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循环水设备腐蚀结垢及微生物的危害添加时间:2015-01-19

  在循环水设备、中央空调中,存在着冷却水和冷冻水。水是一种良好的冷却介质,比较廉价,但即使经过自来水厂处理过的水仍有不同程度地含有溶解固体、气体及各种悬浮物。如果采用地表水、地下水、有些物质的含量会更高,这些溶解固体、气体及悬浮物等会引起诸如沉积物、腐蚀、微生物(藻类、菌泥)繁殖等问题。
  水系统在运行过程中,会有各种物质沉积在换热器的传热面上,这些物质统称为沉积物。它们主要由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积构成的,统称为污垢。
  一、水垢
  有些循环水设备、中央空调的冷却水系统是开放式的循环系统,随着水份的蒸发和风干,水中溶解的盐类(如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等)的浓度增高,一些盐因过饱和而析出,而某些盐则通过换热器传热表面时会受热分解:
  Ca(HCO3)2=====CaCO3↓+H2O+CO2↑
  冷却水通过冷却塔相当于一个暴气过程,溶解在水中的CO2会逸出。因此,水的PH值会升高。此时重碳酸盐在碱性的条件下也会发生如下反应:
  Ca(HCO3)2=====CaCO3↓+2H2O+CO32-↑
  当水中溶有氯化钙时,会产生下列置换反应:
  CaCI2+CO32-=====CaCO3↓+2CI-
  如水中有适量的磷酸盐时,磷酸根将与钙离子生成磷钙:
  2PO43-+3Ca2+=====Ca3(PO4)2↓
  上述一系列反应生成的CaCO3和Ca3(PO4)2,均属微溶性盐,它们的溶解度比CaCI2和Ca(HCO3)2要小得多,此外,CaCO3和Ca3(PO4)2的溶解度是随着温度的升高而降低。因此,在冷凝器的传热面上,这些微溶盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。当水流速度比较小或传热面比较粗糙时,这些结晶沉积物就容易沉积在传热面上,形成水垢。
  这些水垢都由无机盐组成,结晶致密,比较坚硬,故又称无机物垢硬垢。它们通常牢固地附在换热器的表面或管道壁上,不易被水冲掉。
  大多数情况下,中央空调水系统中形成的水垢是以碳酸钙为主的,这是因为硫酸钙的溶解度远大于碳酸钙。例如在O℃时,硫酸钙的溶解度是1800㎎/L,比碳酸钙大90倍。同时天然水中含磷酸盐较少,除向水中投加"磷"系药剂,否则磷酸钙水垢将较少出现。
  中央空调冷冻水系统一般为封闭式。冷冻水在封闭系统中循环,水分不蒸发,不浓缩,不存在溶解盐过饱和问题,水温也很低,因此,冷冻水系统的水垢是很少的,如果缓蚀做的不好,氧化铁是存在的。
  二、污垢
  污垢一般是由棵粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂质碎屑、腐蚀产物、油污、菌藻的尸体及粘性分泌物等组成。这些物质本质不会形成硬垢的,但它们在冷却水中起到了CaCO3微结晶的晶核作用,这就加速了CaCO3的结晶析出过程,当存在有这些物质的水质流经换热器的表面时,容易形成污垢沉积物,特别是流速较慢的部分污垢沉积物更多。这种沉积物一般都体积较大、质地疏松较软,故又称软垢。它们是垢下腐蚀的主要原因,也是某种细菌生存和繁殖的温床。
  当防腐蚀措施不当时,换热器的换热表面经常会有锈瘤附着,其外壳坚硬,但内疏松多孔,而且分布不均。它们常与水垢,微生物粘泥等一起沉积在传热表面。这种锈瘤状腐蚀产物形成的沉积物,除了影响传热外,更严重的是助长某些细菌繁殖,最终导致换热器腐蚀而穿孔。
