Вода хорошо передает тепло и подходит для многих систем охлаждения, но у нее есть очевидное ограничение — при низкой температуре она замерзает. Если трубопроводы проходят по улице, чиллер работает зимой или технологическому процессу требуется температура теплоносителя около 0°C и ниже, вместо чистой воды используют незамерзающий раствор на основе гликоля.
При этом заменить воду на гликоль без перерасчета системы нельзя. С изменением состава теплоносителя меняются вязкость, плотность, теплоемкость и гидравлическое сопротивление. Это влияет на работу насосов, теплообменников, чиллера и всей насосной станции.
Разберем, чем отличаются основные виды гликоля, как выбирают концентрацию и что необходимо проверить перед заполнением системы.
Зачем гликоль используют в системе чиллера
Основная задача незамерзающего теплоносителя — сохранить текучесть жидкости при температуре, при которой обычная вода уже становится небезопасной для оборудования.
Гликолевые растворы применяют, если:
- чиллер установлен на улице;
- часть трубопроводов проходит вне отапливаемого здания;
- система может останавливаться зимой;
- технологический процесс требует низкой температуры жидкости;
- есть риск аварийного отключения электропитания в мороз;
- теплообменник или другая часть системы находится в холодной зоне.
Для промышленного чиллера тип и состав теплоносителя желательно определить еще на стадии проектирования, поскольку от него зависят характеристики теплообменника и насосного оборудования.
Пропиленгликоль или этиленгликоль
В системах промышленного охлаждения распространены два основных типа гликолевых теплоносителей: этиленгликоль и пропиленгликоль.
Этиленгликоль
Растворы на основе этиленгликоля широко применяются в промышленных системах охлаждения. При сопоставимых условиях они могут иметь хорошие теплофизические характеристики и позволяют создавать эффективные холодильные контуры.
Но этиленгликоль токсичен, поэтому его применение требует соответствующих мер безопасности. Особенно внимательно необходимо подходить к выбору теплоносителя на пищевых производствах и объектах, где существует потенциальный риск контакта с продуктом.
Пропиленгликоль
Пропиленгликоль часто выбирают для объектов, где требования к безопасности теплоносителя выше. Он востребован в пищевой промышленности, фармацевтике и на других предприятиях с особыми санитарными требованиями.
При этом выбор нельзя делать только по признаку токсичности. Необходимо сравнивать технические характеристики растворов при расчетной температуре и концентрации.
Можно ли использовать чистый гликоль
В большинстве систем используют не концентрированный гликоль, а его смесь с подготовленной водой.
Увеличивать концентрацию без необходимости невыгодно. По мере изменения состава раствора меняются его теплофизические характеристики, а насосной системе может потребоваться больше энергии для циркуляции теплоносителя.
Поэтому задача состоит не в том, чтобы залить максимально концентрированный раствор, а в том, чтобы определить минимально необходимую концентрацию для расчетных условий объекта.
Как выбирают концентрацию гликоля
Исходной точкой является минимальная температура, которую может испытать теплоноситель.
При расчете учитывают не только штатную температуру подачи чиллера, но и возможные аварийные и сезонные условия:
- минимальную температуру наружного воздуха;
- температуру жидкости во время нормальной работы;
- возможность длительной остановки оборудования;
- размещение наружных трубопроводов;
- наличие резервного электропитания;
- условия хранения оборудования в период простоя.
Необходимую концентрацию определяют по техническим данным производителя конкретного теплоносителя. Использовать произвольную универсальную таблицу нежелательно, поскольку характеристики разных составов и пакетов присадок могут отличаться.
Температура замерзания и температура кристаллизации
При выборе теплоносителя важно внимательно читать техническую документацию производителя. Для гликолевых растворов могут указываться разные температурные характеристики.
Начало образования кристаллов и полная потеря текучести — не обязательно одна и та же точка. Поэтому недостаточно найти в таблице одно значение температуры и считать вопрос решенным.
Инженеру необходимо определить, какое состояние теплоносителя допустимо именно для конкретной системы и оборудования.
