蝕，所以說軟化水雖然避免了結(jié)垢問題，卻加重了腐蝕，這種現(xiàn)象會(huì)隨著時(shí)間推移而顯露出來。如大港開發(fā)區(qū)某空調(diào)系統(tǒng)一年就出現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象，可見軟化水腐蝕性的強(qiáng)弱。去離子水相對(duì)地說即去除了結(jié)垢因素，也去除了腐蝕因素，但實(shí)際上并非如此，同樣，去離子水中雖然不存在結(jié)垢性離子和腐蝕性離子，但卻并未除去水中的溶解氧，初始時(shí)，腐蝕速度較慢，有一個(gè)逐漸加速過程，最終會(huì)導(dǎo)致同前兩種水一樣的紅水現(xiàn)象（封閉式系統(tǒng)）。
空調(diào)水處理的必要性主要有以下三點(diǎn)，其一是延長(zhǎng)管線和設(shè)備的使用壽命。如果在主要管線和設(shè)備上發(fā)生的泄露時(shí)，或在敷設(shè)管道上發(fā)生了泄露時(shí)，更換維修，不但要花費(fèi)較大的費(fèi)用，而且，在實(shí)施時(shí)存在著許多困難？照{(diào)系統(tǒng)水處理的必要性就在于使管線和設(shè)備達(dá)到設(shè)計(jì)的使用壽命。下表中數(shù)據(jù)可說明水處理的重要性；其二是節(jié)能。當(dāng)結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)生銹垢堆積物，都會(huì)導(dǎo)致傳熱效率下降，為達(dá)到設(shè)定效果，必須加大能量消耗同時(shí)還會(huì)造成縮短設(shè)備的使用壽命。在敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中，采用水處理技術(shù)還會(huì)節(jié)省大量的補(bǔ)充水；其三是創(chuàng)造穩(wěn)定舒適的工作和生活環(huán)境，保證中央空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行。
表 設(shè)備使用壽命（單位：年）
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注：1：預(yù)防處理是指為預(yù)防危害發(fā)生而進(jìn)行水處理；事后處理是指危害發(fā)生后進(jìn)行水處理；實(shí)際使用年限指設(shè)備破舊而更換的時(shí)間。
2：本數(shù)據(jù)來自日本“建筑業(yè)協(xié)會(huì)”統(tǒng)計(jì)，而中國(guó)還未有有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
二、中央空調(diào)循環(huán)冷卻水處理
1．中央空調(diào)循環(huán)冷卻水基本使用自來水。多年來，由于水系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕造成機(jī)組功能下降、使用壽命降低、能耗增加，業(yè)主長(zhǎng)期處于設(shè)備、管線維修的局面。為改變這種狀況，水磁化器被引入中央空調(diào)水系統(tǒng)。實(shí)踐證明，使用這種設(shè)備處理能力有限，不成功的報(bào)導(dǎo)很多。上世紀(jì)80年代中期在工業(yè)的冷凍水系統(tǒng)引入工業(yè)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)后非常成功，這就是循環(huán)冷卻水化學(xué)水處理技術(shù)。該技術(shù)是向水中投加水質(zhì)穩(wěn)定劑——包括分散劑、阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑等。是通過化學(xué)方法，使水中結(jié)垢型離子穩(wěn)定在水中，其原理是通過螫合、絡(luò)合和吸附分散作用，使Ca2+、Mg2+穩(wěn)定地溶于水中，并對(duì)氧化鐵、二氧化硅等膠體也有良好的分散作用，本法是目前空調(diào)水處理使用最為普遍的一種方法，也是在工業(yè)循環(huán)水處理中應(yīng)用面最廣、技術(shù)最成熟的一種方法，實(shí)踐證明是有效而經(jīng)濟(jì)的方法。
