中央空調水循環體統

專業管道

綜合材料成本分析

常熟市沙家浜管業有限公司

一、循環水系統概況

    中央空調循環水系統一般分為三部分，即循環水系統、冷凍水系統、采暖水系統。循環冷卻水多為開式，冷凍水與采暖水為封閉式；目前，高層建筑或封閉式廠方的冷凍水與采暖水多為同一系統，在夏季走冷凍水，在冬季走采暖水。這三套循環水系統各有特點，但存在同一問題：結垢、腐蝕和生物粘泥，如不進行適當的處理，勢必會引起管道堵塞，腐蝕泄漏、傳熱效率大為降低等一系列問題，影響整個空調系統的正常工作。

    綜合對中央空調用水情況廣泛的調查，綜合起來看：現中央空調水系統的用水分為三類，即未經過任何處理的自來水、軟化水和去離子水。水中對設備主要產生影響的因素分別為堿度、PH值、Cl-、氧含量等。自來水因地區不同而水質變化較大，在水的循環過程中，硬度和堿度是造成結垢的主要因素，而Cl-、低PH值、溶解氧是造成腐蝕的罪魁禍首。在自來水中這兩種危害同時存在，只是由于水質差異，危害的主副性有所區別；相對腐蝕而言，結垢性離子Ca²⁺、Mg²⁺、堿度為保護性離子，軟化水正是由于去除了這些離子，增加了Na+、Cl-等腐蝕性離子，從而加重了設備的腐蝕，所以說軟化水雖然避免了結垢問題，卻加重了腐蝕，這種現象會隨著時間推移而顯露出來。如大港開發區某空調系統一年就出現腐蝕穿孔現象，可見軟化水腐蝕性的強弱。去離子水相對地說即去除了結垢因素，也去除了腐蝕因素，但實際上并非如此，同樣，去離子水中雖然不存在結垢性離子和腐蝕性離子，但卻并未除去水中的溶解氧，初始時，腐蝕速度較慢，有一個逐漸加速過程，*終會導致同前兩種水一樣的紅水現象。、

1、循環冷卻水

中央空調循環冷卻水基本使用自來水。其**充水及運行期間的補充水亦為城市自來水或深井水。冷卻水溫度一般為38－32℃，或低于該溫度。冷卻水受影響比較大，如塵埃（空氣中的懸浮物）、**、空氣中的氧氣、二氧化硫、氮氧化合物、酸雨等。這些物質一旦進入冷卻水系統，則將嚴重污染冷卻水，加上由于冷卻水不斷蒸發，水中的Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-及溶解固形物、懸浮物的濃度不斷增加，造成對冷卻水系統的腐蝕、結垢、**藻類繁殖，嚴重時會產生粘泥并堵塞管道或設備，造成機組功能下降、使用壽命降低、能耗增加。使得業主長期處于設備、管線維修的局面。

2、冷凍水

　  冷凍水是只通過制冷機使其溫度下降后再流向冷卻工藝的循環水，主要用于中央空調和工廠中需低溫冷卻的系統。就冷卻系統的構成而言，冷凍水分為密閉式和非密閉式，非密閉式又分為部分敞開式和噴淋式兩種類型。中央空調冷凍水系統多為密閉式；工廠中冷凍水系統多為敞開式。

冷凍水系統因其水量基本保持不變，水中鈣、鎂離子不因循環而增加，所以結垢趨勢并不嚴重。系統主要存在的問題為溶解氧腐蝕，碳鋼在水中由于形成微電池而引起腐蝕。腐蝕反應的過程可表示為：

陽極反應 FeFe²⁺＋2e；     陰極反應 1/2O2＋H2O＋2e20H-

在水中Fe²⁺＋20H-Fe(OH)2

　  氫氧化亞鐵極易氧化成紅棕色的鐵銹，這是冷凍水出現紅水的主要原因。在敞開式和噴淋式系統中，由于系統部分暴露于空氣中或與空氣直接接觸，系統中溶解氧的含量比較充足；在密閉式冷凍水系統中，溶解氧會因腐蝕的發生而迅速消耗，變的不充分。但這些系統仍會有少量的溶解氧存在，主要是通過閥門、管接頭、泵的壓墊漏進來的。此外，冷凍水系統雖然補充水很少，但溶解氧也會隨著補充水的加入而帶入系統中。所以溶解氧是造成冷凍水系統腐蝕的主要原因。

伴隨著氧化鐵的腐蝕機理，另一種腐蝕循環反應也同時發生。

1/2Fe³⁺＋Fe23Fe²⁺；  Fe²⁺＋1/2O2Fe³⁺

　　這是去離子水或軟化水腐蝕的主要原因，一旦形成腐蝕反應，還有一個加速過程而這種腐蝕在氧的存在下是一個往復連鎖反應。這是因為鈣、鎂、堿度對腐蝕而言為保護性離子，而軟化水與去離子水正是去除了這些離子，所以在某些用戶出現設備一年就穿孔腐蝕現象

