中央空調循環水系統腐蝕問題的解決措施

徐盤靈

［合肥工業大學設計院（集團）有限公司，安徽 合肥 230000］

0 引言

中央空調系統因其自身節能性和舒適性等優勢已廣泛應用于高檔辦公樓、商業綜合體、星級酒店、大型醫院等場所。在實際運行過程中，中央空調系統依托于冷卻水系統和冷（熱）水系統兩大循環水系統進行工作，空調循環水系統腐蝕問題也主要存在于這兩個系統當中。冷卻水系統主要是由機組冷凝器、冷卻水管道、冷卻水泵、冷卻塔等設備組成的一個開式冷卻水循環管路，冷（熱）水系統主要是由機組蒸發器、冷（熱）水管道、冷（熱）水泵、末端空調等設備組成的一個完整的封閉式冷（熱）水循環管路。

空調冷水循環管路由于是封閉系統，隨著空調水的反復循環使用，腐蝕現象較多?？照{熱水的供/回水溫度一般為60/50°C，已達到結垢水溫，當自來水的硬度較高時，空調系統的補水就要經過化學軟化處理，循環水系統同時要進行阻垢處理，否則結垢、腐蝕現象會非常明顯，具體表現為換熱效率的下降、機組供熱能力不足等方面。一般來說，冷卻水系統的腐蝕問題比冷（熱）水系統嚴重的多[1]。

1 中央空調循環水質問題

1.1 產生原因

中央空調水系統在使用過程中，其水質不可避免的會發生成分變化。中央空調水系統的用水除去本身循環水之外，還需要進行實時補水，補水水源一般為市政水。自來水水質因地而異，但是水中普遍含有鈣離子、鎂離子、氯離子、硫酸鹽離子、磷酸鹽離子、溶解氧、微生物等，礦物質離子和高pH 會造成設備及管道的結垢，陰性離子、溶解氧、低pH 是會導致設備及管道的腐蝕。

1.1.1 結垢及沉積

溶于水中的Ca 及CO2會形成可溶性的Ca（HCO3）2，而Ca（HCO3）2經加熱或堿反映會形成CaCO3。溶解在水中的其他物質也存在類似反應，水里離子等鹽類濃度逐漸增大，水溶性成分過飽和時都會形成水垢，水垢附著在冷凝換熱器管束表面形成垢層，降低傳熱效率。經數據統計顯示，水垢厚度增加1.3mm 時，系統增加的能耗超過17%。

1.1.2 金屬電化學反映引起的腐蝕

由于空調水系統中的設備及管道材質主要為銅、鋼及合金，活潑性較強的金屬元素較多，這些金屬外表面吸附空氣中的水分形成水膜，空氣中的可溶性氣體（如氧氣、二氧化碳等氣體）溶解在這層水膜中，形成電解質溶液。在陽極區鐵被氧化成亞鐵離子，在陰極區，溶解在水膜中的氧被還原為陰離子，兩者結合再經過各種反應形成了疏松多孔易脫落的銹渣。

1.1.3 陰性離子引起的腐蝕

空調循環水在濃縮過程中，各種鹽類的濃度相應增加，當氯離子、硫酸鹽離子、磷酸鹽離子濃度較高時，會降低管道設備表面保護膜的防腐性能。尤其是氯離子，其半徑小穿透性強，能破壞碳鋼、不銹鋼及合金表面的鈍化膜，引起金屬的點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕破裂，進而造成對管道及設備的腐蝕。研究的結果表明，在充分充氣循環水中，當氯離子濃度從0 增加到200mg/L 時，碳鋼單位面積上的蝕孔數隨著氯離子濃度的增加而增加，當氯離子濃度增加到500mg/L 時，碳鋼表面上除了有孔蝕外，還將有潰瘍腐蝕。

