高品質消毒劑氯片廠家數據中心循環水系統低負荷運行及停機操作要點

　　高品質消毒劑氯片廠家數據中心循環水系統低負荷運行及停機操作要點

　　高品質消毒劑氯片生產廠家數據中心循環水系統低負荷運行及停機操作要點。循環冷卻水的良好運行直接關系到數據中心運行的穩定性及PUE和WUE等關鍵運行效率指標。因為采用冷卻冗余設計，數據中心的冷卻水系統會交替輪換啟動，導致始終會有部分系統處于停機狀態。

　　另外低負荷運行也是數據中心冷卻水系統經常遇到的一種工況，比如新系統啟動初期，或季節性氣溫降低后。停機或低負荷運行會給系統水處理(腐蝕、沉積和微生物控制)帶來巨大的挑戰。

　　一

　　停機對循環水系統的影響

1

腐蝕控制

　　腐蝕控制是需要緩蝕劑在金屬表面參與的過程。在水中，金屬表面存在一個擴散層，藥劑需要從水體中穿過擴散層才能到達金屬表面。

　　水的流速越高，湍流度越大則擴散層越薄，藥劑則越容易到達金屬表面。當水流速偏低或者靜止時，擴散層會增厚，水體中的緩蝕劑很難及時補充到金屬表面，導致雖然水體中有充足的緩蝕劑，但金屬表面的緩蝕劑濃度卻很低，金屬表面實際處于未被有效保護的狀態，金屬腐蝕速率大大上升。

　　除此之外，由于腐蝕速率的上升，金屬表面會產生大量的鐵銹。在正常工況下，腐蝕產物會被分散劑分散并隨水流帶走，但停機狀態下，腐蝕產物不能有效的被分散帶走而沉積在金屬表面。導致短時間停機后再啟動，系統水質總鐵濃度和濁度偏高;若長時間的停機，則會導致金屬表面形成銹瘤和鱗片式銹片，再啟動時會由于水流擾動而剝離管道上的銹片及銹瘤，堵塞換熱器進水口和空調末端的換熱盤管。

　　危害：影響換熱效率，提升制冷機的能耗，從而導致數據中心PUE的上升。

　　腐蝕率的增大以及銹瘤的形成，可能會加速管路局部穿孔，影響循環水系統的正常運行，并威脅數據中心運行的穩定可靠性。

2

沉積控制

　　系統運行時，除了較大顆粒的懸浮物外，其它懸浮物會隨著排污或旁濾系統排出系統。在停機狀態下，沒有水流的擾動，在水體中懸浮的懸浮顆粒大部分會沉積聚集在金屬表面，重新開機后，很多沉積物并不會重新被水流擾動帶走。

　　另一方面，沉積的顆粒會進一步誘導垢下腐蝕以及作為微生物滋生的溫床。

3

微生物控制

　　與腐蝕控制類似，有效微生物控制的目的是保持金屬表面的潔凈，停機狀態下殺菌劑不能有效擴散到金屬表面，從而促使表面更容易滋生微生物膜。

　　一旦滋生大量微生物膜，系統再啟動時，常規的殺菌劑濃度已很難有效去除微生物膜，導致系統長時間處于高微生物滋生壓力下，而持續影響系統換熱。

　　同時，微生物膜的滋生會進一步誘導產生厭氧酸化菌而加速金屬的腐蝕，也會促進產生一些有害細菌(如軍團菌)而危害人體健康。

　　危害：在換熱器表面的沉積物以及滋生的微生物膜，會降低換熱器的換熱效率和制冷機的運行效率，導致冷凝器小溫差的升高。小溫差每上升1ºC，會直接導致制冷機能耗升高2-3%。作為數據中心主要用電設備之一，制冷機能耗的提高會顯著影響PUE。除此之外，水質的惡化會消耗大量新鮮水去置換系統水質，也影響到數據中心的WUE。

