閆蘭飛，王 鵬，樊道明，王 建，鄭繼春，高明星

（1.中鐵信大數(shù)據(jù)科技有限公司，天津 301700；2.中國(guó)鐵路信息科技集團(tuán)有限公司，北京 100844）

中鐵信大數(shù)據(jù)科技有限公司成立于2017年，隸屬于中國(guó)鐵路信息科技集團(tuán)有限公司（中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司信息技術(shù)中心），主要負(fù)責(zé)中國(guó)鐵路主數(shù)據(jù)中心工程建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)工作。中國(guó)鐵路主數(shù)據(jù)中心是中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)最高等級(jí)的數(shù)據(jù)處理中心，承載著中國(guó)鐵路集中應(yīng)用系統(tǒng)部署及數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)，承擔(dān)著確保鐵路核心業(yè)務(wù)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要使命[1]，是鐵路信息化的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

1 主數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)組成

主數(shù)據(jù)中心采用集中式工藝空調(diào)冷凍水制冷，配置2N獨(dú)立雙供、雙回容錯(cuò)系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)主要由冷卻水循環(huán)系統(tǒng)與冷凍水循環(huán)系統(tǒng)兩部分組成：冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻水泵提供動(dòng)力，經(jīng)冷水機(jī)組冷凝器/板式換熱器、屋面冷卻塔回到冷卻水泵形成閉式循環(huán)；冷凍水循環(huán)系統(tǒng)由冷凍水泵提供動(dòng)力，經(jīng)冷水機(jī)組蒸發(fā)器/板式換熱器、蓄冷罐、機(jī)房空調(diào)、回到冷凍水泵形成閉式循環(huán)。

2 制冷系統(tǒng)冷卻側(cè)水質(zhì)問(wèn)題

2.1 冷卻側(cè)水質(zhì)酸化

因缺少專業(yè)水處理服務(wù)商，制冷系統(tǒng)內(nèi)添加乙二醇防凍液一段時(shí)間后現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)暴露出的問(wèn)題，2019年10月運(yùn)維團(tuán)隊(duì)多方咨詢行業(yè)專家，并實(shí)地勘察采用乙二醇防凍液水冷制冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心企業(yè)對(duì)水質(zhì)維護(hù)效果，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，于2019年12月引入水處理服務(wù)商對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)進(jìn)行專業(yè)治理、維護(hù)。

2.2 冷卻側(cè)水質(zhì)治理

2.2.1 絡(luò)合清洗、鈍化預(yù)膜處理

冷卻側(cè)水質(zhì)經(jīng)過(guò)近1個(gè)月時(shí)間絡(luò)合清洗、鈍化預(yù)膜處理，通過(guò)第三方與專業(yè)水處理服務(wù)商各自檢測(cè)結(jié)果，得出：水質(zhì)PH值得到明顯改善，但其它指標(biāo)與預(yù)期差距較大。

2.2.2 水質(zhì)專業(yè)維保

2020年1月~2020年5月中旬，水處理服務(wù)商對(duì)現(xiàn)場(chǎng)冷卻側(cè)水質(zhì)進(jìn)行“帶病”維保階段，溶液濁度由50NTU升高至350NTU，水質(zhì)中懸浮顆粒(如腐蝕產(chǎn)物、微生物殘骸等）增長(zhǎng)迅速。

2.2.3 水質(zhì)整改

2020年3月，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)狀況整理問(wèn)題發(fā)生、處理過(guò)程、整改建議并形成專題報(bào)告，全力推動(dòng)問(wèn)題整改，最終經(jīng)多方確認(rèn)于2019年6月開(kāi)始對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)進(jìn)行置換處理。冷卻側(cè)水質(zhì)經(jīng)過(guò)2020年6月中旬至9月中旬近三個(gè)月時(shí)間整改，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn)要求（如圖1、圖2）。

表1 水質(zhì)置換整改后，各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

圖1 整改前水樣

圖2 整改后水樣

3 水質(zhì)酸化分析

3.1 乙二醇防凍液酸化分析

（1）純凈乙二醇為無(wú)色、無(wú)臭、透明粘稠液體。乙二醇溶液內(nèi)含有較活潑的氫鍵以及羥基，活潑氫、羥基與溶解氧反應(yīng)生成有機(jī)酸，富氧情況下進(jìn)一步被氧化成草酸,對(duì)碳鋼、銅等有色金屬具有很強(qiáng)的腐蝕性；乙二醇化學(xué)性質(zhì)比較活躍，容易發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子物質(zhì)，高分子物質(zhì)進(jìn)一步被氧化成聚合物有機(jī)酸產(chǎn)生沉積結(jié)垢，載冷劑酸性增強(qiáng)。

