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中央空调系统水处理

发布时间:2018-6-2  浏览:478  字体:

一、空调循环冷却水系统的特性
冷却水系统多为开放式的,系统是由冷却水泵、管道、冷却塔、制冷机的冷凝器等组成的敞开式回路系统。冷却水在使用过程中通过冷却塔时,由于散热不断的蒸发,而蒸发的都是纯水,水中的盐份由于补充水的不断进入系统而不断浓缩,当水中的碳酸盐浓度值达到饱和状态时就会在换热器表面形成碳酸钙水垢。垢的形成不仅使传热效率下降、制冷负荷增大,还会形成垢下腐蚀,造成水电浪费和缩短系统设备使用寿命。随着含盐量不断上升,为了不使含盐量无限制的升高,必须排放掉一部分冷却水,同时补入新鲜水。而且补充水和空气中都含有一定量微生物,这些微生物进入系统内,在适当的温度、酸碱度和营养条件下迅速生长繁殖分泌粘液,与其它杂质形成生物粘泥,给系统带来危害。
冷却水系统是一个敞开式循环水系统,热水在冷却塔内通过曝气进行降温,而就在曝气过程中将进入冷却塔空气中的细菌、藻类、灰尘等带入循环水中,而循环水的PH值、温度、阳光照射、养分等具备了细菌、藻类滋生、繁殖的最好条件。大量的细菌繁殖和灰尘在冷却塔内形成粘泥,在热交换器、管道附着既影响热交换的顺利进行又会造成金属腐蚀。有一种被称作军团菌的杆状细菌存在于循环冷却水中,如果中央空调外循环冷却水中染有军团菌,有可能通过循环水在冷却塔曝气时飘落飞溅到空气中被人吸入,就会引起肺泡部位感染。

二、空调循环冷却水系统容易存在的问题
根据以上对冷却水系统的分析:结垢、腐蚀和生物粘泥等,如不进行适当的处理,势必会引起管道堵塞,腐蚀泄漏、传热效率大为降低等一系列问题,影响整个空调系统的正常工作,其具体表现在。

1、系统的管路和设备腐蚀问题
从化学热力学的理论上可知,几种常用金属——碳钢、铜、铝及其合金在水中是不稳定的,它们最终将通过腐蚀到达各自稳定状态——腐蚀产物。比如中央空调的各个循环系统,水在冷却塔内和空气充分接触,使水中的溶解氧得到补充,所以循环水中溶解氧总是饱和的。水中溶解氧是造成金属电离子化学腐蚀的主要原因(当然还有其他种种因素,比如有害T离子Cl—和SO4-2、微生物腐蚀等等);如不做处理,系统就会被氧化腐蚀或因细菌繁殖生长而造成腐蚀,其表象是水呈“黄色”或“红色”,严重者呈现“黑褐色”并带有铁臭味,其后果主要是因金属在这种环境下腐蚀的速度过快,而造成整套设备系统的提前报废。所以,这也是中央空调系统要解决的问题之一。
1.1 碳钢材质与水中的氧气作用而发生腐蚀,其反应如下:
Fe + O2 + H2O Fe(OH)3↓
1.2 有害离子引起的腐蚀
中央空调循环水在浓缩过程中,各种盐类的浓度相应增加,当Cl-(氯)和SO42-(硫酸根)离子浓度较高时,会使金属表面保护膜的防腐性能降低。尤其是Cl-的离子半径小、穿透性强,容易破坏金属表面的保护膜增加其腐蚀反应的阳极过程速度,引起金属的局部腐蚀。
1.3 两种不同的金属接触时,因金属间电位差而造成电池腐蚀,例如热交换器的铜管与碳钢端板,其接触部分的钢铁材质会因此加速腐蚀。
1.4 水中微生物的滋生也会产生细菌性腐蚀,如硫酸还原菌、铁细菌等。
1.5 其它引起腐蚀的影响因素有:pH值、溶解的气体、温度、流速等。
空调系统的冷却水、冷冻水未经处理有一定的腐蚀性,如将普通钢片或铁钉放入水中,几天后就会出现铁锈,放置时间越长则锈蚀越严重。同样,系统管道及设备内壁常因水的腐蚀和电化学作用而产生铁锈,甚至穿孔。脱落的锈渣会堵塞管道,使空调效果下降;同时腐蚀的存在使设备的使用寿命大为缩短。一旦腐蚀穿孔,水将进入内腔,既污染了致冷剂(使之报废),又影响了机组正常使用。从下表统计情况看,未作水处理的设备使用寿命会缩短30-50%。


