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中央空调运行原理及中性化学清洗
中央空调运行原理及中性化学清洗
来源:中制冷设备网    2009-5-31
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一、前言
    作为现代建筑工业的重要标志,越来越多的高层建筑点缀于大中城市鳞次栉比的建筑群中。为创造中高层建筑中舒适的工作环境和生活环境,中央空调技术被广泛采用。随着高层楼宇在现代都市建筑中所占比例迅速增加,中央空调装置的使用也随之得到快速普及。
 
    中央空调是一种高投入高效益设备,整体结构属于多金属、效应性能十分灵敏的装置。通常情况下空调机组冷却水装置采用敞开式散热方式,冷水系统采用封闭式循环方式。由于冷却水蒸发浓缩和菌藻类大量繁殖,系统中容易结生水垢和生物粘泥,尤其是主机冷凝器、蒸发器部分,极容易发生结垢故障,导致热传导效率下降,冷却水、冷水进出口温度升高,排气压力上升,耗电量大幅度增加,从而使空调系统工作效率下降,运行成本上升。因此,为使中央空调系统保持正常高效的工作状态,就需定期对空调冷却水系统进行清洗除垢。北方地区因冬季采暖,冷水系统也会结垢,也需要清洗除垢,恢复系统热交换性能。
 
    迄今为止,中央空调的清洗均采用酸洗法,这种使用无机强酸除垢的工艺存在着对空调系统特别是主机部分腐蚀损伤大、清洗废液有毒、排放污染环境等弊端,尤其是酸洗除对空调系统的金属产生很强的化学腐蚀外,对主机冷凝器、蒸发器及风机盘管的铜管均会产生严重的选择性晶间腐蚀,被酸液活化的金属表面在以后的运行中也容易产生多种类型的腐蚀损伤,缩短设备的使用寿命,导致主机提前报废。
 
    为了解决酸洗技术对空调系统的腐蚀和毒性污染问题,科技工作者开始研究无腐蚀、无污染的化学清洗技术,兰州格瑞缓蚀技术研究所经几年的科技攻关,成功的推出完全无腐蚀的GR-943系列中央空调清洗剂、保养剂,从实验室中试到实际空调装置应用取得的大量数据证明,GR-943B中央空调清洗剂彻底解决了酸洗法对金属的腐蚀和有毒废液排放严重污染环境的难题,GR-943系列中性清洗技术产品问世以来,国内上万家单位采用GR-943系列对中央空调系统进行了清洗除垢、水质处理,均取得了良好的效果,深受用户欢迎。
    与此同时,GR-943系列清洗剂,可在设备运行中进行清洗除垢,解决了停机清洗的难题。
 
    二、GR—934B的清洗原理
    根据配位场理论,金属离子的D轨道在某些配位体化合物静电场影响下可发生分裂而形成能量不同的轨道,当配位体给出孤对电子与中心金属元素形成σ键时,若该配位体分子中存在空的π分子轨道或空的p·d分子轨道,且对称合适,中心元素d轨道上的孤对电子可与配位体形成反馈π键,从而形成稳定的配位化合物。
 
    基于以上原理,运用“GR-943B”能使Ca2 、Mg2 d轨道发生能级分裂,且是有π分子轨道的化合物作为π接受配位体,当这些化合物与钙(镁)盐类作用时,可与Ca2 、Mg2 形成稳定的配位化合物,从而破坏结垢化合物的分子结构,将其溶解除去。
 
    对于污垢中的生物粘泥,GR-943B中的生物灭活组份与其反应,消除或降低粘性。失活后的污泥极易脱离垢层或金属表面,分散溶解于水中而除去。
 
    三、中央空调系统常见的运行故障及产生的原因
    中央空调因日常运行过程中,其水系统常发生结垢、腐蚀和生物粘泥等,严重时影响中央空调系统的正常运行、增大运行成本,缩短设备的正常使用寿命,导致设备提前报废。这些故障主要由以下几个原因造成:
 
