中央空调循环水腐蚀分析与现场水处理对策-论文 5页

第32卷第6期河南科学Vo1．32No．62014年6月HENANSCIENCEJun．2014文章编号：1004—3918(2014)06—1010—05DOI：10．13537~．issn．1004—3918．2014．06．019中央空调循环水腐蚀分析与现场水处理对策陈敏，陈燕敏，孙彩霞，徐会武，吴晋英(河南省科学院能源研究所有限公司，郑州450008)摘要：主要介绍中央空调在运行过程中循环水对管道的腐蚀以及腐蚀的原理分析．在现场水处理过程中，我们采用投加高效缓蚀剂以及高效杀菌灭藻剂等来控制腐蚀，经过实践证明采取这种措施起到了很好的防腐蚀效果，保证了空调的正常运行．关键词：中央空调；循环水系统；腐蚀；缓蚀剂中图分类号：069文献标识码：ACirculatingWaterCorrosioninHVACSystemsandCountermeasureofWaterTreatmentChenMin，ChenYanmin，SunCaixia，XuHuiwu，WuJinying(EnergyResearchInstitute，HenanAcademyofScience，Zhengzhou450008，China)Abstract：Inthispaper，weintroducethecentralair—conditioningcirculatingwaterintherunningprocessofpipelinecorrosion，andtheanalysisoftheprincipleofcorrosion．Inthefieldofwatertreatmentprocess，wetakesomeeffectivemeasurestocontrolcorrosion，suchasusinghighlyeficientcorrosioninhibitorsandaddingtheeficientalgaefungicida1．Itisprovedthatgoodantiseptiveeffecthasbeenobtainedbyadoptingthesemeasures，andnormaloperationinproductionhasthusbeenguaranteed．Keywords：HVAC；circulatingwatersystem；corrosion；corrosioninhibitor中央空调系统因具有投资费用少、运行可靠、节约能源、便于管理等特点，己被越来越多的宾馆、商厦、医院办公大楼、高级公寓等建筑所采用n]．多年来，我们对中央空调用水情况作了广泛的调查，现在中央空调水系统的用水综合起来分为三类，即未经过任何处理的自来水、软化水和去离子水．随着现代工业的飞速发展以及淡水资源的目益短缺，节约水资源成为人们不可忽略的一个重要问题．节约冷却水的主要方法是循环利用冷却水．腐蚀控制是循环冷却水处理中的重要内容．本文对中央空调循环冷却水腐蚀进行分析并叙述了水处理过程采取的措施．1中央空调循环水系统的腐蚀中央空调系统管道材质以无缝钢管、镀锌管为主，有些采暖系统管道采用铜管，变风量器及风机盘管水管道以黄铜、铜为主．这些金属在循环水系统中由于化学反应、电化学反应或物理作用而受到破坏或性能恶化．这样一种由多种金属组成的系统极易发生电化学腐蚀口，主要有以下几种方式．1．1由于不同金属组合在一起而引起的电偶腐蚀不同的金属或元素具有不同的标准电极电位，而循环水中又含有多种盐类，导电性较强，这些具有不同电极电位的金属相互接触而形成了腐蚀电池．例如换热部件(变风量器、风机盘管、冷凝器、蒸发器)内黄铜管、碳钢管或镀锌管的连接，镀锌管和无缝钢管的连接．电极反应过程如下：收稿日期：2013—12—30作者简介：陈敏(1987一)，女，河南新乡人，硕士，从事化学清洗与中央空调水处理工作．