水冷系統規格與需求
瞭解在設施水系統 (FWS) 水流或技術冷卻系統 (CWS) 水流可用來直接冷卻 Datacom 設備的狀況下,所需要的特定水處理程序及需求。
概觀
Datacom 設備冷卻系統 (DECS) 是一個水迴路,其中的水流會與所要冷卻的元件接觸。在有些情況下,DECS 水流是由機架內 CDU 提供,也可以由服務於多個機架的外部 CDU 提供。如需資料中心內可能的液體冷卻系統與迴路以及所用術語的詳細資料,請參閱圖 1。
所指定的水質標準,僅與接觸計算元件的 DECS 水迴路相關。此外,也會說明持續進行的監視及維護程序。
冷卻迴路硬體主要是由防腐合金(例如,銅合金及不鏽鋼)製成。系統中所有軟管的內裡必須以 EPDM 橡膠製成。冷卻水的化學性質必須適當地保持,避免因為四種常見水相關問題(腐蝕、微生物孳生、水垢形成,及汙染)中的任何問題導致系統毀壞或關機。
水處理的詳細資料,相依於地方市政當局是否容許透過生活汙水管道排放含某些清潔化學藥劑的水。如果地方市政當局不容許透過生活汙水管道排放汙染的水,您可在水冷迴路中併入去離子支路,先將水潔淨到對應於電阻率 > 0.1 MΩ.cm(傳導率 < 10 μS/cm)的純度等級,再將水排入汙水管道。您負責先驗證地方法規,再排放汙水。
水相關問題
為避免下列常見的水相關問題,需要進行適當的水處理:腐蝕、微生物孳生、水垢形成,及汙染。任何這些問題都有可能嚴重降低冷卻效率,及增加系統關閉風險。
- 腐蝕 - 腐蝕可以有許多種形式。與冷卻迴路相關的常見腐蝕形式包括:
- 均勻腐蝕,也稱為一般腐蝕,是指在空間上從表面均勻移除金屬。這是預期的典型腐蝕模式。
- 點腐蝕是指局部攻擊金屬表面,對銅管而言,這會導致漏水,其典型的故障前平均時間大約為 2 年。
- 電偶腐蝕是指,在電勢序中相距較遠的兩種金屬浸入同一水環境中,產生電接觸。在兩種有接觸的金屬之間所產生的電位差,會迫使電子從次貴金屬流向貴金屬。在次貴金屬表面上會發生腐蝕,透過一種可以有許多種化學形式的還原反應提供電子,供在貴金屬表面上耗用。範例包括金屬離子減少,或耗用氧氣及水以形成氫氧離子。即使沒有發生電接觸,鋁也可以受到銅的電攻擊,因為分解的低濃度銅離子會集聚在鋁表面,形成電腐蝕偶。
- 微生物孳生 - 水冷系統中的微生物孳生會導致冷卻迴路中出現沉積、汙染和腐蝕。預防微生物孳生涉及到確保冷卻迴路硬體是以不附有生物有機物的元件裝配而成,及使用生物殺菌劑來控制細菌數量。為避免微生物孳生,水冷迴路必須在乾燥的環境中運送及倉儲。在運送及倉儲之前,必須盡一切努力吹乾水份,令水冷迴路盡量乾燥。
- 水垢形成 - 水垢沉積是指冷卻迴路表面上沉積濃厚的附著物。水垢沉積是在因為高濃度或溫度上升,導致超出水中的鹽溶度時發生。
- 汙染 - 冷卻迴路的汙染是指不形成水垢之物質的沉積,例如腐蝕產物和有機物。眾所周知,真菌(例如,鐮刀菌)會在濾膜及翅式散熱片上孳生,造成汙染及堵塞。它們通常會在冷卻塔水池或水槽中的水線上孳生。
避免水相關問題
- 清潔地設計 - 限制在銅合金及不鏽鋼上的水潤濕冶金術。請避免使用可能會造成水冷迴路生鏽及汙染的普通碳素鋼五金配件。
- 清潔地建置 - 確保冷卻迴路元件清潔,沒有附著細菌及真菌。冷卻迴路組件上不可附著錫焊料及/或銅焊料。在組裝作業中,必須使用潔淨水。必須吹乾組件上殘留的水份。完工的組件必須清潔且乾燥。