1.1緩蝕阻垢處理
過去使用以聚磷酸鹽為主體的緩蝕劑，但是，如果冷卻水系統(tǒng)在水高濃縮倍數(shù)下進(jìn)行，由于磷酸鹽會(huì)大量的附著在金屬的表面上，反而引起結(jié)垢的危害，并且，聚磷酸鹽會(huì)水解生成正磷酸鹽，生成磷酸鹽垢。后有磷酸鹽和聚合物類阻垢劑的復(fù)合藥劑，即使冷卻水被高度濃縮，仍能充分發(fā)揮緩蝕和阻垢效果。最近幾年來新的合成藥劑不斷出現(xiàn)，效果越來越好，具體的使用與水質(zhì)條件有關(guān)，濃度一般為100ppm左右。
加藥劑處理后的有關(guān)國(guó)標(biāo)：
污垢熱阻 <4.0 ×10-4mk/s
碳鋼緩蝕率 < 0.125mm/y
銅緩蝕率 < 0.005mm/y
1.2粘泥的處理：
粘泥是水中藻類和細(xì)菌類增殖后，與從大氣中洗滌出的灰塵等雜質(zhì)構(gòu)成的具有粘著性的軟泥質(zhì)的物質(zhì)，這些粘泥物在管壁會(huì)影響水的流速、流量，附著在換熱器管壁就要影響熱交換能力，另外還會(huì)造成微生物對(duì)金屬器壁的腐蝕，所以必須進(jìn)行殺菌，粘泥抑制劑一般使用殺生劑。通常，殺生劑為氧化型與非氧化型殺生劑輪流交替使用，以防菌藻產(chǎn)生抗體。由于空調(diào)水系統(tǒng)多處于鬧市區(qū)人員集中，殺生劑使用要求較高，首先無味并對(duì)人體無毒且殺菌效果好，如氯氣就不能在空調(diào)系統(tǒng)中使用。
1.3水質(zhì)管理
1.3.1濃縮倍數(shù)管理
對(duì)空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)來說，貯水量相對(duì)循環(huán)量的數(shù)值太小，因?yàn)榭照{(diào)冷卻水設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷往往變動(dòng)較大，外界環(huán)境變化也大（如晝夜溫差、濕度等），即使進(jìn)行一定的強(qiáng)制排污，冷卻水的濃縮倍數(shù)仍在變化，甚至變化較大。所以現(xiàn)場(chǎng)控制難度較大，因此，在水處理時(shí)，為了使冷卻水的水質(zhì)維持一定的范圍內(nèi)，需要建立自動(dòng)濃縮和加藥管理系統(tǒng)。
由于水濃縮時(shí)，水中的各種離子隨之濃縮，而電導(dǎo)正是反應(yīng)水中離子濃度多少的數(shù)值，濃縮倍數(shù)與電導(dǎo)的增長(zhǎng)基本上成正比，當(dāng)水濃縮一倍時(shí)，電導(dǎo)濃縮0.93—0.98倍，所以一般采用濃縮倍數(shù)為3時(shí)水的對(duì)應(yīng)電導(dǎo)率作為控制值，電導(dǎo)儀與電磁閥相聯(lián)，同時(shí)與自動(dòng)計(jì)量泵相聯(lián)，當(dāng)水濃縮倍數(shù)過高時(shí)，則電磁閥啟動(dòng)進(jìn)行排污，同時(shí)加藥泵啟動(dòng)，補(bǔ)入相應(yīng)的被排污水帶走的藥量，這一套自動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)條件不同而需費(fèi)用為2—5萬元不等，所以很快被用戶迅速接受。
自動(dòng)化的采用，使空調(diào)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)管理大為簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)無人操作，只需每月進(jìn)行一次或兩次取樣分析，適當(dāng)調(diào)整控制條件，使現(xiàn)場(chǎng)操作準(zhǔn)確無誤，為進(jìn)行化學(xué)水處理提供了很好的條件。
1.3.2藥劑濃度的管理：
