Свойства гликолей: этиленгликоль и пропиленгликоль для чиллера

Этиленгликоль и пропиленгликоль — основные теплоносители для чиллеров, когда воду нужно охладить ниже +5 °C или контур проходит по улице. Этиленгликоль лучше переносит тепло и меньше вязок, но ядовит. Пропиленгликоль безопасен для пищевого производства, но для той же защиты от замерзания его нужно больше, и насосу с ним тяжелее.

Зачем гликоль в контуре чиллера

Вода замерзает в испарителе раньше, чем в трубах. Хладагент в испарителе кипит на 5–10 °C холоднее воды на выходе, поэтому уже при воде ниже +5 °C на стенках испарителя появляется лёд, а пластинчатый теплообменник от этого может разорвать. Раствор гликоля замерзает ниже нуля и позволяет получать на выходе чиллера 0 °C, −5 °C и ниже.

Вторая причина — улица. Трубы, сухой охладитель фрикулинга или выносной теплообменник зимой замёрзнут при любой остановке насоса, если в них вода. Гликоль защищает контур и тогда, когда оборудование стоит.

Температура замерзания

Температура замерзания зависит от вида гликоля и концентрации. В таблицах указывают начало кристаллизации: раствор сначала густеет, превращается в кашу и только потом твердеет. Расчёт ведут по началу кристаллизации, потому что каша уже останавливает циркуляцию.

Концентрацию выбирают с запасом по двум условиям: раствор должен замерзать минимум на 10 °C ниже температуры на выходе из чиллера и на 5 °C ниже самой низкой температуры воздуха, если контур выходит на улицу. Из двух требований берут более жёсткое. Полную таблицу по концентрациям от 10 до 50 % и расчёт объёма гликоля и воды даёт расчёт концентрации гликоля.

Больше 50 % гликоля в растворе не заливают: защита от замерзания растёт уже слабо, а теплоёмкость падает и вязкость резко увеличивается.

Теплоёмкость и расход

Кубометр раствора гликоля переносит меньше тепла, чем кубометр воды, поэтому при той же холодопроизводительности и том же перепаде температур расход растёт:

G = Q / (c × Δt)

G — расход, м³/ч; Q — холодопроизводительность, кВт; c — теплоёмкость кубометра раствора, кВт·ч/(м³·°C); Δt — перепад температур, °C.

Для чиллера 50 кВт с перепадом 5 °C расход воды 8,60 м³/ч, этиленгликоля 30 % — 9,43 м³/ч, пропиленгликоля 40 % — 9,62 м³/ч. Расход растёт на 6–14 % в зависимости от раствора. Насос, трубы и теплообменники потребителя должны пропустить этот расход; диаметр труб проверяют в расчёте диаметра трубопровода, мощность по известному расходу — в расчёте мощности по расходу и температурам.

Холодопроизводительность самого чиллера на гликоле тоже ниже, чем на воде: теплоотдача в испарителе хуже, а кипеть хладагенту приходится при более низкой температуре. Поэтому чиллер для раствора подбирают по характеристикам именно на этом растворе, а не по воде.

Вязкость и насос

Вязкость раствора гликоля при 0 °C в 2–6 раз выше, чем у воды, и при охлаждении растёт быстрее. Потери давления в трубах и теплообменниках увеличиваются заметно сильнее, чем расход. Насос, подобранный на воду, на гликоле обычно не даёт нужный расход, и чиллер останавливается по защите от низкого протока.

Самый тяжёлый момент — пуск после остановки в мороз, когда раствор в уличной части холодный и густой. Насос проверяют на этот режим, а не только на рабочий.

Этиленгликоль или пропиленгликоль

Главное различие — токсичность. Этиленгликоль ядовит при попадании внутрь, поэтому там, где теплоноситель может попасть в продукт или питьевую воду, применяют только пропиленгликоль: в пищевом производстве, на молоке, пиве, напитках. Так охлаждают молоко: чиллер на пропиленгликоле 0 °C, молоко отдаёт тепло через промежуточный теплообменник.

В остальных задачах выбирают по теплотехнике. Этиленгликоль при той же защите нужен в меньшей концентрации, лучше переносит тепло и меньше нагружает насос. Для замерзания при −15 °C хватает этиленгликоля 30 %, пропиленгликоля нужно около 33 %.

Что важно при заправке и эксплуатации

• Только ингибированный теплоноситель. Чистый технический гликоль с водой со временем становится кислым и разъедает металл. Готовые теплоносители содержат ингибиторы коррозии, их и заливают.
• Без оцинковки. Оцинкованные трубы и баки с гликолевыми растворами не применяют: цинк реагирует с ингибиторами, теплоноситель теряет защитные свойства, а в контуре появляется осадок.
• Не смешивать разные составы. Этиленгликоль с пропиленгликолем и теплоносители разных производителей не смешивают, доливают тот же состав.
• Проверять концентрацию. Раз в сезон и после каждой доливки воды концентрацию проверяют рефрактометром или ареометром, а кислотность — по паспорту теплоносителя.

Что из этого следует для подбора

• Сначала концентрация. Её считают по температуре на выходе из чиллера и по зимнему минимуму воздуха в расчёте концентрации гликоля. Лишние проценты гликоля ухудшают теплоотдачу и нагружают насос.
• Потом расход и трубы. Расход на гликоле больше, чем на воде, потери давления — тем более. Диаметр труб и насос проверяют на растворе.
• Холодопроизводительность — с поправкой на раствор. Нагрузку процесса считают как обычно, но характеристики чиллера берут на гликоле при рабочей температуре.
• Подбор индивидуальный. Серийный подбор рассчитан на воду 5–15 °C; чиллер на растворе гликоля подбирают по запросу, указав вид и концентрацию гликоля, температуры и нагрузку.