中央空調冷卻水處理技術比較分析

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簡介：介紹中央空調冷卻水水質標準,分析中央空調冷卻水水質方面存在的問題及原因,比較幾種冷卻水水處理技術的優(yōu)缺點及應用范圍。以某大廈的空調冷卻水水質處理工程為例,提出組合式冷卻水處理的解決方案。
關鍵字：冷卻水系統(tǒng)，水質，水處理，方案比較

　　空調冷卻水系統(tǒng)的循環(huán)水處理一直是人們爭論和探討的問題[1]。目前國內現狀:①不進行處理或采取簡單地排污來控制結垢或腐蝕。②對補充的水進行軟化來控制冷卻水水質。③冷卻水系統(tǒng)增設靜電水處理器來防垢、除垢、殺菌和滅藻。④在冷卻水系統(tǒng)中投加藥劑(阻垢、緩蝕、殺菌、滅藻)來控制結垢、腐蝕和微生物的繁殖。據統(tǒng)計,由于冷卻水水質不合格而造成制冷系統(tǒng)性能下降甚至停機也不鮮見。國外的研究早已發(fā)現[2],中央空調冷卻水中含有大量的軍團病菌(Legionnaire’sDisease),且容易以水霧、水珠的方式通過空氣傳播,危害不可忽視。另外,中國南北地域跨度廣泛,南方、北方水質也不一樣,有必要針對不同的地域環(huán)境采用不同的水處理方式,尋找一種更合適的、更經濟的冷卻水處理和控制方案。筆者正是基于以上背景,對冷卻水系統(tǒng)的處理技術進行比較與探討。

1冷卻水水質標準

　　中央空調系統(tǒng)的冷卻水系統(tǒng)由冷凝器、冷卻塔、冷卻泵、冷卻水管路以及過濾器等組成。開式冷卻水系統(tǒng)的水質標準應根據冷卻塔的結構形式、材質、工況、污垢熱阻值、腐蝕率及所采用的水處理配方等因素綜合確定。為改善冷卻水水質,必須在管路上設置有效的水質控制和處理裝置。開式冷卻水處理水質必須符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》(GB500050)及有關規(guī)范對水質的要求[3]。由于開式冷卻水系統(tǒng)會發(fā)生一定量的蒸發(fā)和飄逸損失,所以定期或自動補水(補水量一般為1.2%～1.6%)。冷卻水補水的水質要求,一般要比冷卻水水質的要求還高(見表1)。

表1中央空調冷卻水和補給水的水質標準

　　從表1可以看到,冷卻水水質的幾項指標比地下水水質標準(GB/T14848293)的Ⅱ類標準還要高[4],而補給水的水質標準甚至達到了Ⅰ類標準,說明冷卻水質要求是比較高的。如果直接用地下水作為冷卻水,由于地下水水溫較低且穩(wěn)定,所以盡管能節(jié)能,但冷卻水的高硬度將使冷凝器的污垢系數增大,在冷卻量不變的情況下,冷卻塔處理的水量反而會增大[5]。

2冷卻水系統(tǒng)存在的問題

　　2.1結垢

　　冷卻水補水一般采用自來水,有的機組為了節(jié)能采用深井水,不管是自來水還是井水,都有一定的硬度。如果是井水,硬度會更高一些。另外,南方地區(qū)的水源普遍來源于或經過石灰?guī)r巖層,所以水的硬度會比北方更高[5]。冷卻水系統(tǒng)產生結垢的另外一個原因是水溫是動態(tài)變化的,特別是在負荷波動比較大的情況下,水溫的變化會加速水垢的形成。硬度很高的冷卻水運行一段時間后,會在冷凝器換熱銅管中或水管中產生大量水垢,這主要是水中的重碳酸鈣發(fā)生如下反應所致。

　　Ca(HCO3)2

　　vCaCO3+CO2+H2O(1)

　　為了防止冷卻水系統(tǒng)結垢,目前多采用電子處理方法(包括靜電處理、電磁極化、高頻電場磁化等)。但是,如果對磁水器的安裝數量及安裝位置設計的不合理,會對水系統(tǒng)產生嚴重腐蝕,這種負面作用遠遠大于正面作用,對空調設備及水系統(tǒng)造成嚴重的危害。如上海30層高的交大申通廣場的全進口中央空調,設計部門在水系統(tǒng)中設計并安裝了約10多臺電磁水處理器,運行中沒有再采取其他水處理方法。設備僅運行了一年半就產生了嚴重腐蝕。經化驗水樣,水中Cu2+離子濃度高達50mg/L,Fe2+高達200mg/L。

　　2.2腐蝕

　　冷卻水系統(tǒng)發(fā)生的腐蝕多屬于電化學腐蝕,影響冷凝器或管道內壁腐蝕的因素有水的溶解氧、pH值、各離子含量等。

　　陽極:FevFe2++2e,

　　陰極:1/2O2+H2O+2ev2OH-(2)

　　陰陽兩極反應所生成的Fe(OH)3就是通常所生成的鐵銹,而一般肉眼看見的的鐵銹是Fe2O3·nH2O,也叫含水氧化鐵。如果冷卻水系統(tǒng)中的冷凝器是銅管,當水中存在有Cu2+時,即使其在水中的濃度很低,但它是陰極反應的去極化劑,因而對腐蝕有明顯的促進作用。

　　陽極:FevFe2++2e陰極:Cu2++2evCu(3)

