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摘 要 ：通过对铁路主数据中心制冷系统水质问题整改及乙二醇防冻液酸化原因分析，对比研究LM-4 冰河冷媒防冻液良好的 防腐性能，降低对系统管路腐蚀程度，延长设备使用寿命，节省运维成本，为后续项目防冻液选型提供参考，提高主数据中心制 冷系统稳定可靠性， 满足高等级服务水平。
关键词 ：乙二醇防冻液 ；腐蚀 ；LM-4 冰河冷媒
中铁信大数据科技有限公司成立于2017 年，隶属于中国铁 路信息科技集团有限公司（中国国家铁路集团有限公司信息技 术中心），主要负责中国铁路主数据中心工程建设及运行维护工 作。中国铁路主数据中心是中国国家铁路集团最高等级的数据 处理中心，承载着中国铁路集中应用系统部署及数据资源存储， 承担着确保铁路核心业务安全稳定运行的重要使命 [1]，是铁路信 息化的重要基础设施。
1 主数据中心制冷系统组成
主数据中心采用集中式工艺空调冷冻水制冷，配置2N 独立 双供、双回容错系统。制冷系统主要由冷却水循环系统与冷冻 水循环系统两部分组成 ：冷却水循环系统由冷却水泵提供动力， 经冷水机组冷凝器 / 板式换热器、屋面冷却塔回到冷却水泵形 成闭式循环 ；冷冻水循环系统由冷冻水泵提供动力，经冷水机 组蒸发器 / 板式换热器、蓄冷罐、机房空调、回到冷冻水泵形成 闭式循环。
2 制冷系统冷却侧水质问题
2.1 冷却侧水质酸化
因缺少专业水处理服务商，制冷系统内添加乙二醇防冻液 一段时间后现场水质出现酸化现象。针对现场水质暴露出的问 题，2019 年 10 月运维团队多方咨询行业专家，并实地勘察采用 乙二醇防冻液水冷制冷系统数据中心企业对水质维护效果，经 过反复论证，于2019 年 12 月引入水处理服务商对现场水质进行 专业治理、维护。
2.2 冷却侧水质治理
2.2.1 络合清洗、钝化预膜处理
冷却侧水质经过近 1 个月时间络合清洗、钝化预膜处理，通 过第三方与专业水处理服务商各自检测结果，得出 ：水质PH值 得到明显改善， 但其它指标与预期差距较大。
2.2.2 水质专业维保
2020 年 1 月 ~2020 年 5 月中旬，水处理服务商对现场冷却侧 水质进行“带病”维保阶段，溶液浊度由 50NTU升高至 350NTU， 水质中悬浮颗粒 (如腐蚀产物、微生物残骸等） 增长迅速。
2.2.3 水质整改
2020 年 3 月，运维团队针对现场水质状况整理问题发生、处 理过程、整改建议并形成专题报告，全力推动问题整改，最终经 多方确认于2019 年 6 月开始对现场水质进行置换处理。冷却侧 水质经过2020 年 6 月中旬至 9 月中旬近三个月时间整改， 各项指 标均达到国家控制标准要求（如图 1、图2）。
3 水质酸化分析
3.1 乙二醇防冻液酸化分析
（1）纯净乙二醇为无色、无臭、透明粘稠液体。乙二醇溶液 内含有较活泼的氢键以及羟基， 活泼氢、羟基与溶解氧反应生成 有机酸，富氧情况下进一步被氧化成草酸 ,对碳钢、铜等有色金 属具有很强的腐蚀性 ；乙二醇化学性质比较活跃，容易发生聚 合反应生成高分子物质，高分子物质进一步被氧化成聚合物有 机酸产生沉积结垢， 载冷剂酸性增强。
（2）乙二醇防冻液发生酸化后与管道壁发生反应生成Fe2+， Fe2+ 具有强还原性，被防冻液内溶解氧氧化为Fe3+，酸性环境中 Fe3+ 为游离态，具有较强的氧化活性。铁和纯水反应放出氢，同 时乙二醇在使用过程中与空气接触容易产生气泡，气泡在溃灭 过程中产生的微射流或冲击波对设备产生损伤 - 穴蚀（又称气 蚀、空蚀），造成系统管路或换热设备逐渐被腐蚀穿孔产生渗漏， 严重威胁制冷系统安全稳定、连续不间断运行。
