中央空调冷却水处理技术比较分析 中央空调冷却水处理
第6卷 第4期 制冷与空调 2006年8月 REF RIGERAT ION A ND A IR-CO NDI T ION IN G
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中央空调冷却水处理技术比较分析
李志生
1)
1) , 2)
张国强 李利新 李冬梅 王晓霞
2)
3)
1)
2
3
1)
(广东工业大学) (湖南大学) (中国科学院广州能源研究所)
摘 要 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。
关键词 冷却水系统 水质 水处理 方案比较
Comparison of cooling water treatment technology
of central air -conditioning
Li Zhisheng Zhang Guoqiang Li Lixin Li Dongmei Wang Xiaoxia
1) (Guangdong University of Technology) 2) (Hunan U niversity)
3)
1) , 2)
2)
3)
1)
1)
(Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Science)
ABSTRACT Introduces the national standard of central air -conditioning cooling w ater, and analyzes central air -conditioning cooling w ater problem along w ith the possible cause. Compares the merits, demerits as w ell as application of several w ater treatment technologies in detail. Finally , pings forw ard compound cooling w ater treatment technolog y solution as the ex ample of a modern building s central air -conditioning cooling water project.
KEY WORDS cooling w ater system; w ater quality ; w ater treatment; solution com parison 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: 不进行处理或采取简单地排污来控制结垢或腐蚀。 对补充的水进行软化来控制冷却水水质。 冷却水系统增设静电水处理器来防垢、除垢、杀菌和灭藻。 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 s Disease) , 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 (GB 500050) 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) 。
收稿日期:2005-12-01
:
90 制 冷 与 空 调
表1 中央空调冷却水和补给水的水质标准
项目pH 值(25 ) 导电率(25 ) /( s/cm)
2
(SO -4) /(mg/L)
第6卷
阳极:Fe Fe 2++2e, 阴极:
O 2+H 2O+2e 2OH -2
(2)
冷却水7. 0~9. 2
补给水6. 0~8. 0
(CaCO 3) /(mg/L) (Cl -1) /(mg/L) 总碱度(mg/L)
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Fe 2O 3 nH 2O, 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Cu 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:Fe Fe 2++2e 阴极:Cu 2++2e Cu (3) 随着Cu 2+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2+
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/T 14848-93) 的 类标准还要高, 而补给水的水质标准甚至达到了 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(HCO 3) 2 CaCO 3+CO 2+H 2O
(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Cu 2+离子浓度高达50mg/L, Fe 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、2+
[4]
第4期 李志生等:中央空调冷却水处理技术比较分析
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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
项目工作原理处理时间操作技术硬度适用范围初投资运行费用发展趋势
药物处理技术通过化学反应
短, 处理过的水可随时
排放。
电子处理技术
通过物理处理, 使水分子变形。
较长, 不便于系统清洗。
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/T2387-92 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YG -101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Fe 2+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。
在实际管理过程中, 由于空调用冷却水负荷变
复杂, 药量需精确把握。简单, 通电即可容易提高水的硬度适用于南方、北方地区大较大
技术成熟, 但有很大限制。
不会提高水的硬度难达标
不适用于南方地区较大小
技术未成熟, 但发展迅速。
异样菌总数容易达标
表3 广州某科技大厦冷却水处理器概况
设备名称型号
SC 型杀菌灭藻除垢水处器
生产厂商同济大学
安装日期1998年6月
流量320m 3/h
耗功率15W
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。
参考文献
[1] 赵芳平. 冷却塔循环冷却水存在的问题及处理方法. 制冷与空调, 2005, 20(2) :25-26.
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[5] 马光友. 广州地铁空调冷却水系统运行分析. 暖通空调, 2002, 32(5) :130-132. [6] :81