    1、空调系统用水一般都采用未经处理的含有大量Ca2 、Mg2 等成垢离子的自来水,这些成垢离子在水温升高或蒸发浓缩时极易从水中饱和析出沉积在冷凝器、蒸发器管内的金属面上而形成水垢。
 
    2、冷却水系统大多采取敞开式散热,大气中的泥沙及各种菌藻微生物可通过冷却塔进入冷却水系统,而冷却水的运行温度非常适合微生物的生长繁殖,从而使系统中不可避免产生大量菌藻物。菌藻物极易形成微生物粘泥,附着在冷却塔填料和主机换热器管内,与水垢混合在一起形成生物性污垢。
 
    3、水中的溶解氧和盐类对空调系统的金属材质产生氧腐蚀和化学腐蚀。由于中央空调系统是由多种材质组成的,在含有大量电解质盐类物质的水中,不同金属间就形成了电偶和腐蚀电池,从而对系统金属产生电化学腐蚀。结垢和生物粘泥也会导致金属产生垢下腐蚀和微生物腐蚀。
 
    4.一种习惯的认识是,原水经过软化之后,水的pH值提高了,因而水的腐蚀性也降低了。实际上,锅炉钢在原水和软化水中的腐蚀速度都很大,按照锅炉腐蚀标准,都属于事故性腐蚀级。而且,软化水比原水的腐蚀性更大。原水中含有天然缓蚀剂重碳酸钙,它是一种阳极性缓蚀剂,当在钢表面同阴极反应产物氢氧根离子相遇时,即生成碳酸钙沉淀而覆盖于阴极表面。由于阴极过程被抑制,钢的腐蚀速度减小。当原水被软化之后,随着硬度成分被除去,水中原有的天然缓蚀剂已不存在,因而水的腐蚀性增加了。同时,腐蚀产物覆盖与金属表面而成垢得情况变得严重了。因此,对使用软化水的系统,更有必要采取防腐措施。
 
    四、结垢和腐蚀的危害
    1、能耗大幅增加,运行成本上升:空调系统结生水垢和生物粘泥后,使主机冷凝器和蒸发器传热效率下降,循环水流通面积变小,流通阻力增大,冷却水和冷冻水进、出口温度升高,排气压力增大,从而导致能耗大幅度增加,使运行成本增大。
 
    2、系统工作效率下降,影响制冷和供暖:空调系统结垢会造成主机工作效率下降,冷水出口温度升高,影响冷气正常供应。当结垢和粘泥故障严重时,会导致主机高压保护而中断运行。风机散热管结垢也会使冬季供暖效率下降,房间温度偏低。
 
    3、缩短设备使用寿命、增加设备维修费用:结垢和粘泥故障影响系统正常运行,需进行周期性的清洗和检修,从而大幅度增加设备的检修和清洗费用。这种费用远高于系统正常维护保养费用。由于腐蚀的产生,使空调水系统金属材料受到损伤,这种损伤将使设备及管线使用寿命缩短,造成空调水管道和末端设备溃烂渗漏,直接损伤房间装饰材料,增加维修和装潢费用,严重时导致主机系统提前报废。
 
    五、中央空调清洗市场技术现状
    迄今为止,国内外中央空调水系统结垢后均采用强腐蚀性酸洗除垢,强酸性清洗对空调系统危害很大;
 
    1、腐蚀金属,损伤主机,缩短空调使用寿命,导致设备提前报废;酸洗技术是借助强腐蚀性的酸溶解中央空调系统中的污垢。由于中央空调水系统是多材质体系,酸对金属具有强烈的化学腐蚀,从而使中央空调系统使用寿命大大缩短。其原因如下:
 
