熱水循環系統、制冷水循環系統的水處理

劉彥廷，金永生，高安平

（內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司，內蒙古 呼和浩特 011517）

熱水循環系統、制冷水循環系統的水處理

劉彥廷，金永生，高安平

（內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司，內蒙古 呼和浩特 011517）

文章介紹了工業加熱和冷卻循環水系統常見的問題，及其對系統的影響、產生原因與解決思路和方法。為工業生產提供解決問題的思路和方法。

工業加熱；循環水系統；制冷；加熱

1 與空氣相關的問題

加熱、制冷循環水系統中空氣導致的問題會給最終用戶和專業維修人員帶來嚴重的困擾。這些問題如果沒有深層次的分析，它們會長期存在下去，無法得到解決。

1.1 空氣的危害

空氣的主要危害：①管道和末端的噪音。空氣泡會導致管道和調節元件產生噪音，尤其系統水開始循環的時候；②流量不足或徹底無法循環。空氣泡會導致系統部分或完全循環不暢，流量不足或徹底沒有流量；③末端與環境的熱交換不足。空氣存在時，其換熱效率下降；④系統腐蝕。空氣中的氧氣會腐蝕系統，它不僅會削弱系統各部件的功能，甚至造成它們的完全破損。

1.2 空氣的來源

（2）空氣尤其容易積聚在以下部位：①加熱器的上部；②繞過障礙物的管道區域；③很長的水平管道向下延生的區域；④立管的頂端。

（3）系統運行過程中進入的空氣。開式系統在運行時，空氣通過水箱敞開式的表面很容易進入系統；閉式系統中，空氣則可能在系統負壓時從排氣元件、接頭和墊圈中滲入。

（4）溶解于水中的空氣：微泡氣體。水里溶解的空氣量取決于水的壓力和溫度。水與氣體的關系可以通過亨利定律來解釋。溶解于注水或補水系統中的空氣在系統水被加熱時得到釋放。例如：在1000L水的系統中，當水在2bar的恒定壓力下，從20℃加熱到80℃時，大約有17至18L的空氣被釋放。這些空氣以微泡的形式出現在系統中。在加熱或制冷系統中有很多特殊的地方容易連續形成微泡。微泡是非常小的氣泡，直徑0.02～0.10mm，在加熱系統中鍋爐表面形成，然后被加熱水流帶進系統。微泡被水流吸收或聚集起來，在系統的某些部位比如加熱器的高部，形成氣袋。這些微泡氣體由水流帶入系統的某些關鍵部位被排除，一部分微泡氣體遇到較冷的表面時會被重新吸收回到水里。

1.3 系統中氣體導致的問題

主要問題：①末端與環境的熱交換不足；②經過溫控閥的氣袋和微泡氣體形成共振，產生噪音；③空氣中的氧氣會腐蝕管道、換熱器、鍋爐等；④造成水泵和調節閥門壽命縮短；⑤管道中存在的空氣導致局部或全部循環受阻，流量降低甚至無流量，尤其常見于暖氣系統。

1.4 空氣的排除

梳理有可能用于配網運行分析的外部環境數據，包括但不止于氣象、地理、交通、行政等方面，評估各數據來源的可獲得性、可用性，以及到分析環境的可行性和數據集成方式，從外部環境視角分析配網異常狀態發生規律，分析配變設備故障或異常狀態與重要時段、特殊氣象、重大事件等環境因素間關聯關系，建立預警模型，研發配變運行環境監測及預警功能，暢通客戶服務人員、配網運維管理人員、外勤搶修人員間信息通道，提高業務智能化程度。

系統中的氣袋可以通過自動排氣閥排除，排氣閥安裝在熱力中心、立管等容易形成空氣袋的部位。對于系統中存在的微泡氣體，可選擇微泡排氣閥，系統中可排除的氣體量與系統的流速和壓力有關，當流速和壓力降低時排氣量也隨之上升。當一個系統按可允許的最高流速循環25次后，幾乎所有的空氣均被微泡排氣閥排除，排氣百分比因系統壓力不一樣而略有區別。剩余的少量氣體接下來正常的循環中排除。在流速更低或溫度更高的情況下，排氣量還將高于下面的數據。經過微泡排氣閥最高推薦流速1.2m/s。

2 與雜質相關的問題

2.1 系統中存在的雜質所導致的問題

懸浮在系統循環水中的雜質同樣會導致一系列問題，這些問題不容低估，主要問題：①氧化腐蝕和氧差腐蝕；②閥門異常；③循環泵阻塞和卡死；④熱交換不充分，換熱效率降低，系統中堆積的雜質會明顯地降低系統流量以及換熱面積；⑤管道中的結垢和沉淀。

2.2 系統中的雜質主要來源

主要來源：①自來水供水管道；②系統管道元件安裝時產生的雜質；③氧差腐蝕；④溶解于水中的空氣所含氧氣引起金屬表面氧化腐蝕。

（1）氧差腐蝕。系統水中的雜質堆積在金屬表面，形成兩個不同含氧的區域，即水/雜質和雜質/金屬。水/雜質區域的含氧量高于雜質/金屬區域，這樣就會形成局部的氧差電極（含氧量更高區域為陰極，較低區域為陽極），在水流的作用下，氧差電極會對金屬表面產生腐蝕。這樣的腐蝕與氧化腐蝕一樣，會導致系統元件如鍋爐、管道和散熱器等壽命縮短甚至完全損壞。

