（环境工程专业论文）中央空调清洗与保养技术研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 在中央空调水系统中，水是一种良好的冷却介质，比较廉价，但即使经过自 来水厂等处理过的水仍程度不同地含有溶解固体、气体及各种悬浮物和胶体。冷 却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度升高，水流速度的变化，水的蒸 发，水中杂质的浓缩，冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂 物的进入，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，会产生沉积物的附着、 设备腐蚀和微生物的大量滋生，以及由此形成的黏泥污垢堵塞管道等问题，它们 会威胁和破坏中央空调安全、经济运行。为了解决中央空调水系统的沉积物附着、 金属腐蚀和微生物滋生，必须对水系统水质进行处理和定期进行清洗。 进行化学清洗是清除中央空调水系统水垢的唯一办法。但是中央空调水系统 的清洗在技术上和操作上的要求很高，处理不当或缓蚀剂使用不当，会引起设备 严重腐蚀。本研究针对中央空调水系统化学清洗药剂及清洗工艺进行研究。由试 验得出：垢、腐蚀和黏泥严重的中央空调，选用常温下水冲洗一软泥剥离一渗透 活化一酸洗一水冲洗一钝化的清洗方案，而垢、腐蚀和黏泥不太严重的中央空调， 选用常温下水冲洗一酸洗一水冲洗一钝化的清洗方案；我们针对选用水质，选定 含有2 3 的盐酸、o 3 的缓蚀剂、o 5 l 磷酸钠钝化液的清洗配方。清 洗过程中铜管和碳钢腐蚀速率小于h g t 2 3 8 7 - - - 9 2 标准，铜管内壁清洗干净，膜均 匀致密、光滑、完整。 冷却水系统进行化学清洗后，系统内暂时不会产生沉积物、腐蚀或微生物滋 生等问题。但时间一长这些问题就会相继产生，并影响着冷却水系统的正常运行。 因此，中央空调的循环水系统清洗后，还应进行必要的水质处理，以抑制和减缓 这些问题的产生。循环冷却水水质处理不要求除去水中杂质，而是往水系统中投 加缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂，使水质趋于稳定。本研究针对中央空调保养的水质 处理药剂及工艺条件进行研究，采用以复合水处理剂为主体的工艺体系并吸取各 种单一水处理药剂的优点。试验得出：原水加入浓硫酸( 约1 9 0 0m g ，l ) 调节补 水碱度至1 5 5n u n o l l 的情况下，加入6 0m g l 的复合水质稳定剂，浓缩倍率在 3 0 下进行动态模拟试验，模拟换热管的年污垢热阻低于工业循环冷却水处理设 计规范( g b 5 0 0 5 0 - 9 5 ) 中规定值；不锈钢及铜合金旋转挂片腐蚀速率分别低于工 业循环冷却水处理设计规范( g b 5 0 0 5 0 9 5 ) 中规定值；其循环水排污水中的s s 、 c o d 、p h 、n h 3 0 n 、总磷含量以及z n 、c u 、m n 等含量均远低于规定指标。 关键词：中央空调，水质，清洗技术，保养技术 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t i nc e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n gs y s t o m ，w a t e ri sak i n do fg o o da n dc h e a pc o o l i n g m e d i u m a f t e rw a t e ru e a t m c n td i s s o l v e dm a t e r i a l s ，g a s e s ，s u s p e n d e dm a t e r i a l sa n d c o l l o i ds t i l lr e m a i ni nw a t e r d u et ot h ei n c r e a s eo fw a t e rt e m p e r a t u r e ，t h ec h a n g eo f w a t e rf l o ws p e e d ，w a t e re v a p o r a t i o n , t h ec o n c e n t r a t i o no fi m p u r es u b s t a n c e , t h ed u s t e n t e r i n gi n t oc o o l i n gt o w e r sw h i c he x p o s et oo u t d o o rs u n s h i n e ，r a ma n dw i n d ，t h e e q u i p m e n ts t r u c t u r ea n dm a t e r i a l ，e i c ，p r o b l e m ss u c ha ss e d i m e n t ，s y s t e mc o r r o s i o na n d r a p i dg r o w t ho fm i c r o o r g a n i s mw i l lo c c - u rw h i c hl e a d st ob l o c ku pp i p e l i n e s t h i sw i l l t h r e a t e na n de v e nd a m a g et h es a f ea n de c o n o m i c a lo p e r a t i o no f c e n t r a la i r - c o n d i t i o n i n g s y s t e m 。