热水循环系统、制冷水循环系统的水处理

刘彦廷，金永生，高安平

（内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 011517）

热水循环系统、制冷水循环系统的水处理

刘彦廷，金永生，高安平

（内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 011517）

文章介绍了工业加热和冷却循环水系统常见的问题，及其对系统的影响、产生原因与解决思路和方法。为工业生产提供解决问题的思路和方法。

工业加热；循环水系统；制冷；加热

1 与空气相关的问题

加热、制冷循环水系统中空气导致的问题会给最终用户和专业维修人员带来严重的困扰。这些问题如果没有深层次的分析，它们会长期存在下去，无法得到解决。

1.1 空气的危害

空气的主要危害：①管道和末端的噪音。空气泡会导致管道和调节元件产生噪音，尤其系统水开始循环的时候；②流量不足或彻底无法循环。空气泡会导致系统部分或完全循环不畅，流量不足或彻底没有流量；③末端与环境的热交换不足。空气存在时，其换热效率下降；④系统腐蚀。空气中的氧气会腐蚀系统，它不仅会削弱系统各部件的功能，甚至造成它们的完全破损。

1.2 空气的来源

（2）空气尤其容易积聚在以下部位：①加热器的上部；②绕过障碍物的管道区域；③很长的水平管道向下延生的区域；④立管的顶端。

（3）系统运行过程中进入的空气。开式系统在运行时，空气通过水箱敞开式的表面很容易进入系统；闭式系统中，空气则可能在系统负压时从排气元件、接头和垫圈中渗入。

（4）溶解于水中的空气：微泡气体。水里溶解的空气量取决于水的压力和温度。水与气体的关系可以通过亨利定律来解释。溶解于注水或补水系统中的空气在系统水被加热时得到释放。例如：在1000L水的系统中，当水在2bar的恒定压力下，从20℃加热到80℃时，大约有17至18L的空气被释放。这些空气以微泡的形式出现在系统中。在加热或制冷系统中有很多特殊的地方容易连续形成微泡。微泡是非常小的气泡，直径0.02～0.10mm，在加热系统中锅炉表面形成，然后被加热水流带进系统。微泡被水流吸收或聚集起来，在系统的某些部位比如加热器的高部，形成气袋。这些微泡气体由水流带入系统的某些关键部位被排除，一部分微泡气体遇到较冷的表面时会被重新吸收回到水里。

1.3 系统中气体导致的问题

主要问题：①末端与环境的热交换不足；②经过温控阀的气袋和微泡气体形成共振，产生噪音；③空气中的氧气会腐蚀管道、换热器、锅炉等；④造成水泵和调节阀门寿命缩短；⑤管道中存在的空气导致局部或全部循环受阻，流量降低甚至无流量，尤其常见于暖气系统。

1.4 空气的排除

梳理有可能用于配网运行分析的外部环境数据，包括但不止于气象、地理、交通、行政等方面，评估各数据来源的可获得性、可用性，以及到分析环境的可行性和数据集成方式，从外部环境视角分析配网异常状态发生规律，分析配变设备故障或异常状态与重要时段、特殊气象、重大事件等环境因素间关联关系，建立预警模型，研发配变运行环境监测及预警功能，畅通客户服务人员、配网运维管理人员、外勤抢修人员间信息通道，提高业务智能化程度。

系统中的气袋可以通过自动排气阀排除，排气阀安装在热力中心、立管等容易形成空气袋的部位。对于系统中存在的微泡气体，可选择微泡排气阀，系统中可排除的气体量与系统的流速和压力有关，当流速和压力降低时排气量也随之上升。当一个系统按可允许的最高流速循环25次后，几乎所有的空气均被微泡排气阀排除，排气百分比因系统压力不一样而略有区别。剩余的少量气体接下来正常的循环中排除。在流速更低或温度更高的情况下，排气量还将高于下面的数据。经过微泡排气阀最高推荐流速1.2m/s。

2 与杂质相关的问题

2.1 系统中存在的杂质所导致的问题

悬浮在系统循环水中的杂质同样会导致一系列问题，这些问题不容低估，主要问题：①氧化腐蚀和氧差腐蚀；②阀门异常；③循环泵阻塞和卡死；④热交换不充分，换热效率降低，系统中堆积的杂质会明显地降低系统流量以及换热面积；⑤管道中的结垢和沉淀。

2.2 系统中的杂质主要来源

主要来源：①自来水供水管道；②系统管道元件安装时产生的杂质；③氧差腐蚀；④溶解于水中的空气所含氧气引起金属表面氧化腐蚀。

（1）氧差腐蚀。系统水中的杂质堆积在金属表面，形成两个不同含氧的区域，即水/杂质和杂质/金属。水/杂质区域的含氧量高于杂质/金属区域，这样就会形成局部的氧差电极（含氧量更高区域为阴极，较低区域为阳极），在水流的作用下，氧差电极会对金属表面产生腐蚀。这样的腐蚀与氧化腐蚀一样，会导致系统元件如锅炉、管道和散热器等寿命缩短甚至完全损坏。