图 3 钢铁腐蚀示意图 [2]
以碳钢为例，碳钢和乙二醇水溶液接触会发生电化学反应， 活泼金属铁作为阳极失去电子，其它不活泼物质作为阴极得到 电子。
析氢腐蚀（酸性条件） ：
阳极 ：Fe-2e=Fe2+ ；阴极 ：2H++2e=H2。
吸氧腐蚀（富氧环境） ：
阳极 ：2Fe-4e=2Fe2+ ；阴极 ：O2+H2O+4e=4OH-。
（3）部分乙二醇生产工艺过程中伴随有乙二酸，若成品乙二 醇纯度不高， 将会导致其PH 略显酸性。
3.2 PH 对金属腐蚀影响
制冷系统管路中与冷却液直接接触金属材质主要包含 ：碳 钢（无缝钢管管道）、硬紫铜（冷却塔换热铜管、冷水机组内部换 热铜管）、不锈钢（板式换热器换热板片），PH 值对铜以及碳钢 腐蚀影响如下（如图 4、图 5所示）。
图 4 金属受PH 值腐蚀速率
图5 温度 25℃， 不同PH 值碳钢腐蚀速率 [3]
说明 ：
（1）酸性越大，铜腐蚀速率越大，当PH ＞8 时，铜的腐蚀速 率趋于平缓。
（2）8＜ PH＜ 11 时，对管道腐蚀速率几乎不变且最小 ；当 PH＜ 8 或PH ＞11 时，管道腐蚀速率升高。
综合考虑，为降低溶液对管道腐蚀影响，冷却液内应添加一 定量酸性抑制剂， 维持溶液 8＜ PH＜ 11 水平。
4 新型防冻液选型研究
4.1 调研研究
为避免再次出现冷却塔换热铜管被冻以及添加防冻液后水 质出现酸化情况发生，运维团队经过近一个月探寻并通过现场 实地参观、考察，最终寻找到新型LM-4 冰河冷媒防冻液，2019 年 11 月份现场完成新型LM-4冰河冷媒防冻液加注工作。
4.2 LM-4 冰河冷媒产品介绍 [3]
LM-4 型冰河冷媒由改性二元醇构成，主要添加剂包括防腐 蚀剂、防霉剂、增溶剂、水稳剂等。外观为浅色液体、安全低毒、 无异味、不易燃、不易挥发。20℃时密度为 1.04g/cm3，比热为 0.56cal/g℃， 粘度为 15.9cP， 热导率为 0.21W/m·K， 沸点高于 130℃， 冰点低于 -60℃， 闪点为 100℃。
LM-4冰河冷媒优点 ：
（1）冰河冷媒导热系数高。冰河冷媒高导热系数有利于热量 传递， 提高换热效果， 降低设备换热面积， 节省物理空间。
（2）冰河冷媒粘度低。低粘度冰河冷媒防冻液利于管路系统 内循环， 对循环泵等动力设备扬程需求小， 一定程度上节省动力 资源投资。
（3）冰河冷媒比热容大。单位体积冰河冷媒防冻液输送冷量 多，减少原液用量， 节省投资。
（4）冰河冷媒防锈、防气蚀性强。冰河冷媒防冻液低腐蚀性 在一定程度上可延长设备的使用年限， 节省成本。
针对金属腐蚀原理，冰河冷媒通过添加有机、无机缓蚀成 分，中和Ｈ + 离子调节溶液PH值，延缓O2 与金属表面反应速率； 同时缓蚀剂与金属表面发生化学反应，钝化形成致密的氧化物 保护膜， 阻止溶液中的 O2 、Ｈ + 离子与金属表面接触， 从而起到 良好的防腐性能。
5 冷却侧水质现状
2019 年 11 月现场完成新型LM-4 冰河冷媒防冻液添加工作至今， 制冷系统冷却侧水质各项指标符合国家相关规范要求。
参考文献
[1] 田绵石 . 新一代数据中心架构及其智能监控系统的研究与探讨 [J]. 铁路计算机 应用， 2014， 23（7）：34-38.
[2] Cooling Water Technical Manual[z].
[3] 汤玉鹏 , 李卉 . 浅谈冷库间接制冷系统及环境影响 [J]. 化工时刊， 2019,9 ：33-35.
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