  循环水设备的腐蚀
  在中央空调和循环水设备中,大多数的设备是由金属制造的。对于碳钢、铜、铝、不锈钢、镀锌管等设备,在不同的水质或采用不同的药剂,长期使用冷冻水或冷却水,都会发生腐蚀穿孔。其腐蚀的原因是各种因素造成的。
  一、水中的溶解氧、二氧化碳引起的腐蚀
  冷却水和冷冻水都溶解了一定浓度的O2和CO2,并且在冷却水系统中,水与空气能充分的接触,因此水中氧能达到饱和状态。当碳钢与溶解氧的水接触时,由金属的表面不均匀性和水的导电性,在碳钢的表面会形成许多腐蚀微电池,微电池的阴极区和阳极区分别产生下列的氧化反应和还原反应:
  1、阳极区:Fe--Fe2++2e
  阴极区:O2+H20+2e--2OH-
  在水中:Fe2++2HO---Fe(OH)2
  2、Fe(OH)2+O2+H2O-Fe(OH)3
  3、2Fe(OH)3--Fe2O3+3H20
  4、产生的Fe2O3结垢疏松,无保护作用,这些反应,会使微电池的阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。
  5、水中CO2的腐蚀主要是下列反应进行:
  3Fe(HCO3)2+?O2--Fe304+6CO2↑+3H2O
  二、腐蚀产物引起的腐蚀
  铁锈和氧一样,可作为腐蚀反应的去极化剂,总反应如下:
  Fe+Fe2O3·nH2O+?O2--F3O4+nH2O
  三、有害离子引起的腐蚀
  循环系统有碳钢管、铜管、镀锌管等。当水中存在Cu2+时,既使其在水中的浓度很低,但它是阳极反应的去极化剂,因此,对腐蚀过程有明显的影响,其腐蚀反应如下:
  阳极:Fe--Fe2++2e
  Zn--Zn2++2e
  阴极:2Cu2++4e--2Cu
  随着Cu2+浓度的增加,由于Fe和Zn的活性远大于Cu就会在钢管和镀锌管上出现镀铜现象,在铜管上产生点蚀。
  另外,在冷却水的浓缩过程中,除重碳酸盐浓度随浓缩倍数增加外,其它的盐类如氯化物,硫酸盐等浓度也会增加,当CI-和SO43-离子浓度增高时,会加速碳钢的腐蚀。CI-和SO43-会使金属上的保护膜的保护性能降低,尤其是CI-的半径小,穿透性强,容易穿过膜层,置换氧原子,形成氯化物,加速阳极过程的进行,使腐蚀加速,所以,氯离子是引起点蚀的原因之一,对于不锈钢设备CI-是引起应力腐蚀的主要作用。
  微生物引起的腐蚀
  在冷却水循环系统中,含有微生物的补充水不断进入,与此同时,冷却塔中从上面喷淋下来的水又从相遇的空气中捕集了大量的微生物进入冷却水系统。冷却水系统中充沛的氧为这些进入的微生物的生长提供了可靠的保障。冷却水的水温范围又特别适用某些微生物的生长。一些水质处理药剂及水中的盐类为微生物提供了营养源及所需能量的来源。冷却水在冷却塔内的喷淋过程中溶入了大量的氧气,为好氧性微生物提供了必要的条件,而一些污垢等沉积物又为厌氧性细菌提供了屁护所,在冷冻水循环系统中,也存在着大量的微生物。
  微生物的滋生也会使金属腐蚀。这是由于微生物排放的粘液与无机垢,泥沙杂物等形成的沉积物附着在金属表面形成氧的浓差电池,促使金属腐蚀,此外,在金属表面与沉积物之间缺乏氧,因此一些厌氧菌(主要指磷酸盐还原菌)得以繁殖。当温度为25℃--30℃时,繁殖更快,它分解水中的硫酸盐,产生H2S,引起碳钢腐蚀,铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因,它能使Fe2+氧化为Fe3+释放的能量供细菌生存之需要。
