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循環水設備腐蝕結垢及微生物的危害添加時間:2015-01-19

  在循環水設備、中央空調中,存在著冷卻水和冷凍水。水是一種良好的冷卻介質,比較廉價,但即使經過自來水廠處理過的水仍有不同程度地含有溶解固體、氣體及各種懸浮物。如果采用地表水、地下水、有些物質的含量會更高,這些溶解固體、氣體及懸浮物等會引起諸如沉積物、腐蝕、微生物(藻類、菌泥)繁殖等問題。
  水系統在運行過程中,會有各種物質沉積在換熱器的傳熱面上,這些物質統稱為沉積物。它們主要由水垢、淤泥、腐蝕產物和生物沉積構成的,統稱為污垢。
  一、水垢
  有些循環水設備、中央空調的冷卻水系統是開放式的循環系統,隨著水份的蒸發和風干,水中溶解的鹽類(如重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等)的濃度增高,一些鹽因過飽和而析出,而某些鹽則通過換熱器傳熱表面時會受熱分解:
  Ca(HCO3)2=====CaCO3↓+H2O+CO2↑
  冷卻水通過冷卻塔相當于一個暴氣過程,溶解在水中的CO2會逸出。因此,水的PH值會升高。此時重碳酸鹽在堿性的條件下也會發生如下反應:
  Ca(HCO3)2=====CaCO3↓+2H2O+CO32-↑
  當水中溶有氯化鈣時,會產生下列置換反應:
  CaCI2+CO32-=====CaCO3↓+2CI-
  如水中有適量的磷酸鹽時,磷酸根將與鈣離子生成磷鈣:
  2PO43-+3Ca2+=====Ca3(PO4)2↓
  上述一系列反應生成的CaCO3和Ca3(PO4)2,均屬微溶性鹽,它們的溶解度比CaCI2和Ca(HCO3)2要小得多,此外,CaCO3和Ca3(PO4)2的溶解度是隨著溫度的升高而降低。因此,在冷凝器的傳熱面上,這些微溶鹽很容易達到過飽和狀態而從水中結晶析出。當水流速度比較小或傳熱面比較粗糙時,這些結晶沉積物就容易沉積在傳熱面上,形成水垢。
  這些水垢都由無機鹽組成,結晶致密,比較堅硬,故又稱無機物垢硬垢。它們通常牢固地附在換熱器的表面或管道壁上,不易被水沖掉。
  大多數情況下,中央空調水系統中形成的水垢是以碳酸鈣為主的,這是因為硫酸鈣的溶解度遠大于碳酸鈣。例如在O℃時,硫酸鈣的溶解度是1800㎎/L,比碳酸鈣大90倍。同時天然水中含磷酸鹽較少,除向水中投加"磷"系藥劑,否則磷酸鈣水垢將較少出現。
  中央空調冷凍水系統一般為封閉式。冷凍水在封閉系統中循環,水分不蒸發,不濃縮,不存在溶解鹽過飽和問題,水溫也很低,因此,冷凍水系統的水垢是很少的,如果緩蝕做的不好,氧化鐵是存在的。
  二、污垢
  污垢一般是由棵粒細小的泥沙、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、膠狀氫氧化物、雜質碎屑、腐蝕產物、油污、菌藻的尸體及粘性分泌物等組成。這些物質本質不會形成硬垢的,但它們在冷卻水中起到了CaCO3微結晶的晶核作用,這就加速了CaCO3的結晶析出過程,當存在有這些物質的水質流經換熱器的表面時,容易形成污垢沉積物,特別是流速較慢的部分污垢沉積物更多。這種沉積物一般都體積較大、質地疏松較軟,故又稱軟垢。它們是垢下腐蝕的主要原因,也是某種細菌生存和繁殖的溫床。
  當防腐蝕措施不當時,換熱器的換熱表面經常會有銹瘤附著,其外殼堅硬,但內疏松多孔,而且分布不均。它們常與水垢,微生物粘泥等一起沉積在傳熱表面。這種銹瘤狀腐蝕產物形成的沉積物,除了影響傳熱外,更嚴重的是助長某些細菌繁殖,最終導致換熱器腐蝕而穿孔。