平時(shí)，水處理藥劑若不維持在一定濃度上，則不能充分發(fā)揮效應(yīng)。而過量加藥造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，因此，加藥要及時(shí)適量。目前，空調(diào)水系統(tǒng)加藥一般分為兩類，一是采用自動(dòng)加藥裝置；二是根據(jù)計(jì)算量而采用連續(xù)滴加方式，這種方式也可保證水中藥量濃度在有效范圍內(nèi)。
1.3.3 日常監(jiān)測(cè)
最重要的水質(zhì)管理是掌握補(bǔ)水和冷卻水的水質(zhì)，而且要把防患于未然的對(duì)策作為基本措施。但由于空調(diào)水系統(tǒng)一般現(xiàn)場(chǎng)不具備分析條件，一般都委托有關(guān)單位進(jìn)行分析，由于采用自動(dòng)化管理，所以監(jiān)測(cè)分析可半月或每月進(jìn)行一次，以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整。
腐蝕監(jiān)測(cè)，采用現(xiàn)場(chǎng)掛標(biāo)準(zhǔn)試片，每月或兩月測(cè)定一次。
三、冷凍水處理：
冷凍水是只通過制冷機(jī)使其溫度下降后再流向冷卻工藝的循環(huán)水，主要用于中央空調(diào)和工廠中需低溫冷卻的系統(tǒng)。就冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成而言，冷凍水分為密閉式和非密閉式，非密閉式又分為部分敞開式和噴淋式兩種類型。中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)多為密閉式；工廠中冷凍水系統(tǒng)多為敞開式，如天津大沽化工廠某分廠7℃水；帶有噴淋裝置的冷凍水系統(tǒng)主要見于需進(jìn)行空氣洗滌和控制空氣濕度的地方，如紡織廠、電子元器件制造車間等。上述幾種不同形式的冷凍水系統(tǒng)，有著許多共同的特點(diǎn)。
1．冷凍水的特點(diǎn)
與一般循環(huán)冷卻水相比較有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1.l 濃縮倍數(shù)基本保持不變。密閉式冷凍水系統(tǒng)在循環(huán)過程中，由于不與空氣接觸，沒有蒸發(fā)，所以水量基本上沒有損失。部分敞開式冷凍水系統(tǒng)僅是冷水池敞口部分暴露于空氣之中，與空氣之間的交換量很少，可以忽略不計(jì)，故在循環(huán)過程中幾乎沒有水量損失。帶有噴淋裝置的冷凍水系統(tǒng)，夏季在循環(huán)過程中有特殊的吸濕現(xiàn)象，即在循環(huán)過程中沒有水量損失，反而因空氣中的水蒸氣進(jìn)入系統(tǒng)而使系統(tǒng)中的離子濃度低于補(bǔ)充水。由于這種現(xiàn)象在某些地區(qū)引起冷凍水變化較大，也是藥量損失的主要因素，應(yīng)引起重視，采取相應(yīng)措施。而在冬季由于對(duì)空氣起增濕作用冷凍水有一定的濃縮。
l.2水溫比較低，一般在1℃到20℃之間變化，大多數(shù)在6℃到12℃之間。
1.3水處理藥劑為一次性投入，為了保證藥劑的有效性，在指定的周期內(nèi)排污換藥。
1.4冷凍水對(duì)設(shè)備的危害主要是腐蝕，常因腐蝕原因出現(xiàn)紅水現(xiàn)象。
1.5一般來說，貯水量與循環(huán)水量要小些。
2．腐蝕機(jī)理
冷凍水系統(tǒng)因其水量基本保持不變，水中鈣、鎂離子不因循環(huán)而增加，所以結(jié)垢趨勢(shì)并不嚴(yán)重。系統(tǒng)主要存在的問題為溶解氧腐蝕，碳鋼在水中由于形成微電池而引起腐蝕。腐蝕反應(yīng)的過程可表示為：
陽極反應(yīng) Fe Fe2+ ＋ 2e
陰極反應(yīng) 1/2O2＋H2O＋2e 20H-
在水中 Fe2+ ＋20H- Fe (OH)2
