中央空調(diào)設(shè)備結(jié)垢和腐蝕的分析與處理匯總

1、中央空調(diào)設(shè)備結(jié)垢和腐蝕的分析與處理引言隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展 ,人們對(duì)生活要求不斷增高 ,中央空調(diào)的應(yīng)用也日趨廣泛。中央空 調(diào)系統(tǒng)是由制冷劑循環(huán)系統(tǒng) ,冷卻水系統(tǒng)和載冷劑系統(tǒng)構(gòu)成 ,工質(zhì)和水系統(tǒng)對(duì)設(shè)備不 可避免地產(chǎn)生不同程度的結(jié)垢腐蝕危害 ,從而使系統(tǒng)效率低下或設(shè)備過(guò)早損壞。下 就對(duì)各種系統(tǒng)可能遇到的危害及其處理方法分別進(jìn)行分析討論2制冷劑腐蝕 制冷劑腐蝕主要存在于吸收式供熱和制冷中工質(zhì)對(duì)材料的腐蝕。吸收式采暖和制冷 系統(tǒng)一般采用溴化鋰 -水、水 - 氨兩大基本循環(huán) ,特別是溴化鋰 - 水系統(tǒng)使用十分廣 泛。而一般商用機(jī)組多采用碳鋼和銅合金等材料 ,溴化鋰水溶液對(duì)其具有較強(qiáng)的腐 蝕性,而且腐蝕后產(chǎn)生

2、的氫氣和鐵銹等雜物會(huì)直接影響機(jī)組的性能和正常運(yùn)行。 2溴化鋰水溶液腐蝕機(jī)理溴化鋰水溶液和鐵、銅的化學(xué)反應(yīng)如下 :2Fe+2H2O+O 禺 2Fe(OH)22Fe(OH)2+H2O_ 2Fe(OH)34Fe(OH)2 Fe3O4+Fe+4H2 4 OM 2Cu2O2Cu2O+O2+4H2O4Cu(OH)2從中可以看出 ,氧氣是引起腐蝕的重要因素。反應(yīng)后產(chǎn)生的鐵銹和銅銹不斷脫落隨 溶液循環(huán) ,很容易造成噴嘴和過(guò)濾裝置的堵塞。而反應(yīng)產(chǎn)生的不凝性氣體 氣對(duì)機(jī)組的吸收和冷凝過(guò)程將產(chǎn)生直接影響 ,導(dǎo)致性能下降。所以從根本上說(shuō) ,防止確 保機(jī)組的 氣密性 ,盡量避免氧氣侵入并及時(shí)將不凝性氣體排除。212緩蝕

3、劑實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中 ,常采用在溴化鋰溶液中加入緩蝕劑的方法。最常用的緩蝕劑是鉻酸 鋰。鉻酸鋰在加入溴化鋰溶液后于鐵、銅等金屬材料發(fā)生如下反應(yīng) :Fe+2OH-Fe(OH)2+2e3Fe(OH)2+CrO2-4+4H2O 3Fe(OH)3+C(OH)3+2OH-4Cu+2CrO2-4+52通過(guò)以上反應(yīng) ,在鐵、銅表面形成一層致密的 Cr(OH)3 保護(hù)層 ,可以有效地緩減金屬 表面的氧化反應(yīng)。值得注意的是 ,隨著機(jī)組的運(yùn)行 ,鉻酸鋰的含量將被不斷消耗 ,而液 的堿度則不斷上升 ,這對(duì)緩蝕反應(yīng)將造成不利影響。有資料表明 ,只有在鉻酸鋰的度 為011%013%,溶液堿度為0101014N時(shí)，緩蝕劑才會(huì)有