    (1)酸(如盐酸)本身能与设备的主要材料(如钢、铜)发生化学反应,使钢、铜以离子形式溶于水中,对金属造成腐蚀,即使加入缓蚀剂,也不能完成阻止反应发生,对设备仍会造成危害。如果清洗时间延长,产生大量氧化性较强的Fe3 离子,对设备将会造成更大的腐蚀。
 
    (2)加入酸后,酸本身能在水中电离,产生大量的阴、阳离子,大大提高水溶液的电导率,加速微电化学反应,加速对设备的腐蚀。
 
    (3)在清洗中,设备(主要是换热器的胀管处)易发生下列四种危害性较强的腐蚀:间隙腐蚀、点蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀。其中在铜管与钢板胀接处,在设备制造时本身存在微小尺寸间隙(胀接处两边),极易造成间隙腐蚀。在铜管凸出处,一般垢较厚,易造成垢下腐蚀(由于浓差电池作用),加入大量C1-离子后,由于C1-具有较突出的加速点蚀作用,有可能使设备局部点蚀穿孔。在胀接处,由于设备本身是异种金属(钢、铜)接触,存在电位差(钢电位高于铜),溶液电导率增加后,将加速电偶腐蚀。最后C1-具有明显的加速晶间腐蚀的作用,由于晶间几何尺寸极小(几微米),发生腐蚀后,肉眼不易发现,这对于不锈钢换热器来说较危险,很有可能出现不锈钢表面未见锈蚀,而由于晶间腐蚀,已经使不锈钢板蚀穿的现象。
 
    (4)铜管与钢板一般采取胀接方式联接,嵌入量仅几丝(百分之几毫米),较易腐蚀穿孔。
 
    (5)一旦腐蚀,引起泄漏,水将进入氟里昂中:氟里昂遇见水(即使是空气里的水份),发生反应,生成HCI(盐酸)、HF(氢氟酸),盐酸是强酸,腐蚀性很强,氢氟酸腐蚀性更强,一般金属均能迅速腐蚀(包括一般的不锈钢,只有高铬镍含钼的不锈钢除外)。一旦腐蚀穿孔(即使是针孔),生成HCI、HF,这两种酸会反过来腐蚀穿孔处,增大孔径,加大漏水量,生成更多的HCI、HF,造成恶性循环。对于溴化锂机组,则对密闭性要求更高,溴化锂随水或空气将大大增加其腐蚀性,造成机组严重腐蚀,甚至于报废。
 
    (6)因为微量渗漏就会造成恶性循环,而微小的渗漏在做压力气密性试验时较难发现(清洗后一般不做气密性试验),做真空度试验时,真空度下降不明显,也难以发现。
 
    中央空调主机冷凝器、蒸发器管壁很薄,强腐蚀性的酸洗液容易将其腐蚀穿孔,损伤严重时,可使主机当时报废。近年来,国内已发生多起由于酸洗不当导致价值近千万元的中央空调系统洗完即报废的清洗事故。综上所述,由于中央空调设备及制冷剂的特殊性,不宜采用传统清洗技术。
 
    2、损伤室内装修材料、增加设备维修费用;由于酸洗极易造成中央空调系统金属腐蚀损伤,即使是轻度损伤,多次酸洗后的空调系统在运行一段时间后,也会因腐蚀损伤而频繁维修和更换损伤零部件,从而大大增加系统维修费用。更为麻烦的是,宾馆、酒店、高档写字楼的中央空调系统,若酸洗不当会造成管路腐蚀泄漏,泄漏的酸洗液会损伤室内装饰,维修泄漏管道或更换损伤部件都会导致对室内环境的重新装修,其直接后果是空调用户不仅要支付设备损伤部分的维修更换费用,而且还要付出对室内重新装修的更多费用,影响正常经营和办公。这些费用和损失有时常常是酸洗工程款的数倍甚至十几倍。
 
    3、清洗效率低、除垢不彻底;酸洗只能将中央空调系统内的碳酸盐水垢除去,对硫酸盐及硅质性污垢无法溶解,因此清洗后系统内残存大量难溶垢,空调设备洗净率低,清洗后难以有效恢复中央空调的致冷效率和冬季供暖效率。
 