- 清潔地運送 - 在運送前,必須吹乾冷卻迴路上組裝及/或測試作業所殘留的水份,以避免腐蝕及微生物孳生。最後,使用氮氣令系統乾燥。插好尾端,對冷卻迴路進行氮氣增壓,以此運送系統。
- 清潔地安裝 - 在安裝步驟中,必須保持冷卻迴路清潔。銅焊優先於錫焊。錫焊的問題是,多孔接合會造成焊料殘渣不斷濾出。必須清除所有焊料殘渣。請以潔淨水來充填系統,如有可能,併入一個次要步驟,先對冷卻迴路中的水進行去離子,再添加生物殺菌劑及阻蝕劑。
- 清潔地維護 - 監視並保持 pH、水傳導率、細菌數量及阻蝕劑濃度。
水質需求
最初充填系統端冷卻迴路的水,必須是適度清潔的無菌水(低於 100 CFU/ml),例如,去礦質水、逆滲透水、去離子水,或蒸餾水。
必須使用 50μm 管線濾膜來過濾水。
- 如果無法取得適度清潔的水,建議您採用下列準則。這特別適合於大型冷卻迴路:在此方法中,先對水進行去離子,再將任何機架連接至水迴路。
在添加任何化學藥劑到系統水中之前,確保系統水潔淨至關重要。為此,您可使用安裝在冷卻迴路中的去離子匣,對水進行去離子。即使使用去離子水來充填系統,因為兩個原因,執行去離子步驟也是明智之舉:首先,可以確保最初所用的水已去離子,其次,可以去除從冷卻迴路管壁脫離的任何離子。
需要對水進行去離子時,可開啟閥 V2 及 V3,閥 V1 部分關閉,讓部分水流沿支路流經去離子罐。
在這個去離子步驟期間,冷卻迴路及電腦可以保持正常作業。
去離子完成後,V2 和 V3 閥必須關閉,V1 完全開啟。
去離子步驟會將水的電阻率提高 1 MΩ.cm 以上。
執行正常作業時,V2 和 V3 閥關閉,V1 閥完全開啟。
水質化學需求
所有金屬的濃度都小於或等於 0.10 ppm
鈣濃度小於或等於 1.0 ppm
鎂濃度小於或等於 1.0 ppm
錳濃度小於或等於 0.10 ppm
磷濃度小於或等於 0.50 ppm
矽濃度小於或等於 1.0 ppm
鈉濃度小於或等於 0.10 ppm
嗅濃度小於或等於 0.10 ppm
亞硝酸鹽濃度小於或等於 0.50 ppm
氯化物濃度小於或等於 0.50 ppm
硝酸鹽濃度小於或等於 0.50 ppm
硫酸鹽濃度小於或等於 0.50 ppm
傳導率小於或等於 10.0 μS/cm。傳導率必須是在 20°C - 25°C (68°F - 77°F) 下測量。溫度每升高 1 攝氏度,傳導率大約提高 5%
pH 6.5 - 8.0
濁度 (NTU) 小於或等於 1
管道線物料需求
所有管道都必須以指定的物料製成,以防水垢沉積,及容許系統內的水發生適當的化學反應。螺紋接頭不得以聚四氟乙烯膠帶密封,因為膠帶中的粒子可能會進入水流並造成阻塞。您必須改為使用螺紋密封劑來密封螺紋配件。管道必須足夠長(長度由行業最佳實務指定),以避免水速過高以及不適當的壓力降。
物料選取與安裝是一個複雜問題,由大廈規章及其他地方要求所管控。我們鼓勵您先諮詢擁有管轄權的適當權威人士/部門(例如,大廈檢查員、消防署、保險提供商,及法規監察官),再規劃並安裝冷卻分配系統。提供下列資訊是為達至化學相容性。
鋁及鋁合金。
含鋅量高於 15% 的黃銅。
自由切削黃銅,尤其是含鉛黃銅。稱為「自由切削黃銅」的銅合金 C36000,是這類黃銅的一個範例。
高鉛黃銅尤其需要關注,因為承受高拉伸應力時,會出現應力腐蝕開裂。
除不鏽鋼以外的鋼。
未經適當溶液處理的不鏽鋼。
- 銅合金:
含鋅量低於 15% 的無鉛銅合金。
- 不鏽鋼:
優先使用低碳不鏽鋼。
必須經溶液處理。經溶液處理的不鏽鋼,已經歷特定的熱處理來增進其抗腐蝕能力。
