中央空调冷却水处理技术比较分析

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简介：介绍中央空调冷却水水质标准,分析中央空调冷却水水质方面存在的问题及原因,比较几种冷却水水处理技术的优缺点及应用范围。以某大厦的空调冷却水水质处理工程为例,提出组合式冷却水处理的解决方案。
关键字：冷却水系统，水质，水处理，方案比较

　　空调冷却水系统的循环水处理一直是人们争论和探讨的问题[1]。目前国内现状:①不进行处理或采取简单地排污来控制结垢或腐蚀。②对补充的水进行软化来控制冷却水水质。③冷却水系统增设静电水处理器来防垢、除垢、杀菌和灭藻。④在冷却水系统中投加药剂(阻垢、缓蚀、杀菌、灭藻)来控制结垢、腐蚀和微生物的繁殖。据统计,由于冷却水水质不合格而造成制冷系统性能下降甚至停机也不鲜见。国外的研究早已发现[2],中央空调冷却水中含有大量的军团病菌(Legionnaire’sDisease),且容易以水雾、水珠的方式通过空气传播,危害不可忽视。另外,中国南北地域跨度广泛,南方、北方水质也不一样,有必要针对不同的地域环境采用不同的水处理方式,寻找一种更合适的、更经济的冷却水处理和控制方案。笔者正是基于以上背景,对冷却水系统的处理技术进行比较与探讨。

1冷却水水质标准

　　中央空调系统的冷却水系统由冷凝器、冷却塔、冷却泵、冷却水管路以及过滤器等组成。开式冷却水系统的水质标准应根据冷却塔的结构形式、材质、工况、污垢热阻值、腐蚀率及所采用的水处理配方等因素综合确定。为改善冷却水水质,必须在管路上设置有效的水质控制和处理装置。开式冷却水处理水质必须符合《工业循环冷却水处理设计规范》(GB500050)及有关规范对水质的要求[3]。由于开式冷却水系统会发生一定量的蒸发和飘逸损失,所以定期或自动补水(补水量一般为1.2%～1.6%)。冷却水补水的水质要求,一般要比冷却水水质的要求还高(见表1)。

表1中央空调冷却水和补给水的水质标准

　　从表1可以看到,冷却水水质的几项指标比地下水水质标准(GB/T14848293)的Ⅱ类标准还要高[4],而补给水的水质标准甚至达到了Ⅰ类标准,说明冷却水质要求是比较高的。如果直接用地下水作为冷却水,由于地下水水温较低且稳定,所以尽管能节能,但冷却水的高硬度将使冷凝器的污垢系数增大,在冷却量不变的情况下,冷却塔处理的水量反而会增大[5]。

2冷却水系统存在的问题

　　2.1结垢

　　冷却水补水一般采用自来水,有的机组为了节能采用深井水,不管是自来水还是井水,都有一定的硬度。如果是井水,硬度会更高一些。另外,南方地区的水源普遍来源于或经过石灰岩岩层,所以水的硬度会比北方更高[5]。冷却水系统产生结垢的另外一个原因是水温是动态变化的,特别是在负荷波动比较大的情况下,水温的变化会加速水垢的形成。硬度很高的冷却水运行一段时间后,会在冷凝器换热铜管中或水管中产生大量水垢,这主要是水中的重碳酸钙发生如下反应所致。

　　Ca(HCO3)2

　　vCaCO3+CO2+H2O(1)

　　为了防止冷却水系统结垢,目前多采用电子处理方法(包括静电处理、电磁极化、高频电场磁化等)。但是,如果对磁水器的安装数量及安装位置设计的不合理,会对水系统产生严重腐蚀,这种负面作用远远大于正面作用,对空调设备及水系统造成严重的危害。如上海30层高的交大申通广场的全进口中央空调,设计部门在水系统中设计并安装了约10多台电磁水处理器,运行中没有再采取其他水处理方法。设备仅运行了一年半就产生了严重腐蚀。经化验水样,水中Cu2+离子浓度高达50mg/L,Fe2+高达200mg/L。

　　2.2腐蚀

　　冷却水系统发生的腐蚀多属于电化学腐蚀,影响冷凝器或管道内壁腐蚀的因素有水的溶解氧、pH值、各离子含量等。

　　阳极:FevFe2++2e,

　　阴极:1/2O2+H2O+2ev2OH-(2)

　　阴阳两极反应所生成的Fe(OH)3就是通常所生成的铁锈,而一般肉眼看见的的铁锈是Fe2O3·nH2O,也叫含水氧化铁。如果冷却水系统中的冷凝器是铜管,当水中存在有Cu2+时,即使其在水中的浓度很低,但它是阴极反应的去极化剂,因而对腐蚀有明显的促进作用。

　　阳极:FevFe2++2e阴极:Cu2++2evCu(3)