\n2014年6月陈敏，等：中央空调循环水腐蚀分析与现场水处理对策阳极过程：Fe-2e一_÷Fe；阴极过程：Cu+2e一_÷Cu．电偶腐蚀的结果使得电位较低的金属如铁遭受腐蚀．1．2由溶解氧而引起的腐蚀中央空调的冷却水系统常采用敞开式循环冷却水系统，这种系统由于气、水直接进行热交换，溶解氧始终处于饱和状态．冷媒水或热媒水系统虽采用封闭式循环但由于管路复杂，当为清洗或更换阀门等目的而把系统内的水排空后，空气势必要进入整个系统，其中某些横向支管及风机盘管内的空气很难在系统补水时排出．开启循环泵后，这部分“空气柱”被循环水裹着流经水泵时被高速旋转的叶轮“切碎”呈“乳化”状态．一些设计不是很合理的中央空调系统冷媒水(热媒水)取样口流出的水经常呈乳白色，可明显地看到气泡逸出，当放置一段时间后水样变清．虽然冷(热)媒水系统装有自动排气阀，但对于这样微细气泡很难靠自动排气阀排出，况且有些回水管道的排气阀由于设计上的原因在水泵运行时非但不排气，有时还会往系统内吸气．以上种种因素造成冷(热)媒水内的溶解氧经常处于饱和状态．由于金属的电极电位比氧的电极电位低，金属受水中溶解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀，其中金属是阳极遭腐蚀，氧是阴极，进行还原，反应式如下：阳极过程：FeFe+2e一；阴极过程：0+2HO+4e--~40H一．腐蚀产生的Fe。在水中容易产生Fe(OH)和Fe(OH)，，引起水质恶化，甚至会出现“红水”现象．对于铜管主要发生下列反应：阳极主要反应：2Cu+H2O_÷Cu2O+2H+2e一，Cu—}Cu+2e一，Cu—}Cu+e：阴极反应：02+2H2O+4e一4OH一．这些反应，促使微电池上的阳极区的金属不断溶解而被腐蚀．在金属与金属之间连接的缝隙处，水垢及微生物泥垢、泥沙等沉积物下的金属表面，由于水的对流不畅使氧贫化，也会造成类似的腐蚀．特别是水垢等沉积物下的腐蚀，由于腐蚀产物被沉积物覆盖住，循环水显得清澈透明，给人以金属未遭到腐蚀的假象．当腐蚀严重到一定程度时，腐蚀产物连同污垢一起脱落，堵住风机盘管、过滤器等管径较细的部位，此时再想采取水处理措施已太晚，因为某些腐蚀严重的部位，金属本体层己很薄，若用化学清洗或其他方法去除污垢层后很可能造成系统漏水．1．3由氯离子而引起的腐蚀氯离子造成的腐蚀发生在孔蚀或缝隙腐蚀中．在这种情况下金属在蚀孔内或缝隙内腐蚀而溶解，生成Fe“，引起腐蚀点周围的溶液中产生过量的正电荷，吸引水中的氯离子迁移到腐蚀点周围以维持电中性，因此腐蚀点周围会产生高浓度的金属氯化物MC1：，之后MC1：会水解生成不溶性的金属氢氧化物和可溶性的盐酸．MC12+2H2O--+M(OH)2』+2H+C1一．盐酸是一种强腐蚀性的酸，能加速多种金属和合金的溶解．中央空调系统由于常采用游离氯或化合氯杀菌，循环水中的氯离子含量较高．有些采用软水作为补充水源的系统，由于树脂再生时控制不当，也会造成氯化钠进入系统的可能．一些采用不锈钢或合金作热交换器或电加热棒材料的中央空调，要特别提防氯离子的进入．因为氯离子对不锈钢和合金的腐蚀比对普通碳钢快得多．当工业冷却需零度以下的冷媒水时，不宜加氯化钠来降低水的冰点，可改用亚硝酸钠和碳酸钠或乙二醇等．1．4微生物引起的腐蚀微生物的滋生也会使金属发生腐蚀．这是由于微生物排出的黏液与无机垢和泥沙杂物等形成的污泥附着在金属表面，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀．此外，在金属表面和沉积物之间由于缺乏氧，一些厌氧菌\n河南科学第32卷第6期(主要是硫酸盐还原菌)得以繁殖，它分解水中的硫酸盐，产生HS，引起碳钢腐蚀，其反应如下：SO．~-+8H+8e一一S+4H0+能量(细菌生存需要)，Fe+S一—+FeS．生成的FeS沉积在钢铁表面与未被覆盖的钢铁构成另一个腐蚀电池，更加速腐蚀．微生物腐蚀，通常不是单一细菌起作用，而是多种细菌间的协同作用．