氫氧化亞鐵極易氧化成紅棕色的鐵銹，這是冷凍水出現(xiàn)紅水的主要原因。在敞開式和噴淋式系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)部分暴露于空氣中或與空氣直接接觸，系統(tǒng)中溶解氧的含量比較充足；在密閉式冷凍水系統(tǒng)中，溶解氧會(huì)因腐蝕的發(fā)生而迅速消耗，變的不充分。但這些系統(tǒng)仍會(huì)有少量的溶解氧存在，主要是通過閥門、管接頭、泵的壓墊漏進(jìn)來的。此外，冷凍水系統(tǒng)雖然補(bǔ)充水很少，但溶解氧也會(huì)隨著補(bǔ)充水的加入而帶入系統(tǒng)中。所以溶解氧是造成冷凍水系統(tǒng)腐蝕的主要原因。
伴隨著氧化鐵的腐蝕機(jī)理，另一種腐蝕循環(huán)反應(yīng)也同時(shí)發(fā)生。
1/2 Fe3+ ＋ Fe2 3 Fe2+
Fe2+ ＋1/2O2 Fe3+
這是去離子水或軟化水腐蝕的主要原因，一旦形成腐蝕反應(yīng)，還有一個(gè)加速過程而這種腐蝕在氧的存在下是一個(gè)往復(fù)連鎖反應(yīng)。這是因?yàn)殁}、鎂、堿度對(duì)腐蝕而言為保護(hù)性離子，而軟化水與去離子水正是去除了這些離子，所以在某些用戶出現(xiàn)設(shè)備一年就穿孔腐蝕現(xiàn)象，從水處理方面講，密封式系統(tǒng)嚴(yán)禁使用去離子水或軟化水。另外Cl-等腐蝕性離子也參加了反應(yīng)且腐蝕因素較多，這里不—一敘述。未經(jīng)加藥處理的冷凍水系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重。
3．藥劑的選擇
根據(jù)冷凍水上述的主要腐蝕原因，分別對(duì)鉻酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽、鋅鹽及有機(jī)酸、硫脲、硫醇、唑啉等藥劑進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，因其中鉻酸鹽嚴(yán)重污染環(huán)境、亞硝酸鈉的致癌原因而棄置不用。
我們以天津自來水為實(shí)驗(yàn)用水（數(shù)據(jù)見表1），采用掛片法，對(duì)單一及復(fù)配藥劑進(jìn)行一系列腐蝕實(shí)驗(yàn)，根據(jù)結(jié)果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，篩選出具代表性的幾種復(fù)配藥劑，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
從表2結(jié)果看出，磷系、硅系、鉬系三類復(fù)配藥劑在緩蝕方面均取得了良好的效果，掛片腐蝕率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。硅系復(fù)配藥劑雖然效果好、價(jià)格便宜，但因易生成硅垢且不易去除，使用時(shí)慎重。鉬系復(fù)配藥劑緩蝕效果好，且冷凍水中藥量損失不大，經(jīng)濟(jì)上可以接受。我們又以相同的配方對(duì)四川某廠冷凍水進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果與上述一致。
磷系與鉬系藥劑相比，鉬系主要以吸附膜、沉淀膜原理緩蝕，其效果可以使碳鋼腐蝕率小到幾乎測(cè)不出來，其缺點(diǎn)就是用量較大，復(fù)配藥劑用量大于2000ppm，成本較高；而磷系藥劑主要加入除氧劑等多種形式進(jìn)行緩蝕，用量較小，一般為500ppm左右，成本低些，但效果不如鉬系配方。
近幾年，國(guó)家工業(yè)水處理工程技術(shù)研究中心，針對(duì)冷凍水和采暖水系統(tǒng)的特點(diǎn)，開發(fā)出一種新型的低鉬藥劑TS－52706，用量為100—500ppm，碳鋼腐蝕率幾乎為零，其阻垢環(huán)蝕效果非常優(yōu)秀，專門適用于密閉系統(tǒng)。
4．冷凍水處理藥劑損失
4.l 由于系統(tǒng)本身密閉性不強(qiáng)，在某些接口及泵處有泄漏現(xiàn)象，藥量隨之流失。一般情況下，損失的藥量占總藥量的1％一10％。但在某些系統(tǒng)，泄漏帶走的藥量為主要損失；因?yàn)槔鋬鏊到y(tǒng)貯水量較小，只有幾個(gè)至幾十個(gè)立方，泄漏一個(gè)立方也會(huì)在幾天或幾十天系統(tǒng)里的水就會(huì)置換一次。某些系統(tǒng)一年回補(bǔ)好幾次藥，甚至每月都補(bǔ)。
