Гликоль для охлаждения чиллера: принцип работы и как выбрать

Содержание:

Гликоль для чиллера применяется как надежный теплоноситель в промышленных и коммерческих системах охлаждения. Он обеспечивает защиту от замерзания, продлевает срок службы оборудования и поддерживает стабильную работу чиллера при различных температурных режимах. Выбор типа и концентрации гликоля зависит от условий эксплуатации, требований к безопасности и специфики технологических процессов.

Охлаждающие жидкости для чиллеров

В современных системах промышленного и коммерческого охлаждения выбор теплоносителя определяет эффективность работы оборудования, срок его службы и эксплуатационные расходы. Водоохлаждаемые винтовые чиллеры, такие как серия TICA TWSF, могут работать с различными охлаждающими жидкостями, но в российских климатических условиях и для специфических технологических процессов гликоль для чиллера часто становится предпочтительным выбором.

Основные виды охлаждающих жидкостей

Вода остается наиболее распространенным теплоносителем благодаря высоким теплофизическим свойствам и доступности. Коэффициент теплопередачи воды составляет 0,6 Вт/(м·К) при 20°C, что обеспечивает эффективный теплообмен в испарителях чиллеров. Однако применение воды ограничивается температурным диапазоном от +4°C до +90°C.

Гликолевые растворы применяются в системах, требующих работы при отрицательных температурах или повышенной защиты оборудования. Принцип работы чиллера для охлаждения гликоля основан на циркуляции раствора через затопленный испаритель кожухотрубного типа, где хладагент R134a отводит тепло от гликолевой смеси.

Преимущества гликоля для чиллеров

Антифризные свойства гликоля позволяют системам охлаждения работать при температурах до -35°C без риска замерзания контура. Это критично для наружных трубопроводов, неотапливаемых помещений и технологических процессов пищевой промышленности.

Современные гликолевые составы содержат ингибиторы коррозии, защищающие теплообменники от образования оксидов металлов. Для чиллеров TICA с кожухотрубными испарителями и конденсаторами это продлевает срок службы оборудования и поддерживает проектную эффективность теплопередачи.

Ограничения использования гликоля

Вязкость гликолевых растворов в 1,2-1,8 раза превышает вязкость воды, что увеличивает гидравлическое сопротивление системы на 15-25%. Это требует пересчета производительности циркуляционных насосов и может повысить энергопотребление на 8-12%.

Теплоемкость гликолевых растворов на 10-20% ниже воды, что снижает эффективность теплопередачи. При концентрации этиленгликоля 30% коэффициент теплопередачи уменьшается на 15-18% по сравнению с водой.

Роль гликоля в системе охлаждения

Гликоль для охлаждения чиллера выполняет функции теплоносителя, антифриза и защитного агента системы. В водоохлаждаемых чиллерах TICA серии TWSF гликолевый раствор циркулирует через затопленный испаритель, где отводится тепло от технологических процессов при температурах от +4°C до -10°C.

Влияние на теплообмен

Теплофизические свойства гликоля изменяют параметры работы чиллера. При использовании 25% раствора этиленгликоля холодопроизводительность чиллеров TWSF снижается на 8-12% относительно работы на воде. Это учитывается поправочными коэффициентами при подборе оборудования.

Для чиллеров мощностью 400-900 кВт увеличение вязкости гликолевого раствора требует корректировки расхода теплоносителя. Номинальный расход воды 156-564 м³/ч для моделей TWSF увеличивается на 15-20% при переходе на гликолевые смеси.

Защита от коррозии и накипи

Качественные гликолевые составы содержат ингибиторы на основе нитритов, молибдатов и азолов, предотвращающие коррозию стальных и медных элементов теплообменников. Это особенно важно для кожухотрубных испарителей чиллеров с теплообменными трубками из меди.

