蒸發(fā)冷卻空調(diào)原理與設備課件第12章

第12章

蒸發(fā)冷卻空調(diào)水質(zhì)處理蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術是一項利用水蒸發(fā)吸熱制冷的技術，因此水質(zhì)質(zhì)量對于蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)而言至關重要?，F(xiàn)有的蒸發(fā)冷卻各類設備，按不同性質(zhì)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行分類，將蒸發(fā)冷卻的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)可分為三類：間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、直冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和間冷-直冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，可見蒸發(fā)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)均屬于開式循環(huán)水系統(tǒng)，因此都存在結垢、腐蝕、細菌滋生等問題。前言12.1蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)存在問題及水質(zhì)處理必要性目錄12.3蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的清洗與維護12.4循環(huán)水水質(zhì)測試方法12.2蒸發(fā)冷卻空調(diào)循環(huán)水處理的常用方法及設備

12.5蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)處理方案設計分析12.6蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)是否引起軍團菌

12.1蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)存在問題及水質(zhì)處理必要性1蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)具有開式特性，影響其水質(zhì)的因素主要有兩方面：補充水水質(zhì)，大氣環(huán)境質(zhì)量。一方面在冷卻水循環(huán)過程中，循環(huán)水箱中的水與含有懸浮顆粒物和氣態(tài)污染物的空氣直接接觸，伴隨著充足的陽光和養(yǎng)分、接近中性的pH值、適宜的溫度等，為細菌、藻類的繁殖提供了條件，形成水垢和污垢相伴出現(xiàn)的情況。另一方面冷卻水中帶進了溶解氧，從而造成了水質(zhì)的不穩(wěn)定，產(chǎn)生結垢、腐蝕、菌藻滋生等問題。因此，對蒸發(fā)冷卻循環(huán)冷卻水進行處理的主要目的就是消除或減少結垢、腐蝕及生物粘泥及其趨勢的產(chǎn)生，以提高整個循環(huán)水系統(tǒng)的效率、使用壽命，同時保證使用者的健康。概述12.1.1水垢的產(chǎn)生水垢、黏垢及污垢的形成在蒸發(fā)冷卻循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)水中的沉積物主要指水垢、黏垢及污垢。水垢：循環(huán)水經(jīng)噴淋后落入循環(huán)水箱，由于曝氣作用，溶解在水中的CO2會逸出，另外水溫的升高和循環(huán)冷卻水在循環(huán)過程中不斷蒸發(fā)濃縮，使得溶于水中的重碳酸鹽分解生成碳酸鹽，牢固地附著在換熱器的傳熱表面，形成水垢（如圖1所示）。污垢和黏垢：粉塵、泥沙、懸浮固體和水中菌藻代謝產(chǎn)生的分泌物、微生物殘骸等所形成的沉積物。圖1蒸發(fā)冷卻空調(diào)用填料表面結垢Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O水垢、黏垢及污垢的影響水垢、污垢及黏垢的形成使蒸發(fā)冷卻設備的污垢熱阻增大，傳熱系數(shù)減小，而管壁及管內(nèi)的沉積物使流體的流道截面積變小，增大了流動阻力，降低了蒸發(fā)冷卻的制冷效率，使設備總能耗增加。