4、良好的效果。因此應(yīng)現(xiàn) 場(chǎng)對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行及時(shí)有效的控制 ,以確保緩蝕反應(yīng)的正常進(jìn)行。3循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 水系統(tǒng)包括冷卻水和冷熱媒系統(tǒng) ,而以循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)的問(wèn)題最多。 空調(diào)冷卻水系統(tǒng)一般分為敞開(kāi)式和密閉式兩種循環(huán)系統(tǒng),而敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系以效果好、造價(jià)低而廣泛應(yīng)用于工程中。但在敞開(kāi)式系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,循環(huán)冷卻水經(jīng)逐漸蒸發(fā)冷卻后濃縮 ,水中 Ca2+、Mg2+ 、溶解性固體、懸浮物逐漸增加 ;另外 循環(huán)冷卻過(guò)程中必須與空氣充分接觸 ,通過(guò)空氣把汽化熱帶出 ,空氣中的粉塵、雜 物、可溶性氣體污染使水質(zhì)產(chǎn)生很大的變化 ,二氧化碳大量散失 ,溶解氧含 量升高。循環(huán)水將造成系統(tǒng)熱阻增大 ,熱

5、交換率降低 ,設(shè)備腐蝕及壽命縮短 ,故應(yīng)重視冷卻水循 環(huán)過(guò)程中的水處理。水在循環(huán)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生不同程度的結(jié)垢腐蝕危害,從而造成傳熱效率降低、能耗加大甚至管道阻塞、腐蝕穿孔等。311循環(huán)冷卻水的結(jié)垢腐蝕機(jī)理 水垢生成及判斷 微溶性鹽的屬性循環(huán)冷卻水經(jīng)過(guò)冷卻塔時(shí) ,相當(dāng)于曝氣作用 ,溶解在水中的二氧化碳 會(huì)逸出，而水的pH值會(huì)升高，這時(shí)重碳酸鹽在堿性條件下會(huì)發(fā)生如下的反應(yīng)：當(dāng)水中溶有大量的氯化鈣時(shí) ,還會(huì)產(chǎn)生下列置換反應(yīng) :Ca(HCO3)2+2OH-T CaCO3+2H2O+CO2-3 CaCI2+CO2-3T CaCO3+2CI-若水中溶有 適量的磷酸鹽時(shí) ,也會(huì)將氯化鈣轉(zhuǎn)化成磷酸鈣 ,其反應(yīng)為

6、：2P O34+3CaCI2T Ca3( PO 4)2+6CI-以上一系列反應(yīng)中生成的碳酸鈣和磷酸鈣均屬微 溶性鹽。它們的溶解度與一般的鹽類不同 ,不是隨著冷凝器水側(cè)吸收制冷劑蒸氣溫 度的升高而升高 ,而是隨著溫度的升高而降低 ,從而在換熱器傳熱表面上 ,這些微溶性 鹽很容易達(dá)到飽和狀態(tài) ,由水中結(jié)晶析出 ,這些結(jié)晶沉淀物就容易沉淀在傳熱表面 上。此外水中溶解的硫酸鈣、硅酸鈣、硅酸鎂等,當(dāng)其離子濃度的乘積超過(guò)其本身溶度積時(shí) 也會(huì)生成沉淀 沉積在傳熱表面上。碳酸鈣大多數(shù)情況下 傳熱表面上形成的水垢是以碳酸鈣為主的 這是因?yàn)榱蛩徕}的溶解度大于碳酸鈣o因此在 水垢控制時(shí) 主要是指如何防止碳酸鹽水垢的

7、析出o31112 金屬腐蝕金屬在水中腐蝕過(guò)程冷卻水對(duì)碳鋼的腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程 由于碳鋼組織和表面的不均一性 當(dāng)它與 水接觸時(shí) 在其表面會(huì)形成許多微小的腐蝕電池 碳鋼中的鐵素體構(gòu)成微陽(yáng)極 而滲碳體等的電位高于鐵素體 故相對(duì)來(lái)說(shuō)就構(gòu)成微陰極 而金屬銅的腐蝕也可通過(guò)電化學(xué)過(guò)程生成 腐蝕形狀碳鋼在冷卻水腐蝕的形態(tài)可分為兩大類o即均勻腐蝕和局部腐蝕 而后者則由以下一些原因引起 用保護(hù)膜或涂料抑制腐蝕時(shí)保護(hù)膜局部破裂或涂 料局部脫落 這些破裂或脫落的地方屬陽(yáng)極 因而受到 腐蝕o 金屬本身有缺陷 當(dāng)水垢局部剝離時(shí)露出的金屬部分就成為陽(yáng)極 腐蝕就在這些地方進(jìn)行 因此舊的冷卻水系統(tǒng)在開(kāi)車前必須將老垢清洗干凈o

