秦澍

摘 要：介紹西安地鐵中央空調(diào)冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，分析地鐵空調(diào)冷卻水可能存在的問題及原因，比較幾種冷卻水水處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：冷卻水系統(tǒng)；水質(zhì)硬度；

中圖分類號(hào)：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2015）-01-00-02

目前西安地鐵1、2號(hào)線車站所采用的是以水冷式冷水機(jī)組為核心的中央空調(diào)制冷系統(tǒng)。其中的冷卻水系統(tǒng)為開式循環(huán)系統(tǒng)，水與大氣不斷的接觸，進(jìn)行著熱量和物質(zhì)的傳遞。在此過程中，水中的二氧化碳散失，溶解氧增高，CaCO3結(jié)晶析出形成沉淀，溶解固體濃縮并可使某些類型的水質(zhì)形成腐蝕性，微生物滋生繁衍，大氣中塵埃不斷混入水中形成泥垢等現(xiàn)象，從而直接影響制冷機(jī)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞冷卻設(shè)備和管道附件。據(jù)了解，由于冷卻水水質(zhì)不合格而造成制冷系統(tǒng)性能下降甚至停機(jī)、毀機(jī)鮮有出現(xiàn)，并且相關(guān)研究及工程實(shí)例早已發(fā)現(xiàn)，中央空調(diào)冷卻水中可能產(chǎn)生大量的軍團(tuán)病菌，且容易以水霧、水珠的方式通過空氣傳播。地鐵沿線處于密集人群位置，危害不可忽視。故對(duì)冷卻水系統(tǒng)的處理技術(shù)在此進(jìn)行比較與探討。

一、冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水系統(tǒng)由冷凝器、管路、冷卻塔、填料、冷卻泵、及過濾器等組成。由于開式冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)冷卻塔的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)、工況、污垢熱阻值、腐蝕率及所采用的水處理配方等因素綜合確定。為改善冷卻水水質(zhì)，必須在管路上設(shè)置有效的水質(zhì)控制和處理裝置。開式冷卻水處理水質(zhì)必須符合《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》及有關(guān)規(guī)范對(duì)水質(zhì)的要求。

由于開式冷卻水系統(tǒng)會(huì)發(fā)生一定量的蒸發(fā)和飄逸損失，所以定期或自動(dòng)補(bǔ)水（補(bǔ)水量一般為2%～3%）。冷卻水補(bǔ)水的水質(zhì)要求，一般要比冷卻水水質(zhì)的要求還高（見表1）。

從表一可以看到，冷卻水水質(zhì)的一項(xiàng)指標(biāo)比補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)還要高，而補(bǔ)給水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)甚至達(dá)到了Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，說明冷卻水質(zhì)要求是比較高的。如果直接用補(bǔ)給水作為冷卻水并不做處理，冷卻水的高硬度將使冷凝器的污垢系數(shù)增大，在冷卻量不變的情況下，冷卻塔處理的水量反而會(huì)增大。

二、冷卻水系統(tǒng)存在的問題

（一）結(jié)垢

西安地鐵2號(hào)線空調(diào)冷卻水補(bǔ)水采用市政自來水，所以水的硬度約為450mg/L。冷卻水系統(tǒng)產(chǎn)生結(jié)垢的另外一個(gè)原因是水溫是動(dòng)態(tài)變化的，特別是在負(fù)荷波動(dòng)比較大的情況下水溫的變化會(huì)加速水垢的形成。硬度較高的冷卻水運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)在冷凝器換熱銅管中或水管中產(chǎn)生大量水垢，這主要是水中的重碳酸鈣發(fā)生如下反應(yīng)所致。

Ca（HCO3）2→CaCO3+CO2+H2O

為了防止冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢，目前采用電子處理方法（包括靜電處理、電磁極化、高頻電場(chǎng)磁化等）。但是，如果對(duì)磁水器的安裝數(shù)量及安裝位置設(shè)計(jì)的不合理，會(huì)對(duì)水系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，這種負(fù)面作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正面作用，對(duì)空調(diào)設(shè)備及水系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害。如了解的某工程案例中，設(shè)計(jì)部門在水系統(tǒng)中設(shè)計(jì)并安裝了約10多臺(tái)電磁水處理器，運(yùn)行中沒有再采取其他水處理方法。設(shè)備僅運(yùn)行了一年半就產(chǎn)生了嚴(yán)重腐蝕。經(jīng)化驗(yàn)水樣，水中Fe2+高達(dá)200mg/L，Cu2+離子濃度高達(dá)50mg/L。

