中央空调设备结垢和腐蚀的分析与处理汇总.docx

1、中央空调设备结垢和腐蚀的分析与处理汇总 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

2、腐蚀后产生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+O22Fe(OH)22Fe(OH)2+H2O2Fe(OH)34Fe(OH)2Fe3O4+Fe+4H24O22Cu2O2Cu2O+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缓蚀剂 实际运行当中,常

3、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+2e 3Fe(OH)2+CrO2-4+4H2O3Fe(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,缓蚀剂才会有良好的效果。因此应现场对这两项指标进行及时有效

4、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

5、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-CaCO3+2H2O+CO2-3 CaCl2+CO2-3 CaCO3+2Cl-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: 2PO3-4+3CaCl2 Ca3(PO4)2+6Cl-以上一系列反应中生成的碳酸钙和磷酸钙均属微

6、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。因此在水垢控制时,主要是指如何防止碳酸盐水垢的析出。31112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

7、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。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。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。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。金属表面局部附着的砂粒、沉积物

8、等。312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+HCO-3CaCO3+H+ 达到平衡时水的pH值称为该水的饱和pH值,用pHs来表示。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: pHs=(913+NS+Nt)-(NH+NA)式中,NS、Nt、NH、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=2pHs-pHact 注:式中,pHact为水的实际pH值。 可对水的结垢腐蚀倾向进行判断,

9、其关系如表1所示。 表1Ryznar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410510严重结垢710715轻微腐蚀510610轻度结垢715910严重腐蚀610710 基本稳定 910极严重腐蚀 其他对设备的有害成分主要有铁、二氧化碳、溶解氧、钙、镁、氯化物离子、硫酸根离子、硫化物离子、铵根离子等。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,详见表2),我们可以在工程中参考使用。 表2日本空调用冷却循环水水质指标 项目 指

10、标项目 指标 pH615812酸消耗量mg/L100Cl-mg/L200残留盐分Cl mg/L013SO2-4mg/L200 游离碳分CO2mg/L410NH+4mg/L110 全硬度CaCO3mg/L200SiO2mg/L50 总硬度CaCO3mg/L150Femg/L110电导率(25)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的有以下几种措施: (1)排放控制浓度法 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,并补充新鲜水量。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,仍有

11、结垢的可能。 (2)物理处理法 常用的物理处理法有: 静电处理法,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,附着于管壁,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,进而影响其效果。 高频电子法,利用集成电路产生的高频电信号,使水中原来缔合链状的大分子断裂成单个水分子,同时水体吸收大量被激活的电子,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

12、。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,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

13、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