2、结垢及沉积问题
在中央空调循环冷却水系统中,所溶解的重碳酸盐浓度随着蒸发浓缩而增加,当其浓度达到饱和状态,或者在经过换热器传热表面使水温升高时,水中盐份溶解平衡遭到破坏,会发生下列反应即水垢的生成:
Ca(HCO3)2 =CaCO3↓+CO2↑+H2O
生成的CaCO3(碳酸钙)水垢沉积在换热器的传热表面,形成一层硬垢,导热性能很差,严重影响换热效率。
由于水中溶有大量碱土金属离子和碳酸氢根离子等,这些离子遇热后生成不溶解的盐类(如CaCO3,MgCO3等),它们沉集成块即为水垢。水垢的导热系数小于0.8,而紫铜管的导热系数为320,两者相差400倍。水垢影响冷热传递,这会带来两个方面的问题,首先降低制冷效果,1毫米厚的水垢使制冷量降低20-40%;其次多耗能源,严重时主机高压跳机,无法工作。
其次,中央空调水系统设备、管道主要材质是碳钢,其腐蚀产物主要是氢氧化物和铁的氧化物的水合物,呈胶体状态,稳定地悬浮于水中,但当通过热交换器时易在受热面胶体相互凝集沉淀。沉淀的Fe2O3(三氧化二铁)由于它的不连续性和不致密性而对金属无保护作用,而且由于它的磁性,粘着力强,且比重大,消除困难,形成污垢。
另外,循环水中也有天然有机物、泥沙、微生物群落等悬浮物,它们于流速慢或温度高的地方慢慢沉积而形成污垢沉积在设备、管道表面。降低制冷和换热效果,增加能源消耗,严重时造成主机停机。
对冷却塔来讲,冷却水在使用过程中通过冷却塔时由于散热不断的大量蒸发,而蒸发的是纯水,水中的盐份由于补充水的不断进入系统而增加,这样就出现了浓缩倍数。当水中的重碳酸盐浓度值达到饱和状态时就会在PVC填料两侧的水垢的积累会破坏其亲水性,大大减小了其散热面积,随塔内污物的增加,其向上热汽和向下流严重受阻,以致于冷却水温差一般只有3-4℃,很难达到5℃,散热效率下降30%以上。


3、微生物带来的问题
微生物可分为细菌、真菌及藻类,由于其散布在自然界各个角落,而中央空调循环水之温度、盐份、pH值、溶解氧等比较适合微生物繁殖。若未能得到有效控制,微生物不断滋生,并分泌出大量粘液,将水中不溶性杂质粘结在一起,产生粘泥附着于设备和管道的内表面,阻碍水的流动和系统热交换,且在粘泥沉积地方往往会造成沉积物下腐蚀。
冷却塔的水温在32-37℃之间,非常适合微生物繁殖。这些微生物分泌出大量粘液,将水中不溶性杂质粘结在一起。中央空调若长期未作水处理,锈渣、污垢脱落,加上生物粘泥,很易堵塞水路中的传热管,使水流量大为减少,制冷效果严重下降。
微生物粘泥,由于水中本身就含有一定量的泥土、腐殖质等其它有机物及微生物,随着细菌及藻类等微生物逐渐大量的繁殖,因其新陈代谢产生的分泌物及其死亡的菌体,从而形成了微生物粘泥。其在系统管路及换热器内沉积下来,生成了微生物粘泥。微生物粘泥(即所说的软垢)不仅会造成垢下生物腐蚀(如不及时处理的话,也会造成腐蚀穿孔),而且还影响整个系统的热交换率。长此以往不仅增加了机械部分的运行负荷及能耗,而且将严重影响系统的正常工作。水网系统:除了结垢、腐蚀、污泥沉积和微生物繁殖等危害外,水管网系统容易出现过滤器堵塞、水泵密封损坏、缓冲器爆裂(软联结损坏)等问题。
细菌是能自我增殖的、多功能的和小体积大面积的单细胞系统。一些细菌覆盖在金属的表面降低冷却水的冷却效果,并且使金属表面形成差异腐蚀电池而发生垢下腐蚀;有些细菌可以直接引起金属严重腐蚀甚至穿孔,由于铁细菌的大量生长和锈瘤可以引起管道被堵塞;某些细菌与水中盐类反应生成的沉淀还会沉积在金属表面形成污垢,由于细菌的繁殖块,适应强,种类多,所以细菌是在中央空调水特别是冷却水中需严格控制的指标。