i no r d e rt os o l v et h ea b o v ep r o b l e m s ，t h ew a t e rm u s tb et r e a t e da n dt h es y s t e m p e r i o d i c a l l yc l e a n e d c h e m i c a lc l e a n i n gi st h eo n l yw a yt or e m o v et h es c a l e si nt h es y s t e m b u tt h e c l e a n i n gi st e c h n o l o g i c a l l ya n do p e r a t i o n a l l y8 0d i f f i c u l tt h a th u p r o p c rt r e a t m e n to r c h o i c eo f i n h i b i t o rc o u l dc a u s es e r i o u sc o r r o s i o n t h ea r t i c l ea i m e da ts t u d y i n gc l e a n i n g c h e m i c a l si nt h ew a t e rs y s t e ma n dc l e a n i n gt e c h n i c s f r o me x p e r i m e n t sc o n c l u s i o n s c o u l db ed r a w nt h a tf o rt h e s e r i o u s l ys e a l e d ，c o r r o s i v ea n da d h e r e s i v ec e n t r a l a i r - c o n d i t i o n e r s c l e a n i n g m e t h o d ss u c h础w a t e r w a s h i n g - - s o f tc l a y r e m o v i n g - - i n f i l t r a t i o na c t i v a t i n g - 一a c i dw a s h i n g - - w a t c rw a s h i n g - p a s s i v a t i o n w a s c h o s e na tn o r m a lt e m p e r a t u r ew h i l ef o rn o t8 0s e r i o u so n e s ，w a t e rw a s h i n 乎捌d w a s h i n g - - - w a t e rw a s h i n g - 呻a s s i v a t i o nw a su s e d f o rt h eg i v e nw a t e r , c l e a n i n g f o r m u l a sw e r e 鹪f o l l o w s ：2 0 r 3 h y d r o c h l o r i ca c i d ，0 3 i n h i b i t o r ，o 5 1 o p a s s i v a t i o nl i q u i d i nt h ep r o c e s so fc l e a n i n g , t h ec o r r o s i v em t eo fc up i p e l i n e sa n d c a r b o n i z e ds t e e lp i p e l i n e sm e tt h ed e m a n d so fh g t 2 3 8 7 - - 9 2s t a n d a r d t h ei n s i d e w a l l sw e r ec l e a n e da n ds m o o t l ! lv e l u m sw e r ca l s oe q u a b l yc o m p a c ta n di n t e g r a t e d a f t e rt h et r e a t m e n tp r o b l e m ss u c ha ss c a l e s ，c o r r o s i o na n dm i c r o o r g a n i s mc o u l db e t e m p o r a r i l ys o l v e d b u ti nt h el o n gr u nt h e s ep r o b l e m sa l w a y se