中央空调设备结垢和腐蚀的分析与处理汇总

1、中央空调设备结垢和腐蚀的分析与处理引言随着经济不断发展 ,人们对生活要求不断增高 ,中央空调的应用也日趋广泛。中央空 调系统是由制冷剂循环系统 ,冷却水系统和载冷剂系统构成 ,工质和水系统对设备不 可避免地产生不同程度的结垢腐蚀危害 ,从而使系统效率低下或设备过早损坏。下 就对各种系统可能遇到的危害及其处理方法分别进行分析讨论2制冷剂腐蚀 制冷剂腐蚀主要存在于吸收式供热和制冷中工质对材料的腐蚀。吸收式采暖和制冷 系统一般采用溴化锂 -水、水 - 氨两大基本循环 ,特别是溴化锂 - 水系统使用十分广 泛。而一般商用机组多采用碳钢和铜合金等材料 ,溴化锂水溶液对其具有较强的腐 蚀性,而且腐蚀后产生

2、的氢气和铁锈等杂物会直接影响机组的性能和正常运行。 2溴化锂水溶液腐蚀机理溴化锂水溶液和铁、铜的化学反应如下 :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从中可以看出 ,氧气是引起腐蚀的重要因素。反应后产生的铁锈和铜锈不断脱落随 溶液循环 ,很容易造成喷嘴和过滤装置的堵塞。而反应产生的不凝性气体 气对机组的吸收和冷凝过程将产生直接影响 ,导致性能下降。所以从根本上说 ,防止确 保机组的 气密性 ,尽量避免氧气侵入并及时将不凝性气体排除。212缓蚀

3、剂实际运行当中 ,常采用在溴化锂溶液中加入缓蚀剂的方法。最常用的缓蚀剂是铬酸 锂。铬酸锂在加入溴化锂溶液后于铁、铜等金属材料发生如下反应 :Fe+2OH-Fe(OH)2+2e3Fe(OH)2+CrO2-4+4H2O 3Fe(OH)3+C(OH)3+2OH-4Cu+2CrO2-4+52通过以上反应 ,在铁、铜表面形成一层致密的 Cr(OH)3 保护层 ,可以有效地缓减金属 表面的氧化反应。值得注意的是 ,随着机组的运行 ,铬酸锂的含量将被不断消耗 ,而液 的碱度则不断上升 ,这对缓蚀反应将造成不利影响。有资料表明 ,只有在铬酸锂的度 为011%013%,溶液碱度为0101014N时，缓蚀剂才会有

4、良好的效果。因此应现 场对这两项指标进行及时有效的控制 ,以确保缓蚀反应的正常进行。3循环冷却水系统 水系统包括冷却水和冷热媒系统 ,而以循环冷却水系统在使用中出现的问题最多。 空调冷却水系统一般分为敞开式和密闭式两种循环系统,而敞开式循环冷却水系以效果好、造价低而广泛应用于工程中。但在敞开式系统实际运行过程中,循环冷却水经逐渐蒸发冷却后浓缩 ,水中 Ca2+、Mg2+ 、溶解性固体、悬浮物逐渐增加 ;另外 循环冷却过程中必须与空气充分接触 ,通过空气把汽化热带出 ,空气中的粉尘、杂 物、可溶性气体污染使水质产生很大的变化 ,二氧化碳大量散失 ,溶解氧含 量升高。循环水将造成系统热阻增大 ,热

5、交换率降低 ,设备腐蚀及寿命缩短 ,故应重视冷却水循 环过程中的水处理。水在循环时将会产生不同程度的结垢腐蚀危害,从而造成传热效率降低、能耗加大甚至管道阻塞、腐蚀穿孔等。311循环冷却水的结垢腐蚀机理 水垢生成及判断 微溶性盐的属性循环冷却水经过冷却塔时 ,相当于曝气作用 ,溶解在水中的二氧化碳 会逸出，而水的pH值会升高，这时重碳酸盐在碱性条件下会发生如下的反应：当水中溶有大量的氯化钙时 ,还会产生下列置换反应 :Ca(HCO3)2+2OH-T CaCO3+2H2O+CO2-3 CaCI2+CO2-3T CaCO3+2CI-若水中溶有 适量的磷酸盐时 ,也会将氯化钙转化成磷酸钙 ,其反应为