最好進行鈍化,但前提是裂縫中出現酸包封的可能性較低。
焊接期間避免敏化作用。
避免銅焊;優先焊接。
聚氯乙烯 (PVC)(因為易燃性問題,不容許在 IBM® 產品內使用,但可以在設施層次使用。必須諮詢擁有管轄權的適當權威人士/部門)。
- EPDM 橡膠是偏好的軟管物料:
易燃性評級必須為 CSA、UL VW-1 或更好。
優先使用過氧化物硫化軟管,因為它們不會吸收三唑。
必須避免與水接觸的焊接接頭。焊接接頭多孔,它們會濾出焊料殘渣到冷卻迴路中。焊接接頭在製造時可能已通過檢驗及壓力測試,但仍可能不可靠。
優先使用銅焊接頭來接合銅管道段。
不可使用黃銅接頭來接合不鏽鋼。優先使用鎢惰性氣體 (TIG) 和金屬惰性氣體 (MIG) 焊接來接合不鏽鋼。必須避免敏化作用。焊接的組件必須清潔,有可能時進行鈍化(如果裂縫中出現酸包封的可能性較低)。
去離子設備
去離子設備是選擇性的。其建議用在大型冷卻迴路中。需要對水進行去離子時,可以讓部分水流沿支路流經去離子匣。
配量設備
建議使用不鏽鋼或玻璃纖維的化學藥劑射式注入器。
系統水量小於 378.5 公升(100 加侖)時,使用容量為 0.38 公升(0.1 加侖)的注入器
系統水量小於 3875 公升(1000 加侖)時,使用容量為 3.8 公升(1 加侖)的注入器
系統水量大於 3875 公升(1000 加侖)時,使用容量為 9.5 公升(2.5 加侖)的注入器。
符合 Nalco 或其他水處理承包商規格的化學藥劑泵。
監視設備
- 3D TRASAR® Controller (#060-TR5500.88):適用於容量大於 250 加侖的系統,可以精確而持續地監視系統中的水化學性質:傳導率、pH、腐蝕率,及濁度。
- 唑檢驗套件
Nalco P/N 460-P3119.88 - 三唑試劑組,25 mL
Nalco P/N 500-P2553.88 - 配有電源供應器的紫外線燈,115 VAC
Nalco P/N 400-P0890.88 - Nalco DR/890 色度計
Nalco P/N 500-P1204.88 - 25 mL 量筒
- Nalco 細菌檢驗套件
- Nalco P/N 500-P3054.88 - 細菌浸漬載玻片
- 範圍為 0-10 MΩ.cm 的水電阻率監視器
- Nalco P/N 400-C006P.88
必要的物料與設備
適當容量的去離子匣(選用)。
- 適當數量的 Nalco 處理化學藥劑。
配有 75.7 公升(20 加侖)或更少冷凍劑的系統:請使用建議的預先分裝清潔劑及阻蝕劑溶液:Nalco 460-CCL2567 或 Nalco CCL2567,以及 Nalco 460-CCL100 或 Nalco CCL100。如果懷疑暴露給細菌,或關切這個問題,可使用諸如 Nalco H-550 或 Nalco 73500 之類的生物殺菌劑。如果懷疑有真菌,或關切這個問題,可使用 Nalco 77352。
配有 75.7 公升(20 加侖)以上冷凍劑的系統:請使用建議的濃縮化學藥劑。Nalco 2567 是濃縮清潔劑。Nalco 3DT-199 是濃縮阻蝕劑。如果懷疑暴露給細菌,或關切這個問題,可使用諸如 Nalco H-550 或 Nalco 73500 之類的生物殺菌劑。如果懷疑有真菌,或關切這個問題,可使用 Nalco 77352。
- 添加化學藥劑的方法:使用已安裝的系統化學藥劑射式注入器,及/或適當容量的化學藥劑注入泵。
