劉彥廷，金永生，高安平

（內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011517）

熱水循環(huán)系統(tǒng)、制冷水循環(huán)系統(tǒng)的水處理

劉彥廷，金永生，高安平

（內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011517）

文章介紹了工業(yè)加熱和冷卻循環(huán)水系統(tǒng)常見的問題，及其對系統(tǒng)的影響、產(chǎn)生原因與解決思路和方法。為工業(yè)生產(chǎn)提供解決問題的思路和方法。

工業(yè)加熱；循環(huán)水系統(tǒng)；制冷；加熱

1 與空氣相關(guān)的問題

加熱、制冷循環(huán)水系統(tǒng)中空氣導(dǎo)致的問題會給最終用戶和專業(yè)維修人員帶來嚴(yán)重的困擾。這些問題如果沒有深層次的分析，它們會長期存在下去，無法得到解決。

1.1 空氣的危害

空氣的主要危害：①管道和末端的噪音?？諝馀輹?dǎo)致管道和調(diào)節(jié)元件產(chǎn)生噪音，尤其系統(tǒng)水開始循環(huán)的時候；②流量不足或徹底無法循環(huán)。空氣泡會導(dǎo)致系統(tǒng)部分或完全循環(huán)不暢，流量不足或徹底沒有流量；③末端與環(huán)境的熱交換不足?？諝獯嬖跁r，其換熱效率下降；④系統(tǒng)腐蝕?？諝庵械难鯕鈺g系統(tǒng)，它不僅會削弱系統(tǒng)各部件的功能，甚至造成它們的完全破損。

1.2 空氣的來源

（2）空氣尤其容易積聚在以下部位：①加熱器的上部；②繞過障礙物的管道區(qū)域；③很長的水平管道向下延生的區(qū)域；④立管的頂端。

（3）系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)入的空氣。開式系統(tǒng)在運(yùn)行時，空氣通過水箱敞開式的表面很容易進(jìn)入系統(tǒng)；閉式系統(tǒng)中，空氣則可能在系統(tǒng)負(fù)壓時從排氣元件、接頭和墊圈中滲入。

（4）溶解于水中的空氣：微泡氣體。水里溶解的空氣量取決于水的壓力和溫度。水與氣體的關(guān)系可以通過亨利定律來解釋。溶解于注水或補(bǔ)水系統(tǒng)中的空氣在系統(tǒng)水被加熱時得到釋放。例如：在1000L水的系統(tǒng)中，當(dāng)水在2bar的恒定壓力下，從20℃加熱到80℃時，大約有17至18L的空氣被釋放。這些空氣以微泡的形式出現(xiàn)在系統(tǒng)中。在加熱或制冷系統(tǒng)中有很多特殊的地方容易連續(xù)形成微泡。微泡是非常小的氣泡，直徑0.02～0.10mm，在加熱系統(tǒng)中鍋爐表面形成，然后被加熱水流帶進(jìn)系統(tǒng)。微泡被水流吸收或聚集起來，在系統(tǒng)的某些部位比如加熱器的高部，形成氣袋。這些微泡氣體由水流帶入系統(tǒng)的某些關(guān)鍵部位被排除，一部分微泡氣體遇到較冷的表面時會被重新吸收回到水里。

1.3 系統(tǒng)中氣體導(dǎo)致的問題

主要問題：①末端與環(huán)境的熱交換不足；②經(jīng)過溫控閥的氣袋和微泡氣體形成共振，產(chǎn)生噪音；③空氣中的氧氣會腐蝕管道、換熱器、鍋爐等；④造成水泵和調(diào)節(jié)閥門壽命縮短；⑤管道中存在的空氣導(dǎo)致局部或全部循環(huán)受阻，流量降低甚至無流量，尤其常見于暖氣系統(tǒng)。

1.4 空氣的排除

梳理有可能用于配網(wǎng)運(yùn)行分析的外部環(huán)境數(shù)據(jù)，包括但不止于氣象、地理、交通、行政等方面，評估各數(shù)據(jù)來源的可獲得性、可用性，以及到分析環(huán)境的可行性和數(shù)據(jù)集成方式，從外部環(huán)境視角分析配網(wǎng)異常狀態(tài)發(fā)生規(guī)律，分析配變設(shè)備故障或異常狀態(tài)與重要時段、特殊氣象、重大事件等環(huán)境因素間關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立預(yù)警模型，研發(fā)配變運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警功能，暢通客戶服務(wù)人員、配網(wǎng)運(yùn)維管理人員、外勤搶修人員間信息通道，提高業(yè)務(wù)智能化程度。