  循環水設備的腐蝕
  在中央空調和循環水設備中,大多數的設備是由金屬制造的。對于碳鋼、銅、鋁、不銹鋼、鍍鋅管等設備,在不同的水質或采用不同的藥劑,長期使用冷凍水或冷卻水,都會發生腐蝕穿孔。其腐蝕的原因是各種因素造成的。
  一、水中的溶解氧、二氧化碳引起的腐蝕
  冷卻水和冷凍水都溶解了一定濃度的O2和CO2,并且在冷卻水系統中,水與空氣能充分的接觸,因此水中氧能達到飽和狀態。當碳鋼與溶解氧的水接觸時,由金屬的表面不均勻性和水的導電性,在碳鋼的表面會形成許多腐蝕微電池,微電池的陰極區和陽極區分別產生下列的氧化反應和還原反應:
  1、陽極區:Fe--Fe2++2e
  陰極區: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、產生的Fe2O3結垢疏松,無保護作用,這些反應,會使微電池的陽極區的金屬不斷溶解而被腐蝕。
  5、水中CO2的腐蝕主要是下列反應進行:
  3Fe(HCO3)2+?O2--Fe304+6CO2↑+3H2O
  二、腐蝕產物引起的腐蝕
  鐵銹和氧一樣,可作為腐蝕反應的去極化劑,總反應如下:
  Fe+Fe2O3·nH2O+?O2--F3O4+nH2O
  三、有害離子引起的腐蝕
  循環系統有碳鋼管、銅管、鍍鋅管等。當水中存在Cu2+時,既使其在水中的濃度很低,但它是陽極反應的去極化劑,因此,對腐蝕過程有明顯的影響,其腐蝕反應如下:
  陽極:Fe--Fe2++2e
  Zn--Zn2++2e
  陰極:2Cu2++4e--2Cu
  隨著Cu2+濃度的增加,由于Fe和Zn的活性遠大于Cu就會在鋼管和鍍鋅管上出現鍍銅現象,在銅管上產生點蝕。
  另外,在冷卻水的濃縮過程中,除重碳酸鹽濃度隨濃縮倍數增加外,其它的鹽類如氯化物,硫酸鹽等濃度也會增加,當CI-和SO43-離子濃度增高時,會加速碳鋼的腐蝕。CI-和SO43-會使金屬上的保護膜的保護性能降低,尤其是CI-的半徑小,穿透性強,容易穿過膜層,置換氧原子,形成氯化物,加速陽極過程的進行,使腐蝕加速,所以,氯離子是引起點蝕的原因之一,對于不銹鋼設備CI-是引起應力腐蝕的主要作用。
  微生物引起的腐蝕
  在冷卻水循環系統中,含有微生物的補充水不斷進入,與此同時,冷卻塔中從上面噴淋下來的水又從相遇的空氣中捕集了大量的微生物進入冷卻水系統。冷卻水系統中充沛的氧為這些進入的微生物的生長提供了可靠的保障。冷卻水的水溫范圍又特別適用某些微生物的生長。一些水質處理藥劑及水中的鹽類為微生物提供了營養源及所需能量的來源。冷卻水在冷卻塔內的噴淋過程中溶入了大量的氧氣,為好氧性微生物提供了必要的條件,而一些污垢等沉積物又為厭氧性細菌提供了屁護所,在冷凍水循環系統中,也存在著大量的微生物。
  微生物的滋生也會使金屬腐蝕。這是由于微生物排放的粘液與無機垢,泥沙雜物等形成的沉積物附著在金屬表面形成氧的濃差電池,促使金屬腐蝕,此外,在金屬表面與沉積物之間缺乏氧,因此一些厭氧菌(主要指磷酸鹽還原菌)得以繁殖。當溫度為25℃--30℃時,繁殖更快,它分解水中的硫酸鹽,產生H2S,引起碳鋼腐蝕,鐵細菌是鋼鐵銹瘤產生的主要原因,它能使Fe2+氧化為Fe3+釋放的能量供細菌生存之需要。
  在循環水系統中,細菌,真菌和藻類等常引起故障:
  a、細菌:在循環水系流中引起故障的細菌通常有產粘泥,細菌和鐵細菌、硫酸鹽還原菌。產粘泥細菌又稱粘液形成菌,粘液異氧菌等,是水中最大的一種有害細菌,它們能產生一種膠狀的,粘性的或粘泥狀的,附著力很強的沉積物,這種沉積物遮蓋在金屬表面上,降低了換熱效率,并引起垢下腐蝕。
  鐵細菌又稱鐵沉積細菌,它能把溶于水中的Fe2+轉化為不溶于水的Fe2O3的水合物,作為其代謝作用的一部分而在水中產生大量氫氧化鐵沉淀。鐵細菌還通過銹瘤建立氧濃差腐蝕電池,從而引起鋼鐵腐蝕。硫酸鹽還原菌又稱產硫化細菌,它能把水溶性的硫酸鹽還原成硫化氫,產生的硫化氫反一些金屬有腐蝕作用,另外,產生的硫化氫還可以和加入到水中的絡酸鹽和鋅鹽等反應,使之從水中沉淀出來,生產的沉淀則沉積在金屬的表面而形成污垢。
  產酸細菌,如硝化細菌和硫桿細菌。它們能將水中存在的氨或可溶性硫化物轉變成硝酸或硫酸,從而使金屬受到腐蝕。
  b、真菌:真菌一般生長在冷卻塔的木質結構件上,水槽壁上或換熱器中,真菌生長所產生的粘泥沉積覆蓋在換熱器的換熱表面,降低了換熱效率,而且會在金屬表面建立差異腐蝕電池而引起金屬腐蝕。
  C、藻類:中央空調的水循環系統的藻類主要有綠藻、藍藻和硅藻,它們常在水中引起金屬表面引起差異腐蝕電池的形成,從而導致沉積物不腐蝕。塊狀的還會堵塞換熱器中的管路。降低水流量,從而降低換熱效果。
  危害匯總
  一、降低換熱效果:
  多數換熱器用碳鋼制成,碳鋼的導熱系數為46.4~52.2w/(m.k)但碳酸鹽水垢的導熱系數為0.464~0.697w/(m.k),只有碳鋼的1%左右,由此可見,水垢和其他沉積物的導熱系數比金屬低的多,因此,當水垢和其他沉積物覆蓋在換熱器的換熱表面時,就會大大降低換熱器的換熱效率。
  二、使循環水量減少
  沉積物或微生物粘泥覆蓋在換熱器中的換熱管壁甚致堵塞換熱管,使得循環水通道的截面積和通量變小,從而使熱效果進一步降低。
  三、藥劑使、降低了水處理用效果
  沉積物以及微生物粘泥覆蓋在金屬的表面,阻止了水中的緩蝕劑,阻垢劑和殺菌劑等水處理藥劑到達金屬表面發生緩蝕、阻垢和殺菌作用,并且有些微生物還會和水處理劑發生反應,從而破壞和降低了這些藥劑的使用效果。
  四、加速了腐蝕
  沉積物和微生物的產生,促使了濃差腐蝕電池的形成及垢下腐蝕的產生,從而使金屬的腐蝕加劇。
  五、縮短了設備的使用壽命
  沉積物和微生物粘泥等覆蓋了換熱器表面,阻止了設備的有效換熱,從而使換器表面的金屬長期處于高溫熱負荷狀態,導致金屬疲勞,另一方面,腐蝕的發生會導致設備如換熱器的換熱管管壁減薄,尤其是垢下腐蝕還會導致設備穿孔泄漏。這些情況的發生,使設備的使用壽命縮短。
  六、增加了運行成本
  為使設備保持足夠的換熱率,必須采取諸如增加水量等措施,同時因除垢增加清洗費用,因腐蝕增加了維修費用,從而加大了設備的運行成本。
  專家總結
  對循環水設備必須做好殺菌、滅藻、緩蝕、防垢處理,方可確保設備的經濟運行,特別是中央空調更要嚴格殺菌、消毒,以免病毒、傳染源擴散,危害人群,國家職能部門也要加大力度監督,對已結垢的設備,有垢必除,沒有妥協的余地,但必須要有專業的清洗隊伍操作,對不同的設備材質,不同的菌類進行個性化處理,在除垢的同時不要腐蝕設備,這是關鍵所在。
  防垢是讓設備有效運行,減少除垢費用,防腐是讓設備延長使用壽命,減少事故,減少維修量,菌、藻能產生菌泥垢,也能造成垢下腐蝕和直接腐蝕金屬,還能影響藥劑的使用效果,所以必須嚴加抑制。

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