x i s t e da n da f f e c t e dt h e n o r m a lo p e r a t i o no fc o o l i n gs y s t e m s s ot h ef o l l o w i n gw a t e rt r e a t m e n ta f t e rc l e a n i n g w a sn e c e s s a r y i tw a sd e s i g n e dt h a tc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rt r e a t m e n tw a s h tt o r e m o v ei m p u r es u b s t a n c ew h i l ei n h i b i t o r 、i n h i b i t i n gs c a l i n ga g e n tg e r m i c i d ew o u l db e a d d e dt oa c h i e v es t a b l ew a t e rq u a l i t y t h es t u d yi n v e s t i g a t e dw a t e rt r e a t m e n tc h e m i c a l s a n d o p e r a t i o nc o n d i t i o n s c o m p o s i t ew a t e r t r e a t m e n tc h e m i c a l sa st h em a i nm e d i c a m e n t w a t eu s e di nt h em e ws y s t e mw h i c hk e p tt h ea d v a n t a g e so fs i n g l ef i n i s h i n ga g e n t 重庆大学硕士学位论文英文摘要 d y n a m i cs h n u l a n te x p e r i m e n t ss h o w e dt h a to nt h ec o n d i t i o n so fa d d i n g6 0m 班 c o m p o s i t ew a t e rs t a b i l i z e rt of e e dw a t e r ( a d j u s tf e e dw a t e ra t k a l i n t yt o1 5 5m m o f l w i t h1 9 0 0m g lv i 仃i 0 1 ) a n dk e e p i n gc o n c e n t r a t e dr a t ea tt h r e et i m e s ，a n n u a ld i r t t h e r m o r e s i s t a n c ea n dc o r r o s i v er a t eo fs t a i l l l e s ss t e e la n dc o p p e ra l l o yi n d i c a t o r sw e r e l o w e rt h a nt h es t a n d a r dv a l u eo f i n d u s t r i a lc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rt r e a t m e n td e s i g n s p e c i f i c a t i o n s ) ( g b 5 0 0 5 0 - 9 5 ) s s 、c o d 、p h 、n h 3 - n 、t o t a lp h o s p h o ra n dz n 、 c u 、m ni nc i r c u l a t i n gs e w a g ew a t e rw e r em u c hl o w e rt h a nt h es p e c i f i cs t a n d a r d k e yw o r d s ：c e n t r a la kc o n d i t i o n e r , w a t e rq u a l i t y , c l e a n i n gt e c h n o l o g y , p r o t e c t i n gt e c h n o l o g y i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：秀威裤签字日期：五矽年f 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重迭太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庆太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：覆成砗 签字日期：勿呻年岁月矽e l 导师签名：栲 签字日期：弘岬年，月叼日 重庆大学硕士学位论文 1 前言 1 前言 1 1 研究意义 随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，中央空调已被广泛应用于 工业及民用设施。