　　隨著Cu2+濃度的增加,腐蝕反應加劇,最終使銅管腐蝕穿孔。一般情況下,如果加入緩蝕劑(鈍化劑),或通過電磁處理,是可以解決腐蝕的問題的,即腐蝕的問題不是很嚴重。

　　2.3污泥和藻類

　　由于冷卻水溫度合適,容易滋生大量的細菌、微生物及藻類。目前,很多冷水機組所安裝的除污器都是Y型過濾器,裝在冷卻水泵入口前的立管上。這種Y型過濾器,只能捕捉設備運行初期的建筑垃圾,防止這些垃圾進入冷凝器,不能在日常運行中捕捉細小水垢和銹垢,因此會引起冷凝器積垢、積泥和其他雜質。另外,目前很多單位的中央空調冷卻水系統(tǒng)最低處都沒有安裝快速排污閥,部分單位還用封堵塞住了這些排污口,其實這種做法是錯誤的,易使制冷機組內積聚污泥和雜質,影響熱交換效率。凡采用電磁水處理的冷卻水系統(tǒng),都要安裝排污管道,進行連續(xù)排污,排污量可控制在循環(huán)水量的0.5%～1.0%左右。開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),須要設置過濾器,過濾器的過濾能力,根據當地大氣的含塵量等情況,可考慮按循環(huán)水量的1%～5%或結合實際情況來選擇,以獲得較好的處理效果。對其他新安裝的冷卻水系統(tǒng)或已完全除垢的冷卻水系統(tǒng),也可以每1～2周排污一次。

3冷卻水水質常用處理技術

　　為了使制冷機組正常運行以及消除冷卻塔內細菌滋生的問題,必須對冷卻水系統(tǒng)和水質進行嚴格的控制和管理。目前,對冷卻水系統(tǒng),除了少量不進行處理或采取簡單地排污來控制結垢或腐蝕外(不投藥運行方式,從表面上看,短時間未見有什么嚴重的問題。其實,2～3年后,造成的后果會明顯的暴露并帶來不可挽回的嚴重事故。如單采取排污,則必須頻繁進行,嚴重浪費水資源)。絕大部分工程對水質的處理技術可以分為兩大類(見表2)。一種是藥物處理+過濾+定期排污方式,另外一種方式是電磁(包括靜電、電子)處理+過濾方式。其中后者主要包括電磁水處理器、靜電水處理器、電子水處理器和高頻電子水處理器等幾類(有時也統(tǒng)稱為電子水處理器)。藥物處理方式屬于成熟的水處理方式,在冷卻水水質處理中比較多見,能殺菌、緩蝕、延緩結垢,但也存在運行費用高、操作麻煩等缺點。電子水處理方式是一種新興的水處理方式,運行費用少,操作簡單方便,但也存在初投資高、技術不成熟等問題。

表2中央空調冷卻水水質常見的處理技術

表3廣州某科技大廈冷卻水處理器概況

4工程實踐

　　廣州市某科技大廈位于天河區(qū)中心,裝備了3臺大型螺桿式冷水機組。原來的藥物處理方式投資大,運行費用大,管理不方便。由于該科技大廈中央空調冷卻塔位于鬧市區(qū),為了更好地控制冷卻水水質,物業(yè)管理公司決定對冷卻水水質管理和控制方式進行改造。改造的基本思路是以電子水處理為主,以藥物處理方式為輔。即平時以電子除垢器(見表3)來防止水垢生成,由藥物來處理鐵銹及細菌滋生問題。清洗標準可采用HG/T2387292《工業(yè)設備化學清洗質量標準》進行。在清洗后,通過冷卻塔的接水盤投加藥物一次。使用YG2101固體清洗劑配成10%的液體清洗劑,徹底清除換熱銅管中的粘泥、水垢,直至銅管表面光潔。清洗結束后,進行必要的鈍化處理。經過檢測發(fā)現,除了Fe2+濃度和細菌總數不容易達標外,其他方面改造后效果良好。自1998年改造后,至今運行良好,說明這種組合(也有稱聯合式的)的冷卻水處理方式值得推廣,特別是在南方地區(qū)。如果是在北方地區(qū),僅用電子水處理器進行中央空調水處理應該是可行的。來源:civilcn.com

　　在實際管理過程中,由于空調用冷卻水負荷變化大,且運行時間不定,用手動方法進行日常管理排污往往是非常困難的,所以藥物方式不利于自動化。比較簡單的方法是在系統(tǒng)需求不大的時候,各機組定期排污比較好。由于每個制冷機組運行時實際負荷不一樣,因而冷卻水流量和溫度也不一樣。另外,各機組運行時間也不一樣,造成各機組產生的水質也不一樣。這種組合式的冷卻水處理方式是否值得推廣,必須進行詳細的技術經濟分析才能確定。

5結束語

　　冷卻水系統(tǒng)是大型空調冷卻水系統(tǒng)的重要組成部分。保持合格的循環(huán)冷卻水水質非常重要,值得引起相關人員的高度重視。傳統(tǒng)的藥物處理方式技術復雜,環(huán)境污染大,給相關人員帶來了一定難度,且不易于實現自動控制。電子水處理方式是新興的水處理方式,技術也在不斷的進步,代表著新興的水處理技術,但電子處理冷卻水也會帶來一些負面影響,并且可能不適合南方地區(qū)的水質。至于藥物處理方式加電子處理方式是否更有利,由于每個機組處理的水量不同,初投資和運行費用也會不同,必須經過技術經濟分析后才能確定。