（2）金属表面的氧化腐蚀由水中存在的空气中所含的氧气造成。金属表面形成的氧化物薄膜，在一定限度内可以保证金属不被腐蚀。如果涂层由于各种原因被破坏，金属表面会持续腐蚀，直到金属穿孔。

（3）颗粒杂质。这些悬浮颗粒（沙子、铁屑、异物）来自于市政供水管路或者安装过程和系统维护时产生的残渣（焊接残渣、麻丝、润滑剂）。这些颗粒沉淀形成污垢，导致管道、热交换器和较小通道的元件堵塞，直至整个循环受阻。

（4）微粒杂质。微杂质由大小在0.005～0.010mm的微粒构成，如磁铁矿和铁锈。系统的氧气或氧化腐蚀在水中产生并释放非磁性铁粉尘（铁锈）和磁性粉尘。对系统有害的不仅是可见的杂质，不可见得微杂质也会影响系统正常运行，微杂质由大小在0.005～0.010mm，如磁铁矿和铁锈。系统的氧气或氧化腐蚀在水中产生并释放非磁性铁。

2.3 杂质的去除

分离闭式循环系统中的杂质很困难，尤其是分离最小颗粒。这些颗粒基本由沙、铁锈（非磁性氧化铁）和磁铁矿组成。分离颗粒杂质的设备通常是：Y型过滤器、除污器（水平和垂直）和磁性除污器。

（1）过滤器截留的杂质粘附在过滤网上，往往比较顽固，造成过滤器压损增大；这样就需要频繁地清洗或更换过滤网。水流在通过过滤器塞网时损失压力，其压力损失随堵塞程度的增大而增加。在水流量为1500L/h的系统中，一个网眼为400μm的过滤器，其压力损失大约为180mm水柱，70%的滤网阻塞会导致压损增加4倍，其压力损失达到810mm水柱。所以定期维护过滤器是非常重要的。

（2）除污器分离杂质原理类似于过滤器.但从颗粒大小来看是更加有效的除污方式，除污器可以去除直径小于0.005mm（5um）的细微颗粒杂质。

（3）除污器设有储污舱，储污舱足够大，污垢的储存能力强。相对于需要频繁清洗的过滤器，除污器不需要经常排污。不同于过滤器，除污器的压力损失大大降低并且不受杂质收集量的影响。

3 与盐分相关的问题

加热、制冷循环水系统的结垢与腐蚀问题无疑与补水的水质相关。系统补水多采用市政自来水供水，其中包含很多盐粒子：比如钙、镁（硬性矿物），钠以及其他元素（氯、碳酸氢盐、硫酸盐）等。主要影响：①钙质结垢大体上与水的硬度即水中所含钙镁盐分相关；②腐蚀水中有杂质存在时，其带来的腐蚀本质是种电化学现象，水中的氧气以及其他大小不一的杂质加剧了这种现象的演化。腐蚀有多方面的原因，但主要是由金属表面集聚的杂质造成的。在热水系统，产生腐蚀的过程非常迅速，因为氧气/金属反应速度与水温成正比。

3.1 系统中需要控制的水质数据

主要内容：①水的硬度；②电导率是水中溶解物质的一个间接指标，它表明了水的纯度和盐分；③PH值以数字的形式表明了溶液的酸碱度，密闭加热系统循环水理想的PH值为7～8。金属受PH值得影响方式不一，碳钢在10.5～11.5最稳定，铝的保护层在PH值高于8.7时就会受到损坏，铜在PH值高于9.5时就会受到腐蚀。

3.2 处理措施

（1）最常见的水处理是软化，它能够解决结垢出现的问题。但水中的盐分彻底没有变化，因此腐蚀的可能性极大。软化水处理只解决了结垢问题，但没能改变水中的盐分和PH值。因此需要在处理后的水中再加入化学添加剂，抑制腐蚀的产生。

（2）脱矿是一个更有效的水处理方式。它能彻底消除水中的各种盐分和降低水的电导率。其处理方法是利用双树脂的水处理方法彻底消除水中的盐分并产生高纯水。

（3）从80年末开始，膜法水处理在我国得到了广泛应用，反渗透就是除盐处理工艺的膜法水处理工艺之一。反渗透技术是当今较先进、稳定、有效的除盐技术。以高产率产生超纯水（产率可以高达95%）。

O6-333

A

2096-2789（2016）12-0112-02

刘彦廷（1971-），男，汉，内蒙古呼和浩特人，硕士，高级工程师，研究方向：食品科学与工程。