地下水源热泵机组换热器铜管腐蚀原因分析
发布时间：2015-10-17 浏览次数:0
随着社会的高速发展人们生活品质要求的日益提高，中央空调也日益普及，建筑耗能量迅猛增加，地下水源热泵作为建筑物供暖及供冷新技术，具有环保、节约能源、能效比高、运行费用低等特点得到推崇，市场不断扩大，但在使用过程中出现的换热器铜管内漏问题会给用户造成严重损失，本文分析铜管损坏产生原因现象及应对方法。
地下水源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能产品。通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。衡量地下水源热泵产品性能的指标为能效比：EER和性能系数:COP。由于地下水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达4～5，部分厂家能够达到5以上，其运行费用为普通中央空调的50～60％。可为办公楼、酒店、学校、超市、别墅等各类建筑提供冷暖两用空调系统，并可提供生活热水。近十几年来中国的地下水源热泵市场也日趋活跃，市场前景非常广阔。
根据热源的不同,地下水源热泵分为：地源热泵、地下水源热泵、地表水源热泵以及根据水源热泵热量转移原理拓展应用的污水源热泵、工业余热热泵等产品。影响地下水源热泵经济性的因素很多，如国家能源政策、环保政策、电煤燃料价格、使用环境和气候条件等。地下水源热泵使用寿命一般在20年以上，但不同地域、不同厂家、不同热源方式跟机组的使用寿命有直接关系。由于各厂家在产品设计、换热器选型、压缩机选型、系统配置方面各有不同，产品质量状况也良莠不齐，最严重的情况为换热器内漏，如果换热器内漏对整个机组系统影响是致命的。为保证换热器的安全，对换热器损坏原因进行一下总结分析。
由于种种原因，用户使用过程中一般不去关注换热器内漏预防，等到换热器出现问题之后才恍然发现严重性。根据近几年对换热器内漏的调查，原因总结以下几类：电化学腐蚀；冲击腐蚀；机械损伤；铜材料不纯造成腐蚀、微生物菌藻类腐蚀及其他综合情况腐蚀。
电化学腐蚀：
情况1：铜管中的锌离子比铜离子活泼而成为阳极，铜成为阴极，于是会产生电化学作用，造成脱锌腐蚀，现象如图一，铜管表面不再光滑，出现规则的粗糙情况；
情况2：水中含有H2S气体、较低的pH值及高浓度氯离子等成分，导致铜管发生锈蚀，酸度高的水易造成铜管腐蚀。低于标准水质（PH值6.5）时易腐蚀。现象如图二所示，铜管体出现铜绿；
情况3：研究某换热器损坏情况，拆解发现换热器内壁壳体有严重锈蚀，铜管壁附有污垢，清洗污泥后发现折流板与铜管接触的位置出现腐蚀痕迹并且有一定的规律性，对水质进行化验后发现冷却水电导率较高、呈酸性，原因是在折流板和铜管的间隙存在电化学腐蚀，腐蚀痕迹如图三~图五所示。
冲击腐蚀：
由于水中含有杂质或细沙量超出标准，管口涡流使管子进口端或蒸发器折流板水流发生变化处产生剥蚀性损坏。在铜管表面出现与水流方向相同的水纹状侵蚀痕迹，有一定的方向性并且在水流方向发生变化的位置痕迹愈发明显。在流速快的部位上，由于水和铜管内壁的摩擦力使氧化保护膜不能形成而造成物理损失，由于铜材料耐磨损性能偏低，水流大于1.5m/s时冲蚀现象严重。该类型腐蚀跟水流速、水中溶解气体等因素有关。建议在水泵选型时应匹配适当的水流量，避免过大流量对换热器铜管造成冲击腐蚀。
机械损伤：
情况1：在换热器胀接过程出现机械胀，接部位的过胀致使铜管管壁减薄、机械性能降低，在短期运行或运输过程中震动导致胀接处泄漏；
情况2：机组运行过程中由于系统内焊渣、泥沙、破损的过滤网、杂质等将换热铜管损伤；套管换热器内由于水流扰动导致的铜管之间或者是铜管与套管管壁之间的震动摩擦导致损伤。铜材料不纯造成腐蚀：纯铜的标准含量范围在99.95%-99.7%之间。空调与制冷行业一般使用磷脱氧铜管，耐腐蚀性能优于一般的纯铜。资料反映，纯度越高，耐腐蚀性能越好，杂质会导致铜管的腐蚀。如使用回用物料加工铜管，即使可以达到纯铜的标准含量范围，但是其中的有害成分间接导致腐蚀的发生。
微生物菌藻类腐蚀：冷却塔的水温一般在分泌出大量粘液，将水中不溶性的杂质粘结在一起，附着在铜管表面引起垢下腐蚀。细菌对换热器的损害是由于二氧化硫溶于水后被硫氧化细菌氧化成硫酸，垢下局部高浓度的酸性物质对铜管表面的氧化铜膜造成破坏，生成硫酸铜，造成铜管的溃蚀。在这种情况下冷却水中铜离子出现严重超标，通过化验水质可以判断出腐蚀原因。特别是水环式中央空调机组使用中应注意水质的检测,以防止此类腐蚀的发生。
防治对策：
1．规范生产：用合格的原料生产铜管；采取铜管内壁钝化技术，延长使用寿命，必要时使用镍铜管或钛管。遵守生产工艺管理规定，避免质量缺陷；
2．对水质和流量进行分析：必须考虑水质情况，建议对水质含沙量、PH值、SO42-、Fe2+、H2S、Cl-、矿化度、CaO电导率等项目进行检测，必要时使用阻垢缓蚀剂、铜缓蚀剂、杀菌剂。对PH值进行调节控制、定期清洗等水质管理措施；水泵合理选型避免出现不必要的大流量。
3．规范设计：特别是污水源热泵、热泵热水器和海水源热泵的设计选型中，应对使用环境条件进行有针对性分析，选用适当的系统方案或机组采用特殊换热管材避免降低机组的寿命。
实践证明，为发挥地下水源热泵机组最大的效率，确保机组的正常运行，地下水源热泵的设计、生产、使用环节必须综合考虑铜管的材质、水环境条件、经济成本等，针对使用情况对地下水源热泵中央空调系统采取铜管防腐蚀措施是十分必要的。