    4、一般需停机清洗,并需要改变其运行参数。
 
    5、排水无法达到国家环保要求,毒害生物、污染环境;酸洗溶液中含有大量的剧毒和强腐蚀性化学物质,COD、BOD值超过国家环保指标几百倍甚至几千倍,废液对花、草植物和水生物具有强烈的毒性和危害性。目前各地清洗公司和水处理公司为降低工程成本,对酸洗废液都不处理而直接排放,从而对生态环境造成极大破坏和危害。
 
    六、中央空调化学清洗技术发展趋势
    鉴于酸洗技术对中央空调设备的强腐蚀性和对生态环境的高污染性,目前国内外都在积极研究开发安全、无污染的清洗技术。由于水处理和化学清洗对中央空调系统的安全、正常运行影响很大,近年来酸洗不当造成价值千万元的中央空调系统严重腐蚀甚至报废的酸洗事故时有发生。因此,国内部分省区的技术监管机构已开始对中央空调清洗实行严格的清洗安全监管。国家环保局也把酸洗技术列为九大污染源头之一,将进行限制和治理。国内部分地区已严格禁止酸洗中央空调和其它热交换设备。
 
    随着国家环保立法和执法力度的加大,用高效、安全、无污染的化学清洗技术替代目前使用的酸洗技术,必将成为中央空调清洗技术发展的必然趋势。中性无酸清洗技术成功地应用于中央空调清洗领域,无疑是一条二十一世纪中央空调化学清洗和水处理技术发展的必由之路。
 
    七、中央空调化学清洗的目的
    结垢和微生物粘泥及由此伴生的腐蚀故障,对系统的安全、正常和低成本运行影响极大,需定期进行化学清洗,通过安全有效的化学清洗可达到如下目的:
 
    1、彻底清除冷却水和冷冻水系统内的各种水垢、微生物粘泥和腐蚀产物,保证系统安全正常运行,显著提高制冷效率和供暖效率;
    2、降低运行成本,大幅度节约能源,清洗后可使系统电耗量或油(气)耗量降低20-30%;
    3、保护金属及塔填料,消除腐蚀隐患,延长设备使用寿命。
 
    八、中央空调化学保养的目的
    由于中央空调水系统运行中容易产生腐蚀、结垢和粘泥故障,为了保证系统稳定、高效、安全和低成本长周期运行,就需要对水系统进行有效的日常维护保养。通过维护保养可达到如下目的:
 
    1、有效抑制菌藻滋生繁殖,防止产生大量生物粘泥,阻止系统阻力上升,防止水系统结生水垢;
    2、消除水中的溶解氧、微生物等有害物质对金属材质对金属的腐蚀,保护系统中的各种材质不受损伤,延长设备使用寿命;
    3、确保系统工艺正常,使设备保持良好的换热效率;
    4、降低运行成本,大幅度节约能源, 良好的水质可使系统电耗量或燃料耗量降低20-30%;
 
    九、GR-943格瑞中性无酸清洗技术特点
    为了解决酸洗中央空调因腐蚀损伤导致系统泄漏甚至报废以及酸洗废液严重污染环境的难题,兰州缓蚀技术研究所经多年科技攻关,研究成功GR-943中性无酸、无污染化学清洗技术,填补了国内外中央空调及工业设备中性无酸绿色清洗技术的空白, 其产品中性无腐蚀、环保无污染和对各种成分的水垢都能有效清除的技术性能,彻底解决了多年来困扰化学清洗行业的设备腐蚀难题、硫酸盐难溶垢无法清洗的难题以及生产设备不能运行清洗和酸洗废液严重污染环境等连锁性的难题,彻底实现了工业化学清洗从过程到结果形成完全良性循环。无酸安全的中性清洗技术以其优异的技术性能在国内工业化学清洗行业创造了一系列记录,通过国家级专家技术鉴定的无酸安全中性化学清洗技术,由国家质检总局授权中国锅炉水处理协会注册认证的无酸安全中性化学清洗技术,由国家技术监督局审查备案的无酸安全中性化学清洗技术,由国家水协委托全国各地技术监督局所属锅炉压力设备主管机构——锅检所、特检所对其除垢、防垢和防腐蚀性能运行检测证明,是真正高效的无酸安全中性化学清洗技术产品。与目前使用的酸性技术相比,用GR-943中性无酸清洗技术中央空调具有如下技术特点:
 