中央空调的水系统是由冷冻水和冷却水两个系统组成，水是一 种良好的冷却介质，比较廉价，但即使经过自来水厂等处理过的水仍程度不同地 含有溶解固体、气体及各种悬浮物。冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水 的温度升高，水流速度的变化，水的蒸发，水中杂质的浓缩，冷却塔和冷水池在 室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入，以及设备结构和材料等多种因 素的综合作用，会产生沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生等问题，它 们会威胁和破坏中央空调安全、经济运行，因此在使用中央空调时，必须要选择 一种经济实用的水处理方案，使上述问题得到解决或改善【1 2 1 。 解决上述问题，所涉及到两种化学清洗和日常保养水质处理工作。 1 1 1 运行前清洗 依照国际惯例，大型中央空调系统安装成功后，根据设计和工艺的要求【3 1 ， 系统内所有部位无污是确保今后正常工作的关键，新安装的中央空调在投入运行 前必须进行水侧全系统的化学清洗工作，以清除系统在制造、运输、存放和安装 过程中所造成的轧制鳞片、铁锈、油漆、焊渣、油污、泥砂和杂物。 1 1 2 运行过程中清洗 当中央空调系统在使用数年后，系统内水侧部分会聚集大量的沉积物水垢 和污垢( 包括淤泥、腐蚀产物、生物沉积物) 和微生物藻类，影响系统正常运行， 严重时甚至无法达到规定的工艺温度要求。系统的冷、热交换效率急剧下降，耗 电量增加，制冷压缩机负载变大。清除系统内沉积物是唯一解决问题的办法。 1 1 3 日常保养水质处理 对冷却水系统和冷冻水系统进行化学清洗后，系统内暂时不会产生结垢、腐 蚀或微生物滋生等问题。但时间一长这些问题就会相继产生，并影响着冷却水和 冷冻水系统的正常运行。因此，中央空调的循环水系统清洗后，还应进行必要的 水质处理，以抑制和减缓这些问题的产生。水质处理就是利用化学药剂或其它方 法抑制微生物的生长繁殖，控制金属锈蚀的趋势，防止结垢。一般来说，平均每 月都应对中央空调循环水系统的水质进行检测，以补加各种水处理药剂。通常向 水系统中投加缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂【4 、5 j 。 重庆大学硕士学位论文 1 前言 1 2 中央空调水处理发展概况 中央空调水处理技术是循环冷却水处理技术在特种设备的应用技术之一，循 环冷却水处理技术在工业上已有近八十年的实践经验，但总的来说在很多方面部 还不够成熟。不同的水质，不同的材质都需要有不同的水处理方案和措旌以达到 缓蚀、阻垢和杀菌三方面的目的。此外，冷却水系统设备和管道的清洗，也是能 否顺利进行水质控制的重要保证，这也需要一定的药剂与措施。水处理药剂的研 制和进展为中央空调水处理的关键技术之一p 9 】，水处理剂有缓蚀剂、阻垢分散 剂、清洗剂、杀生剂、钝化剂、预膜剂等。 水处理技术的初期，添加的药剂一般都是简单的无机化合物，如石灰、二氧 化碳、硫酸、氯气、硅酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐、锌盐、磷酸盐等等。这些无机 化合物大都为工业原料，价廉而易得。然而，单纯使用无机化合物，水处理效果 受到一定的限制因此，在生产上就逐步地发展成无机化合物和某些天然的有机 化合物复合使用来达到水质控制的目的。例如：丹宁、淀粉、木质素等都是很早 就使用的有机水处理剂。 循环冷却水处理技术在国外是2 0 世纪3 0 年代开始发展的，此时多采用聚磷 酸盐和天然有机物控制硬垢的产生，但在高硬、高碱水中效果较差。5 0 年代至 6 0 年代初，由于要求提高浓缩倍数，采用无机酸控制水的p h ( 6 5 7 0 范围内) ， 在高浓缩倍数下控制结垢，此时腐蚀加剧，就采用铬酸盐聚磷酸盐或锌盐缓蚀， 并用氯气杀菌。化学水处理技术趋于完善。铬酸盐缓蚀剂是目前可用于循环冷却 水系统中最有效的一种缓蚀剂。铬酸盐遇到的最大问题是它的毒性引起的环境污 染a 铬酸盐属于第一类污染物，它能在环境中或动植物体内蓄积，对人体健康产 生长远的不良影响。锌盐在冷却水处理的专著和文献中，通常把锌盐简称为锌。 最常用的锌盐是硫酸锌。锌盐在冷却水中能迅速地对金属建立起保护作用。单独 使用时，其缓蚀效果不很好。锌盐是一种安全但低效的缓蚀剂。当锌盐与其他缓 蚀剂( 例如铬酸盐、聚磷酸盐、磷酸酯、有机膦酸盐等) 联合使用时，它往往是 相当有效的。但锌盐对水生生物有些毒性；在p h 8 0 时，若单独使用锌盐，则 锌离子易从水中析出以致降低或失去缓蚀作用，为此，要使用能将锌离子稳定在 水中的药剂- 锌离子的稳定剂。磷酸盐是一种阳极型缓蚀剂。由于磷酸盐易与水 中的钙离子生成溶度积很小的磷酸钙垢，容易促进冷却水中藻类的生长，所以过 去很少单独把磷酸盐用作冷却水缓蚀剂。同理，人们还把聚磷酸盐水解生成的正 磷酸盐作为需要严格控制的组分来对待，虽然它也有一定的缓蚀作用。聚磷酸盐 是目前使用最广泛而且最经济的冷却水缓蚀剂之一【埘。