Гликоль для охлаждения чиллера
Для осуществления задач охлаждения воздуха в чиллерах в качестве теплоносителя используется несколько видов жидкостей. Это может быть вода, пропиленгликоль, этиленгликоль, а также различные современные, незамерзающие при низких температурах, жидкости, например – экосол.
Чаще всего для этих целей используется вода. Однако ее применение невозможно в случаях, когда температура воздуха достигает низких температурных значений (если речь идет о чиллерх, установленных на открытом воздухе). Однако и в теплых помещениях использование воды может быть небезопасно. Температура жидкости (воды) на выходе из испарителя ниже +5°C приводит к отключению компрессоров чиллера и срабатыванию защиты от обмерзания испарителя, и если автоматика или обслуживающий персонал упустят этот момент, размораживание чиллера неизбежно. А это, в свою очередь, может привести к выходу из строя всей установки.
Применение незамерзающих жидкостей исключает возникновение таких аварийных ситуаций и, в некоторой степени, даже упрощает обслуживание самого чиллера. По эффективности охлаждения или нагрева, такие незамерзающие жидкости уступают воде, но это не всегда является основанием для замены воды на такие жидкости. Рассмотрим подробнее две основные, которые применяются в кондиционировании.
На фото: Таблица. Гликоль для охлаждения чиллера.
Этиленгликоль
При растворении в воде этиленгликоль резко меняет свои свойства. Раствор этиленгликоля малотоксичен и в качестве теплоносителя активно применяется в чиллерах в административных, общественных и жилых помещениях. По своим механическим и физическим свойствам раствор этиленгликоля обладает хорошей теплопроводностью. Его срок эксплуатации достигает 9-11 лет. Часто по своим техническим и экономическим свойствам этиленгликоль предпочтительнее пропиленгликоля.
Пропиленгликоль
Это вещество менее токсично чем этиленгликоль, особенно в растворе с водой. Именно поэтому он чаще применяется в чиллерах в качестве теплоносителя. Он меньше подвергает коррозии металлы, коэффициент расширения и температура замерзания у него намного ниже, чем у этиленгликоля. Он имеет хорошие смазочные характеристики, что позволяет автоматически смазывать все поверхности, которые с ним контактируют. Более частое его применение в чиллерах для систем кондиционирования обусловлено тем, что в случае утечки или аварии, контакт или размещение его рядом с человеком полностью безопасно. Мало того, если пропиленгликоль попадет в пищу в количестве 0,2-0,3%, он не оказывает на вкусовые характеристики никакого влияния и не чувствуется человеком. Считается, что при переводе системы охлаждения на пропиленгликоль необходимо только прочистить систему от загрязнения и заменить теплообменник, что экономически вполне обоснованно.
Современные требования к безопасности, экономичности и эффективности заставляют разрабатывать новые современные теплоносители. Один их таких теплоносителей маркируется как «Экосол» с различными температурами кристаллизации. В нем воплощены все лучшие характеристики и свойства предыдущих теплоносителей, но самое главное его преимущество – это полная экологическая безопасность как для окружающей среды, так и для человека.
Что такое гликоль? Как он используется в чиллере?
Анализ энергосистемы
Гликоль — смешивающаяся с водой охлаждающая жидкость, которая часто используется в системах теплопередачи и охлаждения. Она обеспечивает лучшие параметры теплопередачи, чем вода, и может смешиваться с водой для обеспечения различных характеристик теплопередачи. Гликоль выпускается в двух вариантах: этиленгликоле и пропиленгликоле. Хотя оба материала опасны для живых существ, пропиленгликоль чаще всего используется вблизи продуктов питания, а этиленгликоль чаще всего используется в промышленных применениях.
Низкие точки замерзания гликолевых смесей делают их идеальными для охлаждения предметов ниже точки замерзания воды. Таким образом, смеси гликоля / воды часто используются для охлаждения морозильников и аналогичных сред. Обслуживание холодильных машин включает постоянный контроль концентрации гликоля в системе.