    1、中性无腐蚀、安全可靠。除垢过程清洗液的pH值保持中性,腐蚀率为0.1g/m2·h,低于中性水对金属的腐蚀率,清洗过程对设备金属无任何腐蚀损伤,不会造成系统损伤泄漏和缩短空调设备使用寿命,清洗后能在金属表面形成防腐性能优良的保护膜,确保中央空调系统清洗后安全、正常和高质量运行。
    2、绿色无污染、不伤花草。经卫生部门鉴定GR-943清洗剂属无毒品,清洗废液无需处理即能符合国家排放标准,废液对人体、花草无任何影响,对环境无污染,属绿色环保产品,真正实现了中央空调及工业设备的绿色清洗。
    3、清洗效率高、除垢彻底。能有效清洗各种类型的水垢和藻类微生物粘泥,特别是对酸洗技术无法除去的硫酸盐、硅质化合物等难溶性污垢也能彻底清洗干净,除垢率达到95%以上,清洗后能有效恢复并提高中央空调系统的制冷和供暖效率。
    4、不需停机,可在中央空调等热交换设备正常运行的条件下,彻底清除水系统内的各种污垢,不影响生产及使用。
    5、防垢防腐。设备日常运行中加入少量GR-943,可防止设备水系统结垢和腐蚀。
    6、经济性能好。GR943清洗费用只有“EDTA”法的1/2~1/10。性价比特佳。
    7、节能效果显著、降低运行费用。采用本技术清洗后,可使中央空调耗电量(氟机)或耗油量(溴机)大幅度下降,节约电费可达30%以上。由于除垢彻底,清洗过程对设备无损伤,清洗后可保证设备安全有效、长周期运行,从而使空调系统维修费用和水处理费用大幅下降,给用户带来实实在在的经济效益。
 
    十、中央空调保养剂的工作原理
    1、GR-943D1是中央空调冷却水运行保养剂,该保养剂选用可与水中结垢金属离子结合的配位体,与水中Ca2 、Mg2 金属离子起螯合反应,形成稳定的可溶性螯合物,从而有效地防止水中结垢沉积。该保养剂里又含有杀菌灭藻的组份,能有效地防止水中各种菌藻的繁殖及生物粘泥的产生,保持了系统清洁状态。GR-943D1含有独有的缓蚀防腐成份,能有效地保护系统内各种金属不受损伤,延长设备的使用寿命。由于以上性能确保了空调冷却水系统保持最佳工作状态,可大幅度降低电耗及清洗费用。
 
    2、GR-943D2是用于中央空调冷冻水系统的日常运行维护保养剂,该保养剂内含有多种高效的复合缓蚀剂,对系统里的钢、铜、不锈铜等各类金属材质起良好的保护作用。该保护剂含有独特的除氧剂,能有效地除去水中溶解氧,消除了溶解氧对设备的腐蚀损伤,避免垢下腐蚀。GR-943D2内含有可抑制微生物生存的金属离子,可降低微生物对设备的腐蚀,保证设备的安全运行,延长设备使用寿命。

    牡丹江力生设备清洗服务处是兰州缓蚀技术研究所指定的商务代理,引进第二代螯合型绿色化学清洗剂——“运行除垢灵GR-943”系列,以取代目前普遍使用的酸洗技术。

 

 

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