3、　采暖水

采暖水是指通過鍋爐加熱或蒸汽熱交換器而使水加熱然后進行循環使用的熱水系統。在空調系統中，采暖水與冷凍水系統常使用同一管程，只是使用時間不同，夏季為冷凍水，冬季為采暖水，同樣，二者都屬于密閉系統，其腐蝕機理基本相似。

二、中央空調循環水發展及存在局限

應對三套循環水系統存在的同一問題：結垢、腐蝕和生物粘泥；循環水系統引進了電子水處理儀、磁水器等物理方法及化學藥劑等化學方法來進行水處理，從改變水質途徑來減輕循環水對管道的腐蝕以及結垢與生物粘泥等。

1、 物理方法

電子水處理儀、磁水器等是通過形成高頻電磁場產生防垢、除垢、緩蝕、**、滅藻、防銹功能，但只在某種水質的情況下有阻垢效果，而沒有防止腐蝕的作用，因而會使系統發生嚴重的腐蝕。某商廈安裝螺桿冷水機組，運行幾年后發現設備、管道嚴重腐蝕，原物理水處理設備根本不起作用。后將原有的“電子水處理儀”及所有腐蝕管道全部拆除，拆除過程中發現管道內壁有大量銹瘤及氧化鐵。

2、 化學方法

化學方法是利用在循環水中加入化學藥劑即緩蝕劑，利用化學反應減少循環水中可產生結垢，腐蝕等的離子，緩蝕劑的工作原理是將金屬與腐蝕環境被隔絕開來，腐蝕也就停止，從而有效地防止金屬氧化和電化學腐蝕。

而在實際使用中：

⑴、被膜緩蝕劑的溶解有溫度要求，水溫過低，**不能溶解，不能取得良好的效果，基至有害，由于被膜緩蝕劑一般都屬于陽極型緩蝕劑，加藥量不足使陽極的表面不能成膜，電流反而集中通過未成膜的表面，而使這個部位的腐蝕加劇。水溫過高，緩蝕率下降；

⑵、被膜劑要連續使用，否則已形成的被膜可能脫落，循環水系統停止運行后，若將系統中水放空，需要另外采用停機防腐措施，被膜劑主要防止電化學腐蝕，停機放水后，膜會自行脫落，不起任何防腐作用。

⑶、被膜緩蝕劑可以阻垢，但并不能將水中的污垢除去，若不沖洗就會影響藥劑的溶解而降低效果，而表面上還可以形成黏性物質，若帶入系統容易造成堵塞。

⑷、藥劑損失：系統本身密閉性不強，在某些接口及泵處有泄漏現象，會造成藥量流失以及系統本身吸附的藥劑與噴淋裝置冷凍水系統中吸濕作用溢流而造成的損失，這些損失會增加補藥的頻率及影響藥劑的使用效果。

⑸、破壞環境，由于循環水在不斷使用過程中在不斷的添加化學藥劑，循環水在排放時會含有大量的化學藥劑及產生化學反應新生成的對環境造成污染的物質。

三、涂塑管應用于循環水系統

在改變循環水質及利用藥劑對管材進行防護仍不理想時，我們就開始考慮管材本身的材質，若管材本身不懼怕腐蝕、防結垢、防藻，空調循環水現存的問題基本上就可以解決，從而鋼塑復合管應用于空調循環水系統就被納入暖通設計規范并作為一種理想材料推薦使用。

鋼塑復合管分為襯塑管與涂塑管；襯塑管是以鋼管為基體，利用普通樹脂擠出內襯管，再進行涂膠串管，加溫利用塑管的熱脹性與鋼管結合；涂塑管是以鋼管為基體，經粉末熔融真空吸涂或噴涂等工藝在內壁（外壁亦可）涂敷高分子材料而成。因此鋼塑復合管具有鋼管的特性又兼具塑料的特點；

1、清潔無毒不銹蝕、不積垢、不滋生微生物；

2、耐腐蝕、無滲出物、不污染介質；3

3、強度高、耐熱、耐壓性好、不老化、脆化；

4、內壁光滑、不縮小流通通徑（涂塑管）、提高輸送效率；

5、涂層附著力強、抗沖擊性能好；

6、安裝簡便可靠，與普通鍍鋅管類似；

7、耐候性好，適應苛刻的自然環境；

8、使用壽命長，是鍍鋅管的三倍以上；

使得管材在防腐、防結垢、使用年限等要求上均能達到設計要求。但由于襯塑管加工工藝的限制，使其在暖通循環水上的應用比較局限，而涂塑管由于其比襯塑管良好的使用性能及加工工藝等，在空調循環水上使用前景極其看好。