水垢及污垢是熱的不良導體，而蒸發(fā)冷卻設備的性能取決于傳熱能力即傳熱系數(shù)的大小，由于污垢的附著導致總傳熱系數(shù)顯著降低，使蒸發(fā)冷卻設備不能發(fā)揮設定的性能，因此有必要抑制污垢的附著或者將其除去。蒸發(fā)冷卻的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)裝置中的管道和熱交換器等大都由不銹鋼、銅合金、碳鋼和銅等材料構成。長期使用循環(huán)冷卻水，各種金屬材質(zhì)的換熱設備若長期未進行換水或進行水質(zhì)處理時，易發(fā)生均勻腐蝕、晶間腐蝕、穿孔腐蝕、垢下腐蝕等各種化學腐蝕及微生物腐蝕現(xiàn)象，系統(tǒng)設備的腐蝕穿孔會形成滲漏，影響冷卻效率，縮短設備的使用壽命，增加設備的能耗，造成經(jīng)濟損失。如圖2所示，循環(huán)水泵使用一段時間后表面被腐蝕。圖2循環(huán)水箱內(nèi)水泵被腐蝕12.1.2腐蝕現(xiàn)象12.1.3細菌、藻類生長循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的微生物種類分為藻類、細菌和真菌三大類。這些微生物在蒸發(fā)冷卻的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中大量繁殖時，就會形成生物污垢及黏垢（如圖3所示），會使換熱設備產(chǎn)生垢下腐蝕，所以必須對生物生長繁殖加以有效控制。圖3換熱器表面布滿淤泥和生物膜12.1.4結垢順序和趨勢判定蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)中結垢的先后順序為：碳酸鈣、硫酸鈣、二氧化硅絡合物、硫酸鋇、硫酸鍶、氧化鈣。1．朗格利爾指數(shù)（L.S.I）蒸發(fā)冷卻空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)結垢趨勢可通過朗格利爾指數(shù)又稱飽和指數(shù)（L.S.I）來判斷，飽和指數(shù)是水中可能產(chǎn)生結垢或者腐蝕傾向的一種計算指數(shù)。L.S.I=pH?pHs=pH?（K+pCa+pAlk）（12-3）L.S.I=PH?PHs＞0結垢L.S.I=PH?PHs=0不腐蝕不結垢（穩(wěn)定）L.S.I=PH?PHs＜0腐蝕飽和指數(shù)（L.S.I）越大結垢的趨勢越嚴重，飽和指數(shù)（L.S.I）越小腐蝕的趨勢越嚴重。因此蒸發(fā)冷卻空調(diào)在運行過程中需根據(jù)實際情況采取必要的水質(zhì)處理措施降低循環(huán)水的硬度和堿度，防止循環(huán)水系統(tǒng)因鈣鎂離子濃度增加而引起的結垢問題。PH——循環(huán)水PH值；PHs——水體系中CaCO3飽和時的pH值。12.1.4結垢順序和趨勢判定2．帕克拉茲結垢指數(shù)（P.S.I）帕克拉茲認為用總堿度測定出平衡pH值（pHeq）來判斷水質(zhì)則更接近實際。pHeq＝1.4651gM+4.54（12-4）P.S.I＝2pHs?pHeq＜6結垢P.S.I＝2pHs?pHeq=6既不腐蝕也不結垢P.S.I＝2pHs?pHeq>6腐蝕3．羅茲那穩(wěn)定指數(shù)（S.A.I）S.A.I=2pHs-pH=2（K+pCa+pAlk）-pH（12-5）S.A.I=2pHs?pH>6無結垢趨勢S.A.I=2pHs?pH<6有結垢趨勢S.A.I=2pHs?pH<5結垢嚴重用羅茲那穩(wěn)定指數(shù)計算值來判斷循環(huán)水系統(tǒng)結垢傾向，同時也反映了水質(zhì)的穩(wěn)定性，適用于高礦化度、高pH值的地方。M——系統(tǒng)中水的總堿度（以CaCO3計），單位為mg/L；pHeq——平衡pH值。12.2蒸發(fā)冷卻空調(diào)循環(huán)水處理的常用方法與設備212.2.1物理水處理方法1．直排法（1）根據(jù)循環(huán)水的電導率值進行排水。對于循環(huán)水不斷濃縮，可以由圖4所示電導率控制器，根據(jù)水的電導率值排水，并進行補水。（2）根據(jù)循環(huán)水硬度進行排水。為了減少因循環(huán)水Ca2+、Mg2+離子濃度增加而引起結垢，可以人為地排放掉一部分濃縮水，并補充新鮮水來保持水質(zhì)穩(wěn)定。如圖5所示。圖4電導率控制器圖5給水CaCO3的硬度與B/E的關系2．電化學法電化學法對應的水處理設備為循環(huán)水在線吸垢器。圖6循環(huán)水在線吸垢器圖7循環(huán)水在線吸垢器作用原理圖特點：該方法具有較強的殺菌滅藻功能，由于生物結垢、腐蝕可同時得到抑制，因此還具有一定的防垢與緩蝕功能。圖9電化學凈水處理設備（a）電極棒（b）電源（c）電線3．高壓靜電場法高壓靜電法對應的水處理設備為電化學凈水處理設備。4．磁化法利用高強磁性材料產(chǎn)生的超高強磁場，在不改變水原有的化學成份條件下，使水中礦物質(zhì)的物理結構發(fā)生變化。圖10磁化水處理器