缓蚀效果好；用量较小， 成本较低；除有缓蚀作用外，还兼有阻垢作用；冷却水中的还原性物质不影响其 缓蚀效果；没有毒性。但易于水解，水解后成正磷酸盐。丹宁、淀粉、木质素天 2 重庆大学硕士学位论文l 前言 然有机物曾长期作为发挥其阻垢作用的分散剂。这些天然产物的组成不稳定，效 果也不同。今天，这些天然产物已逐渐被有一定组成的有机化合物所代替【lo 1 1 】。 六十年代开始，由于工业的迅速发展，对水处理技术也提出了更高的要求， 进一步促进了水处理技术的发展。为了有效地达到缓蚀、阻垢和杀菌的目的，为 了更好地控制排污水所造成的污染和公害。逐步发展和使用了新型的有机缓蚀 剂、有机阻垢剂和有机杀菌剂。总的趋势是越来越多的无机化合物逐步被有机化 合物所取代，某些无机药剂往往也只有和有机药剂复合使用才更有效。 6 0 年代后期至7 0 年代中期，铬系水处理技术受到排斥，开始出现聚磷酸盐、 聚羧酸作阻垢剂、缓蚀剂。7 0 年代中后期，开发了有机瞵酸盐、有机膦酸酯， 采用中p n 值( 7 0 , - , 7 5 ) 处理技术，杀菌除氯气外使用大量非氧化性杀菌剂。8 0 年代，针对中p h 值、有机膦聚羧酸处理方法控制较难的弊病，使用p h 值的碱 性处理技术，加入各种高效的聚羧酸类化合物。开始出现全有机配方，同时开始 引进计算机控制技术。9 0 年代至今，基本上是8 0 年代的延续，只是出现了更多、 更高效的有机药剂，并在产品的环境友好性能方面投入更大的研究力量【1 2 1 3 1 。 有机膦酸是国外2 0 世纪6 0 年代后期才开发的新产品，但在7 0 年代就在循 环冷却水处理中得到广泛应用。这是由于它有以下一些优点【1 4 1 。首先，它比聚 磷酸盐化学稳定性好，不易水解，并且耐高温，在使用中不会因水解生成正磷酸 而导致菌藻过度繁殖。其次，它与聚磷酸盐一样只需用几m g l 的有机膦酸就 可以阻止几百m g l 的碳酸钙发生沉淀；同时，它的阻垢性能比聚磷酸盐好。 第三，它还有与其他药剂共用时的良好协同效应，即在总剂量不变的情况下，药 剂各自单独使用，其效果不如二者混合在一起使用的效果好。人们在实际使用中 发现，有机膦酸与聚磷酸盐混合使用的效果比单用任何一种都好。除了与聚磷酸 盐外，它还与多种药剂有良好的协同效应。因此在实际使用中人们常择其有最佳 协同效应的复合配方使用。除上述优点外，有机膦酸在高剂量下还具有良好的缓 蚀性能，并且属于无毒或极低毒的药剂，因此在使用中可以不必担心环境污染的 问题。共聚物阻垢剂的大量开发和应用是随着有机膦酸阻垢剂的出现而出现的， 有机膦酸阻垢剂的出现，解决了冷却水系统产生的碳酸钙垢问题，但尚无法解决 以磷系、锌系配方处理系统所产生的磷酸钙垢、锌垢及其它污垢问题，共聚物阻 垢剂正是对磷酸垢具有独特的抑制能力及没有环境公害问题而进入冷却水处理 药剂行列。 水处理剂的发展经历了无机盐、聚合电解质、天然高分子、有机膦酸、聚羧 酸类共聚物等阶段，逐步由单一技术向多元化技术发展。在此期间，以缓蚀剂为 主成分的水处理方案已由最初单一的铬系、磷系发展到全有机、有机锌和钼系复 合配方；水处理方法也由以控制腐蚀为主要目的的酸性法，过渡到以抑制结垢为 重庆大学硕士学位论文1 前言 主要对象的碱性法。基本上适应了保护环境，保护生产装置，节约用水和降低消 耗的需要。纵观国内外近4 0 年的发展，仍是在6 0 年代末、7 0 年代初确立的思路 上发展，即以高效聚合物阻垢分散剂控制结垢，从而提高p n 运行值以减缓腐蚀， 达到不用或少用对环境有污染的缓蚀剂的目的。 就冷却水化学处理剂而言，仍是聚合物和有机膦酸两大主体，其发展仍是在 膦酰基、羧酸基、羟基、含磷等组合上继续开发，合成更高效、多功能的药剂。 1 3 中央空调水处理技术研究现状 1 3 1 国外研究现状 美国是应用化学法处理循环冷却水最早的一个国家，自1 9 2 4 年在密闭式循 环冷却水系统首次使用铬酸盐作缓蚀剂以来，至今已有近8 0 年的历史。在此期 间，冷却水处理技术经历了几次较大的变革，日渐成熟。早在五十年代初，为减 少冷却水中的铬酸盐含量，美国即着手利用协同效应的原理，在冷却塔内采用了 铬酸盐磷酸盐复合配方，几年后，铬酸盐锌盐配方方案也被开发利用。由于 磷酸盐和锌盐的加入，使铬酸盐在配方中的含量大大降低，由原来的2 0 0 p p m 降 至2 0 p p m 以下，减轻了对环境污染的程度。由此，在五十年代末至六十年代， 美国的冷却水处理基本上以铬酸盐锌盐和铬酸盐磷酸盐配方为主，并在此基 础上，相继开发出磷酸盐锌盐复配方案。需要指出，上述各种方案的冷却水均 处在酸性条件下运行。为了避免铬酸盐给人体和环境带来的危害，六十年代初期， 在美国首先开发合成了水溶性聚合物和有机膦化合物( 包括膦酸酯和膦酸盐) ，几 年之后，即在1 9 6 7 年，美国又成功的利用这些聚合物和有机膦化合物，开发出 全有机非重金属冷却水处理方案有机膦酸盐、聚合物和天然有机物复合配 方，该方案首次提供了在碱性冷却水条件下抑制腐蚀结垢的方法，这技术上的 突破对冷却水处理的发展有特殊意义，影响深远。进入七十年代，特别是1 9 7 2 年美国环境保护局( e p a ) 声明，在排放的冷却水中铬酸盐将受到严格的限制，以 及随之在1 9 7 7 年宣布铬酸盐为致癌物之后，冷却水处理的铬酸盐方案进一步受 到冲击。这在客观上为非铬系阻垢剂的研制开发提供了良好的契机。