　　二

　　長時間低負荷運行對循環冷卻水的影響

　　長時間的低負荷運行，意味著系統會間歇性的經常處于停機狀態，系統的排污量很少，停留時間過長，在系統內累積過多的懸浮物而導致水質濁度偏高，增加了沉積發生及腐蝕(垢下腐蝕)和微生物控制的風險，降低了制冷機的運行效率以及循環水系統運行的穩定性，并直接影響數據中心運行穩定和PUE;

　　對補水水質偏軟的系統(如南方水質或采用軟化水作為補水的水質)，由于濃縮倍數很難提升而導致水質腐蝕性較強，系統金屬腐蝕速率偏高。

　　如數據中心常用的鍍鋅冷卻塔，在低鈣硬、低堿度水質運行時，在鍍鋅層表面會經常觀察到突起的白色腐蝕物，又稱白銹。較高的腐蝕速率也會導致水質濁度、鐵等指標超標，并消耗大量的新鮮水去置換系統水，一方面增加了系統的水耗，另一方面又進一步降低了系統的濃縮倍數，形成了一種不斷惡性循環的狀態。

　　對典型的水冷冷水機組的循環水系統來說，低負荷的界定與數據中心制冷機的運行負荷和循環水系統的補水水質相關。

　　負荷越低，系統的停留時間就越長;補水水質越軟，需要的濃縮倍數越高，停留時間也會越長。對南方區域(珠三角、廣西、福建等地區)，補水的硬度、堿度都較低，補水的腐蝕性較強，系統一般運行到6-8倍以上的濃縮倍數，當制冷機平均運行負荷小于30% 左右的設計負荷時，循環水系統會處于低負荷狀態;而對長江及長江以北的區域，補水屬于偏結垢性水質，系統一般可以運行到3-5倍左右的濃縮倍數，當制冷機平均運行負荷小于20% 左右的設計負荷時，循環水會處于低負荷狀態。

　　圖一：某數據中心低負荷運行6個月左右系統的腐蝕情況

　　圖二：某數據中心低負荷運行6個月左右塔內沉積物和微生物粘泥

　　基于上述原因，并結合數據中心實際運行的工況狀態，有必要針對停機以及低負荷運行制定相應的方案，以盡量降低停機以及低負荷運行對系統的影響。

　　三

　　循環水系統的優化管理

　　循環水系統的優化管理需要依次從下面三個方面著手進行：

1	系統設計（Design）

　　良好的系統設計是基礎，設計上的缺陷將會給水處理帶來巨大的挑戰，甚至導致水處理的完全失效。比如，換熱器或進出水管路設計選型的不合理導致換熱器內的流速偏低，會引起腐蝕、結垢沉積以及微生物等一系列問題，雖然從操作和化學品上能幫助改善，但很難從根本上避免這些問題。

2	操作流程（Process）

　　完善的操作管理是系統正常運行以及持續優化的關鍵。它承上啟下的聯系系統設計和化學品方案兩個方面。比如旁濾的操作管理，涉及到旁濾運行效果并進而影響化學品方案的選擇和使用，并最終關系到系統水質和腐蝕、沉積控制。

3	化學品方案（Chemical）

　　化學品方案需要匹配系統設計和操作流程。在此基礎上，優良的化學品方案可進一步提升水處理的效果及效率。單純從化學品角度著手優化，而忽視了系統設計和操作的優化，往往是事倍功半，并不能有效解決問題。

　　四

　　系統停機操作建議

　　理論上，長時間停機最好的保護方式是將整個系統吹干保存，但實際運行過程中，數據中心需要保持系統處于待命狀態而必須維持正常水位，這就要求對系統進行必要的濕保，以盡量緩解停機狀態下循環水對系統的影響。

　　盡量避免系統單次停機時間>7天。建議系統之間進行切換運行，縮短每個系統的停機時間。在系統停車期間，建議每1-2天循環30分鐘以上，以促進藥劑向金屬表面擴散以及懸浮物的分散。同時，建議在循環過程中加強系統的殺菌控制。