Почему нужен температурный запас
Подбирать концентрацию точно под ожидаемую минимальную температуру рискованно.
В реальной эксплуатации возможны:
- более сильный мороз, чем прогнозировалось;
- ошибка при приготовлении раствора;
- изменение концентрации после доливки воды;
- неравномерное перемешивание;
- локальные более холодные участки.
Поэтому рабочую концентрацию выбирают с расчетным запасом. Его величина зависит от объекта и рекомендаций производителя оборудования и теплоносителя.
Как гликоль влияет на насос
Одна из главных ошибок — подобрать насос по воде, а затем заполнить систему гликолевым раствором, не проверив рабочую точку.
При изменении теплоносителя меняются его вязкость и плотность. Это отражается на гидравлическом сопротивлении сети и потребляемой мощности насоса.
Особенно заметны изменения:
- при высокой концентрации гликоля;
- при низкой температуре жидкости;
- в протяженных трубопроводах;
- при небольших диаметрах труб;
- в системах с большим количеством арматуры и теплообменников.
Поэтому при проектировании гидромодуля для чиллера насосы рассчитывают по свойствам фактической смеси, а не чистой воды.
Почему особенно важна вязкость
Чем выше вязкость жидкости, тем больше сопротивление ее движению по трубам, клапанам, фильтрам и теплообменникам.
При этом сама вязкость гликолевого раствора сильно зависит от температуры. Один и тот же состав при комнатной температуре и при низкой рабочей температуре может вести себя по-разному.
Поэтому расчет системы только по концентрации без учета рабочей температуры будет неполным.
Как гликоль влияет на теплообмен
Замена воды на гликолевый раствор влияет не только на гидравлику, но и на передачу тепла.
При проектировании учитывают:
- теплоемкость смеси;
- теплопроводность;
- плотность;
- вязкость;
- расчетный расход.
Если эти параметры не учитывать, фактическая производительность системы может отличаться от ожидаемой.
Особенно важно сообщить производителю чиллера, какой теплоноситель будет использоваться, еще до выбора оборудования.
Можно ли просто увеличить скорость насоса
Если после замены воды на гликоль расход уменьшился, возникает соблазн повысить частоту вращения насоса.
Иногда это возможно, но решение необходимо проверить расчетом.
Повышение скорости может привести к:
- росту энергопотребления;
- увеличению шума;
- повышению скорости потока в трубах;
- изменению давления;
- работе насоса вне оптимальной области;
- ухудшению условий на всасывании.
Если насос изначально подобран без учета гликоля, правильным решением может оказаться изменение настроек, рабочего колеса или самого агрегата.
Гликоль и кавитация насоса
Условия работы насоса зависят от характеристик всей гидравлической системы. Изменение теплоносителя способно повлиять на потери давления, расход и рабочую точку.
Если после перехода на новый раствор насос стал шуметь или вибрировать, необходимо проверить:
- фактический расход;
- давление на всасывании;
- состояние фильтров;
- наличие воздуха;
- рабочую точку насоса;
- правильность настроек частотного преобразователя.
Нельзя автоматически считать любой появившийся шум следствием повышенной вязкости. Требуется диагностика всей насосной системы.
Как гликоль влияет на расширительный бак
При расчете расширительного бака учитывают изменение объема теплоносителя в рабочем температурном диапазоне.
Свойства гликолевого раствора отличаются от свойств воды, поэтому использование ранее рассчитанного бака после существенного изменения состава теплоносителя необходимо проверить.
Особенно это важно, если одновременно:
- увеличили концентрацию гликоля;
- добавили буферную емкость;
- расширили трубопроводную сеть;
- подключили новых потребителей;
- изменили рабочий температурный режим.
Нужно ли пересчитывать буферную емкость
Буферный бак увеличивает тепловую инерцию системы и помогает уменьшить частоту включений холодильного оборудования.
При изменении теплоносителя меняются его теплофизические свойства, поэтому расчетный эффект от одного и того же объема жидкости может отличаться.