Чтобы понять цель гликоля, вы должны сначала понять, как работает чиллер. Чиллер состоит из двух ключевых частей: холодильной установки, которая использует электрическую энергию для производства холодной жидкости, и теплообменных катушек, которые перемещают холодную жидкость из холодильного агрегата в целевую зону и горячую жидкость из целевой зоны в холодильную установку. Как правило, целевой областью является внутренняя часть морозильника или какой-либо другой объект, который вы хотите охладить. Холодильная установка часто состоит из компрессора с некоторым сжимаемым теплоносителем, таким как фреон.
Каждый чиллер имеет диапазон рабочих температур. Этот температурный диапазон определяется несколькими переменными, наиболее важными из которых являются точка кипения и точка замерзания теплоносителя. Гликоль ценится как теплоноситель, потому что он может работать в широком диапазоне температур и может смешиваться с водой. Точки кипения и замерзания гликолевых смесей зависят от относительных количеств гликоля и воды в смеси.
Низкие температуры, связанные с гликолевыми смесями, делают их полезными для применений, когда чиллер должен охлаждать большое количество тепла. Тепло является побочным продуктом многих химических реакций; способность гликоля быстро переносить тепло делает его полезным для поддержания температуры химических реакций. По этой причине смеси пропиленгликоля / воды часто используются для охлаждения ферментеров в пивоварнях.
Гликоль является важным теплоносителем в промышленных применениях. В дополнение к отличным параметрам теплопередачи этиленгликоль имеет тенденцию препятствовать росту водорослей в оборудовании для теплопередачи.
Как использовать хладоносители на основе гликоля: рекомендации специалистов
Использование хладоносителей на основе раствора гликоля нашло применение на крупных предприятиях пищевой промышленности, в гипермаркетах и торговых центрах, гостиницах и санаторных комплексах.
Если речь идет о системе холодообеспечения с вторичным контуром охлаждения, то задача по выбору антифриза становится сложнее. Какие параметры необходимо учесть, есть ли разница между концентрированным и разбавленным гликолем, какой температурный диапазон у гликолевых хладоносителей? Это далеко не все вопросы, с которыми зачастую сталкиваются специалисты компании «ТЕХНОФОРМ», производителя антифризов под торговой маркой Hot Stream.
Мы постараемся разобрать все актуальные моменты в формате «вопрос-ответ», а полученная информация станет полезной для руководителей предприятий, инженеров, владельцев торговых объектов. Речь пойдет о хладоносителях в целом, но с учетом специфики отрасли остановимся лишь на рабочих составах на основе раствора гликоля.
Можно ли использовать в системе охлаждения гликоль в чистом виде?
Концентрированный гликоль ведет себя при низких температурах по-разному. Чистый этиленгликоль кристаллизуется уже при 13 градусах ниже нуля, причем он замерзает подобно воде – с образованием кристаллов льда. Раствор пропиленгликоля даже при незначительной отрицательной температуре превращается в вещество с консистенцией мармелада. Добиться нормальной циркуляции хладоносителя по системе невозможно, именно поэтому в производстве используются водно-гликолевые смеси выбранной концентрации.
Какую температуру сможет выдержать антифриз?
Все зависит от выбранного температурного режима системы охлаждения. Максимально возможная температура обуславливается нагревом в инженерной системе. За счет того, что гликолевые растворы кипят при температуре выше 100 градусов, этого будет вполне достаточно для нормальной эксплуатации оборудования.
Рекомендуемая минимальная температура зависит или от технологии охлаждения в установке, или от особенностей размещения оборудование (неотапливаемое помещение, открытое пространство). Для умеренных широт и при размещении оборудования на открытой местности можно ориентироваться на 35-40 градусов ниже нуля: температура кристаллизации должна быть хотя бы на 3-5 градусов ниже реальных климатических условий.
Есть ли опасность коррозии при использовании раствора гликоля?
Обязательно ли окрашивать антифриз?