　　随着Cu2+浓度的增加,腐蚀反应加剧,最终使铜管腐蚀穿孔。一般情况下,如果加入缓蚀剂(钝化剂),或通过电磁处理,是可以解决腐蚀的问题的,即腐蚀的问题不是很严重。

　　2.3污泥和藻类

　　由于冷却水温度合适,容易滋生大量的细菌、微生物及藻类。目前,很多冷水机组所安装的除污器都是Y型过滤器,装在冷却水泵入口前的立管上。这种Y型过滤器,只能捕捉设备运行初期的建筑垃圾,防止这些垃圾进入冷凝器,不能在日常运行中捕捉细小水垢和锈垢,因此会引起冷凝器积垢、积泥和其他杂质。另外,目前很多单位的中央空调冷却水系统最低处都没有安装快速排污阀,部分单位还用封堵塞住了这些排污口,其实这种做法是错误的,易使制冷机组内积聚污泥和杂质,影响热交换效率。凡采用电磁水处理的冷却水系统,都要安装排污管道,进行连续排污,排污量可控制在循环水量的0.5%～1.0%左右。开式循环冷却水系统,须要设置过滤器,过滤器的过滤能力,根据当地大气的含尘量等情况,可考虑按循环水量的1%～5%或结合实际情况来选择,以获得较好的处理效果。对其他新安装的冷却水系统或已完全除垢的冷却水系统,也可以每1～2周排污一次。

3冷却水水质常用处理技术

　　为了使制冷机组正常运行以及消除冷却塔内细菌滋生的问题,必须对冷却水系统和水质进行严格的控制和管理。目前,对冷却水系统,除了少量不进行处理或采取简单地排污来控制结垢或腐蚀外(不投药运行方式,从表面上看,短时间未见有什么严重的问题。其实,2～3年后,造成的后果会明显的暴露并带来不可挽回的严重事故。如单采取排污,则必须频繁进行,严重浪费水资源)。绝大部分工程对水质的处理技术可以分为两大类(见表2)。一种是药物处理+过滤+定期排污方式,另外一种方式是电磁(包括静电、电子)处理+过滤方式。其中后者主要包括电磁水处理器、静电水处理器、电子水处理器和高频电子水处理器等几类(有时也统称为电子水处理器)。药物处理方式属于成熟的水处理方式,在冷却水水质处理中比较多见,能杀菌、缓蚀、延缓结垢,但也存在运行费用高、操作麻烦等缺点。电子水处理方式是一种新兴的水处理方式,运行费用少,操作简单方便,但也存在初投资高、技术不成熟等问题。

表2中央空调冷却水水质常见的处理技术

表3广州某科技大厦冷却水处理器概况

4工程实践

　　广州市某科技大厦位于天河区中心,装备了3台大型螺杆式冷水机组。原来的药物处理方式投资大,运行费用大,管理不方便。由于该科技大厦中央空调冷却塔位于闹市区,为了更好地控制冷却水水质,物业管理公司决定对冷却水水质管理和控制方式进行改造。改造的基本思路是以电子水处理为主,以药物处理方式为辅。即平时以电子除垢器(见表3)来防止水垢生成,由药物来处理铁锈及细菌滋生问题。清洗标准可采用HG/T2387292《工业设备化学清洗质量标准》进行。在清洗后,通过冷却塔的接水盘投加药物一次。使用YG2101固体清洗剂配成10%的液体清洗剂,彻底清除换热铜管中的粘泥、水垢,直至铜管表面光洁。清洗结束后,进行必要的钝化处理。经过检测发现,除了Fe2+浓度和细菌总数不容易达标外,其他方面改造后效果良好。自1998年改造后,至今运行良好,说明这种组合(也有称联合式的)的冷却水处理方式值得推广,特别是在南方地区。如果是在北方地区,仅用电子水处理器进行中央空调水处理应该是可行的。来源:civilcn.com

　　在实际管理过程中,由于空调用冷却水负荷变化大,且运行时间不定,用手动方法进行日常管理排污往往是非常困难的,所以药物方式不利于自动化。比较简单的方法是在系统需求不大的时候,各机组定期排污比较好。由于每个制冷机组运行时实际负荷不一样,因而冷却水流量和温度也不一样。另外,各机组运行时间也不一样,造成各机组产生的水质也不一样。这种组合式的冷却水处理方式是否值得推广,必须进行详细的技术经济分析才能确定。

5结束语

　　冷却水系统是大型空调冷却水系统的重要组成部分。保持合格的循环冷却水水质非常重要,值得引起相关人员的高度重视。传统的药物处理方式技术复杂,环境污染大,给相关人员带来了一定难度,且不易于实现自动控制。电子水处理方式是新兴的水处理方式,技术也在不断的进步,代表着新兴的水处理技术,但电子处理冷却水也会带来一些负面影响,并且可能不适合南方地区的水质。至于药物处理方式加电子处理方式是否更有利,由于每个机组处理的水量不同,初投资和运行费用也会不同,必须经过技术经济分析后才能确定。