水被磁化后，形成的水垢質(zhì)脆疏松、附著力減弱，因此該法對防垢有一定的作用，但磁場強度會隨時間推移而逐步減弱，進而影響其效果。12.2.2化學水處理方法1．化學加藥法化學加藥法是一種較為傳統(tǒng)的水處理技術。在水中加入一些緩蝕阻垢劑、殺菌劑能有效去除水中的細菌以及水垢，延長機組使用壽命起到良好效果。圖12Pulse-Pure物理場水處理裝置優(yōu)點：該方法能夠在很大程度上解決蒸發(fā)冷卻空調(diào)水系統(tǒng)中存在的結垢、腐蝕及細菌滋生等問題，基本上滿足生產(chǎn)要求。缺點：過程復雜且處理及運行費用較高；對環(huán)境會產(chǎn)生污染；需投加多種藥劑。因此為了使各種藥劑更好的作用，達到較好的處理效果，必須增加人員成本配備專業(yè)操作及分析人員，加強運行維護和管理。圖11固體加藥裝置（a）用于冷凝器

（b）用于冷卻塔2．離子交換樹脂法將離子交換樹脂顆粒的功能基上所攜帶的離子與循環(huán)冷卻水中易導致結垢或腐蝕的鈣鎂等離子進行交換和吸附，帶走這些成垢致蝕離子而留下不易形成結垢和腐蝕的離子基團。優(yōu)點：解決了高硬度、高堿水的嚴重結垢趨勢，缺點是增加了腐蝕性離子，腐蝕嚴重。圖13離子交換裝置實物圖3．臭氧法

由于臭氧分解后產(chǎn)生的新生氧具有較強的氧化能力，因而可以降解水中多種雜質(zhì)和殺滅菌類物質(zhì)。西安工程大學楊秀貞等人也對臭氧法處理蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水水質(zhì)進行實驗研究。圖14臭氧處理兩級間接-直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機組實驗裝置1-間接蒸發(fā)冷卻器2-直接蒸發(fā)冷卻器3-臭氧處理水水箱4-臭氧發(fā)生器5-氣水混合器6-噴淋水噴頭7-鋁箔填料8-水泵9-室外新風10-蒸發(fā)冷卻器水箱優(yōu)點：減少排污量；環(huán)保；有效殺滅細菌及病毒，包括軍團菌，去除生物粘泥、藻類、霉菌等；降低腐蝕速率；可以減少甚至清除蒸發(fā)冷卻器上的污垢，節(jié)能，提高壓縮機能力；節(jié)約操作及管理費用。但需要對臭氧量進行控制。性能比較量子法超聲波法聯(lián)合法直排法臭氧聯(lián)合法物化法作用機理量子力釋放振動能，使水中粒子產(chǎn)生干擾和共振超聲波的空化作用和自由基氧化原理臭氧聯(lián)合電磁場處理高頻電磁場聯(lián)合化學處理直接排放污水，更換新水結構量子管通環(huán)（特種合成材料硅和鋁等）超聲波發(fā)生器臭氧發(fā)生裝置高頻發(fā)生裝置高頻發(fā)生裝置、化學藥劑無占地面積很小較小大較大無功能特點阻垢、緩蝕、殺菌殺菌、阻垢、緩蝕阻垢、緩蝕、殺菌阻垢、緩蝕、殺菌減少污染組分濃度作用效果阻垢效果較好效果較好效果較好效果較好效果一般緩蝕效果較好效果一般效果較好效果較好效果較差殺菌效果較好效果很好效果很好效果較好效果較差適用條件水溫范圍較廣常溫范圍較窄0-95℃沒有要求流速范圍較寬范圍較寬1.5-2.5m/s1.5-2.5m/s沒有要求pH范圍較廣較低>6.5>6.5沒有要求含鹽量范圍較寬范圍較寬范圍較窄<700mg/L硬度較小處理量范圍較寬范圍較寬較小<300m3/h較小初投資高高較高較高無運行費用較低較低較低較高較高，極費水環(huán)境影響無化學污染無化學污染無化學污染有化學污染污染水體性能比較 化學法臭氧法物理場法內(nèi)磁法高壓靜電場法低壓電場法高頻電磁場法射頻場法作用機理化學緩蝕阻垢反應產(chǎn)生的單元子氧具強氧化能力磁場效應改變晶體形態(tài)，破壞細胞通道強制水中離子在靜電場作用下定向移動并產(chǎn)生活性氧微電流作用使帶電粒子沉淀、抑制器壁腐蝕并產(chǎn)生活性氧高頻電磁場產(chǎn)生粒子碰撞，形成水合離子抑垢阻垢并破壞細胞原生質(zhì)殺菌滅藻高頻電磁場使水分子的物理結構變化，水垢呈片狀脫離結構緩蝕、阻垢、殺生藥劑臭氧發(fā)生器及氣水混合器5對以上極性相反的永久性磁鐵高壓發(fā)生器陽極電棒（不與水接觸）和陰極外殼低壓發(fā)生器陽極電棒（直接與水接觸）和陰極外殼高頻發(fā)生器陽極電極和陰極外殼射頻發(fā)射極占地面積很小較大較大較大較大較大較大功能特點緩蝕、阻垢、殺菌殺菌、阻垢、防腐阻垢、殺菌阻垢、防垢、殺菌阻垢、緩蝕、殺菌防垢、阻垢、緩蝕防垢、阻垢、殺菌作用效果阻垢效果較好，穩(wěn)定效果一般效果較好，但不穩(wěn)定效果較好，較穩(wěn)定效果很好，但不穩(wěn)定效果較好，時間較短的范圍內(nèi)較穩(wěn)定效果很好，但不穩(wěn)定緩蝕效果較好，穩(wěn)定效果一般效果不明顯效果不明顯有一定效果效果不明顯效果不明顯殺菌效果較好，穩(wěn)定效果較好，穩(wěn)定有一定的效果，但不穩(wěn)定效果一般有一定效果有一定的效果，但不穩(wěn)定效果較好，但不穩(wěn)定適用條件水溫0-200℃范圍較窄0-80℃0-80℃0-105℃0-95℃范圍較廣流速>0.3m/s范圍較廣1.5-3.5m/s范圍較廣范圍較廣1.5-2.5m/s1.5-2.5m/sPH范圍較寬范圍較寬7.5-11>6.5>6.5>6.5>6.5含鹽量范圍較寬范圍較寬<3000mg/L<700mg/L<550mg/L<700mg/L<700mg/L處理量范圍較廣較小<300m3/h<300m3/h<300m3/h<300m3/h<300m3/h操作條件人工管理、強制排污、需采用無味、對人體無毒藥劑需保持一定濃度的臭氧環(huán)境無需人工管理，不宜設在系統(tǒng)總干管上人工管理、不得無水運行，可水平安裝人工管理、不得無水運行、需垂直安裝人工管理，需定期排污，需采用屏蔽手段人工管理，需定期排污，需旁通安裝初投資較低較低較高較高較高較高較高運行費用較高較低很低較低較低較低較高環(huán)境影響有化學污染無化學污染無化學污染無化學污染無化學污染無化學污染無化學污染