Обычно пищевые предприятия заказывают неокрашенный хладоноситель, так что это точно необязательно. На практике встречаются ситуации, когда водно-гликолевые растворы для инженерных коммуникаций окрашивают в различные цвета, маркируя их как технические. В некоторых случаях использование флуоресцентного красителя помогает найти источник протечки.
Стоит ли разбавлять антифриз водой?
Если вы покупаете сбалансированный состав с пакетом присадок, добавление воды в целях экономии негативно отражается на эксплуатационных свойствах ингибиторов коррозии. Кроме того, производитель больше не несет ответственность за скорректированный вами продукт. Если речь идет о концентрированном растворе гликоля, то его допустимо разбавлять в установленных пропорциях. Не забывайте, что необходима только дистилированная вода и пакет присадок, который снизит коррозионную активность.
Можно ли смешивать хладоносители от разных производителей?
Если речь идет просто о смешении водно-гликолевых растворов, то ничего опасного в этом нет. Все производители используют раствор этилен- или пропиленгликоля, соответствующий стандартам и нормам безопасности. Смешивать готовые антифризы не рекомендуется, ведь даже опытные химики и технологи не могут предположить, какой эффект вызовет смешение присадок. Состав ингибиторов коррозии является коммерческой тайной для производителей, а эксперимент с малыми объемами не способен дать объективную информацию.
Теплоносители (хладоносители) на основе гликолей
Общие сведения
При температурах теплоносителя ниже точки замерзания воды, а также в целях предотвращения замерзания теплоносителя в трубопроводах при низких температурах окружающей среды, в качестве теплоносителей используют различные растворы и смеси с низкой температурой замерзания.
Распространенными хладоносителями являются хлористый натрий (NaCl), соли хлористого кальция (CaCl2), водные растворы гликолей. В связи с высокой коррозионной активностью солевых растворов, расходы на ремонт оборудования могут многократно превысить прямые затраты, поэтому в последнее время все более широкое применение находят растворы многоатомных спиртов, в том числе пропиленгликоля (ПГ), этиленгликоля, глицерина, что особенно характерно для систем центрального кондиционирования.
Особенности применения растворов гликолей
Как пропилен гликоль, так и этилен гликоль имеют молекулярный размер меньший, чем у чистой воды. Это свойство может привести к образованию утечек в уплотнениях (особенно при низких температурах теплоносителя и высоких концентрациях гликоля) и требует более внимательного подхода к выбору насосного оборудования и его размещению. В ряде случаев стандартные насосы рассчитаны на максимальное содержание гликоля 30-40%, более высокие концентрации требуют замены стандартных уплотнений на специальные. По возможности насосы следует размещать в частях системы с более высокой температурой теплоносителя.
Не рекомендуется применять трубы из оцинкованной стали в системах с гликолевыми теплоносителями.
Расчет концентрации раствора
Для низкотемпературных систем, при температуре теплоносителя ниже +5С, в целях предотвращения замерзания теплоносителя в испарителе холодильной машины требуется применять раствор гликолей. Рекомендуемые массовые (!) концентрации растворов этиленгликоля и пропиленгликоля для различных температур теплоносителя показаны на Рис. 1, 2. При более низких температурах (например, применении растворов гликолей для защиты от замерзания в зимний период) для расчета концентрации следует использовать диаграмму состояния раствора гликоля
Подбор оборудования, пересчет основных характеристик
При подборе оборудования необходимо учесть, что основные характеристики холодильного оборудования при использовании растворов гликолей высокой концентрации будут существенно отличаться от рассчитанных при нормальной температуре и воде в качестве теплоносителя. Как правило, точные характеристики холодильной машины с учетом концентрации гликоля и при различных температурах теплоносителя можно пересчитать с помощью программ подбора или таблиц, предоставляемых производителями чиллеров. В качестве примера на Рис. 3 и 4 показано, как изменяются основные показатели холодильной машины (холодопроизводительность, потребляемая мощность компрессора, расчетный расход теплоносителя) в зависимости от концентрации раствора этиленгликоля и пропиленгликоля при температуре теплоносителя +5/+10 °С.