1.1.4 溶解氧引起的腐蝕

溶解氧是鋼腐蝕的一個重要因素，存在于管路中的空氣，會在水流中形成氣泡在水循環系統中高速運轉，盡管該系水統中安裝有高位排氣裝置，但實際使用中很難將這些微小的氣泡排出。氧氣是一種去極化劑，一般水中的含氧量越高，鋼鐵腐蝕就越嚴重，碳鋼在純水中的腐蝕速度可達0.045mm/a，當水中含氧量處于飽和狀態時，碳鋼在含鹽高的水中將出現局部腐蝕現象，腐蝕速度大大加快，可達3～5mm/a[2]。

1.1.5 微生物

微生物廣泛存在，主要分為真菌、細菌及藻類?？照{水系統特別是冷卻水系統，由于冷卻塔噴淋時與外界空氣交換以及冷卻水系統持續的自來水補水，再加上其舒適的水溫（設計一般為32～37°C），充沛的水量和淤泥等環境，必然會有微生物滋生于其中。微生物中藻類在太陽照射下與水中的碳源光合作用，會增加水中溶解氧含量。微生物中的厭氧性細菌可以在沒有氧的條件下生存繁殖，其新陳代謝產生的酸性物質能夠加劇對黑色金屬的腐蝕。酸鹽還原細菌甚至可在60℃的溫度和沒有氧的條件下生存繁殖，將硫酸鹽還原為硫化氫等物質，而硫化氫是腐蝕黃銅部件的主要因素。微生物本身繁殖會分泌出大量粘液，與水中雜志黏結形成粘泥。

1.1.6 其他原因

其他原因還有其他引起腐蝕的影響因素，例如pH、溫度、水流速等。

1.2 中央空調循環水質問題的危害

水垢、腐蝕和粘泥等這三者不是孤立的，是互相有聯系和影響的，如粘泥往往伴隨著腐蝕，而水垢和粘泥也容易聚集在一起，加重管道堵塞和設備腐蝕。

1.2.1 設備管道水垢附著

據統計，全國重水垢區域占比為85%，水垢是比較常見的問題。由于水垢的導熱系數只有鋼材的1/30～1/50，水垢附著在換熱管束上會降低傳熱效率，影響空調效果，同時使受熱面壁溫升高壓力加大，電機負荷加大，容易造成安全事故。

1.2.2 使系統水循環量減少

粘泥、水垢堆積在設備管道或換熱器管束表面，將堵塞循環水通道，減緩空調循環水的流動，空調循環水水量減少，空調系統熱交換效率進一步降低。

1.2.3 腐蝕設備和管道

空調水系統的循環水管道及設備內壁因腐蝕造成鐵銹，會使空調換熱設備及管道的使用壽命嚴重縮短。脫落的銹渣隨循環水在管道設備中流動，必然會堵塞換熱盤管，大大降低設備換熱效果，一旦腐蝕穿孔，就會造成嚴重的設備損害事故。

2 解決措施

為了延長管道設備的使用壽命，提高空調設備熱交換效率，降低空調系統的能耗，就必須對中央空調循環水系統進行防腐除垢處理，以避免換熱設備表面結垢，減緩空調管道設備的腐蝕速率，抑制循環中微生物的繁衍，切實保證空調系統節能安全高效運行。

2.1 水質標準

依據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50736—2012）第8.5.19 條規定，空調冷熱水的水質應符合國家現行相關標準規定；第8.6.4 條規定，應設置保證冷卻水系統水質的水處理裝置，中央空調循環水需進行水處理。隨著中央空調設備的大規模推廣及使用，空調水系統水處理問題也日益嚴峻。隨著《采暖空調系統水質標準》（GB/T 29044—2012）和《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB/T 50050—2017）的頒布實施，中央空調循環水系統的處理和運行管理有了統一的標準。各中央空調循環水水質應滿足表1～表3 的要求。