如铁细菌是好氧细菌，它能将Fe氧化为Fe”，从而在钢铁表面形成难溶腐蚀瘤，瘤下的厌氧区促进硫酸盐还原菌的生长．在新鲜水中，细菌和藻类较少，但在循环冷却水中，由于养分的浓缩，水温的升高和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速生长和繁殖的条件．大量细菌分泌出的胞外高聚物像黏合剂一样，能使水中飘浮的灰尘杂质和化学沉淀物等黏附在一起，形成粘泥沉积在换热器表面，由于电化学的作用形成垢下腐蚀．除此之外，它还会使冷却水的流量减少，从而降低了冷凝器的冷却效率．此外，水中的CO：、NH等离子又会对碳钢和铜等金属引起腐蚀n，常使换热管管壁被腐蚀穿孔，形成渗漏，使冷凝器质量和使用寿命受到影响．1．5其他腐蚀因素一些重金属离子如铜、银、铅对钢、铝、镁、锌这几种常用金属起有害作用．在酸性溶液中Fe具有强烈的腐蚀性．循环水中往往含有泥土、砂粒、焊渣、麻丝、腐蚀产物等不溶性物质，这些物质有些是从空气中进入的，有些是安装时带入的，也可能是在运行中生成的．这些不溶物一方面易在滞流区域沉积造成垢下腐蚀，另一方面随水流冲击管壁，对硬度较低的金属或合金(例如铜管)产生磨损腐蚀．2水处理方案针对上述腐蚀，制定了包括使用高效缓蚀剂，以及投加高效杀菌灭藻剂等水处理方案．每周一、三、五对循环冷却水进行取样化验，根据水质情况进行加药处理．2．1采用高效缓蚀剂我们研发出一种复合型钼酸盐缓蚀剂，在钼酸钠的基础上，加入NaPO、ZnSO、BTA等，在助剂的作用下配成无色透明的液体．BTA主要作为铜及其合金的缓蚀剂使用，对碳钢缓蚀剂的缓蚀效果不是很大，但是系统中不仅有碳钢还有铜及其合金存在，BTA的加入对整个系统都起到很好的缓蚀作用．该缓蚀剂稳定性好，能有效抑制循环水中阴离子和生物粘泥对设备的腐蚀．我们通过挂片试验，考察了缓蚀剂成分用量对缓蚀性能的影响．结果表明，该缓蚀剂的缓蚀率大于92％，符合国家标准的要求．2．2投加高效杀菌灭藻剂我们自主研发的高效杀菌灭藻剂是由异噻唑啉酮和次氯酸钠复合而成．经对其性能的研究实验表明m，复合后的杀菌剂在pH=3～9范围内具有较高的杀菌效果．静态挂片试验结果显示，在含菌的水溶液中加入杀菌剂后，试液的腐蚀性降低．现场应用以及实验室实验结果显示：杀菌剂的添加量为50～100mg／L范围内能很好地将冷却水中的异养菌控制在10cfu／mL以下．异噻唑啉酮和次氯酸钠复合后的杀菌剂可以在不同的水质条件下工作，且添加量在100mg／L时，不仅在实验室具有较好的杀菌效果，且在现场复杂的环境下，也表现出了较好的和持久的药效，同时对其他药剂的相容性也比较好．此外，当系统的浓缩倍数过高时，我们则采用排污补水的方式让系统的浓缩倍数降下来，此方法也可在一定程度上降低循环冷却水对系统的腐蚀．3应用效果3．1循环冷却水系统的运行参数目前，郑州市绝大部分宾馆、餐饮、商厦、超市等服务行业中所使用中央空调冷却系统、蒸汽锅炉等循环水用自来水作为补充水．在本文中我们以郑州中州智选假日酒店的循环冷却水系统为例，其各项运行参数见表1．\n2014年6月陈敏，等：中央空调循环水腐蚀分析与现场水处理对策表1系统运行参数表2系统补充水水质分析数据Tab．1TheparametersoftheoperationsystemTab．2Theanalysisdataofthesystemaddedwater项目参数检测项目参数循环水量／(m·h)320pH保有水量／m25电导率，(IXS·cln‘。)飞溅量／(m’·h。。)O．16硬度／(mmol·L-)p(Ca“)／(nag·L一)3．2循环冷却水补充水水质p(C1一)／(mg·L)该酒店循环水补充水为自来水，其水质见表2．碱度／(mg·L)3．3实际运行数据与分析(Fe+Fe)／(mg·L。’)从2013年5月到10月对该酒店的中央空调循环冷却固含量／(mg·L)水进行了化验检测及水处理，我们下面摘取具有代表性的总磷含量／(mg·L)实测值，下表为部分的水质分析实测值，如表3所示．