　　對停機時間大于7天的系統，建議每周在系統循環時投加1-2次殺菌劑，可以非氧化性殺菌劑為主，交叉投加氧化性殺菌劑，并維持1-2ppm的余氯。同時在循環過程中檢測水質及藥劑濃度，并根據檢測值補充阻垢緩蝕劑到1.5-2.0倍的日常維護濃度。

　　具體濕保操作流程和步驟參見水處理廠商的循環水濕保操作SOP。

　　通過高的藥劑濃度，補充殺菌劑以及定期循環等方式， 濕保能一定程度緩解停機對系統的危害，但并不能完全避免出現一定程度的腐蝕、沉積和微生物等問題。對停機時間大于一個月的系統，建議再次開機前對系統進行必要剝離及預膜操作，以去除金屬表面的微生物膜以及鐵銹，并鈍化金屬表面，以修復長時間停機對金屬表面造成的破壞。

　　對于數據中心的循環水系統，良好的旁濾運行狀態能有效緩解停機再啟動以及低負荷運行時系統出現濁度以及總鐵濃度偏高的情況。系統停機再啟動時，循環水一般濁度會較高，有效的旁濾能幫助系統水質盡快恢復正常，減少置換用水量，同時也能保持系統水質的整體穩定性，避免水質較大波動對系統運行的沖擊。

　　五

　　低負荷系統運行優化建議

　　對低負荷運行的系統，為保持系統水質濁度在控制范圍內，最為有效的方法是維持良好的旁濾運行效果。

　　確保旁濾出水管道上有取樣口，以方便日常監測旁濾出水。定期檢測旁濾出水濁度，較好的旁濾效果應能保持出水濁度<3.0NTU。

　　旁濾效果較差時，應及時排查反洗頻率設置是否合適，填料是否需要更換等，必要時可以在旁濾進水管線上添加旁濾助劑，以提升懸浮物的截留效率。

　　雖然系統水質濃縮較慢，但也需要維持合適的排污量，以減緩系統過長停留時間(<200h)對藥劑性能以及系統腐蝕、結垢沉積和微生物控制的影響。

　　對補水水質較軟的系統，低負荷運行時水質濃縮較慢，導致系統長時間處于偏腐蝕的狀態(低鈣硬、低堿度)，為更好的控制系統的腐蝕，建議對水質進行必要的調整：

　　(1)適當補充氯化鈣，以提升系統鈣硬>100ppm;

　　(2)適當補充堿度，可以添加碳酸鈉，氫氧化鈉或者碳酸氫鈉等，以提升堿度>100ppm且pH>8.3;

　　(3)適當提升緩蝕劑濃度，一般提升到1.2-1.5倍左右的正常運維濃度，具體提升的濃度需針對不同藥劑方案確定。

　　對鍍鋅層的腐蝕控制，除了停機和低負荷運行的影響外，正常運行時的操作管理以及水質的控制范圍也都需要關注，具體內容參見鍍鋅層腐蝕控制的操作建議。

　　六

　　閉式冷凍水/低溫水系統停機優化建議

　　對于冷凍水的閉式循環水系統，在系統停機前應對系統進行必要的濕保，具體濕保流程和步驟參見水處理廠商的濕保SOP。

　　對于添加冷媒的冷凍水系統，由于冷媒成本較高，所以當系統出現水質超標(比如濁度較高)時，很難通過置換的方式優化系統水質。雖然旁濾系統能幫助解決這個問題，但閉式循環水系統很少設計有旁濾系統，這種情況下可考慮外接一套過濾裝置幫助系統去除懸浮固體。類似裝置不僅限于添加冷媒的系統，對常規低溫水的系統，也能取得良好的效果和經濟性，在提升系統水質質量的同時也避免了大量置換水和藥劑的浪費。

　　低負荷運行操作要點

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