8、金屬表面所接觸的水溶液中 氧的濃度不同 形成氧的濃 差電池 富氧部分為陰極 而缺氧部分則成陽(yáng)極受到腐蝕o金屬表面局部附著的砂粒 沉積物等水質(zhì)判斷標(biāo)準(zhǔn) 冷卻水系統(tǒng)中最常遇到的結(jié)垢問(wèn)題主要是由碳酸 鈣沉積引起的 當(dāng)冷卻水碳酸鈣的沉淀溶解反應(yīng)Ca2+HC OCaCO3+H+達(dá)到平衡時(shí)水的 pH 值稱為該水的飽和 pH值 用pHs 來(lái)表示o水的pHs隨水中溶解固體總濃度 堿度 鈣離子濃度 溫度等因素變化 由查表法計(jì)算如下+ N S+ NNH+NA) 式中NA分別為溶解固體常數(shù) 溫度常數(shù) 鈣硬度常數(shù) 總堿度常數(shù) 可由水中溶解固體總濃度 堿度 鈣離子濃度溫度等查表獲得 用 Ryznar 指數(shù) LSI 2p

9、 H sp H act 注 式中 pH act 為水的實(shí)際 pH 值。 可對(duì)水的結(jié)垢腐蝕傾向進(jìn)行判斷 其關(guān)系如表1所示。Ryznar 指數(shù)與結(jié)垢腐蝕傾向關(guān)系LSI結(jié)垢腐蝕傾向LSI結(jié)垢腐蝕傾向4100嚴(yán)重結(jié)垢710 715輕微腐蝕510 610輕度結(jié)垢715嚴(yán)重腐蝕61010基本穩(wěn)定>910極嚴(yán)重腐蝕 其他對(duì)設(shè)備的有害成分主要有鐵氧化碳溶解氧氯化物離子 硫酸根離子 硫化物離子 銨根 離子等o目前 我國(guó)尚沒(méi)有針對(duì)空調(diào)循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 這使工程設(shè)計(jì)人員無(wú)章可循 各工程所選取的水質(zhì)指標(biāo)也差異很大。日本冷凍空調(diào)工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)一般空 調(diào)用冷卻水循環(huán)水的水質(zhì)作了規(guī)定 (JRAGL 02 1994 詳

10、見(jiàn)表2 我們可以在工程中參考使用日本空調(diào)用冷卻循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)項(xiàng) 目 指標(biāo) 項(xiàng) 目 指標(biāo) pH615 812酸消耗量 mg/L<100Cl mg/L<200 殘留鹽分 Clmg/L<013SO2 4 mg/L<200游離碳分CO2mg/L<410 NH+4mg/L<110全硬度CaCO 3mg/L<2005iO2 mg/L<50總硬度CaCO 3mg/L<150 Fe mg/L<110電導(dǎo)率 25r) mS/ m<80Cu 2+ mg/L <013安定度指數(shù)610710 313 常用的幾種水處理方式及特點(diǎn) 冷卻水處理系統(tǒng)常用

11、的有以下幾種措施 :(1) 排放控制濃度法,并補(bǔ)充新鮮,仍有結(jié)垢,附著于管壁 ,對(duì)于蒸發(fā)水量損失引起的冷卻水濃縮,可以人為地排放掉一部分濃縮水水量。該方法簡(jiǎn)單、方便 ,但不能從根本上解決水中不穩(wěn)定溶解鹽的問(wèn)題 的可能。(2) 物理處理法 常用的物理處理法有 : 靜電處理法可防止管壁被氧化 ,同時(shí)氧氣吸收電子后生成O-2 和 H2O2 等物質(zhì) ,具有殺菌滅藻作用。但該方法防垢并不徹底 ,且電極維護(hù)要求極高需定期清洗。磁化處理法,水被磁化后 ,形成的水垢質(zhì)脆疏松、附著力減弱 ,因此該法對(duì)防垢有一定的作用 ,但磁 場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間推移而逐步減弱 高頻電子法 , 利用集成電路產(chǎn)生的高頻電信號(hào) 同時(shí)水體吸

