空調用水系統水質指標

空調系統用水水質的優劣，直接影響到空調裝置的製冷或供熱能力，若水質不符合要求，就會使空調設備受到腐蝕或結垢，降低換熱係數和製冷(熱)效率，造成運轉費用高，浪費能量。因此必須對空調用水進行處理，使之符合空調用水要求，才能達到提高效率和節能的目的。

基本介紹

• 中文名：空調用水系統水質指標 
• 外文名：Water quality index of air conditioning water system
• 指標作用：表示水中所含雜質的品類和數量
• 水處理目的：提高效率和節能
• 性質：科學

簡介

空調系統用水水質的優劣，直接影響到空調裝置的製冷或供熱能力，若水質不符合要求，就會使空調設備受到腐蝕或結垢，降低換熱係數和製冷(熱)效率，造成運轉費用高，浪費能量。因此必須對空調用水進行處理，使之符合空調用水要求，才能達到提高效率和節能的目的。

對於水質的要求，可以歸納為如下主要幾點：

(1)為了保證使鍋爐、熱變換器等設備和管道內壁不致結垢，影響安全和運行，必須基本上除去水中的硬度。對於不同型式的鍋爐，可以有不等的允許殘餘硬度，例如，對於筒式鍋爐，允許殘餘總硬度0.12毫克當量/升，強制循環鍋爐為0.07毫克當量/升。

(2)熱水系統中設備和部件的製作材料絕大部分是鋼、不鏽鋼和鐵，但也有少數設備，例如空氣加熱器、熱水和熱器等熱交換器，往往部分地採用黃銅和青銅之類的非鐵金屬。對於鋼、不鏽鋼和鐵來說，高pH值能防止腐蝕。但是，黃銅和青銅等非鐵金屬在高pH值的水中，則會因產生所謂除鋅作用而引起一種特殊形式的腐蝕。

為了使鋼鐵材料不受腐蝕，水的pH值應保持10.0～10.5。但對於黃銅和青銅之類的非鐵金屬(不包括鋁)時，則pH值最好能提高到10.0～10.5甚至10.5～11.5。

(3)必須從水中除去所有氣體，特別是氧氣以及二氧化碳。這些氣體在冷水進行化學處理過程的前後，往往都或多或少地存在於水中。

如果滿足了上述三點要求，則系統的防止腐蝕和結垢問題將可基本上得到解決。

水中的雜質及其危害性

天然水中的雜質是多種多樣的，這些雜質按其顆粒大小的不同可分成三類：顆粒最大的稱為懸浮物；其次是膠體；最小是離子和分子，即溶解物質。

懸浮物是指水流動時呈懸浮狀態存在，但不溶於水的顆粒物質，其顆粒直徑在10mm以上，通過濾紙可以被分離出來。主要是沙子、粘土以及動植物的腐敗物質。

膠體是顆粒直徑在10^-6～10^-4之間的微粒，是許多分子和離子的集合體，通過濾紙不能分離出來。它們在水中不能相互粘合，而是穩定在微小的膠體顆粒狀態下，不能依靠重力自行下沉。天然水中的有機膠體多半是由動植物腐爛和分解後生成的腐殖質，同時還帶有一部分礦物膠質體，主要是鐵、鋁和矽的化合物。

天然水中的溶解物質(主要是鈣、鎂、鉀、鈉等鹽類)和一些溶解氣體，大都是以離子狀態存在，其顆粒小於10mm。離子是由於水溶解了某些礦物質而帶入的。例如鈣離子Ca主要來自地層中石灰石(CaC0₃)和石膏(CaS0₄·2H₂0)的水溶解，鎂離子Mg是由白雲石(MgC0₃· CaC0₃)受含C0₂的水溶解而成的。天然水中的溶解氣體主要有氧O₂和二氧化碳C0₂，氧的來源是由於水中溶解了大氣中的氧。至於C0₂，主要是水中或泥土中有機物的分解和氧化的產物。