（二）腐蝕

冷卻水系統(tǒng)發(fā)生的腐蝕多屬于電化學(xué)腐蝕，影響冷凝器或管道內(nèi)壁腐蝕的因素有水的溶解氧、pH值、各離子含量等。

陽極：Fe→Fe2++2e，

陰極：1/2O2+H2O+2e→2OH-

陰陽兩極反應(yīng)生成鐵銹Fe（OH）3而一般肉眼看見的的鐵銹是Fe2O3·nH2O即含水氧化鐵。如果冷卻水系統(tǒng)中的冷凝器是銅管并有銅質(zhì)管件（如銅質(zhì)球閥、閘閥），當(dāng)水中存在有Cu2+時(shí)，即使其在水中的濃度很低，但它是陰極反應(yīng)的催化劑，因而對(duì)腐蝕有明顯的促進(jìn)作用。

陽極：Fe→Fe2++2e

陰極：Cu2++2e→Cu

隨著Cu2+濃度的增加，腐蝕反應(yīng)加劇，最終使鐵件鍍銅而銅管腐蝕穿孔。一般情況下，如果加入緩蝕劑（鈍化劑），或通過電磁處理，是可以解決腐蝕的問題的，即腐蝕的問題不是很嚴(yán)重。

（三）污泥和藻類

由于冷卻水溫度約在32℃～37℃，容易滋生大量的細(xì)菌、微生物及藻類。目前，很多冷水機(jī)組所安裝的除污器都是Y型過濾器，裝在冷卻塔及水泵入口前的立管上。這種Y型過濾器，只能捕捉設(shè)備運(yùn)行初期的建筑垃圾，防止這些垃圾進(jìn)入冷凝器，不能在日常運(yùn)行中捕捉細(xì)小水垢、銹垢以及地鐵沿線大氣中不斷混入的塵埃，尤其在北方的沙塵天，因此會(huì)引起冷凝器積垢、積泥和其他雜質(zhì)。凡采用電磁水處理的冷卻水系統(tǒng)，都要安裝排污管道，進(jìn)行連續(xù)排污，排污量可控制在循環(huán)水量的0.5%～1.0%左右。開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，須要設(shè)置過濾器，過濾器的過濾能力，根據(jù)當(dāng)?shù)卮髿獾暮瑝m量等情況，可考慮按循環(huán)水量的1%～5%或結(jié)合實(shí)際情況來選擇，以獲得較好的處理效果。對(duì)其他新安裝的冷卻水系統(tǒng)或已完全除垢的冷卻水系統(tǒng)，也可以每1～2周排污一次。

三、冷卻水水質(zhì)常用處理技術(shù)

為使制冷機(jī)組正常高效運(yùn)行以及消除冷卻塔內(nèi)細(xì)菌滋生的問題，必須對(duì)冷卻水系統(tǒng)和水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理。目前，對(duì)冷卻水系統(tǒng)，除了少量不進(jìn)行處理或采取簡(jiǎn)單地排污來控制結(jié)垢或腐蝕外（不投藥運(yùn)行方式，從表面上看，短時(shí)間沒有什么嚴(yán)重的問題。但，2～3年后，造成的后果會(huì)明顯的暴露并帶來不可挽回的嚴(yán)重事故。如單采取排污，則必須頻繁進(jìn)行，嚴(yán)重浪費(fèi)水資源），絕大部分工程對(duì)水質(zhì)的處理技術(shù)可以分為兩大類：一種是藥物處理 +過濾 +定期排污方式，另外一種方式是電磁（包括靜電、電子）處理+過濾方式。其中后者主要包括電磁水處理器、靜電水處理器、電子水處理器和高頻電子水處理器等幾類（有時(shí)也統(tǒng)稱為電子水處理器）。藥物處理方式屬于成熟的水處理方式，在冷卻水水質(zhì)處理中比較多見，能殺菌、緩蝕、延緩結(jié)垢、剝離粘泥但也存在運(yùn)行費(fèi)用高、需要根據(jù)水質(zhì)動(dòng)態(tài)調(diào)整加藥量控制操作麻煩等缺點(diǎn)。電子水處理方式是一種新興的水處理方式，運(yùn)行費(fèi)用少，操作簡(jiǎn)單方便，但也存在初投資高、技術(shù)不成熟等問題。

四、結(jié)束語

冷卻水系統(tǒng)是地鐵環(huán)控系統(tǒng)的重要組成部分。保持合格的循環(huán)冷卻水水質(zhì)非常重要。傳統(tǒng)的藥物處理方式技術(shù)復(fù)雜且加藥量控制有一定難度，但處理效果顯著。電子水處理方式是新興的水處理方式，技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，但電子處理冷卻水也會(huì)帶來一些負(fù)面影響及不足。至于藥物處理方式加電子處理方式是否更有利，由于每個(gè)機(jī)組處理的水量不同，初投資和運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)不同，必須經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后才能確定。

參考文獻(xiàn)：

[1]《空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版 中國(guó)建筑工業(yè)出版社

[2]《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》