4、危害与不良影响
上述的水垢、腐蚀和微生物滋生等这三者不是孤立的,是互相联系和相互影响的,如水垢和污垢往往结合在一起,结垢和生物粘泥又能引起或加重腐蚀。这些水垢、腐蚀物及生物粘泥给中央空调的安全运行带来了严重的危害。
4.1设备管道水垢附着:水垢的导热系数极低,降低传热效率或传热不匀,影响中央空调的制冷效果,使冷凝器压力升高,增大压缩机正背面压力差,导致电机负荷增加,造成高压运行,增加电能消耗,严重时可直接造成主机高压事故停机。
4.2 使系统水循环量减少:沉积物(如水垢、微生物粘泥)覆盖在中央空调水系统设备管道或换热器流道表面,严重的将堵塞管道,阻碍水流动,使冷冻水循环量减少,热交换效率进一步降低。
4.3腐蚀设备和管道:系统管道及设备内壁常因腐蚀造成锈渣脱落,脱落的锈渣会堵塞盘管,使空调换热效果下降,严重时造成穿孔泄漏等重大停机事故;同时腐蚀的存在还使设备的使用寿命大为缩短。
为了防止水垢的形成,抑制微生物的生长繁殖,控制设备及管道的腐蚀,提高热交换效率,节约能源,延长设备的使用寿命,就必须对中央空调循环水系统进行清洗除垢及日常的水质稳定处理,以降低设备和管道的腐蚀,控制结垢生成,抑制微生物繁衍,保证系统正常安全运行。
水质处理的目的是解决系统内水垢附着、设备腐蚀、微生物滋生和粘泥危害的问题,同时节约了能源,发挥中央空调系统的最佳效益。

三、解决空调循环水系统问题的必要性

1、空调循环水系统水质标准

针对以前对空调循环水系统的水质没有统一的标准,相关政府部门,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会已于2012年12月31日正式联合颁布《中华人民共和国采暖空调系统水质标准》(GB/T29044-2012),并将于2013年9月1日正式强制执行。其标准对各个系统的水质标准进行了统一规定。
集中空调间冷开式循环冷却水系统循环水及补充水水质标准

集中空调间冷开式循环冷却水系统循环水及补充水水质标准

检测项

单位

补充水

循环水

pH


6.5~8.5

7.5~9.0

浊度

NTU

≤10

≤20

≤10(换热设备为板式、翅片管式、螺旋版式)

电导率(25℃)

μS/cm

≤400

≤1600

总硬度(以CaCO3计)

mg/L

≤150

--

总碱度(以CaCO3计)

mg/L

≤200

≤600

Ca2++总碱度(以CaCO3计)

mg/L

--

≤1100

Cl-(以Cl-计)

mg/L

≤100

≤500

总铁(以Fe计)

mg/L

≤0.3

≤1.0

NH3-N

mg/L

≤5

≤10

游离氯

mg/L

0.05~0.2

0.05~1.0

COD

mg/L

≤30

≤100

磷酸盐(以P计)

mg/L

--

≤1.0

有机膦

mg/L

--

≤0.5

异氧菌总数

个/mL

--

≤1×105

铜合金腐蚀速率

mm/a

--

<0.005

蒸发冷却循环水系统循环水及补充水水质标准

检测项

单位

直接蒸发

间接蒸发

补充水

循环水

补充水

循环水

pH


6.5~8.5

7.0~9.0

6.5~8.5

7.0~9.0

浊度

NTU

≤3

≤3

≤3

≤5

电导率(25℃)

μS/cm

≤400

≤1000

≤800

≤1600

总硬度(以CaCO3计)

mg/L

≤200

≤400

≤300

≤600

总碱度(以CaCO3计)

mg/L

≤200

≤500

≤200

≤600

Cl-(以Cl-计)

mg/L

≤100

≤200

≤150

≤300

总铁(以Fe计)

mg/L

≤0.3

≤1.0

≤0.3

≤1.0

SO42-(以SO42-计)

mg/L

≤250

≤500

≤250

≤500

氨氮

mg/L

≤0.5

≤1.0

≤5

≤10

COD

mg/L

≤3

≤5

≤30

≤100

菌落总数

CFU/mL

≤100

≤100

--

--

异氧菌总数

个/mL

--

--

--

≤1×105

磷酸盐(以P计)