12.3蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的清理與維護312.3蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的清洗與維護蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)處理除了防止設備結垢、腐蝕及藻類物質(zhì)的產(chǎn)生外，還應對已出現(xiàn)上述問題的換熱器進行清洗。清洗可分為物理清洗和化學清洗。物理清洗是指通過物理或機械的方法對冷卻水系統(tǒng)或設備進行清洗?；瘜W清洗是指利用化學方法及化學藥劑達到清洗設備目的的方法，是從材料表面除去污垢的化學方法。清洗

物理清洗：如圖15所示，膠球清洗裝置由二次濾網(wǎng)、收球網(wǎng)、裝球室、膠球輸送泵、分匯器、閥門、管路和電氣控制柜等部件組成。使用膠球清洗裝置可防止冷卻管因結垢而腐蝕，延長冷卻管的使用壽命，是節(jié)能和改善勞動條件的理想設備。物理清洗膠球清洗高壓水射流清洗水氣清洗(空氣攪動）電脈沖清洗超聲波清洗拋丸清洗PIG清洗機械刮削圖15膠球清洗裝置12.3蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的清洗與維護12.3蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的清洗與維護化學清洗：對于新設備主要進行除油、除銹、清洗和鈍化處理；而檢修后的設備則要進行酸洗，中和防銹和污泥剝離，對于煉油廠和石油化工廠的換熱器還須考慮溶劑清洗，以除去有機垢。如圖16所示，向冷卻塔內(nèi)加入化學藥劑進行清洗。圖16對冷卻塔進行加藥清洗所用化學藥品如下：(1)堿洗：氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉等；(2)酸洗：鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、磷酸、檸檬酸、羥基乙酸、乙二胺四乙酸等；(3)中和除銹：亞硝酸鈉、苯甲酸鈉等；(4)污泥剝離：剝離劑和季銨鹽等；(5)溶劑清洗：四氯化碳、三氯乙烯等。12.3蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的清洗與維護物理清洗與化學清洗的優(yōu)缺點化學清洗優(yōu)點：化學藥劑本身是液體，容易均勻分布到所有清洗表面，而不至于產(chǎn)生清洗不到的“死角"。在工業(yè)上清洗大型設備內(nèi)部時可采用封閉循環(huán)流動管道形式，不必把設備解體再清洗。通過對流體成分的檢測可了解和控制清洗狀況。缺點：化學清洗液選擇不當時，會對清洗物基體造成腐蝕破壞?；瘜W清洗必須配備廢水處理裝置，否則會污染環(huán)境。物理清洗優(yōu)點：多數(shù)情況下采用的是干式清洗，不存在廢水處理的難題。由于排放水中不存在難處理的化學試劑，也是較容易處理的。對工人的健康損害都較小，而且物理清洗對清洗物基體沒有腐蝕破壞作用。缺點：清洗結構復雜的設備內(nèi)部時，其作用力有時不能均勻達到所有部位而出現(xiàn)“死角”。有時需要把設備解體進行清洗，因停工而造成損失。12.3蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的清洗與維護系統(tǒng)的維護（1）在運行時期軍團菌的活性增強時必須把水池排空，補充新鮮的自來水以降低軍團菌的活性。（2）每隔24h讓蒸發(fā)冷卻介質(zhì)和水池徹底干燥一次，許多微生物在干燥條件下容易被殺或降低活性。（3）維持空調(diào)系統(tǒng)的清潔，沉積的碳酸鈣、礦物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)會產(chǎn)生霉菌、殘渣和其他一些問題，系統(tǒng)清潔則不易產(chǎn)生。