12、收大量被激活的電子,進(jìn)而影響其效果。,包括一高壓發(fā)生器和電極組成 ,利用靜電作用使水中產(chǎn)生一些自由電子,使水中原來(lái)締合鏈狀的大分子斷裂成單個(gè)水分子,使水的偶極矩增大 ,從而使水和鹽離子的親和力增 大 ,進(jìn)而使管壁上的水垢脫落。另外水中的氧被處理為惰性氧,兼有防腐殺菌作用。(3) 化學(xué)處理法 就目前來(lái)講 ,大型冷卻水系統(tǒng)多采用化學(xué)方法,它包括水處理系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和反洗系統(tǒng)。系 統(tǒng)補(bǔ)充水經(jīng)離子交換除去硬度和鹽類結(jié)合循環(huán)水中加入阻垢 劑、緩蝕劑和殺菌滅藻劑 ,并定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清洗及反洗 ,形成全套的水處理技術(shù)。 這種方法效果好 ,設(shè)備多,投資大,但延長(zhǎng)設(shè)備壽命 ,運(yùn)行效率高 ,節(jié)約能源 ,

13、被國(guó)內(nèi)外大 公司所關(guān)注 ,大型空調(diào)冷卻水處理系統(tǒng)逐漸被采用 ,具有較廣闊的前景。 投加阻垢緩 蝕劑在冷卻水中 ,投入少許藥劑 ,即能使金屬腐蝕結(jié)垢速度大為降低。因?yàn)檫@種藥劑 具有溶限效應(yīng) ,不按等當(dāng)量反應(yīng)進(jìn)行。從電化學(xué)來(lái)看,緩蝕劑抑制了陽(yáng)極過(guò)程或陰極過(guò)程,使腐蝕電流減少 ,達(dá)到緩蝕的作用。而阻垢劑能使碳酸鈣晶體扭曲、錯(cuò)位,對(duì)水垢的形成產(chǎn)生擬制作用。 常用的阻垢緩蝕劑有六偏磷酸鈉、氨基三甲叉膦酸鹽、 硫酸鋅、鉬酸鈉、磷酸脂、聚丙烯酸、聚馬來(lái)酸、共聚物等,這些物品都能在水中較快地溶解 ,起到對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)阻垢緩蝕作用 ,但它們的應(yīng)用特點(diǎn)、適用溫度、投加 濃度、pH值控制范圍以及在水中的生成物有較大差

14、異，因此應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)條件 及運(yùn)行情況合理選用。硅酸鹽被膜水處理器、復(fù)方硅酸鹽被膜水處理器,是一種常用的冷卻水處理裝置 ,它由加藥器和除污器兩部分組成 ,在運(yùn)行過(guò)程中 ,能使金屬表面 上生成一層微薄而堅(jiān)韌的分子膜 ,有效地防止金屬表面水與陽(yáng)離子及溶解氧接觸,避免了氯化腐蝕和電化學(xué)腐蝕 ,其次藥劑溶于水后形成的膠態(tài)負(fù)離子可吸附水中的懸 浮物及鈣鎂離子 ,形成絮狀沉淀 ,因而防止了結(jié)垢。4 直流水系統(tǒng)直流水系統(tǒng)由于用水量太大 ,用化學(xué)藥劑進(jìn)行處理往往很不經(jīng)濟(jì) ,因此其應(yīng)用受到了 很大的限制 ,但在一些水質(zhì)條件較好的地方還是可以考慮使用。特別的,利用地下水水溫穩(wěn)定、冬暖夏涼的特點(diǎn) ,將其用于空調(diào)工程冷熱源具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。尤其是夏 季地下水溫度普遍較低 ,可直接作為冷凍水使用 ,這與人工制冷相比要經(jīng)濟(jì)得多。直 流水系統(tǒng)與開(kāi)式循環(huán)相比 ,沒(méi)有蒸發(fā)濃縮和二氧化碳的吹失問(wèn)題 , 其結(jié)垢問(wèn)題主要來(lái)自于重碳酸鈣的熱分解 地下水直流空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)參考標(biāo)準(zhǔn) 結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)和地下水化學(xué)背景狀 況, 對(duì)地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提出以下要求見(jiàn)表 空調(diào)用地下水水質(zhì)參考標(biāo)準(zhǔn) 指標(biāo)渾濁度 50 100mg/L pH6