中央空调冷却水处理 中央空调系统通过冷冻水循环、制冷剂循环和冷却水循环。冷却水多为开放式系统,冷冻水与采暖水为封闭式。目前,高层建筑或封闭式厂房的冷冻水与采暖水多为同一系统,在夏季走冷冻水,在冬季走采暖水。 图表 1循环水流程图 中央空调水系统的用水通常分为两类,即未经过任何处理的自来水和软化水。水中对设备主要产生影响的因素分别为硬度、碱度、微生物、pH值、Cl-、氧含量等。自来水因地区不同而水质变化较大,在水的循环过程中,硬度和碱度是造成结垢的主要因素,而Cl-、低pH、溶解氧、生物粘泥是造成腐蚀的罪魁祸首。 冷却塔管理 开放式冷却塔从空气吸入灰尘、泥土、烟灰、有机物碎片和其它各种各样的物质。进入冷却塔中的空气中的颗粒物会被冷却水洗涤下来,进入循环水中,并逐渐浓缩。冷却塔周围的空气环境严重影响冷却水的质量,比如土建、风向、空气污染程度等,因此,做好冷却塔的管理非常重要,做好定期的清扫工作。如果灰尘比较大,就需要循环水的旁滤处理,进行水质净化。 小资料:每立方厘米中含有100,000个以上的颗粒物,在大城市附近是很正常的。Clive Broadbent在1992年ASHRAE(美国取暖、制冷和空调工程师协会)年会上报道,“一座200冷吨的冷却塔在一个季节,从空气和补加水中吸收的颗粒物在600磅以上”(ASHRAE手册,1996)。 结垢控制---中央空调主机(蒸发器、冷凝器管理)管理 由于冷却塔水的蒸发,水不断浓缩,水质矿物质含量逐渐增多,结垢倾向加大,可能会造成空调主机热交换效率下降,日常表现为:主机开机后,在短时间内温度不能降低到适宜温度;主机的工作时间延长,开机台数增多;主机报警等故障。因此,需要对主机定期的清洗。 另外一个重要问题,就是换热器泄露,造成主机严重故障。如果主机换热器表面结垢,这就为水中微生物的附着创造了条件,一些厌氧菌会产生硫酸或盐酸,在氯离子Cl-的作用下,在换热器的表面部位,由慢慢地腐蚀逐渐变为加速腐蚀,造成设备泄露,换热器报废。水中细菌、微生物含量以及水的浊度,是控制腐蚀的两项重要指标。 降低结垢风险的方法:1、水质软化:补软水,循环水除垢软化 2、加阻垢剂、分散剂等 3、定期排污,控制浓缩倍数 电化学技术就是采取循环水除垢的方法,进行水质软化,降低水中钙离子的含量,使得系统水质不结垢。换热器表面干净、清洁,没有垢层附着。 1、 加的阻垢剂有时效性,时间长容易失效 2、 药剂可能增加新垢 3、 高温时药剂分解 4、 药剂使得碳酸钙的溶解度增大,但阻垢能力有限,浓缩倍数高于3倍结垢风险大大提高 5、 药剂使得水质环境复杂,难以管理 能耗管理---硬垢降低了热交换效率
悬浮物和生物膜及水垢混合在一起,在热交换器列管表面形成沉积物,从而降低了冷凝器的热交换效率。研究表面,1mm水垢就能造成空调机组效率下降45%。 热交换器上0.25mm厚的污垢或者结垢层,将降低热交换效率,增加能耗10%。下式可以用来计算一个冷却循环水系统一年的能耗成本: 冷却系统吨位×吨水电耗×负载系数×每年工作时间×每度电成本=每年能耗成本 例如,400冷吨×0.65kw/冷吨×0.7负载系数×2500小时/年×0.6元/kwh=27.3万元/年 如果热交换器上的污垢厚度为0.25mm,运行一年的电费将增加2.73万元。 垢厚度(mm) | 传热效率(BTE/ft/°K) | 传热损失 | 制冷能力下降至 | 增加电能消耗 | 0 | 92.77 | 0 | - | 0 | 0.3 | 73.68 | 21% | 92% | 11% | 0.6 | 61.12 | 34% | 76% | 23% | 0.9 | 52.20 | 44% | 72% | 32% | 1.2 | 45.60 | 56% | - | 41% | 1.6 | 39.52 | 57% | - | 52% | | | | | |