Рис.4
Пересчет гидравлического сопротивления
Так как этиленгликоль и пропиленгликоль обладают высокой вязкостью, как следствие значительно возрастают гидравлические потери на трение в трубопроводах и на преодоление гидравлических сопротивлений. На Рис.5 и 6 приведены поправочные коэффициенты падения давления в зависимости от температуры и концентрации раствора.
Рис.5
Рис.6
Зависимость характеристик насосного оборудования от физических свойств теплоносителя
В качестве примера, рассмотрим подбор насоса при исползовании в системе в качестве теплоносителя раствора этиленгликоля.
Исходные данные:
По диаграмме состояния раствора этиленгликоля по температуре и концентрации определяем динамическую вязкость и плотность раствора:
Находим кинематическую вязкость раствора:
Исходя из расчетных расхода и напора насоса и рассчитанной кинематической вязкости по номограмме пересчета характеристик центробежных насосов определяем требуемый напор насоса по стандартным характеристикам, коэффициент напора равен 1,02., т.е. для обеспечения расхода 50 м 3 /час и перепада давлений теплоносителя 18,5м необходимо выбрать насос с напором по стандартной характеристике = 18,87 м. Этому условию соответствует насос LME 80-125/133 фирмы Grundfos. По номограмме пересчета характеристик центробежных насосов уточняем поправочный коэффициент потребляемой мощности насоса, он равен 1,1, т.е. фактическая мощность = попр.коэфф. х плотность х мощность по стандартной характеристике = 1,1 х 1,07 х 3,6 = 4,24 кВт.
Гликоль и область его применения
Изобрел вещество французский химик Шарль Вюрц, сделавший ряд открытий в сфере неорганической химии. В наши дни работа множества механизмов и видов оборудования функционирует с помощью составов, открытых ученым.
Гликоль был получен сложным методом на основе предварительных испытаний Уильямса и Бертло. В результате появился двухатомный спирт с отличными физическими свойствами: он отличался высокой температурой кипения, а замерзал при –65 градусах Цельсия. Промышленное производство гликоля началось в первой половине прошлого века с применения в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также в холодильных установках.
Уникальность вещества заключается в низкой себестоимости изготовления. Его получают методом гидрации окиси этилена, поэтому он дешевый, но относится к токсичным материалам. Особенно опасна жидкость для здоровья человека, при ее попадании в организм возникают неизлечимые заболевания или летальный исход.
Использование в качестве теплоносителя
Гликоль в сравнении с водой оказывает меньшее коррозионное воздействие на металл. В промышленности его применяют с различными добавками. Без присадок охладительный контур быстро загрязняется, внутри появляются пробки, что ведет к поломкам оборудования. Самым распространенным является раствор гликоля (40 %) с антикоррозионными веществами — ингибиторами. Такая смесь отличается уникальной стойкостью к образованию ржавчины. Гликолевый раствор с дистиллированной водой и карбоновыми кислотами прослужит больше 10 лет, находясь в закрытом контуре отопительной или охлаждающей сети.
Купить качественный гликоль в качестве теплоносителя можно для исключения появления паровых пробок в системе и уменьшения явления кавитации. В процессе эксплуатации уменьшается эрозия радиатора и металла трубок, увеличивается рабочий ресурс оборудования.
Основные промышленные отрасли, где используется вещество:
Типы гликоля
Существует несколько основных видов материала, который востребован в качестве теплоносителя, — это этиленгликоль, монопропилен и пропиленгликоль. Первый тип растворяют водой и используют в отопительных контурах. Монопропилен применяют в изготовлении тормозных жидкостей, алкидных и полиэфирных смол, шампуней, кремов, паст и пр. Пропиленгликоль обладает более низкими теплофизическими свойствами, но безопасен для здоровья человека, поэтому рекомендован для использования в пищевой промышленности.