中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕與結(jié)垢的機(jī)理

1、上海瑞靖環(huán)境技術(shù)發(fā)展有限公司第5頁(yè)中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕與結(jié)垢原理（二）魏能姜上海瑞靖環(huán)境技術(shù)發(fā)展有限公司摘要：本文敘述了中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕與結(jié)垢產(chǎn)生的原理。關(guān)鍵詞：中央空調(diào)、循環(huán)水系統(tǒng)、腐蝕、結(jié)垢、原理多年來(lái)，我們對(duì)中央空調(diào)用水情況作了廣泛的調(diào)查，綜合起來(lái)看，現(xiàn)中央空調(diào)水系統(tǒng)的用水分為三類，即未經(jīng)過(guò)任何處理的自來(lái)水、 軟化水和去離子水。水 中對(duì)設(shè)備主要產(chǎn)生影響的因素分別為堿度、PH值、Cl-、氧含量等。自來(lái)水因地區(qū)不同而水質(zhì)變化較大，在水的循環(huán)過(guò)程中，硬度和堿度是造成結(jié)垢的主要因素， 而Cl-、低PH值、溶解氧是造成腐蝕的罪魁禍?zhǔn)?。一、中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕中央空調(diào)系統(tǒng)管道材質(zhì)以無(wú)縫

2、鋼管、鍍鋅管為主，有些采暖系統(tǒng)管道采用銅 管，變風(fēng)量器及風(fēng)機(jī)盤管水管道以黃銅、 銅為主。對(duì)于這樣一種由多種金屬組成 的系統(tǒng)極易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。它主要有以下幾種方式：1、由于不同金屬組合在一起而引起的電偶腐蝕。不同的金屬或元素具有不同的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，而循環(huán)水中又含有多種鹽類， 導(dǎo)電性較強(qiáng)，這樣這些具有不同電極電位的金屬相互接觸而形成了腐蝕電池。例如換熱部件（變風(fēng)量器、風(fēng)機(jī)盤管、冷凝器、蒸發(fā)器）內(nèi)黃銅管和碳鋼管板或鍍 鋅管的連接，鍍鋅管和無(wú)縫鋼管的連接。電極反應(yīng)過(guò)程如下：陽(yáng)極過(guò)程：Fe 2 Fe2 +陰極過(guò)程：Cu2+ + 2e Cu電偶腐蝕的結(jié)果使得電位較低的金屬如鐵遭受腐蝕。2、由溶解氧而引起

3、的腐蝕中央空調(diào)的冷卻水系統(tǒng)常采用敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，這種系統(tǒng)由于氣、水直接進(jìn)行熱交換，溶解氧始終處于飽和狀態(tài)。冷媒水或熱媒水系統(tǒng)雖采用封閉式 循環(huán)但由于管路復(fù)雜，當(dāng)為清洗或更換閥門等目的而把系統(tǒng)內(nèi)的水排空后，空氣勢(shì)必要進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)，其中某些橫的支管及風(fēng)機(jī)盤管內(nèi)的空氣很難在系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí) 排出。開(kāi)啟循環(huán)泵后這部分“空氣柱”被循環(huán)水裹著流經(jīng)水泵時(shí)被高速旋轉(zhuǎn)的葉 輪“切碎”呈“乳化”狀態(tài)。一些設(shè)計(jì)不是很合理的中央空調(diào)系統(tǒng)冷媒水（熱媒 水）取樣口流出的水經(jīng)常呈乳白色， 可明顯地看到氣泡逸出，當(dāng)放置一段時(shí)間后 水樣變清。雖然冷（熱）媒水系統(tǒng)裝有自動(dòng)排氣閥，但對(duì)于這樣微細(xì)氣泡很難靠 自動(dòng)排氣閥排出，況且有些

4、回水管道的排氣閥由于設(shè)計(jì)上的原因在水泵運(yùn)行時(shí)非 但不排氣，有時(shí)還會(huì)往系統(tǒng)內(nèi)吸氣。以上種種因素造成冷(熱)媒水內(nèi)的溶解氧 經(jīng)常處于飽和狀態(tài)。由于金屬的電極電位比氧的電極電位低， 金屬受水中溶解氧的腐蝕是一種電 化學(xué)腐蝕，其中金屬是陽(yáng)極遭腐蝕，氧是陰極，進(jìn)行還原，反應(yīng)式如下：陽(yáng)極過(guò)程：MM2+ +2e陰極過(guò)程：1/202 + H2 0+2e 2OH-在中央空調(diào)系統(tǒng)中無(wú)縫鋼管中的鐵和鍍鋅管上的鋅最易遭受溶解氧的腐蝕。 特別是鍍鋅管，如不采取水處理措施，鍍鋅管表面(水側(cè))很快會(huì)因腐蝕而鼓包， 使用六、七年后鋅層已大部分脫落，嚴(yán)重者還會(huì)爛穿。造成嚴(yán)重的后果。在冷凝器等熱交換器的碳鋼面板上也常見(jiàn)到黃褐色或