4.2系統(tǒng)本身要吸附一些藥劑，其損失量很小，約占總藥量的1％左右。
4.3在某些帶有噴淋裝置的冷凍水系統(tǒng)中，由于吸濕作用，系統(tǒng)水量增加而發(fā)生溢流造成藥劑損失。
4.4使用磷系配方，因除氧劑的消耗而必須定時(shí)補(bǔ)藥，周期為1～2月／每次。
5．加藥方式
冷凍水藥量損失較小，但為了保證藥劑在水中的有效性，須人為的進(jìn)行有規(guī)律的排污、補(bǔ)水、加藥。目前，對(duì)冷凍水中加藥的間隔時(shí)間還未見報(bào)道，這里介紹幾種方法。
5.1 根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果不定期加藥。
5.2 連續(xù)加藥：即連續(xù)地小量排水與補(bǔ)水，同時(shí)連續(xù)加藥。
5.3 定期加藥：即每隔一定時(shí)間，換水加藥。因換水會(huì)帶走大量的冷能，故此方法一般采用部分排水補(bǔ)水進(jìn)行，也有采用隔幾個(gè)月?lián)Q掉部分冷凍水、補(bǔ)充部分藥劑的方法。
5.4 自動(dòng)控制加藥：現(xiàn)場(chǎng)可通過儀器反映冷凍水的電導(dǎo)率、排污量等來控制加藥。還有更先進(jìn)的方法是通過反映藥劑中示蹤離子含量的儀器來控制加藥。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作方便，節(jié)省人力物力，節(jié)省藥劑。但此類儀器價(jià)格較高，所以僅在大型中央空調(diào)系統(tǒng)中使用。
四、采暖水處理：
采暖水是指通過鍋爐加熱或蒸汽熱交換器而使水加熱然后進(jìn)行循環(huán)使用的熱水系統(tǒng)。在空調(diào)系統(tǒng)中，采暖水與冷凍水系統(tǒng)常使用同一管程，只是使用時(shí)間不同，夏季為冷凍水，冬季為采暖水，同樣，二者都屬于密閉系統(tǒng)，所以相似之處甚多；本文著重點(diǎn)放在與冷凍水不同之處。
1．采暖水的特點(diǎn)：
①濃縮倍數(shù)不變，為密閉式循環(huán)系統(tǒng)；
②水溫較高，一般在80℃左右。
③水處理藥劑為一次性加入，并且有高溫不分解的特點(diǎn)；
④采暖水根據(jù)水質(zhì)不同，結(jié)垢與腐蝕性重點(diǎn)不同，由于水溫較高，兩種危害同時(shí)存在，也常因腐蝕出現(xiàn)紅水現(xiàn)象。
⑤一般采暖水如果無泄露等現(xiàn)象時(shí)，首先結(jié)垢，因結(jié)垢性同素不再補(bǔ)入，而溶解氧不斷通過各種途徑進(jìn)入，致使腐蝕嚴(yán)重，使用去離子水時(shí)，這一現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。
2．腐蝕機(jī)理：
與冷凍水基本相同，只是水溫較高，這一趨勢(shì)有所加強(qiáng)。同時(shí)，由于有垢層的出現(xiàn)，又會(huì)出現(xiàn)垢下腐蝕的現(xiàn)象。
3．藥劑的選擇：
選擇藥劑時(shí)，既要考慮防腐蝕，又要考慮防結(jié)垢，并且藥劑具有耐高溫性，無機(jī)磷與鋅鹽就不宜在熱水中使用。
采暖水的阻垢緩蝕劑也以鉬酸鹽系列為主；鉬酸鹽在高溫不分解，并無環(huán)境污染之憂。一般與羧酸一磺酸鹽、磷酸酯等復(fù)配，用復(fù)配藥劑量在1500—2000ppm左右。
隨著中央空調(diào)的發(fā)展和特殊工藝要求的增加，中央空調(diào)水處理已成為工業(yè)水處理中的重要領(lǐng)域。我們針對(duì)三種水系統(tǒng)的特點(diǎn)，作了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，并在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出本文與大家交流，以便共同促進(jìn)我國(guó)中央空調(diào)水處理技術(shù)的發(fā)展。
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