系統(tǒng)中的氣袋可以通過自動排氣閥排除，排氣閥安裝在熱力中心、立管等容易形成空氣袋的部位。對于系統(tǒng)中存在的微泡氣體，可選擇微泡排氣閥，系統(tǒng)中可排除的氣體量與系統(tǒng)的流速和壓力有關(guān)，當(dāng)流速和壓力降低時排氣量也隨之上升。當(dāng)一個系統(tǒng)按可允許的最高流速循環(huán)25次后，幾乎所有的空氣均被微泡排氣閥排除，排氣百分比因系統(tǒng)壓力不一樣而略有區(qū)別。剩余的少量氣體接下來正常的循環(huán)中排除。在流速更低或溫度更高的情況下，排氣量還將高于下面的數(shù)據(jù)。經(jīng)過微泡排氣閥最高推薦流速1.2m/s。

2 與雜質(zhì)相關(guān)的問題

2.1 系統(tǒng)中存在的雜質(zhì)所導(dǎo)致的問題

懸浮在系統(tǒng)循環(huán)水中的雜質(zhì)同樣會導(dǎo)致一系列問題，這些問題不容低估，主要問題：①氧化腐蝕和氧差腐蝕；②閥門異常；③循環(huán)泵阻塞和卡死；④熱交換不充分，換熱效率降低，系統(tǒng)中堆積的雜質(zhì)會明顯地降低系統(tǒng)流量以及換熱面積；⑤管道中的結(jié)垢和沉淀。

2.2 系統(tǒng)中的雜質(zhì)主要來源

主要來源：①自來水供水管道；②系統(tǒng)管道元件安裝時產(chǎn)生的雜質(zhì)；③氧差腐蝕；④溶解于水中的空氣所含氧氣引起金屬表面氧化腐蝕。

（1）氧差腐蝕。系統(tǒng)水中的雜質(zhì)堆積在金屬表面，形成兩個不同含氧的區(qū)域，即水/雜質(zhì)和雜質(zhì)/金屬。水/雜質(zhì)區(qū)域的含氧量高于雜質(zhì)/金屬區(qū)域，這樣就會形成局部的氧差電極（含氧量更高區(qū)域?yàn)殛帢O，較低區(qū)域?yàn)殛枠O），在水流的作用下，氧差電極會對金屬表面產(chǎn)生腐蝕。這樣的腐蝕與氧化腐蝕一樣，會導(dǎo)致系統(tǒng)元件如鍋爐、管道和散熱器等壽命縮短甚至完全損壞。

（2）金屬表面的氧化腐蝕由水中存在的空氣中所含的氧氣造成。金屬表面形成的氧化物薄膜，在一定限度內(nèi)可以保證金屬不被腐蝕。如果涂層由于各種原因被破壞，金屬表面會持續(xù)腐蝕，直到金屬穿孔。

（3）顆粒雜質(zhì)。這些懸浮顆粒（沙子、鐵屑、異物）來自于市政供水管路或者安裝過程和系統(tǒng)維護(hù)時產(chǎn)生的殘?jiān)ê附託堅(jiān)?、麻絲、潤滑劑）。這些顆粒沉淀形成污垢，導(dǎo)致管道、熱交換器和較小通道的元件堵塞，直至整個循環(huán)受阻。

（4）微粒雜質(zhì)。微雜質(zhì)由大小在0.005～0.010mm的微粒構(gòu)成，如磁鐵礦和鐵銹。系統(tǒng)的氧氣或氧化腐蝕在水中產(chǎn)生并釋放非磁性鐵粉塵（鐵銹）和磁性粉塵。對系統(tǒng)有害的不僅是可見的雜質(zhì)，不可見得微雜質(zhì)也會影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，微雜質(zhì)由大小在0.005～0.010mm，如磁鐵礦和鐵銹。系統(tǒng)的氧氣或氧化腐蝕在水中產(chǎn)生并釋放非磁性鐵。