5、磚紅色的鼓包， 敲破鼓 包后下面是黑色粉末狀物，這些都是腐蝕產(chǎn)物。當(dāng)將這些腐蝕產(chǎn)物清除后，便會(huì) 出現(xiàn)因腐蝕而造成的陷坑。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的過(guò)程如下：當(dāng)鐵受腐蝕后生成Fe2*，它與水中的氧進(jìn)一步反應(yīng)生成黃褐色的結(jié)構(gòu)疏 松的Fe(OH)3二次產(chǎn)物層：Fe2 + + 20H- Fe(OH)24Fe(OH)2 + 2H2 0+ 02 4Fe(OH)3由于腐蝕產(chǎn)物的阻擋，水中的溶解氧到達(dá)這個(gè)腐蝕點(diǎn)的速度減慢，形成腐蝕點(diǎn)四周的氧濃度大于腐蝕點(diǎn)的氧濃度， 這樣，腐蝕點(diǎn)的四周便成為陰極，腐蝕點(diǎn) 本身成為陽(yáng)極，腐蝕繼續(xù)進(jìn)行。此時(shí)，腐蝕產(chǎn)生的Fe2*通入疏松的二次產(chǎn)物層向外擴(kuò)散，當(dāng)它遇到水中的 0H-或02時(shí)，便又產(chǎn)

6、生新的二次產(chǎn)物，積累在 原有的二次物層中。所以二次產(chǎn)物層越積越厚，形成鼓包，鼓包下面越腐蝕越深， 形成陷坑。腐蝕產(chǎn)物中的黑色粉末層是Fe3 04，它的形成機(jī)理是內(nèi)層的兩價(jià)鐵產(chǎn)物與 外層的三價(jià)鐵反應(yīng)而形成的。Fe(0H)2 + 2Fe(OH)3 04 + 4H2 0在金屬與金屬之間連接的縫隙處，水垢及微生物泥垢、泥沙等沉積物下的金 屬表面，由于水的對(duì)流不暢使氧貧化，也會(huì)造成類似的腐蝕。特別是水垢等沉積 物下的腐蝕，由于腐蝕產(chǎn)物被沉積物覆蓋住，循環(huán)水顯得清澈透明，給人以金屬 未遭到腐蝕的假象。當(dāng)腐蝕嚴(yán)重到一定程度時(shí)，腐蝕產(chǎn)物連同污垢一起脫落，堵 住風(fēng)機(jī)盤管、過(guò)濾器等管徑較細(xì)的部位。此時(shí)再想采取水處

7、理措施已太晚，因?yàn)?某些腐蝕嚴(yán)重的部位金屬本體層已很薄，若用化學(xué)清洗或其它方法去除污垢層后 很可能造成系統(tǒng)漏水。3、由氯離子而引起的腐蝕氯離子造成的腐蝕都發(fā)生在孔蝕或縫隙腐蝕中。 在這種情況下金屬在蝕孔內(nèi) 或縫隙內(nèi)腐蝕而溶解，生成 F&+，引起腐蝕點(diǎn)周圍的溶液中產(chǎn)生過(guò)量的正電 荷，吸引水中的氯離子遷移到腐蝕點(diǎn)周圍以維持電中性，因此腐蝕點(diǎn)周圍會(huì)產(chǎn)生 高濃度的金屬氯化物 MCI2，之后MCI2會(huì)水解生成不溶性的金屬氫氧化物和 可溶性的鹽酸。MCI2 + 2H2 0 M(0H)2 J + 2H+ + Cl-鹽酸是種強(qiáng)腐蝕性的酸，能加速多種金屬和合金的溶解。中央空調(diào)系統(tǒng)由于常采用游離氯或化合氯

8、殺菌，循環(huán)水中的氯離子含量較 高。有些采用軟水作為補(bǔ)充水源的系統(tǒng)，由于樹脂再生時(shí)控制不當(dāng)，也會(huì)造成氯 化鈉進(jìn)入系統(tǒng)的可能。一些采用不銹鋼或合金作熱交換器或電加熱棒材料的中央空調(diào)，要特別提防氯離子的進(jìn)入。因?yàn)槁入x子對(duì)不銹鋼和合金的腐蝕比對(duì)普通碳鋼快得多。當(dāng)工業(yè)冷卻需零度以下的冷媒水時(shí)， 不宜加氯化鈉來(lái)降低水的冰點(diǎn)，可改用 亞硝酸鈉和碳酸鈉或乙二醇等。4、其它腐蝕因素一些重金屬離子如銅、銀、鉛對(duì)鋼、鋁、鎂、鋅這幾種常用金屬起有害作用。 在酸性溶液中Fe3+具有強(qiáng)烈的腐蝕性。循環(huán)水中往往含有泥土、砂粒、焊渣、麻絲、腐蝕產(chǎn)物等不溶性物質(zhì)，這些 物質(zhì)有些是從空氣中進(jìn)入的，有些是安裝時(shí)帶入的，也可能是在運(yùn)