资料来源:Philip Kotz咨询公司、美国标准局、美国伊利诺伊州立大学、中国技术服务社能源中心等。
而且,冷却系统本身产生颗粒物,例如腐蚀产物、无机物沉淀(铁的氧化物、硬度盐类等等)、微生物宿主、有机化合物的聚集体和其它的物质,会加速腐蚀和腐蚀物的形成。 图表 2药剂处理不佳的换热器 生物粘泥导致的热交换损失是碳酸钙垢的5倍
循环水的环境是细菌、微生物适宜的生存环境,造成生物黏泥。冷却塔和空气不断交换,空气的营养物和细菌微生物进入系统,水温也是细菌容易繁殖的适宜温度,水中含有细菌繁殖所需要的营养物,比如P、N、S等,这样细菌、微生物在系统中就会不断生长,故需要对细菌、微生物进行杀灭。 《水处理规范》中强调,控制和防治生物粘泥的关键,是控制水质细菌含量,最简单的成功方法是保持系统清洁。 生物粘泥导致的热交换损失甚至大于无机水垢造成的热交换损失。美国CTI(冷却塔技术研究所)的报告显示,生物膜(粘泥)的热传导率只有碳酸钙垢的1/5。 沉积物类型 | 传热效率(w/m/°K) | 碳酸钙 | 2.93 | 生物膜(粘泥) | 0.63 | 硫化钙 | 2.31 | 磷酸钙 | 2.60 | 磷酸镁 | 2.16 | 磁性氧化铁 | 2.88 | | |
资料来源: N. Zelvar, W.G. Characklis和F.L. Roe, CTI Paper No. TP239A 腐蚀问题
腐蚀有全面腐蚀、局部腐蚀两种。局部腐蚀和微生物控制密切相关。全面腐蚀采用镀膜,对换热设备和管道进行保护,危害最严重的是局部腐蚀。局部的腐蚀,通常发生在储罐和输水系统中,有高活性的局部阳极电位引起的。腐蚀是离子浓度不对等或者氧浓度差异所致。 经常发现在高温区(热水的出水端)、晶格缺陷处、切削部位、表面划痕或裂纹处。 点蚀是金属损坏的最常见因素。 一个穿孔能够毁掉一台关键的热交换器,从而能够导致整个工厂停产。 厌氧菌会在生物膜深处氧稀缺的地方繁殖。一些细菌能够够代谢不锈钢中的碳、一些细菌能够生成硝酸、硫酸或者有机酸,从而加速腐蚀。细菌菌下面潮湿的表面氧的消耗,会导致形成“微分通风电池”,从而引起电流腐蚀。水系统中超过70%的腐蚀是由微生物加速或者导致的。微生物,象细菌,在所有腐蚀方面比以前认为的作用更大。 点蚀的深度和大阴极区域与小活性阳极区域的比例成正比。 石油、化工厂常出现设备泄漏,水中出现油污、物料等,水的浊度长时间降低不了,这样的情况往往意味着设备穿孔,局部腐蚀发生。这样的事故,在设备运转时是不太容易发现的。而且这样的细小的空洞,往往覆盖在垢层的下面,不太容易发现,即使进行设备检修时,导致在设备穿孔前不太容易发现,而认为水处理还“可以”,直到出现了设备泄漏,为时已晚。 军团菌问题 军团菌的危害还不为一般人所认知,因此对它的危害不会引起足够的重视。但是,由于中央空调环境的封闭性,工作区域内的人员每天要在这样的空气环境中待8个小说,长期在军团菌环境中待的人,很容易患上“空调病” ,出现呼吸、疲劳、咳嗽、胸闷等症状,而误认为是感冒了,其实,极有可能是感染了军团菌。控制冷却塔内细菌成为关键。 冷却塔内的军团菌随风进入空气,由新风机组吸入,而进入送风系统,到达工作区域。 军团菌普遍存在于有水的环境中,军团苗本身存活能力不强,冷冻与加热均能杀死该菌。它的存活、繁殖温度条件为20-58℃(最佳35-46℃)。