- 去礦質水、逆滲透水、去離子水或蒸餾水的來源。
- 適當的個人防護設備。
- 經核准的排水設施,用於排放預先淨化的水(例如,衛生下水道)。您負責根據地方法規,完成排水程序。
- 適當的檢驗套件,用於在添加 Nalco H-550、Nalco 73500 或 Nalco 77352 之後,監視 Nalco 3DT-199 殘留及細菌數量。
- 範圍為 0-10 MΩ.cm 的水電阻率監視器。
容量小於 75.7 公升(20 加侖)之系統的起始處理
系統必須是空的。如果不是空的,您必須將其徹底排空。
從濾膜機座上卸下所有濾膜。
確保在冷卻迴路的供水部分與回水部分之間連結支路軟管,來確保清潔系統的所有部分。
可以使用下列兩個清潔程序中的一個:
- 化學藥劑清潔 - 這是清潔管道迴路的最有效方法。
以清潔溶液充填系統。建議的清潔溶液是 Nalco 460-CCL2567 或 Nalco CCL2567。
讓清潔溶液循環流動至少 30 分鐘(時間允許時流動更長時間),確保其抵達系統中所有的部分。
徹底排空系統,並根據地方法規排放清潔溶液。
以去礦質水、逆滲透水、去離子水或蒸餾水重新充填。
讓水循環流動 15 分鐘。
徹底排空系統,根據地方法規排放清潔劑。
立即以含有預混阻蝕劑及防腐劑的水充填系統。
- 以去離子水進行清潔。無法取得清潔化學藥劑時,或者地方法規禁止排放化學藥劑時,可使用這個程序。
以去礦質水、逆滲透水、去離子水或蒸餾水完全充填系統。
透過讓部分水流沿支路流經一個以上去離子匣,並讓水正常循環流經整個系統,直到水的電阻率增加到 1 MΩ cm 以上為止,對水進行去離子。
繼續執行阻蝕劑配量程序。
- 化學藥劑清潔 - 這是清潔管道迴路的最有效方法。
- 在濾膜機座上,安裝新的或乾淨的 50μm 濾膜。
- 可以使用下列兩個配量程序中的一個:
- 如果系統已使用清潔溶液 Nalco 460-CCL2567 或 Nalco CCL2567 進行清潔,而且在清潔步驟結束時系統是空的,其中沒有水,請完成下列步驟:
以 Nalco 460PCCL100 / Nalco CCL100 充填冷凍劑貯槽。添加 120 ppm 的 Nalco 3DT-199,將唑濃度提升至 40 ppm。
- 如果懷疑有細菌或真菌,或嚴重關切這個問題,請添加下列其中一種生物殺菌劑:
100 百萬分率 (ppm) 的 Nalco H-550(戊二醛)
200 ppm 的 Nalco 73500(戊二醛)
100 ppm 的 Nalco 77352 (isothiazolone)
- 使用 Nalco 唑檢驗套件,確認唑殘留。
- 添加下列其中一種生物殺菌劑:
100 百萬分率 (ppm) 的 Nalco H-550(戊二醛)
200 ppm 的 Nalco 73500(戊二醛)
100 ppm 的 Nalco 77352 (isothiazolone)
- 添加 120 ppm 的 Nalco 3DT-199,以達到 40 ppm 的唑濃度。
- 使用 Nalco 唑檢驗套件,確認唑殘留。
- 如果系統已使用清潔溶液 Nalco 460-CCL2567 或 Nalco CCL2567 進行清潔,而且在清潔步驟結束時系統是空的,其中沒有水,請完成下列步驟:
容量大於 75.7 公升(20 加侖)之系統的起始處理
系統必須是空的。如果不是空的,您必須將其徹底排空。
從濾膜機座上卸下所有濾膜。