2.3 雜質(zhì)的去除

分離閉式循環(huán)系統(tǒng)中的雜質(zhì)很困難，尤其是分離最小顆粒。這些顆?；居缮?、鐵銹（非磁性氧化鐵）和磁鐵礦組成。分離顆粒雜質(zhì)的設(shè)備通常是：Y型過濾器、除污器（水平和垂直）和磁性除污器。

（1）過濾器截留的雜質(zhì)粘附在過濾網(wǎng)上，往往比較頑固，造成過濾器壓損增大；這樣就需要頻繁地清洗或更換過濾網(wǎng)。水流在通過過濾器塞網(wǎng)時損失壓力，其壓力損失隨堵塞程度的增大而增加。在水流量為1500L/h的系統(tǒng)中，一個網(wǎng)眼為400μm的過濾器，其壓力損失大約為180mm水柱，70%的濾網(wǎng)阻塞會導(dǎo)致壓損增加4倍，其壓力損失達(dá)到810mm水柱。所以定期維護(hù)過濾器是非常重要的。

（2）除污器分離雜質(zhì)原理類似于過濾器.但從顆粒大小來看是更加有效的除污方式，除污器可以去除直徑小于0.005mm（5um）的細(xì)微顆粒雜質(zhì)。

（3）除污器設(shè)有儲污艙，儲污艙足夠大，污垢的儲存能力強(qiáng)。相對于需要頻繁清洗的過濾器，除污器不需要經(jīng)常排污。不同于過濾器，除污器的壓力損失大大降低并且不受雜質(zhì)收集量的影響。

3 與鹽分相關(guān)的問題

加熱、制冷循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)垢與腐蝕問題無疑與補(bǔ)水的水質(zhì)相關(guān)。系統(tǒng)補(bǔ)水多采用市政自來水供水，其中包含很多鹽粒子：比如鈣、鎂（硬性礦物），鈉以及其他元素（氯、碳酸氫鹽、硫酸鹽）等。主要影響：①鈣質(zhì)結(jié)垢大體上與水的硬度即水中所含鈣鎂鹽分相關(guān)；②腐蝕水中有雜質(zhì)存在時，其帶來的腐蝕本質(zhì)是種電化學(xué)現(xiàn)象，水中的氧氣以及其他大小不一的雜質(zhì)加劇了這種現(xiàn)象的演化。腐蝕有多方面的原因，但主要是由金屬表面集聚的雜質(zhì)造成的。在熱水系統(tǒng)，產(chǎn)生腐蝕的過程非常迅速，因?yàn)檠鯕?金屬反應(yīng)速度與水溫成正比。

3.1 系統(tǒng)中需要控制的水質(zhì)數(shù)據(jù)

主要內(nèi)容：①水的硬度；②電導(dǎo)率是水中溶解物質(zhì)的一個間接指標(biāo)，它表明了水的純度和鹽分；③PH值以數(shù)字的形式表明了溶液的酸堿度，密閉加熱系統(tǒng)循環(huán)水理想的PH值為7～8。金屬受PH值得影響方式不一，碳鋼在10.5～11.5最穩(wěn)定，鋁的保護(hù)層在PH值高于8.7時就會受到損壞，銅在PH值高于9.5時就會受到腐蝕。

3.2 處理措施

（1）最常見的水處理是軟化，它能夠解決結(jié)垢出現(xiàn)的問題。但水中的鹽分徹底沒有變化，因此腐蝕的可能性極大。軟化水處理只解決了結(jié)垢問題，但沒能改變水中的鹽分和PH值。因此需要在處理后的水中再加入化學(xué)添加劑，抑制腐蝕的產(chǎn)生。

（2）脫礦是一個更有效的水處理方式。它能徹底消除水中的各種鹽分和降低水的電導(dǎo)率。其處理方法是利用雙樹脂的水處理方法徹底消除水中的鹽分并產(chǎn)生高純水。

（3）從80年末開始，膜法水處理在我國得到了廣泛應(yīng)用，反滲透就是除鹽處理工藝的膜法水處理工藝之一。反滲透技術(shù)是當(dāng)今較先進(jìn)、穩(wěn)定、有效的除鹽技術(shù)。以高產(chǎn)率產(chǎn)生超純水（產(chǎn)率可以高達(dá)95%）。

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2096-2789（2016）12-0112-02

劉彥廷（1971-），男，漢，內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士，高級工程師，研究方向：食品科學(xué)與工程。