Некоторые особенности применения теплоносителя на основе пропиленгликоля в холодильном оборудовании

Источник: http://www.splast.ru/st1.htm
("Холодильная техника" №5, 2000 г.)

Канд.техн. наук Л.С.ГЕНЕЛЬ, М.Л.ГАЛКИН,
000 "Спектропласт" канд.техн. наук С.С.СОРОКИН,
ОАО "Альфа Лаваль Поток"

Проблемы, которые возникают у потребителей при использовании теплоносителей (хладоносителей) в холодильном оборудовании, обусловлены в основном взаимодействием их с металлическими поверхностями. К числу таких проблем относятся:

  • коррозия металла под воздействием теплоносителя;
  • образование накипи на стенках оборудования;
  • изменение состава теплоносителя в процессе эксплуатации и соответственно его теплофизических свойств.
Эти проблемы, если не обращать на них должного внимания, приводят к сокращению сроков службы холодильного оборудования, увеличению затрат на проведение профилактических и ремонтных работ, требующих в отдельных случаях его остановки, что, в свою очередь, может вызвать ухудшение качества или порчу охлаждаемой продукции.

В настоящее время в пищевых производствах наиболее широкое применение в качестве теплоносителя получили растворы CaCI2, MgCI2, K2CO3, которые очень экономичны по прямым затратам. Однако из-за высокой агрессивности этих растворов косвенные затраты, связанные с ухудшением качества продуктов, могут многократно превысить прямые затраты. Поэтому наблюдается тенденция их замены теплоносителями, обеспечивающими большую надежность работы холодильного оборудования. К их числу в первую очередь относятся водные растворы многоатомных спиртов, в том числе пропиленгликоля (ПГ), этиленгликоля, глицерина.

Водные растворы пропиленгликоля выгодно отличаются по токсикологическим свойствам от традиционных теплоносителей технического назначения на основе этиленгликоля. Этиленгликоль ядовит (ГОСТ 19710-83), и поэтому его применение в пищевой промышленности крайне затруднительно, в то время как пропиленгликоль является пищевой добавкой (Е1520).

Показатель

Свойства водных растворов ПГ при концентрации, %
40
30
20
+18 °С
-4 °С
+18 °С
-4°С
+18 °С
-4°С
Температура начала кристаллизации,°С
-20,5
-12,3
-7,5
Плотность, кг/м3
1032
1043
1025
1036
1015
1021
Вязкость, мПа•с
4,8
15,6
3,12
8,87
2,1
5,14
Теплопроводность, Вт/(м•К)
0,398
0,388
0,442
0,424
0,488
0,468
Теплоемкость, Дж/(кг•К)
3760
3740
3930
3920
4020
4060



При использовании в качестве теплоносителей водных растворов глицерина усиливаются требования к прокладкам (уплотнениям) и деталям оборудования из неполярных резин и пластмасс некоторых марок. При температурах до -20 °С глицериновые растворы имеют большие значения вязкости, чем пропиленгликолевые. Кроме того, сложнее решаются коррозионные проблемы.

Температурный диапазон применения теплоносителя на основе пропиленгликоля от -50 до +107 °С, однако в пищевых производствах этот теплоноситель оказался наиболее конкурентоспособным по комплексу параметров в диапазоне температур от - 20 до -1°С.

Пропиленгликоль (1,2-пропиленгликоль, пропандиол) - бесцветная густая жидкость со слабым характерным запахом, смешивается с водой и спиртом, обладает гигроскопическими свойствами. Его температура кипения при атмосферном давлении 187,4 °С, температура плавления -60 °С, плотность при 20 °С 1,037 г/см3.

Некоторые основные свойства водных растворов пропиленгликоля при различных концентрации и температуре приведены в табл. 1.

