中央空調循環水腐蝕分析與現場水處理對策研究

韓敏

（ 上海建工一建集團有限公司，上海200437）

隨著社會的不斷發展，空調技術研究不斷進步，人們對于辦公環境、生活環境、休閑環境及娛樂環境有了更高的舒適性追求，掛式空調機和柜式空調機已逐漸被中央空調系統所替代。中央空調系統不僅帶給人們舒適的環境，同時滿足一些重點工業企業生產所需工作環境溫度和濕度的要求，成為了當下工業發展中不可或缺的一部分。

中央空調系統因其自身所需的資金投入較少、運行安全和可靠、可控制性強、節能減排等優勢已廣泛應用于寫字大樓、大型購物中心、政務和醫療辦公大樓等場所。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)媒水系統兩大水循環系統進行工作，這兩種系統可保障整個中央空調系統的溫度調節，維持設備的正常運行。其中，冷卻水系統主要是由冷卻管道、水泵、蓄水池、水塔等組合成一個完整的敞開式循環回路，冷(熱)媒水系統主要是由冷凍管道、水泵、空調機組、水箱等組合成一個完整的封閉式循環回路。然而在長期工作運行中，兩大水系統易受到不同程度的污染，管道易出現大量的污垢、生銹、堵塞、菌藻類和腐蝕性等情況，造成一定的安全隱患與故障，降低了中央空調系統的運行壽命。本文針對上述問題對水循環系統中的腐蝕情況進行分析，同時歸納總結現場水處理的相應措施。

1 中央空調循環水腐蝕的影響與危害

1.1 設備管道水垢附著。中央空調水循環系統中所供應的自來水中，包含有難溶或微溶鹽等物質，影響著管道內水的流動，當水循環系統中補入的水中含有高濃度的難溶或微溶鹽時，容易導致結垢的發生，另外還有大量的有機物、微生物和泥沙等懸浮物，特別是在管道轉角和流速較緩的地方容易造成沉積。同時，在中央空調冷卻水循環系統中，補入水中的難溶或微溶鹽的含量隨著濃縮倍數的升高而不斷提高，造成這種現象的主要原因在于水溫變化和管道內壁溫度變化引起的濃縮蒸發。在整個水循環系統中，存在著很多不穩定性的鹽類引發的傳熱分解過程，或者在水循環系統中，當水流經過換熱器時水溫不斷上升，破壞了水中溶解鹽類的平衡，水垢的分解反應如下：

Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O

在這一反應過程中CaCO3作為主要沉積物主要附著在換熱器以及管道內壁上，而產生的大量二氧化碳氣體會長期存在于中央空調內部，形成一種堿性環境，主要反應如下：

在上述反應中所產生的大量CaCO3會導致換熱器的導熱性能開始變弱，影響著整個水循環系統的工作效率。當結垢達到一定量后導致整個水循環系統的功耗明顯增加，但仍無法達到設備應滿足的效果，造成管道內壁的壓力不均勻，最終可能導致系統癱瘓。

1.2 系統通水量降低。當補入水所帶入大量的沉積物附著在中央空調系統設備管路內壁或熱交換器表面時，隨時都有可能對管路造成堵塞的風險，其可降低管道的過水截面積，即降低了熱交換器的換熱效率。

1.3 腐蝕設備和管道。在中央空調系統設備管路內壁由于腐蝕形成銹渣脫落，脫落的銹渣會造成管路堵塞，降低了中央空調的換熱效果，嚴重的情況會造成設備的穿孔和泄露，造成重大的停機事故，腐蝕還會使得設備的使用壽命大大減少。

1.4 運行成本和檢修強度的增加。由于管路的堵塞造成水流阻力的增大，使得電能消耗的不斷增加，運行成本也不斷提高。同時，增加了日產維護和檢修工作量的增加，縮短了運行周期和檢修周期，提高了水處理藥劑使用量并降低了藥劑的效果。