mg/L

--

--

--

≤1.0

有机膦

mg/L

--

--

--

≤0.5


四、解决空调循环水系统水质的可行性办法

空调循环水处理方法要实现的原理都是预防各种危害的发生。根据水质条件、设备要求介绍一下我们选取的药剂做—介绍:
水系统在循环系统中不断循环使用,由于水的温度升高,水流速度的变化,水的蒸发,各种无机离子和有机物质的浓缩,从冷冻水系统补水箱进入的灰尘杂物,以及设备结构和材料等多种因素的综合作用,会产生比直流系统更为严重的沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生,以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题。为了维持各种矿物质和离子含量稳定在某一定值上,必须对系统补充一定量的新鲜水,并排出一定量的浓缩水,通称排污水。这种补充水和排污水的控制,靠人工控制是不及时、不连续和不准确的。通常取水样分析测试,发现指标超标,才通知补水及排污。因而造成补水和排污时间滞后,排污量不准确,导致浪费。若能在冷却系统安装一套全自动加药和排污的装置,就可以将浓缩倍数和总硬度、药剂浓度控制在一个平稳的范围内,实现先进和科学的水质稳定控制。
循环水的浓缩倍数
空调循环水的浓缩倍数是指该循环水的含盐量与其补充水含盐量之比。提高浓缩倍数,可以降低补充水的用量,节约用水;还可降低排污量,减少对环境的污染和废水的处理量,降低废水处理成本。但是,浓缩倍数过高,会使循环水的硬度、碱度和浊度升的太高,水的结垢倾向增大;水中腐蚀性离子(CL-和SO42-)腐蚀性物质(H2S、SO2、NH3)的含量增加,水的腐蚀性增强。因此,空调循环水的浓缩倍数并不是愈高愈好。当提高到8倍以上时,节水效果就不明显,在使用水处理剂时一般浓缩倍数控制在4~7倍,每小时节水量占循环量的0.40%,要准确控制浓缩倍数,需设置一套全自动装置才能实施。另外,通过控制浓缩倍数,可以阻止Ca2+、Mg2+离子在冷凝器铜管内结成水垢,保持冷凝器的正常冷冻效果,达到节电的目的。
我们所选取的药剂类型及作用分别为:

1.杀菌灭藻剂
    杀菌灭藻剂是一种阳离子表面活性剂,属非氧化性杀菌剂,具有广谱、高效的杀菌灭藻能力,能有效地控制水中菌藻繁殖和粘泥生长,并具有良好的粘泥剥离作用和一定的分散、渗透作用,一起来了解一下它的工作原理吧:
  工业循环冷却水、中央空调冷却塔等开放式循环系统中,原有的多种活体微生物,在适宜环境下不断繁殖生长,形成藻类、粘泥,以至于产生管道堵塞、降低热效率、引起腐蚀及卫生等多方面问题,藻类的产生降低了设备的工作效率,减少了设备的使用寿命,使经济效益下降,为了解决这种现象,商家一般都会利用杀菌灭藻剂。
  灭藻剂与菌藻接触后,能快速断开细菌和藻类蛋白质的键不可逆地抑制其生长、新陈代谢,从而导致微生物菌藻的死亡,故对常见细菌、真菌、藻类等具有很强的抑制和杀灭作用,杀生效率高,降解性好,具有不产生残留、操作安全、配伍性好、稳定性强、使用成本低等特点,杀灭藻类的同时并对对附着在管道壁上的生物粘泥有优异好的剥离效果。


2.缓蚀阻垢剂
阻垢剂在水中有一定的有效期,随着时间的推移,阻垢剂的一些成分会发生水解、分解或其它化学作用,降低阻垢剂的作用, 因此随着补充水,要加入阻垢剂,便是维护水中有效物浓度。 阻垢剂:凡能控制产生泥垢和水垢的药剂称之为阻垢剂。 阻垢机理: 阻垢剂的官能团对水垢成分,阳离子具有螯合力,封锁阳离子, 抑制其与阴离子的反应而防止结垢,同时,阻垢剂对晶核和晶体的活性点有特殊吸附能力,抑制其生长,故只需投加较低浓度就能显示出效果。 阻垢剂的这种化学计算当量作用,称为低限效应。
吸附与分散作用 阻垢分散剂属于阴离子有机化合物, 可因物理化学吸附作用而吸附于胶体颗 粒及微晶粒子上,在颗粒表面形成新的双电层,改变颗粒表面原来的电荷状况。 于是,因同性电荷相排斥而使它们稳定地分散在水体中。
阻垢剂分子由于吸附在位于晶体活性生长点的晶格点阵上, 使晶体不能按照 晶格排列正常生长, 使晶体发生畸变, 使晶体的内部应力增大导致晶体破裂,从而防止微晶沉积成垢,达到阻垢目的。

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