许多水处理 公司正在研制开发新型的有机膦酸盐品种，继h e d p 、p b t c 、h p a 之后，c a l g o n 公司研制并商业化了多氨基多醚基甲叉膦酸，一种优良的碳酸钙垢阻垢剂，对碳 酸钙、硫酸钙有很强的阻垢能力，并能很好地稳定铁、锌、锰的氧化物，对硅钙 也十分有效。f m c 公司也开发了大分子有机膦酸膦酰基羧酸，它在冷却水系统 中即能阻垢又能缓蚀。b e t z 实验室于9 0 年代初开发了具有缓蚀阻垢双功能的聚 环氧琥珀酸和缓蚀效果良好的生物高分子聚天冬氨酸，它们毒性小，生物降解性 好，易为环境所接受。聚合物阻垢分散剂经历了从均聚物n - - - 元、三元直至多元 4 重庆大学硕士学位论文1 前言 共聚物的发展历程，如r o m mh a s s 生产的系列产品由聚丙烯酸或聚丙烯酸钠型 一丙烯酸类共聚物一磺酸、羧酸和非离子基团的三元共聚物- - , a m p s 的多元共聚 物。由于多种因素的影响，迄今，美国的冷却水处理还处在限制使用有毒重金属 和发展使用能被环境接受的非毒性处理方案的阶段，在实际使用中形成以铬、磷、 铝、锌、有机膦和聚合物复配所形成的多种处理方案并存的现状【1 6 l _ ”。 美国最大的4 家国际性全方位水处理公司是b e 乜d c a r b o m 、n a l c o 、c a l g o n 和d r e wh l d 岫啊a 1 ，这些能提供全方位服务的大公司，监测和分析技术实现遥测， 即水处理人员坐在办公室就可以遥控和监测工厂的水系统，而小水处理公司就没 有资金和能力提供这类服务。 日本5 0 年代后期、6 0 年代初才开始形成成套的现代概念的水处理技术，但 1 9 6 5 年就大致达到美国的水平。日本冷却水的耗用量约占工业水用量的7 0 ， 由于供水日趋紧张，一些地区的供需已失去平衡，因此，加快了以循环冷却水取 代直流冷却水系统的步伐，循环水的浓缩倍数也在不断提高。据报道【1 引，在开 式、直流式和密闭式的冷却系统中，敞开式循环冷却系统约占9 0 ；平均浓缩 倍数，已由原先的2 倍上升至3 4 倍，在缺水地区可达到6 倍。冷却水处理方案， 六十年代广泛的使用铬酸盐，由于环境法规的严格限制，大约到1 9 7 0 年，开始 以磷酸盐取代，九十年代初普及使用并以聚磷酸盐为主【1 p 2 4 1 ，但考虑到日本地 理环境的特点以及冷却水排污水中所含磷酸盐对湖泊、河流与近海水域中藻类繁 殖所造成的严重环境问题，因此，对水处理化学品的筛选倾向，是使用含低浓度 磷或不含磷的配方，之后取代磷酸盐的有机膦酸盐配方化学品渗入市场中瞄“。 典型的化学配方为有机膦酸盐、聚丙炳酸和锌盐；有机膦酸盐和聚合物是当前取 代聚磷酸盐最广泛采用的配方【2 ”。 西欧的水处理化学工业与美国有许多共同之处【2 钔，铬酸盐处理方案目前也 被锌盐、钼酸盐、磷酸盐以及全有机方案取代。所以如此，是西欧的水处理市场 主要受以美国n a l c o 、b e t z 化学公司为首的国际服务公司控制的缘故，西欧各国 只有少数的水处理公司，并没有全欧联合的水处理组织，因此，水处理方法自然 要受美国的影响 关于其它各国冷却水处理技术发展和现状的系统报道所见甚少，综上所述不 难看出，各国冷却水处理技术的发展并不均衡，存有较大的差异。其原因在于水 处理技术除受工业和科学技术进步的程度影响外，还受各国的自然条件( 诸如地 理位置、水资源与气候等) 工业布局、乃至历史等各种因素的约束。但从总体来 看，美国的冷却水处理，由于起步早，发展快，技术比较先进全面，具有一定的 代表性，他的发展与进步，在客观上反映了当代冷却水处理技术的概况。 5 重庆大学硕士学位论文 1 前言 1 3 2 国内研究现状 我国循环冷却水处理技术，是随着大型化肥装置的引进而发展起来的，它带 动了空调水、锅炉水及原水的处理。虽然起步较晚但峰持走自己的发展道路，吸 收国外的先进技术结合国情进行研究开发和应用【2 9 3 0 1 。因此，起点高，发展快。 到目前为止，我国水处理技术品种较为齐全，实际应用技术水平己与国外同类技 术水平相当。 1 9 7 3 年，随着大型化肥装置的引进，才真正开始了我国冷却水处理技术的 研究和应用。那时从美国、日本、法国分别引进了十三套化肥装置，并相应引入 了冷却水处理技术和药剂。天津化工研究院针对国内外状况，决定不采用铬酸盐 处理技术，紧紧抓住具有七十年代水平的聚磷酸盐膦酸盐聚合物杂环化合物的 水处理配方( 即磷系复合配方) 进行研究开发。于1 9 7 6 年首先成功地用于大型引 进化肥厂，填补了国内空白。达到了国外同类技术的先进水平。在磷系复合配方 研究和应用的基础上，天津化工研究院又独立自主地开发了磷系碱性冷却水处理 技术，不仅达到了原磷系复合配方的技术水平，而且安全稳定，便于操作。特别 适宜于中小型企业的冷却水处理，因此发展迅速广为推广。这是我国冷却水处理 技术的重要发展方向。与此同时，在8 0 年代，随着许多大型石油化工装置的引 进和与国外的广泛技术交流，在国内又组织了对国外著名水处理公司水处理技术 及药剂的消化吸收。我国水处理技术又取得了重要进展，并成功地替代进口产品 用于大型石化系统。