涂塑管的涂層材質有PE（聚乙烯）、PERT（耐熱聚乙烯）兩種，PE適應60度以下的循環水，PERT適應95度以下的循環水，根據設計溫度及使用環境，我們推薦不同的材質。

四、循環水管道采用涂塑管與無縫管的優勢及投資比較

1、材料成本

⑴、無縫鋼管：選擇無縫鋼管主要是考慮提高耐腐蝕能力來延長其壽命，需要增加腐蝕厚度，因此相應口徑的管材其管壁較厚；口徑越大，壁厚相差也越大；

⑵、涂塑復合管：由于暖通循環水中使用的鋼管壓力等級通常在1.0MPa，因此我們在滿足其壓力等級的前提下可選用管壁相對較薄的管材；如黑鐵管（螺旋焊接管）外涂防銹漆；，

因此可將降低的鋼管原材料成本來做防腐層即內涂塑層，同時由于壁厚減薄，重量減輕，更便于安裝，降低施工成本。

2、使用壽命（二次投入材料成本）

備注：⑴  無縫管采用焊接連接，易腐蝕，由于循環水質本身含有雜質，局部極易產生銹瘤，管道通徑變小，同時會產生垢下腐蝕，從而造成點腐蝕，只要有一點滲漏就將使得整個系統無法工作，而采用焊接方式連接，檢修及更換非常復雜。

⑵ 循環水處理要求極高，處理不當會降低其使用壽命（循環水處理器由加藥器和除垢器組成，通常使用緩蝕劑，通過形成被膜將金屬與介質隔絕而有效防止腐蝕，但是被膜緩蝕劑溶解對溫度要求很高，水溫過低，藥劑不能充分溶解，陽極表面不能成膜，不能形成保護膜；水溫過高，緩蝕劑過于活潑，反而加劇管道腐蝕，不能對管道進行有效防護）。

⑶基于以上兩點無縫管與鍍鋅管的使用年限均少于理論壽命

因此使用涂塑管可延長管線和設備的使用壽命。

如果在主要管線和設備上發生泄露，或在敷設管道上發生泄露，需更換維修，不但要花費較大更換管道的費用，而且還附加重新裝潢費用，同時，在實施時也存在許多困難。空調循環水管道使用涂塑管的必要性就在于使管線和設備達到設計的使用壽命。

3、后期維護

空調水循環系統由于其本身存在的問題：較嚴重的腐蝕、結垢等（受環境影響使冷卻水中含有大量的塵埃、**、空氣中的氧氣、二氧化硫、氮氧化合物、酸雨等污染，以及冷卻水不斷蒸發，水中原有的Ca⁺、Mg²⁺、Cl^- 、SO₄^2-及溶解固形物、懸浮物濃度不斷增加造成對冷卻水系統的腐蝕、結垢和**藻類的繁殖，以致產生粘泥并堵塞管道或設備），在使用過程中需大力維護，如采用化學藥劑法；

采用化學藥劑法維護每年的費用為：

空調制冷量為2800冷噸，建筑面積為12萬平米左右，其維護費用：

⑴、一般藥劑，費用15萬/年左右；

⑵、環保型藥劑，費用為30－40萬/年；

由于涂塑鋼管較之使用普通鋼管的優勢使其使用于中央空調水循環系統具有：

⑴   防腐、防結垢、**等特點，無需對循環水管道進行清洗；

⑵   在酸洗和工作狀態時無需再為鋼管做防腐保護；

⑶   機組進行檢修時放空循環水，無需再做停機防腐措施;

⑷   對循環水溫無過高要求（化學藥劑法緩蝕劑對水溫要求較高）;

⑸   節能、環保

a、磨阻系數降低，水流速度增大，水頭損失減少，降低能耗；                    

b、使用普通鋼管易結垢和腐蝕，由此產生的銹垢堆積物導致傳熱率下降，會增加能耗，增加運作成本；同時會增加機組運作負荷，降低機組使用壽命。

c、無需清洗，循環水在保養時可直接排放，不會對環境產生污染。

降低每年的維護費用，*多只占現在所花費用的20％。

以空調機組使用年限為20年比較：

一般藥劑

環保藥劑

4、綜合比較材料成本、使用年限（更換管道及重新裝潢）、后期維護等方面：

該表以空調機組使用壽命為20年計算：

備注：1、材料成本：每批無縫管假設為X，復合管為Y。

2、使用年限一到需更換管道，連帶破壞裝璜，需重新裝璜；假設一次裝潢的費用為Z。

綜上所述，涂塑復合鋼管是經濟、環保并能有效解決目前暖通循環水管道諸多問題的行之有效的管材。

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