  在循环水系统中,细菌,真菌和藻类等常引起故障:
  a、细菌:在循环水系流中引起故障的细菌通常有产粘泥,细菌和铁细菌、硫酸盐还原菌。产粘泥细菌又称粘液形成菌,粘液异氧菌等,是水中最大的一种有害细菌,它们能产生一种胶状的,粘性的或粘泥状的,附着力很强的沉积物,这种沉积物遮盖在金属表面上,降低了换热效率,并引起垢下腐蚀。
  铁细菌又称铁沉积细菌,它能把溶于水中的Fe2+转化为不溶于水的Fe2O3的水合物,作为其代谢作用的一部分而在水中产生大量氢氧化铁沉淀。铁细菌还通过锈瘤建立氧浓差腐蚀电池,从而引起钢铁腐蚀。硫酸盐还原菌又称产硫化细菌,它能把水溶性的硫酸盐还原成硫化氢,产生的硫化氢反一些金属有腐蚀作用,另外,产生的硫化氢还可以和加入到水中的络酸盐和锌盐等反应,使之从水中沉淀出来,生产的沉淀则沉积在金属的表面而形成污垢。
  产酸细菌,如硝化细菌和硫杆细菌。它们能将水中存在的氨或可溶性硫化物转变成硝酸或硫酸,从而使金属受到腐蚀。
  b、真菌:真菌一般生长在冷却塔的木质结构件上,水槽壁上或换热器中,真菌生长所产生的粘泥沉积覆盖在换热器的换热表面,降低了换热效率,而且会在金属表面建立差异腐蚀电池而引起金属腐蚀。
  C、藻类:中央空调的水循环系统的藻类主要有绿藻、蓝藻和硅藻,它们常在水中引起金属表面引起差异腐蚀电池的形成,从而导致沉积物不腐蚀。块状的还会堵塞换热器中的管路。降低水流量,从而降低换热效果。
  危害汇总
  一、降低换热效果:
  多数换热器用碳钢制成,碳钢的导热系数为46.4~52.2w/(m.k)但碳酸盐水垢的导热系数为0.464~0.697w/(m.k),只有碳钢的1%左右,由此可见,水垢和其他沉积物的导热系数比金属低的多,因此,当水垢和其他沉积物覆盖在换热器的换热表面时,就会大大降低换热器的换热效率。
  二、使循环水量减少
  沉积物或微生物粘泥覆盖在换热器中的换热管壁甚致堵塞换热管,使得循环水通道的截面积和通量变小,从而使热效果进一步降低。
  三、药剂使、降低了水处理用效果
  沉积物以及微生物粘泥覆盖在金属的表面,阻止了水中的缓蚀剂,阻垢剂和杀菌剂等水处理药剂到达金属表面发生缓蚀、阻垢和杀菌作用,并且有些微生物还会和水处理剂发生反应,从而破坏和降低了这些药剂的使用效果。
  四、加速了腐蚀
  沉积物和微生物的产生,促使了浓差腐蚀电池的形成及垢下腐蚀的产生,从而使金属的腐蚀加剧。
  五、缩短了设备的使用寿命
  沉积物和微生物粘泥等覆盖了换热器表面,阻止了设备的有效换热,从而使换器表面的金属长期处于高温热负荷状态,导致金属疲劳,另一方面,腐蚀的发生会导致设备如换热器的换热管管壁减薄,尤其是垢下腐蚀还会导致设备穿孔泄漏。这些情况的发生,使设备的使用寿命缩短。
  六、增加了运行成本
  为使设备保持足够的换热率,必须采取诸如增加水量等措施,同时因除垢增加清洗费用,因腐蚀增加了维修费用,从而加大了设备的运行成本。
  专家总结
  对循环水设备必须做好杀菌、灭藻、缓蚀、防垢处理,方可确保设备的经济运行,特别是中央空调更要严格杀菌、消毒,以免病毒、传染源扩散,危害人群,国家职能部门也要加大力度监督,对已结垢的设备,有垢必除,没有妥协的余地,但必须要有专业的清洗队伍操作,对不同的设备材质,不同的菌类进行个性化处理,在除垢的同时不要腐蚀设备,这是关键所在。
  防垢是让设备有效运行,减少除垢费用,防腐是让设备延长使用寿命,减少事故,减少维修量,菌、藻能产生菌泥垢,也能造成垢下腐蚀和直接腐蚀金属,还能影响药剂的使用效果,所以必须严加抑制。

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