12.4循環(huán)水水質(zhì)測試方法412.4循環(huán)水水質(zhì)測試方法鈣硬度的測定

吸取50mL自來水水樣3份，分別放入錐形瓶中；加1mL2mol/LNaOH溶液（此時水樣的pH為12~13）；加0.2g鈣指示劑（水樣呈明顯的紫紅色）。立即用EDTA標準溶液滴定至藍色，即為終點。記錄用量，由下式計算：圖17EDTA標準溶液12.4循環(huán)水水質(zhì)測試方法總硬度的測定

吸取50mL自來水水樣3份，分別放入250mL錐形瓶中；加5mL緩沖溶液；加0.2g（約1小勺）鉻黑T指示劑，溶液呈明顯的紫紅色。立即用10mmol/LEDTA標準溶液滴定至藍色，即為終點（滴定時充分搖動，使反應完全），記錄用量。由下式計算：指標冷卻水標準值補給水標準值總硬度(mgCaCO3/L)<200<5012.4循環(huán)水水質(zhì)測試方法水總堿度的測定（滴定法）

甲基橙的變色范圍是pH≤3.1時變紅，3.1~4.4時呈橙色，pH≥4.4時變黃。酚酞在酸性或中性溶液中呈無色，在堿性溶液中呈紅色。12.4循環(huán)水水質(zhì)測試方法pH值的測定測量PH值化學分析法試紙法電位法

電位法比較直觀的方法是使用pH計。pH計是一種測量溶液pH值的儀器，它通過pH選擇電極（如玻璃電極）來測量出溶液的pH值，pH計可以精確到小數(shù)點后兩位。圖18pH計圖19pH試紙12.4循環(huán)水水質(zhì)測試方法電導率σ的測定

圖20電導率儀

電導率σ，水的導電性即水的電阻的倒數(shù)，通常用它來表示水的純凈度，其單位為西門子/米（簡寫做S/m）。可利用電導率儀測定水的電導率。在25℃的環(huán)境下，一般冷卻水的電導率<80

S/m,補給水的電導率<20S/m12.5蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)處理方案設計分析設計步驟1.明確蒸發(fā)冷卻設備系統(tǒng)在工程實際應用時的運行工況。2.歸納出該蒸發(fā)冷卻設備的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)性質(zhì)，結合實際測試工況確定該設備的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)關鍵指標。3.對蒸發(fā)冷卻設備系統(tǒng)補水的水質(zhì)指標參數(shù)進行檢測。4.對蒸發(fā)冷卻設備系統(tǒng)循環(huán)水的水質(zhì)指標的變化趨勢進行檢測。5.觀察其水質(zhì)指標經(jīng)處理后與處理前的變化情況，得出設備水質(zhì)的處理效果，對本處理方案的適用性進行評價。

12.5蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)處理方案設計分析512.5蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)處理方案設計分析針對各蒸發(fā)冷卻設備系統(tǒng)，根據(jù)設備在現(xiàn)場運行的不同情況宜采取相應的水質(zhì)處理方法和設置相應的