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            地下水源熱泵機組換熱器銅管腐蝕原因分析

            時間:2019-03-28

            隨著社會的高速發展人們生活品質要求的日益提高,中央空調也日益普及,建筑耗能量迅猛增加,地下水源熱泵作為建筑物供暖及供冷新技術,具有環保、節約能源、能效比高、運行費用低等特點得到推崇,市場不斷擴大,但在使用過程中出現的換熱器銅管內漏問題會給用戶造成嚴重損失,本文分析銅管損壞產生原因現象及應對方法。


            地下水源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源(也稱地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節能產品。通過輸入少量的高品位能源(如電能),實現低溫位熱能向高溫位轉移。衡量地下水源熱泵產品性能的指標為能效比:EER和性能系數:COP。由于地下水源熱泵的熱源溫度全年較為穩定,一般為10~25℃,其制冷、制熱系數可達4~5,部分廠家能夠達到5以上,其運行費用為普通中央空調的50~60%??蔀檗k公樓、酒店、學校、超市、別墅等各類建筑提供冷暖兩用空調系統,并可提供生活熱水。近十幾年來中國的地下水源熱泵市場也日趨活躍,市場前景非常廣闊。


            根據熱源的不同,地下水源熱泵分為:地源熱泵、地下水源熱泵、地表水源熱泵以及根據水源熱泵熱量轉移原理拓展應用的污水源熱泵、工業余熱熱泵等產品。影響地下水源熱泵經濟性的因素很多,如國家能源政策、環保政策、電煤燃料價格、使用環境和氣候條件等。地下水源熱泵使用壽命一般在20年以上,但不同地域、不同廠家、不同熱源方式跟機組的使用壽命有直接關系。由于各廠家在產品設計、換熱器選型、壓縮機選型、系統配置方面各有不同,產品質量狀況也良莠不齊,最嚴重的情況為換熱器內漏,如果換熱器內漏對整個機組系統影響是致命的。為保證換熱器的安全,對換熱器損壞原因進行一下總結分析。


            由于種種原因,用戶使用過程中一般不去關注換熱器內漏預防,等到換熱器出現問題之后才恍然發現嚴重性。根據近幾年對換熱器內漏的調查,原因總結以下幾類:電化學腐蝕;沖擊腐蝕;機械損傷;銅材料不純造成腐蝕、微生物菌藻類腐蝕及其他綜合情況腐蝕。


            電化學腐蝕:


            情況1:銅管中的鋅離子比銅離子活潑而成為陽極,銅成為陰極,于是會產生電化學作用,造成脫鋅腐蝕,現象如圖一,銅管表面不再光滑,出現規則的粗糙情況;


            情況2:水中含有H2S氣體、較低的pH值及高濃度氯離子等成分,導致銅管發生銹蝕,酸度高的水易造成銅管腐蝕。低于標準水質(PH值6.5)時易腐蝕?,F象如圖二所示,銅管體出現銅綠;


            情況3:研究某換熱器損壞情況,拆解發現換熱器內壁殼體有嚴重銹蝕,銅管壁附有污垢,清洗污泥后發現折流板與銅管接觸的位置出現腐蝕痕跡并且有一定的規律性,對水質進行化驗后發現冷卻水電導率較高、呈酸性,原因是在折流板和銅管的間隙存在電化學腐蝕,腐蝕痕跡如圖三~圖五所示。


            沖擊腐蝕:


            由于水中含有雜質或細沙量超出標準,管口渦流使管子進口端或蒸發器折流板水流發生變化處產生剝蝕性損壞。在銅管表面出現與水流方向相同的水紋狀侵蝕痕跡,有一定的方向性并且在水流方向發生變化的位置痕跡愈發明顯。在流速快的部位上,由于水和銅管內壁的摩擦力使氧化保護膜不能形成而造成物理損失,由于銅材料耐磨損性能偏低,水流大于1.5m/s時沖蝕現象嚴重。該類型腐蝕跟水流速、水中溶解氣體等因素有關。建議在水泵選型時應匹配適當的水流量,避免過大流量對換熱器銅管造成沖擊腐蝕。


            機械損傷:


            情況1:在換熱器脹接過程出現機械脹,接部位的過脹致使銅管管壁減薄、機械性能降低,在短期運行或運輸過程中震動導致脹接處泄漏;


            情況2:機組運行過程中由于系統內焊渣、泥沙、破損的過濾網、雜質等將換熱銅管損傷;套管換熱器內由于水流擾動導致的銅管之間或者是銅管與套管管壁之間的震動摩擦導致損傷。銅材料不純造成腐蝕:純銅的標準含量范圍在99.95%-99.7%之間??照{與制冷行業一般使用磷脫氧銅管,耐腐蝕性能優于一般的純銅。資料反映,純度越高,耐腐蝕性能越好,雜質會導致銅管的腐蝕。如使用回用物料加工銅管,即使可以達到純銅的標準含量范圍,但是其中的有害成分間接導致腐蝕的發生。


            微生物菌藻類腐蝕:冷卻塔的水溫一般在分泌出大量粘液,將水中不溶性的雜質粘結在一起,附著在銅管表面引起垢下腐蝕。細菌對換熱器的損害是由于二氧化硫溶于水后被硫氧化細菌氧化成硫酸,垢下局部高濃度的酸性物質對銅管表面的氧化銅膜造成破壞,生成硫酸銅,造成銅管的潰蝕。在這種情況下冷卻水中銅離子出現嚴重超標,通過化驗水質可以判斷出腐蝕原因。特別是水環式中央空調機組使用中應注意水質的檢測,以防止此類腐蝕的發生。


            防治對策:


            1.規范生產:用合格的原料生產銅管;采取銅管內壁鈍化技術,延長使用壽命,必要時使用鎳銅管或鈦管。遵守生產工藝管理規定,避免質量缺陷;


            2.對水質和流量進行分析:必須考慮水質情況,建議對水質含沙量、PH值、SO42-、Fe2+、H2S、Cl-、礦化度、CaO電導率等項目進行檢測,必要時使用阻垢緩蝕劑、銅緩蝕劑、殺菌劑。對PH值進行調節控制、定期清洗等水質管理措施;水泵合理選型避免出現不必要的大流量。


            3.規范設計:特別是污水源熱泵、熱泵熱水器和海水源熱泵的設計選型中,應對使用環境條件進行有針對性分析,選用適當的系統方案或機組采用特殊換熱管材避免降低機組的壽命。


            實踐證明,為發揮地下水源熱泵機組最大的效率,確保機組的正常運行,地下水源熱泵的設計、生產、使用環節必須綜合考慮銅管的材質、水環境條件、經濟成本等,針對使用情況對地下水源熱泵中央空調系統采取銅管防腐蝕措施是十分必要的。


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