Если проект выполняется с нуля, тип теплоносителя необходимо учитывать при определении объема накопителя. Если система уже работает и состав жидкости меняют, желательно проверить существующий расчет.
Какой водой разбавлять гликоль
Качество воды влияет на состояние теплоносителя и внутренних поверхностей оборудования.
Использовать случайную воду без проверки нежелательно. Требования к воде необходимо смотреть в документации производителя концентрата.
Причина в том, что избыточное содержание солей и других примесей может способствовать:
- образованию отложений;
- коррозии;
- изменению свойств присадок;
- загрязнению теплообменников.
Для промышленной системы состав раствора лучше готовить контролируемо, а не доливать концентрат и воду непосредственно в контур приблизительными объемами.
Зачем гликолю присадки
Промышленный теплоноситель — это не всегда просто смесь чистого гликоля и воды.
Готовые составы могут содержать пакет присадок, предназначенных для защиты системы от коррозии и стабилизации свойств раствора.
Это особенно важно, если гидравлический контур содержит разные материалы:
- сталь;
- медь;
- латунь;
- алюминиевые сплавы;
- полимерные элементы.
Совместимость теплоносителя необходимо проверять с материалами всех компонентов системы.
Можно ли смешивать разные гликоли
Без подтверждения совместимости делать это не следует.
Даже если оба состава имеют одинаковую основу, пакеты присадок у разных производителей могут отличаться. Смешивание способно изменить защитные свойства раствора или привести к нежелательной химической реакции.
Если требуется заменить теплоноситель другой марки или типа, сначала следует определить состояние существующей жидкости и рекомендации производителей.
Как проверить концентрацию уже в работающей системе
После заполнения концентрацию теплоносителя необходимо контролировать, поскольку со временем она может измениться.
Для проверки используют соответствующие измерительные приборы и методику, подходящую для конкретного состава.
Контроль особенно актуален после:
- доливки воды;
- ремонта трубопроводов;
- частичного слива системы;
- устранения утечки;
- замены оборудования;
- длительной эксплуатации.
Ориентироваться только на цвет жидкости нельзя.
Почему доливка воды может стать проблемой
Если при небольших потерях в систему постоянно добавляют только воду, концентрация гликоля постепенно уменьшается.
В обычном рабочем режиме это может оставаться незаметным. Проблема обнаруживается зимой, когда фактическая защита от замерзания уже не соответствует расчетной.
Поэтому после устранения утечки необходимо проверить состав смеси и восстановить требуемую концентрацию.
Нужно ли менять гликоль
Теплоноситель не следует считать жидкостью, которая сохраняет первоначальные свойства бесконечно.
Срок эксплуатации зависит от:
- типа состава;
- температурного режима;
- материалов системы;
- качества исходной воды;
- попадания загрязнений;
- частоты доливки;
- состояния защитных присадок.
Периодичность контроля и критерии замены необходимо определять по рекомендациям производителя теплоносителя и результатам анализа действующего раствора.
Признаки проблем с теплоносителем
Провести внеплановую проверку стоит, если:
- изменилась прозрачность или цвет жидкости;
- появился осадок;
- забиваются фильтры;
- ухудшился теплообмен;
- возросло гидравлическое сопротивление;
- после доливок неизвестна фактическая концентрация;
- система долго эксплуатировалась без анализа теплоносителя.
Однако изменение внешнего вида само по себе не позволяет определить причину. Для оценки состояния могут потребоваться измерения и лабораторный анализ.
Как заполнить систему гликолем
Заполнение должно выполняться так, чтобы обеспечить расчетную концентрацию и удалить из системы воздух.
Перед запуском проверяют:
- герметичность трубопроводов;
- положение запорной арматуры;
- готовность насосов;
- давление расширительного бака;
- работу воздухоотводчиков;
- настройки автоматики.
После заполнения необходимо обеспечить циркуляцию раствора, удалить остаточный воздух и повторно проверить концентрацию.
Эти операции желательно выполнять вместе с пусконаладкой холодильной системы, чтобы одновременно проверить расходы, давления и работу оборудования.