（2）乙二醇防凍液發(fā)生酸化后與管道壁發(fā)生反應(yīng)生成Fe2+，F(xiàn)e2+具有強(qiáng)還原性，被防凍液內(nèi)溶解氧氧化為Fe3+，酸性環(huán)境中Fe3+為游離態(tài)，具有較強(qiáng)的氧化活性。鐵和純水反應(yīng)放出氫，同時(shí)乙二醇在使用過(guò)程中與空氣接觸容易產(chǎn)生氣泡，氣泡在潰滅過(guò)程中產(chǎn)生的微射流或沖擊波對(duì)設(shè)備產(chǎn)生損傷-穴蝕（又稱氣蝕、空蝕），造成系統(tǒng)管路或換熱設(shè)備逐漸被腐蝕穿孔產(chǎn)生滲漏，嚴(yán)重威脅制冷系統(tǒng)安全穩(wěn)定、連續(xù)不間斷運(yùn)行。

圖3 鋼鐵腐蝕示意圖[2]

以碳鋼為例，碳鋼和乙二醇水溶液接觸會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，活潑金屬鐵作為陽(yáng)極失去電子，其它不活潑物質(zhì)作為陰極得到電子。

析氫腐蝕（酸性條件）：

陽(yáng)極：Fe-2e=Fe2+；陰極：2H++2e=H2。

吸氧腐蝕（富氧環(huán)境）：

陽(yáng)極：2Fe-4e=2Fe2+；陰極：O2+H2O+4e=4OH-。

（3）部分乙二醇生產(chǎn)工藝過(guò)程中伴隨有乙二酸，若成品乙二醇純度不高，將會(huì)導(dǎo)致其PH略顯酸性。

3.2 PH對(duì)金屬腐蝕影響

制冷系統(tǒng)管路中與冷卻液直接接觸金屬材質(zhì)主要包含：碳鋼（無(wú)縫鋼管管道）、硬紫銅（冷卻塔換熱銅管、冷水機(jī)組內(nèi)部換熱銅管）、不銹鋼（板式換熱器換熱板片），PH值對(duì)銅以及碳鋼腐蝕影響如下（如圖4、圖5所示）。

圖4 金屬受PH值腐蝕速率

圖5 溫度25℃，不同PH值碳鋼腐蝕速率[3]

說(shuō)明：

（1）酸性越大，銅腐蝕速率越大，當(dāng)PH＞8時(shí)，銅的腐蝕速率趨于平緩。

（2）8＜PH＜11時(shí)，對(duì)管道腐蝕速率幾乎不變且最小；當(dāng)PH＜8或PH＞11時(shí)，管道腐蝕速率升高。

綜合考慮，為降低溶液對(duì)管道腐蝕影響，冷卻液內(nèi)應(yīng)添加一定量酸性抑制劑，維持溶液 8＜PH＜11水平。

4 新型防凍液選型研究

4.1 調(diào)研研究

為避免再次出現(xiàn)冷卻塔換熱銅管被凍以及添加防凍液后水質(zhì)出現(xiàn)酸化情況發(fā)生，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)近一個(gè)月探尋并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地參觀、考察，最終尋找到新型LM-4冰河冷媒防凍液，2019年11月份現(xiàn)場(chǎng)完成新型LM-4冰河冷媒防凍液加注工作。

4.2 LM-4冰河冷媒產(chǎn)品介紹[3]

LM-4型冰河冷媒由改性二元醇構(gòu)成，主要添加劑包括防腐蝕劑、防霉劑、增溶劑、水穩(wěn)劑等。外觀為淺色液體、安全低毒、無(wú)異味、不易燃、不易揮發(fā)。20℃時(shí)密度為1.04g/cm3，比熱為0.56cal/g℃，粘度為15.9cP，熱導(dǎo)率為0.21W/m·K，沸點(diǎn)高于130℃，冰點(diǎn)低于-60℃，閃點(diǎn)為100℃。

LM-4冰河冷媒優(yōu)點(diǎn)：

（1）冰河冷媒導(dǎo)熱系數(shù)高。冰河冷媒高導(dǎo)熱系數(shù)有利于熱量傳遞，提高換熱效果，降低設(shè)備換熱面積，節(jié)省物理空間。

（2）冰河冷媒粘度低。低粘度冰河冷媒防凍液利于管路系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，對(duì)循環(huán)泵等動(dòng)力設(shè)備揚(yáng)程需求小，一定程度上節(jié)省動(dòng)力資源投資。

（3）冰河冷媒比熱容大。單位體積冰河冷媒防凍液輸送冷量多，減少原液用量，節(jié)省投資。

（4）冰河冷媒防銹、防氣蝕性強(qiáng)。冰河冷媒防凍液低腐蝕性在一定程度上可延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限，節(jié)省成本。

針對(duì)金屬腐蝕原理，冰河冷媒通過(guò)添加有機(jī)、無(wú)機(jī)緩蝕成分，中和H+離子調(diào)節(jié)溶液PH值，延緩O2與金屬表面反應(yīng)速率；同時(shí)緩蝕劑與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鈍化形成致密的氧化物保護(hù)膜，阻止溶液中的O2、H+離子與金屬表面接觸，從而起到良好的防腐性能。

5 冷卻側(cè)水質(zhì)現(xiàn)狀

2019年11月現(xiàn)場(chǎng)完成新型LM-4冰河冷媒防凍液添加工作至今，制冷系統(tǒng)冷卻側(cè)水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求。

表2 制冷系統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果匯總表