除消化引进技术和药剂外，国内科研单位和大专院校还根据 各自条件，开展了硅系、钼系、钨系、亚硝酸盐系及其他全有机配方的研究开发， 一大批新的水处理剂相继开发成功，如t s 2 0 5 、t s 6 0 7 、多元醇磷酸酯、木质 素磺酸钠及多种丙烯酸的二元和三元共聚物、马来酸类共聚物、磺酸类共聚物、 含磷聚合物等，正如人们所说的，我国水处理剂经历了“7 0 年代打基础、8 0 年代 大发展、9 0 年代上水平”的发展历程。目前最为活跃的两个领城是有机膦酸缓蚀 阻垢剂和共聚物阻垢分散剂，对共聚物的开发，更体现了我们的创新精神，有许 多专利产品问世。9 0 年代以来我们还研制成功了卤代海因、异噻唑啉酮、新型 季铵盐和季鳞盐等非氧化型杀生剂【3 1 3 4 1 ，填补了国内空白。 目前，新型水处理化学品的研究开发正向高效、低毒、无公害方面发展【3 5 3 6 1 0 近年来开发了绿色缓蚀阻垢剂聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸。并对它们的缓蚀 阻垢性能及复配产品进行了一些研究。此外，衣康酸聚合物可能具有较强的阻垢 性能及分散稳定能力。因此，研制与开发衣康酸共聚物追在眉睫。此类水处理剂 尽管尚处于起步阶段，但它代表着未来水处理剂发展的方向【3 7 3 引。 成绩是应该肯定的。但我们不能不看到我国冷却水处理技术与国外的差距。 这主要是【4 p 4 2 】： 6 重庆大学硕士学位论文 1 前言 我国的水处理技术基础研究工作十分薄弱。在八十年代以来，主要是消 化吸收国外技术，独立自主地开发较少。对水处理技术中的基础研究不够。例如 不同药剂的缓蚀机理、阻垢分散机理、杀生机理、协同效应等很少开展研究。 ( d 我们的水处理技术研究不配套。虽然现行的水处理技术有数种，但其使 用条件、边界范围，与水质、材质和设备相应的变化规律未作深入研究，基本上 没有形成成套的大系列技术。我们的服务方式，仍然是原始的应诊式，耗人多、 效率低。并使计算机在水处理方面的应用也受到限制。 我们的监测控制水平低，虽有几种国产腐蚀仪、污垢监测仪，但性能不 理想，实际有效使用的很少，水处理药剂的在线分析技术难度大，投资大，效益 低至今未见到较成功的开发。 ( d 我国应用冷却水处理技术的单位，除个别企业浓缩倍数达3 5 倍外，其 余均在3 倍以下，多数在2 倍左右。因此说技术水平不能算高。我们应当开发针 对高浓缩倍数、高碱度、高硬度、高腐蚀性离子的水处理技术，尤其应重点开发 碱性水处理技术 1 4 中央空调水处理技术的发展趋势 从当前我国水处理技术的状况分析，在今后的一段时期以内，人们将在以下 几个方面进行研究： 1 4 1 开发低磷聚合物、无磷非氮可生物降解性绿色缓蚀阻垢剂。 随着环保意识的增强，环保部门已对磷的使用有了限制。因此开发非磷或低 磷的绿色水处理剂已成为国内外水处理剂发展的方向。将进一步研究聚天冬氨酸 和聚环氧琥珀酸的缓蚀阻垢性能及与其他药剂的复配方案【4 引。 1 4 2 开发复合缓蚀阻垢剂 单一药剂的缓蚀阻垢效果往往不够理想。为此，需要针对不同水质、不同工 艺条件、不同材质和不同要求，开发各种复合缓蚀阻垢剂m 。 1 4 3 开发更多种类的杀生剂 我国水处理杀生剂品种少。由于水系统中微生物种类的不同以及细菌的抗药 性问题，决定杀生剂品种必须多样化才能满足不同系统、不同时期需要。继续开 展共聚物的结构与阻垢性能的关系及阻垢机理的研究，合成带多种功能团的高效 且廉价的一剂多效的共聚物阻垢剂【4 5 删。 作为缓蚀阻垢剂，目前人们的理性认识只停留在对其所含基团的了解上，对 不同的分子结构及由此所产生的性能差异还没作到真正了解 4 档】。因此在新品 种开发上往往带有一定的盲目性和成功的偶然性。还将在有机膦酸化合物中寻找 新品种，且应立足于结构创新，以原料易得、价格便宜、性能优异为前提。 7 重庆大学硕士学位论文 1 前言 1 4 4 加强与水处理效果密切相关的各种配套技术研究 我国在与水处理效果密切相关的各种配套技术如配方筛选、分析监测、仪器 仪表、计算机应用等现代化手段方面比较薄弱，需要加强配套技术研究。 冷却水处理技术在国内既是一门新技术，又是不断发展的技术，随着研究工 作的深化以及新药剂、新水处理技术的开发，更先进的水处理技术必将出现。我 国的科技人员一定会在这些新技术开发中作出新的贡献。 1 5 本论文的主要研究内容 中央空调清洗和保养的探索试验研究，以确定研究采用的主体工艺体系和 主腰工艺条件； 复合水处理剂配方及含量的确定，各主要成份的单元试验、平行试验、综 合试验； ( d 复合水处理剂工艺参数的确立和优化，最佳工艺参数试验研究； ( d 复合水处理剂的性能测试和评价； ( d 复合水处理剂工艺的工程化应用研究，现场应用试验考核。 化学清洗时清洗剂、缓蚀剂、钝化剂、预膜剂等药剂配方及含量的确定， 各主要成份的单元试验、平行试验、综合试验； ( d 清洗药剂工艺参数的确立和优化，最佳清洗工艺试验研究； 清洗性能测试和评价； 清洗药剂及清洗工艺应用研究，现场应用试验考核。 8 重庆大学硕士学位论文 2 中央空调清洗技术研究 2 中央空调清洗技术研究 中央空调是一种精密度高、价格昂贵的设备，以前要保障这些空调健康长寿”， 需要复杂的技术和巨大的投入。危害空调寿命的“杀手”是沉积物、金属腐蚀和微生 物滋生。进行化学清洗是清除中央空调系统内水垢的唯一办法。