表32013年部分循环水水质检测数据Tab．3Thepartofthecirculatingwaterqualitytestingdatain2013∞㈣Ⅲ”瑚注：表中的“缓”是指高效缓蚀剂，“杀”是指高效杀菌灭藻剂．其中表中的5则是稳定常数，Ryzner~，对于析出碳酸钙抑制腐蚀来说，与其用饱和指数，不如用稳定指数．利用式(1)可预知能否发生腐蚀或结垢．S=2pH一pH，(1)表4Ryznar指数判断水的腐蚀与结垢倾判断方法如下：Tab．4TheRyznarindextojudgewatercorrosionandscalingtendencyS=6，化学平衡；稳定指数S水的倾向S>6，有腐蚀倾向；严重结垢S<6，有结垢倾向；轻度结垢另外，由表4可知，稳定指数应该控基本稳定制在6．0左右，可以达到使用的标准．轻微腐蚀从表3中的数据可以看出，Js基本都控严重腐蚀制在6．0左右，很好地防止了结垢和腐蚀的极严重腐蚀产生，这就说明了我们采取的这种水处理措施是非常有效的．2013年5月到10月，我们连续对循环冷却水系统的水质进行了监控，并进行了挂片试验，碳钢的平均腐蚀率为0．008mm／a，能达到《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050—2007)标准要求．\n一10l4一河南科学第32卷第6期4结语通过腐蚀机理的分析，我们对循环冷却水采取相应的水处理措施，可有效地解决淡水资源短缺问题，根据腐蚀的特点和腐蚀情况采取适当的防腐措施，取得良好的防腐效果．科学的水处理改善了系统的水质，使系统水质纯清，水质指标达到和控制在稳定的范围内，能有效防止系统管道的腐蚀、堵塞、泄露等事故的发生，从而消除了对系统造成的不良影响，改善了运行条件，使系统设备长期运行于高效、节能状态．水处理能够提高热交换率，减少电能或燃料的消耗，还可以减少系统排污，从而提高循环水的利用率，达到节约用水的目的．因此，科学的水处理在节能、节材及减少工程投资等方面，均有较好的经济效益和社会效益．参考文献：[1]卓里欣．中央空调系统循环水腐蚀分析与水处理对策[J]．能源工程，2001，5(3)：18—20．123高溪，刘磊，郭猛，等．海水淡化水的腐蚀控制研究与应用l-j]．工业水处理，2013，33(4)：88—89．1-3]曹楚南．腐蚀电化学原理[M]．2版．北京：化学工业出版社，2004：159—163．I-4]加藤正义．金属防腐蚀技术[M]．伍学高，译．北京：化学工业出版社，1987：20．[5]刘卫国，刘建东，赵陈龙．水的磁处理防腐蚀机理研究1J]．腐蚀与防护，2006，27(4)：196—198．[6]高瓦玲，侯忠德，杨文忠，等．铜质蒸汽冷凝器腐蚀分析与对策1J]．工业水处理，2000，20(3)：36—40．E71邵青，龙荷云，安鼎年．水处理及循环再利用技术l-M]．北京：化学工业出版社，2003．E81李淑英．循环冷却水系统中立式蒸发器腐蚀原因分析EJ]．材料科学与工艺，2007，15(1)：31—34．[9]唐受印，戴友芝．工业循环冷却水处理I-M1．北京：化学工业出版社，2003．[101杨英杰，段振国．循环水腐蚀性分析及建议[J]．河北化工，2008，31(8)：53—55．[11]刘光洲，吴建华．海洋微生物腐蚀的研究进展[J]．腐蚀与防护，2001，22(10)：430—433．[123孙彩霞，徐会武，陈燕敏，等．复合型钼酸盐缓蚀剂性能研究[J]．应用化工，2013，42(9)：1608—1610．[13]孙彩霞，徐会武，陈燕敏，等．异噻唑啉酮和NaC10复合杀菌剂性能研究[J]．清洗世界，2013，29(10)：14—17[143程玉山，徐会武，刘荣江，等．饱和指数和稳定指数计算方法研究[J]．清洗世界，2012(9)：17—21．(编辑康艳)