通常，天然水中的懸浮物和膠體雜質在水廠里通過混凝和過濾處理後，大部分被清除。但如果就將這外觀上看來澄清的水作為鍋爐給水，水中的一部分溶解鹽類(主要是鈣、鎂鹽類)就會析出或濃縮沉澱出來。沉澱物的一部分成為鍋水中的懸游雜質-水渣；而另一部分則附著受熱面的內壁上，形成水垢。

水垢導熱性能很差(約為鋼的1/30～1/50)，它的存在使受熱面的傳熱情況顯著變壞，從而使鍋爐的排煙溫度升高，降低了鍋爐的出力和效率。根據試驗，在汽鍋內壁附著1mm厚的水垢，就要多消耗煤2%～3%左右。與此同時，受熱面的壁溫大為增高，引起金屬的過熱而使其機械強度降低，導致管壁起皰或出現裂縫。

鍋爐水管中結垢後，會減少管內流通截面，增加水循環的流動阻力，嚴重時還會堵塞水管，破壞循環迴路的正常工作，結果使管子燒壞。

消除水垢不僅需要耗費較大的人力、物力；而且還會使受熱面受到損傷，降低鍋爐壽命。汽鍋中的水，隨著不斷蒸發，其所含的懸浮物、油脂及鹽分等濃度也會有所增加。當其濃度達到某一限度時，鍋水的蒸發麵上便會產生大量泡沫和形成汽水共騰現象。此時，鍋水及其所含的鹽分隨蒸汽大量溢出，嚴重影響蒸汽品質；同時還會造成過熱器及蒸汽管道中的積鹽及結垢現象。過熱器結垢後使管壁溫度增高很多，以致燒損。

水中溶有的氧和二氧化碳會對鍋爐的受熱面產生化學腐蝕。鍋爐的給水和鍋水又都是電解質(酸、鹼、鹽的水溶液)，金屬在電解質中會產生電化學腐蝕作用。這兩種腐蝕均為局部腐蝕，即在金屬表面產生潰傷性或點狀腐蝕，俗稱起麻點。腐蝕到一定階段，常形成穿孔，造成鍋爐事故。

由此可見，供熱鍋爐水處理的主要任務是：降低水中鈣、鎂等鹽類的含量(俗稱軟化)，防止鍋內結垢現象，減少水中的溶解氣體(俗稱除氧)，以減輕對受熱面的腐蝕。

對大部分供熱鍋爐，給水經預先處理後進入鍋爐，稱為鍋外水處理；對一些小容量的供熱鍋爐，水處理在汽鍋內部進行，則稱為鍋內水處理。

水質指標

為了表示水中所含雜質的品類和數量，這裡提出幾個常用的水質指標。

(1)懸浮固形物：即水通過濾紙後被分離出來的固形物，經乾燥至恆重。它的含量是以1升水中所含固形物的mg數來表示，即(mg/l)。

(2)溶解固形物：將已被分離出懸浮固形物後的水，經蒸發、乾燥後所得的殘渣；單位為mg/l。溶解固形物包括了水中所含有機物，故與水的含鹽量稍有出入。

(3)硬度(H)：硬度是指溶解於水中能形成水垢的物質—鈣、鎂鹽類的總含量。因此，把水中鈣(Ca)、鎂(Mg)離子的總含量稱為總硬度(H)，其單位以mge/l表示。

溶解於水中的重碳酸鈣Ca(HC0₃)₂、重碳酸鎂Mg(HC0₃)₂和鈣、鎂的碳酸鹽稱為碳酸鹽硬度(H_T)。但一般天然水中鈣、鎂的碳酸鹽硬度的含量很少，所以可將碳酸鹽硬度看作是鈣、鎂的重碳酸鹽。