为了防治冷却塔传播军团菌,许多国际或以疾病防治中心名义,或以冷却水协会的名义发布了“冷却塔防治军团菌守则(或指南)”他们的共同点就是要消除军团菌赖以生长的污垢、沉渣与粘泥,要求每年(每季节)清洗填料,系统用化学杀菌。对于疑有军团病发生的情况,则要求加强清洗杀菌工作。由于清洗冷却塔及循环系统十分繁琐,费时费工。检测军团菌的方法还不够灵敏、精确,所以至今没有一个国家对冷却塔作出强制性操作规范。但地区性、州县、行业性的规范已经被推行多年。 冷却塔与空调系统是否有利于预防军团菌与设备设计关系密切,一些不宜于机械清洗填料的冷却塔应予以改造或更换。适宜于冷却塔杀菌的季铵盐、唑啉酮类杀菌对于杀灭军团菌已被证实无效。清理军团菌滋生的场所是防治军团菌的关键。电化学杀菌技术,使得军团菌不复存活。 药剂杀菌的不足: 1、 需氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂交替使用,否则细菌能死而复生,细菌具有耐药性 2、 杀菌剂投加时间不好控制 3、 投加量或多、或少都不利于杀死细菌 4、 投加过量,直接导致腐蚀 5、 循环水中细菌微生物的尸体只能通过排污和旁虑降低,水质浊度一般较高,腐蚀加剧 电化学杀菌技术: 1、 不需要药剂杀菌,细菌不会产生耐药性 2、 产生大量的杀菌物质羟基自由OH.、臭氧O3、双氧水H2O2,能彻底杀死细菌 3、 水质浊度低,水质清澈 结论:理论和实践证明,电化学技术杀菌比药剂杀菌能力强100倍,水中细菌含量极低。EST处理的系统,黏泥不容易滋生,垢下腐蚀、穿孔腐蚀难以发生。换热器维修频率大大降低,维修成本降低,物料泄漏事故难以发生,工厂开工率大大提高。 传统的化学方法优势与缺点
常用的一些药剂名称: * Biocides/杀生剂 * Scale Inhibitors/阻垢剂 * Corrosion Inhibitors/缓蚀剂 * Bio-Dispersants/生物分散剂 * Disinfectants/消毒剂 * Cleaning Agents/洗涤剂 * Acid Descalers/酸性剥离剂 * Chlorinating & Dechlorinating Agents/加氯&除氯剂
优势:(1)化学药剂见效快 (2)适用于大多数系统
缺点:(1)多数化学药剂都是非环境友好型的,某些化学药剂会生成危险的三卤甲烷(致癌物)和卤代乙酸。 (2)需要封闭监控、储存和自动加药设备。 (3)水处理服务环节多,工作繁琐,管理复杂,容易导致水处理失败 (4)不能彻底、持久杀灭细菌:细菌具有耐药性,容易造成软垢、黏泥,导致垢下腐蚀,设备泄漏 (5)某些化学药剂导致和加速腐蚀。 (6)化学药剂在较高的水温中会分解,失效。 (7)即使到现在,药剂仍然无法实现水处理的程序化、自动化管理,药剂仍然需要采取外包的模式,药剂水处理的管理仍然面临非专业管理的现状。 电化学技术EST---世界发明专利
EST是利用水及水中矿物质的电化学特性,通过电解来调节水中矿物质的平衡,而实现阻垢、防腐和防治微生物的目的。 优势:(1)不用药剂,没有健康和环境危险,没有污水排放 (2)节省:节水 40-60% ;节电 5-15%;节省劳力 10-50% (3)除垢能力强大,杀菌能力是药剂的100倍,减少黏泥滋生,提高热交换器效率 (4)结垢、细菌控制得力,换热器不堵塞,设备穿孔泄漏风险降低,维修的频率和成本大幅度降低。 (5)运行成本低(150-400W/台),可忽略不计 (6)全自动化处理,无需人工服务,水处理纳入设备管理 (7)具有专利的技术 (8)超过10年的应用经验,以及超过2000个用户。 (9)EST系统排出来的水没有污染,可以用来浇灌和清洗使用。 (10)设备牢靠,几乎不需要维修。 |