6、：2P O34+3CaCI2T Ca3( PO 4)2+6CI-以上一系列反应中生成的碳酸钙和磷酸钙均属微 溶性盐。它们的溶解度与一般的盐类不同 ,不是随着冷凝器水侧吸收制冷剂蒸气温 度的升高而升高 ,而是随着温度的升高而降低 ,从而在换热器传热表面上 ,这些微溶性 盐很容易达到饱和状态 ,由水中结晶析出 ,这些结晶沉淀物就容易沉淀在传热表面 上。此外水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等,当其离子浓度的乘积超过其本身溶度积时 也会生成沉淀 沉积在传热表面上。碳酸钙大多数情况下 传热表面上形成的水垢是以碳酸钙为主的 这是因为硫酸钙的溶解度大于碳酸钙o因此在 水垢控制时 主要是指如何防止碳酸盐水垢的

7、析出o31112 金属腐蚀金属在水中腐蚀过程冷却水对碳钢的腐蚀是一个电化学过程 由于碳钢组织和表面的不均一性 当它与 水接触时 在其表面会形成许多微小的腐蚀电池 碳钢中的铁素体构成微阳极 而渗碳体等的电位高于铁素体 故相对来说就构成微阴极 而金属铜的腐蚀也可通过电化学过程生成 腐蚀形状碳钢在冷却水腐蚀的形态可分为两大类o即均匀腐蚀和局部腐蚀 而后者则由以下一些原因引起 用保护膜或涂料抑制腐蚀时保护膜局部破裂或涂 料局部脱落 这些破裂或脱落的地方属阳极 因而受到 腐蚀o 金属本身有缺陷 当水垢局部剥离时露出的金属部分就成为阳极 腐蚀就在这些地方进行 因此旧的冷却水系统在开车前必须将老垢清洗干净o

8、金属表面所接触的水溶液中 氧的浓度不同 形成氧的浓 差电池 富氧部分为阴极 而缺氧部分则成阳极受到腐蚀o金属表面局部附着的砂粒 沉积物等水质判断标准 冷却水系统中最常遇到的结垢问题主要是由碳酸 钙沉积引起的 当冷却水碳酸钙的沉淀溶解反应Ca2+HC OCaCO3+H+达到平衡时水的 pH 值称为该水的饱和 pH值 用pHs 来表示o水的pHs随水中溶解固体总浓度 碱度 钙离子浓度 温度等因素变化 由查表法计算如下+ N S+ NNH+NA) 式中NA分别为溶解固体常数 温度常数 钙硬度常数 总碱度常数 可由水中溶解固体总浓度 碱度 钙离子浓度温度等查表获得 用 Ryznar 指数 LSI 2p

9、 H sp H act 注 式中 pH act 为水的实际 pH 值。 可对水的结垢腐蚀倾向进行判断 其关系如表1所示。Ryznar 指数与结垢腐蚀倾向关系LSI结垢腐蚀倾向LSI结垢腐蚀倾向4100严重结垢710 715轻微腐蚀510 610轻度结垢715严重腐蚀61010基本稳定>910极严重腐蚀 其他对设备的有害成分主要有铁氧化碳溶解氧氯化物离子 硫酸根离子 硫化物离子 铵根 离子等o目前 我国尚没有针对空调循环冷却水的水质标准 这使工程设计人员无章可循 各工程所选取的水质指标也差异很大。日本冷冻空调工业协会对一般空 调用冷却水循环水的水质作了规定 (JRAGL 02 1994 详

10、见表2 我们可以在工程中参考使用日本空调用冷却循环水水质指标项 目 指标 项 目 指标 pH615 812酸消耗量 mg/L<100Cl mg/L<200 残留盐分 Clmg/L<013SO2 4 mg/L<200游离碳分CO2mg/L<410 NH+4mg/L<110全硬度CaCO 3mg/L<2005iO2 mg/L<50总硬度CaCO 3mg/L<150 Fe mg/L<110电导率 25r) mS/ m<80Cu 2+ mg/L <013安定度指数610710 313 常用的几种水处理方式及特点 冷却水处理系统常用