確保在冷卻迴路的供水歧管與回水歧管之間連結支路軟管,來確保清潔冷卻迴路的所有表面。
可以使用下列兩個清潔程序中的一個:
- 化學藥劑清潔 - 這是清潔管道迴路的最有效方法。
以去礦質水、逆滲透水、去離子水或蒸餾水充填系統。
根據製造商的建議,添加所需數量的清潔溶液 Nalco 2567。
讓清潔溶液循環流動至少 4 小時。
利用所有的可用排洩口,徹底排空系統,並根據地方法規排放清潔溶液。
以去礦質水、逆滲透水、去離子水或蒸餾水重新充填。
讓水循環流動 1 小時。
利用所有的可用排洩口,徹底排空系統,並根據地方法規排放清潔溶液。
以去礦質水、逆滲透水、去離子水或蒸餾水重新充填。
讓水循環流動 15 分鐘。
立即繼續執行阻蝕劑配量程序。
- 以去離子水進行清潔。無法取得清潔化學藥劑時,或者地方法規禁止排放化學藥劑時,可使用這個程序。
以去礦質水、逆滲透水、去離子水或蒸餾水完全充填系統。
透過讓部分水流沿支路流經一個以上去離子匣,並讓水正常循環流經整個系統,直到水的電阻率增加到 1MΩ cm 以上為止,對水進行去離子。
繼續執行阻蝕劑配量程序。
- 化學藥劑清潔 - 這是清潔管道迴路的最有效方法。
- 在濾膜機座上,安裝新的或乾淨的 50μm 濾膜。
- 可以使用下列兩個配量程序中的一個:
- 如果系統已使用清潔溶液 Nalco 460-CCL2567 或 Nalco CCL2567 進行清潔,而且在清潔步驟結束時系統是空的,其中沒有水,請完成下列步驟:
以 Nalco 460PCCL100 / Nalco CCL100 充填冷凍劑貯槽。添加 120 ppm 的 Nalco 3DT-199,將唑濃度提升至 40 ppm。
- 如果懷疑有細菌或真菌,或嚴重關切這個問題,請添加下列其中一種生物殺菌劑:
100 百萬分率 (ppm) 的 Nalco H-550(戊二醛)
200 ppm 的 Nalco 73500(戊二醛)
100 ppm 的 Nalco 77352 (isothiazolone)
- 使用 Nalco 唑檢驗套件,確認唑殘留。
- 添加下列其中一種生物殺菌劑:
100 百萬分率 (ppm) 的 Nalco H-550(戊二醛)
200 ppm 的 Nalco 73500(戊二醛)
100 ppm 的 Nalco 77352 (isothiazolone)
- 添加 120 ppm 的 Nalco 3DT-199,以達到 40 ppm 的唑濃度。
- 使用 Nalco 唑檢驗套件,確認唑殘留。
- 如果系統已使用清潔溶液 Nalco 460-CCL2567 或 Nalco CCL2567 進行清潔,而且在清潔步驟結束時系統是空的,其中沒有水,請完成下列步驟:
系統監視與維護
- 每季度務必執行一次細菌檢驗,如果細菌數量超出 1000 CFU/ml,則添加 100 ppm 的 Nalco H-550 或 200 ppm 的 Nalco 73500 生物殺菌劑。如果真菌過去曾經是您的關切,可添加 Nalco 77352 殺真菌劑。
可能無法偵測到水中的真菌,盡管其可能會孳生,並造成用來冷卻電腦處理器之冷卻板中的冷卻通路堵塞。冷卻板上的冷凍劑流速下降,可能表示真菌滋生造成通路堵塞。
在水容量超出 250 加侖的大型系統上,必須在系統冷卻迴路上安裝 Nalco 3D TRASAR® 控制器,以精確而持續地監視系統中的水化學性質:傳導率、pH、腐蝕率,及濁度。
每年務必執行一次唑檢驗,並添加 Nalco 3DT-199,將唑濃度提升至所需的 40 ppm 等級或任何其他期望的 ppm 等級。