Типичные ошибки при использовании гликоля
Концентрацию выбирают «с запасом» без расчета
Слишком высокая концентрация увеличивает стоимость раствора и может ухудшить гидравлические характеристики системы.
Насос подбирают по воде
Фактическая смесь особенно при низкой температуре может иметь другие свойства, что необходимо учитывать при расчете.
Не проверяют требования чиллера
Производитель холодильной машины может устанавливать требования к типу теплоносителя, концентрации и минимальному расходу через испаритель.
Смешивают разные составы
Без подтвержденной совместимости результат взаимодействия присадок предсказать сложно.
Постоянно доливают воду
Это постепенно меняет концентрацию и снижает расчетную защиту от низкой температуры.
Не контролируют состояние раствора
Состав теплоносителя и состояние его защитных присадок необходимо периодически проверять.
Когда требуется перерасчет гидромодуля
Проверить насосную станцию желательно, если:
- вода заменяется гликолем;
- существенно увеличивается концентрация смеси;
- снижается рабочая температура;
- изменяется производительность чиллера;
- подключаются дополнительные потребители;
- меняется трасса трубопроводов;
- насосы начали работать за пределами нормального режима.
При значительных изменениях может потребоваться корректировка частотного управления, замена насоса или модернизация отдельных элементов станции.
Что подготовить для расчета системы
Для подбора теплоносителя и оборудования инженеру потребуются:
- минимальная рабочая температура;
- минимальная температура окружающей среды;
- характеристики чиллера;
- тип теплоносителя;
- предполагаемая концентрация;
- проектный расход;
- схема гидравлической сети;
- характеристики насосов;
- объем буферной емкости;
- общий объем системы;
- режим работы объекта.
Если система уже эксплуатируется, полезно предоставить также текущие давления, расход, температуру подачи и обратной линии и данные о существующем теплоносителе.
Почему теплоноситель нужно выбирать вместе с оборудованием
Тип жидкости влияет сразу на несколько компонентов системы. Изменяются условия работы насосов, теплообменника чиллера, расширительного и буферного баков.
Поэтому оптимальная последовательность выглядит так:
- Определить температурный режим объекта.
- Выбрать подходящий тип теплоносителя.
- Определить требуемую концентрацию.
- Рассчитать тепловые и гидравлические параметры.
- Подобрать чиллер и насосное оборудование.
- Настроить автоматику.
- Проверить параметры после заполнения системы.
Компания «Пифагор» проектирует и производит оборудование для промышленных систем охлаждения, включая чиллеры и насосные станции-гидромодули. Комплексный расчет позволяет согласовать характеристики холодильной машины, теплоносителя и насосного оборудования еще до запуска объекта.
Часто задаваемые вопросы
Что лучше для чиллера — вода или гликоль?
Если система гарантированно работает при положительной температуре и отсутствует риск замерзания, вода может быть эффективным теплоносителем. Гликоль применяют там, где требуется защита от низкой температуры. Решение зависит от условий конкретного объекта.
Какой гликоль выбрать: пропиленовый или этиленовый?
Выбор зависит от технических и санитарных требований. На объектах с повышенными требованиями к безопасности часто рассматривают пропиленгликоль, а в промышленных системах может использоваться этиленгликоль. Необходимо учитывать требования проекта и производителя оборудования.
Чем выше концентрация гликоля, тем лучше защита?
Увеличивать концентрацию сверх необходимого значения не следует. Это изменяет характеристики теплоносителя и может увеличить нагрузку на насосную систему.
Нужно ли менять насос при переходе с воды на гликоль?
Не всегда. Но рабочую точку необходимо пересчитать для фактической концентрации и температуры смеси. После этого можно определить, подходит ли существующий насос.
Можно ли долить воду в гликоль?
Технически концентрацию раствора изменяют водой, но произвольная доливка нарушает расчетное соотношение. После доливки необходимо проверить фактическую концентрацию и требования производителя состава.
Как часто проверять гликоль?
Периодичность зависит от состава и условий эксплуатации. Контроль следует проводить по регламенту производителя теплоносителя, а также после утечек, доливок и ремонтных работ.