Для проведения коррозионных испытаний растворы ПГ готовили на дистиллированной и водопроводной воде. Скорость коррозии образцов стали СтЗ в теплоносителях на основе водных растворов CaCl2 и ПГ при введении 3% концентрата противокоррозионных добавок марок КПК1 и КПК2 приведена в табл. 2

№ состава/ вода

Содержание растворенных компонентов

Скорость коррозии, мм/год
Контрольный раствор (без противокоррозионной добавки)
КПК-1
КПК-2
1/дистил.
18% CaCI2
0,45
-
0,09
2/водопр.
18% CaCI2
1,51
-
0,15
3/дистил.
30%
0,10
Менее 0,01
-
4/водопр.
30%
0.84
0,03
-
5/водопр.
30% ПГ (растворенные продукты накипи с оборудования, работавшего на СаСу
3,30
-
0,17

Примечания:

  1. Испытания проведены в сопоставимых условиях для всех образцов весовым методом по ГОСТ 9.908—85. Для проведения испытаний использовали нестандартные образцы в виде отрезков трубы диаметром 20 мм, лучше имитирующих, по мнению авторов, условия эксплуатации оборудования. Поэтому приведенные значения скорости коррозии могут рассматриваться только как относительные.
  2. В водопроводной воде (составы 2, 4 и 5) обнаружены ионы железа 0,3 мг/л, меди 1,0 и хлора 25 мг/л.
  3. Содержание некоторых коррозионно-активных компонентов в коррозионной среде (состав 5) — катионы (определены атомно-абсорбционным методом): железо — 86,53 мг/л, медь — 14,21 мг/л; анионы (определены химическим анализом): хлор — 577,8 мг/л.

Из табл. 2 видно, что меньшей коррозионной активностью обладают растворы, приготовленные на дистиллированной воде (составы 1 и 3), чем на водопроводной (составы 2 и 4). Наличие анионов хлора в сочетании с катионами железа и меди придает теплоносителю чрезвычайно высокую коррозионную активность, способную выводить из строя детали оборудования, в том числе изготовленные из нержавеющей стали, меди, латуни. Скорость коррозии в таких условиях может достигать, по нашим данным, более 1 мм/год, а места сварки металлов подвержены опасности коррозионного растрескивания.

Одной из возможных причин повышенного содержания анионов хлора в системе холодоснабжения является присоединение к ней оборудования, ранее работавшего на растворе CaCI2. Пропиленгликоль, являясь поверхностно-активным веществом, способствует вымыванию старых отложений на стенках оборудования и их переходу в раствор.

По техническому заданию, согласованному со специалистами фирмы ОАО "Альфа Лаваль Поток", 000 "Спектропласт" разработало ряд марок концентратов противокоррозионных добавок (КПК) для теплоносителей на основе ПГ. Концентраты вводятся в раствор пропиленгликоля в количестве от 2 до 6 мас.% с учетом диапазона температур эксплуатации и материалов, используемых в теплообменном оборудовании. Применение их в несколько раз уменьшает скорость коррозии стенок оборудования (см. табл.2) и образования накипи на них. Это позволило ОАО "Альфа Лаваль Поток" приступить к изучению возможности использования более дешевых сплавов для снижения стоимости оборудования.

Концентраты выпускаются 000 "Спектропласт" по ТУ 2422-001-11490846-99. Имеется гигиенический сертификат № 770130242Т30583089. Теплоноситель на основе ПГ с соответствующим содержанием КПК относится по опасности (ГОСТ 12.007-76) к 4-му классу - вещества малоопасные.

000 "Спектропласт" проводит испытания теплоносителей, имитирующие различные условия их эксплуатации в теплообменном оборудовании, разрабатывает рецептуры и изготовляет КПК и/или окрашивающих добавок.

С учетом ужесточения требований к надежности холодильного оборудования, гигиеническим и взрыво-пожаробезопасным условиям производств, а также возможности существенного снижения коррозионной активности теплоносителей путем введения в них противокоррозионных добавок можно прогнозировать на ближайшее время повышение объемов применения в холодильной технике теплоносителей на основе водных растворов пропиленгликоля.




наверх ^