但是中央空调系 统的清洗在技术上和操作上的要求很高，处理不当或缓蚀剂使用不当，会引起设 备严重腐蚀。本研究针对中央空调水系统化学清洗药剂及清洗工艺进行研究，主 要考核指标为外观、除垢率和腐蚀率。 2 1 试验内容及引用标准 2 1 1 试验 清洗药品配方的筛选和清洗工艺参数筛选试验。确定各种清洗条件，制定清 洗方案；通过静、动态试验，检验清洗效果和缓蚀剂的缓蚀效果；根据实际清洗 工艺进行模拟操作。 2 1 2 现场实施 对中央空调进行清洗，验证试验结果。 2 1 3 引用标准 g b 8 9 7 8 1 9 9 6污水综合排放标准 h g t 2 3 8 7 1 9 9 2 工业设备化学清洗质量标准 g b t 1 5 4 5 3 1 9 9 5锅炉用水和冷却水分析方法 g b 5 0 0 5 0 - - 1 9 9 5工业循环冷却水处理设计规范 2 2 试验 试验用某酒店空调水系统水样和垢样，水系统材料为铜材和碳钢。 2 2 1 垢量的确定 为了确定垢量，在水系统垢量较多的部位割管检查。一般将割下的管子截取 长1 0 0 m m 的一段，在车床上切削其外壁，使管样壁厚为o 5 m m 1 0 r a m 左右。称 管样重量( w 1 ) 及测量管样内表面积。将试样浸入加有0 2 o 5 缓蚀剂的5 6 盐酸溶液中，加热至6 0 c ，并用塑料棒搅动酸液，直至试样内表面的垢均已清洗 掉为止。一般在酸液中的浸泡时间为l h 2 h 。记录酸洗的时间，立即将管样取出， 用蒸馏水冲洗，再将管样放在无水乙醇中摇晃取出，放入干燥器内干燥l h 后称重， 记录此重量w 2 。若管样表面可能有镀铜时，可将称重后的管样放人1 2 n h 3 i - 1 2 0 和0 3 1 4 ) 2 s 2 0 s 溶液中洗铜，然后用蒸馏水冲洗，再浸入无水乙 9 重庆大学硕士学位论文 2 中央空调清洗技术研究 醇中，取出蒸发干燥后，称重w 3 。 计算试验管段内表面每平方米的垢量： 垢量( “) = 塑攀黯裳詈篆堕型 垢中铜量( g m 2 ) = 丝壁堡亘重萎辜等萎盖雾葺掣i ! 垦! ! 丝盟 试样管段切削后经酸洗会有微量的腐蚀，在做此试验时，应同时放人一块空 白试片，求出腐蚀量，然后减去空白试片的腐蚀量，校正管样的垢量。 2 2 2 试片的选择 应根据清洗回路中与清洗液接触的钢材情况，选择试片。测定缓蚀剂效率的 试片，其表面粗糙度r 咀o 4 l i r a 。对于动态试验的试片，应采用沿水管纵向切开的 1 0 m m x 2 0 m m 的试片。 2 2 3 清洗前试片的预处理 先用卡尺量取样片表面尺 寸，再用丙酮或无水乙醇洗去表 面油污，置于干燥器内2 h 后称重 待用。 2 2 4 清洗试验装置 静态试验 可在加盖的烧杯内进行。清 洗金属表面积与酸液体积之比为 2 2 ：l 左右。试片用耐酸碱的尼 龙绳悬挂于烧杯中，烧杯中预先 放人清洗液，并在水浴中维持所 需温度。 ( 参动态试验 试验装置图2 1 ，用聚氯乙烯 图2 1 动态酸洗试验装置 及聚丙烯材料制成。将不同材质 1 藩液箱；2 加氟器；3 辑子磊量计i4 准试样的有机a 竺兰竺苎翌! 苎篓竺蹙苎兰望入蓁藉爹需虢i 、潞蠢；9 嚣黼粼。震 不同管径的有机玻璃试验管中，蔷 用转子流量计控制酸液流量，用 电加热炉加热控制酸液温度，测定不同流速下的腐蚀速度，观察表面状态以及计 算清除垢的时间。 开式清洗：当清洗系统开始加入酸液到停止加酸的时间间隔为清洗时间。监 1 0 重庆大学硕士学位论文 2 中央空调清洗技术研究 视管段在加酸1 5 r a i n 后投入，当停止加酸后监视管段及时退出清洗系统，并取出 腐蚀指示片进行称量。 循环清洗：当清洗系统加入酸液直至进出口浓度趋于稳定后，即开始计算清 洗时间，直到排酸为止。监视管段在加酸3 0 m i n 后投入，排酸后监视管及时退出 清洗系统，并取出腐蚀指示片进行称量。 腐蚀速度( 采用失重法) 缓蚀效率可按下式计算 g q 2 s t ，= m o - - ( - 0 1 1 0 0 式中： 1 - j 离蚀速度，g ( 1 1 3 2 h ) ； 蜘试片在无缓蚀剂酸液中的腐蚀速度，g ( 1 1 1 2 h ) 巾缓蚀效率。； g 试片在酸洗前与酸洗后重量之差，g ； p 叫式片总表面积，m 2 ； t _ 清洗时间，h 。 2 2 5 清洗药品配方筛选 清洗剂的选择 从文献记载及目前实际清洗情况来看，中央空调冷凝器多以酸作为去垢剂。 酸分有机酸和无机酸两大类，前者有醋酸、柠檬酸、e d t a 等，后者可用盐酸、硝 酸、磷酸、氢氟酸、氨基磺酸等。有机酸对紫铜的腐蚀性小，但价格比较贵，对 水垢的溶解能力差，且操作温度高，清洗时间长。无机酸价格比较便宜，对水垢 溶解能力强，但对铜的腐蚀性比较大。几种酸对碳钢和铜的腐蚀情况见表1 。 表2 1 不同酸对普通碳钢和铜的腐蚀情况 名称浓度 温度碳钢腐蚀速度铜腐蚀速度 硫酸3 5 0 6 0 1 1 3 9 m 2 h o 1 2g m 2 h 盐酸4 5 0 1 6 8 9 m 2 h 0 0 8g m 2 h 氢氟酸1 5 2 5 0 0 8 6g m 2 h0 2 0e , m 2 h 氨基磺酸5 6 5 0 2 0 4g m 2 h0 0 3g m 2 h 由表2 1 数据可看出，酸液的温度相同或接近，浓度较低时，盐酸对铜的腐蚀 性较