（2）金屬表面的氧化腐蝕由水中存在的空氣中所含的氧氣造成。金屬表面形成的氧化物薄膜，在一定限度內可以保證金屬不被腐蝕。如果涂層由于各種原因被破壞，金屬表面會持續腐蝕，直到金屬穿孔。

（3）顆粒雜質。這些懸浮顆粒（沙子、鐵屑、異物）來自于市政供水管路或者安裝過程和系統維護時產生的殘渣（焊接殘渣、麻絲、潤滑劑）。這些顆粒沉淀形成污垢，導致管道、熱交換器和較小通道的元件堵塞，直至整個循環受阻。

（4）微粒雜質。微雜質由大小在0.005～0.010mm的微粒構成，如磁鐵礦和鐵銹。系統的氧氣或氧化腐蝕在水中產生并釋放非磁性鐵粉塵（鐵銹）和磁性粉塵。對系統有害的不僅是可見的雜質，不可見得微雜質也會影響系統正常運行，微雜質由大小在0.005～0.010mm，如磁鐵礦和鐵銹。系統的氧氣或氧化腐蝕在水中產生并釋放非磁性鐵。

2.3 雜質的去除

分離閉式循環系統中的雜質很困難，尤其是分離最小顆粒。這些顆粒基本由沙、鐵銹（非磁性氧化鐵）和磁鐵礦組成。分離顆粒雜質的設備通常是：Y型過濾器、除污器（水平和垂直）和磁性除污器。

（1）過濾器截留的雜質粘附在過濾網上，往往比較頑固，造成過濾器壓損增大；這樣就需要頻繁地清洗或更換過濾網。水流在通過過濾器塞網時損失壓力，其壓力損失隨堵塞程度的增大而增加。在水流量為1500L/h的系統中，一個網眼為400μm的過濾器，其壓力損失大約為180mm水柱，70%的濾網阻塞會導致壓損增加4倍，其壓力損失達到810mm水柱。所以定期維護過濾器是非常重要的。

（2）除污器分離雜質原理類似于過濾器.但從顆粒大小來看是更加有效的除污方式，除污器可以去除直徑小于0.005mm（5um）的細微顆粒雜質。

（3）除污器設有儲污艙，儲污艙足夠大，污垢的儲存能力強。相對于需要頻繁清洗的過濾器，除污器不需要經常排污。不同于過濾器，除污器的壓力損失大大降低并且不受雜質收集量的影響。

3 與鹽分相關的問題

加熱、制冷循環水系統的結垢與腐蝕問題無疑與補水的水質相關。系統補水多采用市政自來水供水，其中包含很多鹽粒子：比如鈣、鎂（硬性礦物），鈉以及其他元素（氯、碳酸氫鹽、硫酸鹽）等。主要影響：①鈣質結垢大體上與水的硬度即水中所含鈣鎂鹽分相關；②腐蝕水中有雜質存在時，其帶來的腐蝕本質是種電化學現象，水中的氧氣以及其他大小不一的雜質加劇了這種現象的演化。腐蝕有多方面的原因，但主要是由金屬表面集聚的雜質造成的。在熱水系統，產生腐蝕的過程非常迅速，因為氧氣/金屬反應速度與水溫成正比。

3.1 系統中需要控制的水質數據

主要內容：①水的硬度；②電導率是水中溶解物質的一個間接指標，它表明了水的純度和鹽分；③PH值以數字的形式表明了溶液的酸堿度，密閉加熱系統循環水理想的PH值為7～8。金屬受PH值得影響方式不一，碳鋼在10.5～11.5最穩定，鋁的保護層在PH值高于8.7時就會受到損壞，銅在PH值高于9.5時就會受到腐蝕。

3.2 處理措施

（1）最常見的水處理是軟化，它能夠解決結垢出現的問題。但水中的鹽分徹底沒有變化，因此腐蝕的可能性極大。軟化水處理只解決了結垢問題，但沒能改變水中的鹽分和PH值。因此需要在處理后的水中再加入化學添加劑，抑制腐蝕的產生。

（2）脫礦是一個更有效的水處理方式。它能徹底消除水中的各種鹽分和降低水的電導率。其處理方法是利用雙樹脂的水處理方法徹底消除水中的鹽分并產生高純水。

（3）從80年末開始，膜法水處理在我國得到了廣泛應用，反滲透就是除鹽處理工藝的膜法水處理工藝之一。反滲透技術是當今較先進、穩定、有效的除鹽技術。以高產率產生超純水（產率可以高達95%）。

O6-333

A

2096-2789（2016）12-0112-02

劉彥廷（1971-），男，漢，內蒙古呼和浩特人，碩士，高級工程師，研究方向：食品科學與工程。