2 中央空調循環水腐蝕成因

中央空調系統主要是由冷卻水系統和冷(熱)媒水系統兩大水循環系統組成，兩大系統中所采用的管道基本為金屬管道，而現實中系統中所采用的水大多來自于自來水廠，水中含有豐富的堿性成分和陰陽離子，主要包含有Ca2+，Cl-，K+，HCO3-等，水中還存在大量的懸浮顆粒物質且粒徑均不大于0.17mm。由于這些陰陽離子濃度會隨時產生變化，因此是造成中央空調水循環系統腐蝕的主要原因。

2.1 金屬引起的腐蝕。金屬在水中的腐蝕是一種電化學過程，由于金屬表面凹凸不平，當與水接觸時，會在金屬表面形成大量的微小腐蝕電池。在中央空調循環系統中所采用的管道主要材質主要是銅和鋼質材料等，鋼中的鐵元素形成微陽極，而銅的電位高于鐵元素進而會構成微陰極，兩者通過電化學生成腐蝕現象，其整個反應如下：

陽極反應：Fe-2e-→Fe2+

陰極反應：Cu2++2e-→Cu

2.2 溶解氧引起的腐蝕。中央空調系統中的冷卻水系統由水、氣進行熱交換，水中的溶解氧濃度始終處于飽和的狀態，冷(熱)媒水系統由于其管道較為復雜，當進行整體清洗時需將管路中的水進行全部清空，導致外部的空氣進入到管路內，當再次進行補水時管路內空氣不一定會完全排出。當系統開始工作后，這些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，盡管該系統中安裝有排氣系統，但很難將這些微小的氣泡排出，因此使得在進水管路入口仍有大量氣體進入，并且管路排氣閥在運行過程中仍存在不排氣僅吸氣的情況。

以上種種因素造成了冷(熱)媒水系統中的溶解氧長期處于飽和狀態，在中央空調系統循環系統中，金屬管路與含有溶解氧的水接觸后，一些微小的腐蝕電池會在金屬表面形成，其主要氧化還原反應如下：

陽極反應：Fe→Fe2++2e；

陰極反應：O2+2H2O+4e→4OH-；

循環水中：Fe2++2OH-→Fe(OH)2。

以上反應中，大量沉淀物的生成會造成陰極的快速反應，在溶解氧充足的情況下，Fe(OH)2極易生產Fe2O3形成紅色沉淀物，即鐵銹。同時，水質中的溶解氧在陰極表面聚集，降低金屬保護膜的防腐蝕能力，加快了金屬的腐蝕進程；在金屬縫隙間容易有水垢、泥沙等沉積物附著在金屬表面，易引起腐蝕情況。尤其是在某些情況下，當腐蝕物被覆蓋后，在循環過程中不易發現腐蝕情況，未引起人們的重視，當腐蝕嚴重至一定程度后，這些部位很難進行清理，因而導致管路破損。

2.3 氯離子引起的腐蝕。氯離子引發的腐蝕主要體現在縫隙中的腐蝕，在這些縫隙中對金屬進行腐蝕，從而引發周圍的溶液產生過多正電荷，吸引周圍的氯離子集中至縫隙腐蝕電周圍，導致腐蝕電周圍的金屬氯化物濃度過高，即MCl2，隨后改氯化物會進行水解形成氫氧化物和鹽酸，其反應如下：

MCl2+2H2O→M(OH)2↓+2H++Cl-

鹽酸作為一種強酸溶液，對金屬的腐蝕性極強，能夠溶解多種金屬，中央空調系統由于采用化合氯進行殺菌，導致循環水中存在的氯離子濃度較高，造成對管路的腐蝕。

2.4 微生物引起的腐蝕。微生物一般指細菌、真菌等，在水循環系統中適宜的溫度有助于微生物的大量滋生，導致金屬的腐蝕，這是因為在水循環系統中，微生物排出的沉積物附著在金屬表面，降低了整個系統的功率。長期附著在金屬表面的沉積物形成污垢，在厭氧環境下形成厭氧菌的大量滋生，其在水中進行分解形成硫酸鹽，進一步對金屬管路腐蝕，其反應如下：