9、行中生成的。 這些不溶物一方面易在滯流區(qū)域沉積造成垢下腐蝕，另一方面隨水流沖擊管壁， 對(duì)硬度較低的金屬或合金(例如銅管)產(chǎn)生磨損腐蝕。二、中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)垢中央空調(diào)循環(huán)水中的垢可分為水垢和污垢， 其中常見(jiàn)水垢有碳酸鈣、硫酸鈣、 硅酸鈣、硅酸鎂、磷酸鎂等，污垢則主要由灰塵、泥砂、腐蝕產(chǎn)物、天然有機(jī)物、 微生物團(tuán)塊等組成。水中的鈣、鎂離子與碳酸根、磷酸根等結(jié)合生成難溶的小晶體， 這些小晶體 不斷碰撞并按一定的方向增長(zhǎng)變成大晶體。水中的鈣、鎂鹽晶體及其不溶性微粒 同時(shí)受到兩個(gè)力的作用，即與管壁上的水垢結(jié)合生成體積更大的垢的結(jié)晶力和水 流的剪切力，當(dāng)結(jié)晶力較大時(shí)便易使垢增長(zhǎng)，當(dāng)結(jié)晶力較小時(shí)(如加

10、入阻垢劑后) 或剪切力較大(如水流速較大的部位)時(shí)，垢無(wú)法增厚，水中的微粒只能以水渣 的形式被水沖走。污垢形成的原因：1、重碳酸鹽的分解水中溶解的重碳酸鹽如Ca(HC03 )2、Mg(HC03 )2很不穩(wěn)定，在受熱面上極易受熱分解：Ca(HCO3 )2 = CaCO3 J + H2 0 + CO2 T冷卻水通過(guò)冷卻塔時(shí)，由于氣、水直接接觸，溶解于水中的C02氣體會(huì)逸出，從而使冷卻水的PH升高，在堿性條件下，重碳酸鹽也會(huì)分解：HC03 f C02 T + OH Ca(HC03 )2 + 20H f CaCOg J + 2H? 0 + CO3 2 當(dāng)水中含有CaCl2時(shí)還會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：CaCI?

11、 + CO3 2 fCaCOg J+ 2Cl 2、微溶鹽因濃縮而析出任何鹽類在水中都有一定的溶解度，如硫酸鈣、磷酸鈣、硅酸鈣、硅酸鎂等， 在水中的溶解度較小。當(dāng)冷卻水通過(guò)冷卻塔時(shí)，部分水份被冷卻的空氣帶走，因 此冷卻水通過(guò)冷卻塔的過(guò)程是一個(gè)不斷濃縮的過(guò)程。冷卻水中微溶鹽類的濃度越來(lái)越大，當(dāng)濃度超過(guò)其溶解度后，微溶鹽就結(jié)晶析出，形成水垢。3、微生物的繁殖真菌及一些細(xì)菌的分泌物呈粘性，這種粘液在循環(huán)水中起到過(guò)濾作用，水中 的有機(jī)物、雜物碎屑、泥砂、膠狀氫氧化物、腐蝕產(chǎn)物、菌藻尸體等被粘液粘結(jié) 在一起，形成松散的軟垢。4、水處理劑帶來(lái)的垢水處理劑的加藥量控制不當(dāng)，會(huì)造成垢的增厚。例如天然水中的硅酸鹽含量 不高，但如采用硅酸鹽作緩蝕劑時(shí)，如果加藥量或濃縮比例控制不當(dāng)， 會(huì)造成硅 酸鹽垢的沉積。聚磷酸鹽在溫?zé)岬乃幸追纸獬烧姿猁}，當(dāng)用聚磷酸鹽作緩蝕阻垢劑時(shí)， 若不加分散劑，易生成磷酸鹽垢：3Ca2+ + 2PO4 3 = Ca3 (PO4 )2 J某些分散劑，如聚丙烯酸鹽，用量很少，若加入過(guò)量，易生成有機(jī)物垢。(未 完待續(xù)) 參考文獻(xiàn)1 魏寶明，金屬腐蝕理論及應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社，1984。2 徐壽昌等，工業(yè)冷卻水處理技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社，