表1 集中空調間接供冷開式循環冷卻水系統水質要求

表2 集中空調循環冷水系統水質要求

表3 集中空調熱水水質要求

2.2 處理方法

隨著水處理需求的增大，市場上出現了很多的專業水處理公司，不過根據空調循環水處理方法分類，主要分為物理處理方法和化學處理方法。

2.2.1 物理處理方法

物理處理方法主要包括靜電處理法、高頻電子法、磁化處理法。物理處理方法主要用在冷凍水系統中，往往也作為輔助措施用在冷凍水系統和空調熱水系統中，其主要處理設備為：電子式水處理器，包括全程綜合水處理器、多功能電子水處理器、廣譜感應水處理器、過濾性射頻水處理器，以及旁流水處理器、反沖洗過濾器、全自動過濾器、Y 型過濾器、T 型過濾器、管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置、真空及熱力除氧裝置等[3]。

在實際運用中，可在空調循環水供回水干管安裝全程水處理器，在水泵、機組入口處安裝Y 型過濾器，在供熱系統中設置除氧裝置，在空調制冷機組冷凝器端部設置管殼式冷凝器膠球自動在線清洗裝置。

2.2.2 化學處理方法

化學處理方法主要包括pH 調節法、軟化水處理法、化學水處理法等?；瘜W處理方法主要用在冷卻水系統、空調熱水系統中，通常也作為輔助措施用在冷凍水系統中，化學處理方法的處理設備往往為物理-化學類綜合處理設備。主要為離子交換器，包括全自動鈉離子交換器、混合離子交換器、陽陰離子交換器，以及加藥裝置、海綿鐵除氧器等。

在實際運用中，可在系統補水處設置軟化水裝置，可在熱水鍋爐或者熱水管網中加入除氧藥劑，可在空調循環水系統中設置自動加藥裝置，可在循環水系統中投加阻垢分散劑、緩蝕劑和殺菌滅藻劑，根據水質和管道設備材質特點，采用適合的水質穩定劑?？芍贫üに嚳刂茥l件，預膜及預膜清洗，并補充藥劑修補，維持膜的完整性。

2.2.3 定期水質檢測調整

由于水循環系統中使得水分蒸發量和排污量發生變化，為保證水質的控制效果，需進行定期檢測，檢測項按《采暖空調系統水質標準》（GB/T 29044—2012）相應系統水質要求的檢測項來。一般應在2～4 周進行一次全面檢測，評定空調水系統腐蝕及結垢情況。檢測可采用現場懸掛取樣試管或標準試片，每2～4 周測定一次腐蝕及結垢數據，并根據檢測結果調整化學藥劑的使用量，從而保證水質成分的化學平衡，保障水處理措施的效果。

2.2.4 運行管理

空調主機以及水處理設備管道在非空調季定期進行清洗，清洗關系到設備的使用壽命、能耗和故障率，為保障中央空調系統正常運行為恰當的做法是每年清洗一次。清洗主要為使用前對主要換熱設備和管道的清洗。比如對冷凍水、冷卻水的清洗，外接水泵加藥劑，進行全系統除銹殺菌處理。比如制冷主機清洗，先用物理方法對循環水系統或其設備進行主機通炮處理，然后采用化學藥劑清洗設備管道中的沉積物。比如冷卻塔清洗，清洗冷卻塔應信用清潔劑清潔器表面，再進行漂洗，結束后還要進行預制電膜。比如冷卻塔填料清洗，填料上結的水垢可以采用化學清洗方法（利用藥劑沖洗）或者物理方法（振動、高壓水槍沖洗等）處理，如果結垢過于嚴重的，則考慮更換填料，冷卻塔水槽處則需要把累計產生的雜質雜物清除[4]。

清洗后系統進入維護運行階段，運行維護時應配備專業人員進行空調系統的運行管理，運行維護時可定期根據水質檢測結果加入水質穩定劑，冷凍水系統、空調熱水系統每月投藥1 次，冷卻水系統每周投藥1次，排污1 次，南方地區非空調季不排冷卻水，可對冷卻水系統投加濕保劑，確保管道不腐蝕。

3 結語

綜上所述，本文介紹了中央空調循環水系統水質腐蝕問題及解決措施，并結合理論與實際情況，提出水處理方案，通過采取一系列物理、化學處理措施及管理方法，有效降改善了空調循環水系統不衛生不節能不安全的缺點，提高了空調設備管材附件的使用壽命，降低了空調系統的運行能耗。