SO42-+8H++8e-→S2-+4H2O+能量

Fe2++S2-→FeS↓

在微生物的腐蝕情況中，是多種細菌的協同作用，在我們常見的換熱器管路內壁存在著銹瘤，其內部結構已發生明顯變化，容易脫落，其氧化生成的能量能夠為細菌提供良好的生產環境，其反應如下：

4FeCO3+O2+6H2O→4Fe(OH)3+4CO2+能量

當進行補水時，攜帶有大量的沉積物、灰塵等粘結在一起，附著在換熱器的表面，由電化學作用形成垢下腐蝕。因上述各種原因造成對金屬的腐蝕，最終造成設備效率低下，管路破裂，形成泄露、滲漏等現像，更嚴重的可能造成系統崩潰。

2.5 其他腐蝕因素。管路中存在的大量重金屬離子如鋁、鎂、鉛等也會形成腐蝕現象，當換熱設備所采用的金屬導熱系數越大時，內壁溫度就會越高，容易在附近的內壁表面形成垢。當內壁表面變得粗糙時，水流的速度變得較為緩慢，而循環水中會夾雜著大量的泥沙、懸浮物、塵埃等不易溶于水的物質，這些難溶于水的物質進行沉積形成垢層，對金屬的硬度產生磨損，從而降低使用壽命。

3 現場水處理方案與方法

3.1 物理方法處理。（1）靜電處理法是由電極和高壓發生器組成，利用靜電作用使水產生自由電子，附著在管路內壁，防止管路氧化，同時將生成的O2和H2O2吸收，但該方法的防垢效果并不明顯，且維護清理費用較高。（2）磁化處理法是對水體進行磁化，使其形成的水垢疏松、附著能力較弱，該方法對于防垢有著一定的作用，但磁場強度會隨時間推移而減弱，防垢效果也會隨之減弱。（3）高頻電子法是利用集成電路產生的高頻電信號，使得水中的大分子斷裂成為單個水分子，從而使水體吸收大量激活的電子，水和鹽離子的親和力隨之增大，進而使管路內壁上的水垢脫落。

3.2 化學方法處理。在當前應用中，大型的水循環系統通產采用化學處理方法，包括水處理系統、加藥系統、清洗系統和反洗系統等。在系統循環水中加入阻垢緩蝕劑和殺菌滅藻劑，并定期進行清洗及反洗。

在冷卻水中加入阻垢緩蝕劑，可大大降低金屬腐蝕結垢的速度，因該藥劑具有溶限效應，抑制了陽極反應或陰極反應，從而達到緩蝕的作用。另外，阻垢劑的使用可使得碳酸鈣晶體錯位，對水垢的形成具有抑制效果。現常用的阻垢緩蝕劑有硫酸鋅、磷酸脂、聚丙烯酸、共聚物等，這些藥劑都能夠在水中快速溶解，對整個設備系統起到阻垢緩蝕的作用。但由于其特點有所差異，投入的使用量、溫度和PH 值范圍的不同對水垢的抑制效果也大不相同，因此需要結合實際情況進行合理使用。

當前我國自主研發的殺菌滅藻劑是由異噻唑啉酮和次氯酸鈉復合而成。經研究發現，殺菌劑在pH=3-9 范圍內具有較高的殺菌效果。在水溶液中加入殺菌劑后，溶液的腐蝕性會明顯降低。經現場實測發現，殺菌劑的添加量為50-100mg/L 范圍，能很好地將異養菌控制在105cfu/mL以下。

3.3 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，其指標如表1 所示。在整個過程中一般應在1-2 周進行一次檢測，并根據檢測結果調整緩蝕阻垢藥劑的使用量，從而保證水質成分的化學平衡，保障化學處理的行之有效。

表1 水質指標范圍

4 結論與展望

通過對中央空調系統循環水腐蝕的危害及原因進行分析，我們需要結合腐蝕特點來采取適當的防腐措施，科學的處理方法可有效改善系統的水質情況，使得水質達到指標穩定范圍內，抑制系統管路腐蝕和泄漏的發生，從而消除不良影響，使系統長期處于高效運行的狀態，其亦對企業節能、減少成本方面具有良好的經濟效益。