11、的有以下几种措施 :(1) 排放控制浓度法,并补充新鲜,仍有结垢,附着于管壁 ,对于蒸发水量损失引起的冷却水浓缩,可以人为地排放掉一部分浓缩水水量。该方法简单、方便 ,但不能从根本上解决水中不稳定溶解盐的问题 的可能。(2) 物理处理法 常用的物理处理法有 : 静电处理法可防止管壁被氧化 ,同时氧气吸收电子后生成O-2 和 H2O2 等物质 ,具有杀菌灭藻作用。但该方法防垢并不彻底 ,且电极维护要求极高需定期清洗。磁化处理法,水被磁化后 ,形成的水垢质脆疏松、附着力减弱 ,因此该法对防垢有一定的作用 ,但磁 场强度会随时间推移而逐步减弱 高频电子法 , 利用集成电路产生的高频电信号 同时水体吸

12、收大量被激活的电子,进而影响其效果。,包括一高压发生器和电极组成 ,利用静电作用使水中产生一些自由电子,使水中原来缔合链状的大分子断裂成单个水分子,使水的偶极矩增大 ,从而使水和盐离子的亲和力增 大 ,进而使管壁上的水垢脱落。另外水中的氧被处理为惰性氧,兼有防腐杀菌作用。(3) 化学处理法 就目前来讲 ,大型冷却水系统多采用化学方法,它包括水处理系统、加药系统、清洗系统和反洗系统。系 统补充水经离子交换除去硬度和盐类结合循环水中加入阻垢 剂、缓蚀剂和杀菌灭藻剂 ,并定期对系统进行清洗及反洗 ,形成全套的水处理技术。 这种方法效果好 ,设备多,投资大,但延长设备寿命 ,运行效率高 ,节约能源 ,

13、被国内外大 公司所关注 ,大型空调冷却水处理系统逐渐被采用 ,具有较广阔的前景。 投加阻垢缓 蚀剂在冷却水中 ,投入少许药剂 ,即能使金属腐蚀结垢速度大为降低。因为这种药剂 具有溶限效应 ,不按等当量反应进行。从电化学来看,缓蚀剂抑制了阳极过程或阴极过程,使腐蚀电流减少 ,达到缓蚀的作用。而阻垢剂能使碳酸钙晶体扭曲、错位,对水垢的形成产生拟制作用。 常用的阻垢缓蚀剂有六偏磷酸钠、氨基三甲叉膦酸盐、 硫酸锌、钼酸钠、磷酸脂、聚丙烯酸、聚马来酸、共聚物等,这些物品都能在水中较快地溶解 ,起到对设备和系统阻垢缓蚀作用 ,但它们的应用特点、适用温度、投加 浓度、pH值控制范围以及在水中的生成物有较大差

14、异，因此应根据当地的水质条件 及运行情况合理选用。硅酸盐被膜水处理器、复方硅酸盐被膜水处理器,是一种常用的冷却水处理装置 ,它由加药器和除污器两部分组成 ,在运行过程中 ,能使金属表面 上生成一层微薄而坚韧的分子膜 ,有效地防止金属表面水与阳离子及溶解氧接触,避免了氯化腐蚀和电化学腐蚀 ,其次药剂溶于水后形成的胶态负离子可吸附水中的悬 浮物及钙镁离子 ,形成絮状沉淀 ,因而防止了结垢。4 直流水系统直流水系统由于用水量太大 ,用化学药剂进行处理往往很不经济 ,因此其应用受到了 很大的限制 ,但在一些水质条件较好的地方还是可以考虑使用。特别的,利用地下水水温稳定、冬暖夏凉的特点 ,将其用于空调工程冷热源具有独特的优势。尤其是夏 季地下水温度普遍较低 ,可直接作为冷冻水使用 ,这与人工制冷相比要经济得多。直 流水系统与开式循环相比 ,没有蒸发浓缩和二氧化碳的吹失问题 , 其结垢问题主要来自于重碳酸钙的热分解 地下水直流空调系统水质参考标准 结合空调系统的工作特点和地下水化学背景状 况, 对地下水水质标准提出以下要求见表 空调用地下水水质参考标准 指标浑浊度 50 100mg/L pH6