重碳酸鈣、鎂在水加熱至沸騰後能轉變為沉澱物析出，所以又稱為暫時硬度。由於水中尚溶解少量的CaC0₃，故暫時硬度近似於碳酸鹽硬度，或粗略地認為兩者是相等的。

水的總硬度和碳酸鹽硬度之差就是非碳酸鹽硬度(H_FT)，如氯化鈣CaCl₂、氯化鎂MgCl₂，硫酸鈣CaS0₄和硫酸鎂MgS0₄等，這些鹽類在加熱至沸騰時不會立即沉澱，只有在水不斷蒸發後使水中所含的濃度超過飽和極限時才會沉澱析出，所以又叫永久硬度，它近似於非碳酸鹽硬度。因此，總硬度=暫硬+永硬=碳酸鹽硬度+非碳酸鹽硬度。

(4)鹼度(A)：是指水中含有能接受氫離子的物質的量。例如氫氧根(OH^-)、碳酸鹽(CO₃^2-)、重碳酸鹽(HC0₃^-)、磷酸鹽(PO₄^3-)以及其它一些弱酸鹽類(諸如矽酸鹽、亞硫酸鹽、腐殖酸鹽)和氨等，都是水中常見的鹼性物質，它們都能與酸進行反應。在天然水中，鹼度主要由HC0₃^-和CO₃^2-的鹽類組成。鹼度的單位用mge/l表示。

水中所含的各種硬度和鹼度，它們之間有內在的聯繫和制約。例如水中不可能同時存在氫氧根鹼度和重碳酸鹽鹼度，因為二者會起反應。水中暫時硬度都是鈣、鎂與CO₃^2-及HC0₃^-根形成的鹽類，也都是屬於水中的鹼度。另外，當水中含有鈉鹽鹼度時，應不會存在非碳酸鹽硬度(永硬)，因為二者會起反應。

因此，水中鹼度和硬度的內在關係可歸結為三種情況，見表1。

表1硬度與鹼度的相互關係

分析結果; 硬度	HT	HFT	“負硬度”
H>A; H=A; H<A	A; A; H	H-A; 0; 0	0; 0; H-A

(5)相對鹼度：它指鍋水中游離的NaOH和溶解固形物含量之比值。所謂游離NaOH是指水中氫氧根鹼度折算成NaOH的含量。相對鹼度是為防止鍋爐苛性脆化而規定的一項技術指標。我國規定的相對鹼度值必須小於0.2，這是一經驗數值，尚無嚴格的理論根據。

(6)pH值：它是表示水的酸鹼性指標。當pH=7，水呈中性；pH<7時，水呈酸性；pH>7時，水則呈鹼性。

天然水的pH值一般在6～8.5範圍內。呈酸性的水會對金屬有腐蝕性，因此鍋爐給水都要求pH>7；而鍋水的pH值通常控制在10.12。

(7)溶解氧(O₂)：氣體能溶解於水中，諸如氧、氮和二氧化碳等氣體；水溫愈高，則氣體溶解度愈小。其中溶解氧會腐蝕金屬，所以對壓力較高、容量較大的鍋爐，給水必須除去溶解氧。含氧量的單位是mg/l。

(8)磷酸根(PO₄^3-)：為消除鍋爐給水帶入汽鍋的殘留硬度，或為了防止汽鍋內壁腐蝕，可向鍋內加入一定量的磷酸鹽，從而磷酸根PO₄^3-也作為鍋水的一項控制指標。

(9)亞硫酸根(SO₃^2-)：給水中的溶解氧可用化學方法去除，常用的化學藥劑為亞硫酸鈉。給水中亞硫酸鈉相對於氧的過剩量越多，則反應速度越快越完全，在此情況下鍋水中亞硫酸根(SO₃^2-)的含量也是一項控制指標。

(10)含油量：天然水一般不含油，可是蒸汽的凝結水或給水在使用過程中有可能混入油類。鍋水含油及鹼類等物質，在水位表面易形成泡沫層，使蒸汽帶水量增加，影響蒸汽品質，因此也規定了鍋爐給水的含油量。