多個機架
IBM 所提供的機架已備妥可安裝。
安裝一個以上機架,並開啟現有系統的水流。
確保啟動冷卻器冷凍劑貯槽上的自動補水裝置。如果沒有自動補水配件,請將系統端貯槽加滿。
- 在安裝一個以上新機架後的 2 小時內,添加下列其中一種生物殺菌劑:
100 百萬分率 (ppm) 的 Nalco H-550(戊二醛)
200 ppm 的 Nalco 73500(戊二醛)
100 ppm 的 Nalco 77352 (isothiazolone)
添加 120 ppm 的 Nalco 3DT-199,以達到 40 ppm 的唑濃度。阻蝕劑配量是根據補水量來計算。
使用 Nalco 唑檢驗套件,確認唑殘留。
換水
在有些狀況下,必須換水(例如,必須清潔系統,並重新添加生物殺菌劑及阻蝕劑)。若要換水,請使用下列兩個程序中的一個:
- 從濾膜機座上卸下管線 50μm 濾膜。
- 將新的去離子匣插入到去離子罐中,讓部分水流透過支路流經去離子匣,直到水的電阻率增加到 1 MΩ.cm 以上為止。在此期間,系統及冷卻系統可以保持開啟,並可以充分運作。
- 停止水流透過支路流經去離子濾膜,並添加新的或清潔的 50μm 濾膜至管線濾膜機座。
- 添加下列其中一種生物殺菌劑:
100 百萬分率 (ppm) 的 Nalco H-550(戊二醛)
200 ppm 的 Nalco 73500(戊二醛)
100 ppm 的 Nalco 77352 (isothiazolone)
- 讓水循環流動 30 分鐘。
- 添加 120 ppm 的 Nalco 3DT-199,以達到 40 ppm 的唑濃度。
- 讓水循環流動 30 分鐘。
- 使用 Nalco 唑檢驗套件,確認唑殘留。
在地方市政當局許可下,透過排水管排水。
使用下列其中一個程序,充填系統:
- 容量小於 75.7 公升(20 加侖)的系統:容量小於 75.7 公升(20 加侖)之系統的起始處理。
- 容量大於 75.7 公升(20 加侖)的系統:容量大於 75.7 公升(20 加侖)之系統的起始處理。
移動或倉儲系統
對水進行去離子,達到對應於大於 0.1 MΩ.cm 之電阻率的純度,然後將其排入市政排水管。
在地方市政當局許可下,透過衛生下水道排水。
水及去離子匣的處置
去離子匣必須根據地方市政當局的法規來處置。
IBM 不負責處置水。您負責判斷管控水處置的地方法規。
疑難排解
如果您的水冷系統發生任何問題,請使用下表來疑難排解問題。
問題 | 解決方法 |
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冷卻效能不佳 | 聯絡 IBM 服務中心。 |
水流減少 | 聯絡 IBM 服務中心。 |
化學藥劑泵問題(如果已安裝並使用的話) | 遵循安裝者所提供的程序,聯絡您當地的水處理承包商及/或您當地的 Nalco 辦事處。 |
3D TRASAR® 警示或作業問題 | 聯絡您當地的 Nalco 辦事處。 |
水變色 | 可能表示有腐蝕及/或微生物問題。請換水。 |
流速計區域有粘質物 | 可能表示有腐蝕及/或微生物問題。請換水。 |
微生物數目增加 |
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真菌 | 聯絡 Nalco 或水處理公司。 |
任何其他問題 | 聯絡 IBM 服務中心。 |