Антискалантные добавки в гликоле снижают образование карбонатных отложений при жесткости воды более 200 мг/л CaCO₃. Правильно подобранный состав продлевает интервалы между химическими промывками теплообменников до 2-3 лет.

Предотвращение замерзания системы

При температуре воды из геотермальных источников ниже +3°C рекомендуется использовать гликоль с концентрацией 20-35%. Это обеспечивает защиту наружных трубопроводов и теплообменников при аварийных остановках системы в зимний период.

Виды гликоля для чиллеров

Выбор типа гликоля определяется требованиями безопасности, эффективностью теплопередачи и особенностями применения. В промышленных системах охлаждения используются этиленгликоль и пропиленгликоль с различными пакетами присадок.

Этиленгликоль

Этиленгликоль обеспечивает лучшие теплофизические характеристики среди антифризов:

• Теплоемкость 30% раствора составляет 3,8 кДж/(кг·К), что на 8% выше пропиленгликоля аналогичной концентрации

• Температура замерзания 25% раствора достигает -12°C, 35% раствора — -18°C

• Коэффициент теплопроводности превышает показатели пропиленгликоля на 12-15%

Это позволяет применять этиленгликоль в чиллерах для наружных контуров и неотапливаемых помещений. Токсичность этиленгликоля требует соблюдения мер безопасности при заправке и обслуживании систем. ПДК паров в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м³, что исключает применение в пищевой промышленности и медицинских учреждениях.

Пропиленгликоль

Пропиленгликоль одобрен для контакта с пищевыми продуктами и питьевой водой (FDA, пищевая добавка E1520). Это делает его основным выбором для чиллеров пищевых производств, молочных заводов и фармацевтических предприятий.

Теплоемкость пропиленгликоля на 5-8% ниже этиленгликоля, а вязкость на 15-20% выше. При концентрации 30% это снижает эффективность теплопередачи на 12-15% и увеличивает потери давления на 20-25%.

Какой гликоль выбрать?

Для промышленных объектов без требований пищевой безопасности рекомендуется этиленгликоль. Его применение в чиллерах обеспечивает оптимальное соотношение защитных свойств и теплотехнических характеристик.

Для пищевых производств, молочной промышленности и медицинских учреждений используется пропиленгликоль. Несмотря на снижение эффективности на 10-15%, безопасность применения является приоритетом.

Для систем с температурой теплоносителя выше -5°C можно рассматривать смеси с пониженной концентрацией гликоля (15-20%), что минимизирует влияние на производительность чиллера.

Заправка системы чиллера гликолем

Правильная подготовка и заправка гидравлического контура определяет надежность работы чиллера и эффективность теплопередачи. Процедура заправки гликолем требует соблюдения технологических требований и мер безопасности.

Подготовка оборудования

Перед заправкой гликолем система проходит гидравлические испытания при давлении 1,25 МПа в течение 5 минут. Падение давления не должно превышать 0,02 МПа, что подтверждает герметичность контура.

Промывка трубопроводов проводится до получения прозрачной воды без примесей железной стружки и строительного мусора. Особое внимание уделяется очистке теплообменников чиллеров TICA с затопленным испарителем, где загрязнения могут нарушить циркуляцию хладагента.

Проверка качества исходной воды должна соответствовать требованиям по ключевым параметрам: pH в диапазоне 6,5-8,0, содержание хлоридов менее 100 мг/л, жесткость до 200 мг/л CaCO₃. Несоответствие параметров требует предварительной водоподготовки.

Последовательность заправки

1. Заправка начинается с нижней точки системы при открытых воздухоотводчиках в верхних точках контура. Подача гликолевого раствора осуществляется насосом с производительностью 10-15% от объема системы в час.

2. Контроль концентрации проводится рефрактометром каждые 25-30% заполнения объема. Целевая концентрация устанавливается с запасом 2-3% на возможные потери при прокачке и удалении воздуха.

3. После заполнения система прокачивается в течение 2-3 часов для полного удаления воздуха и стабилизации концентрации гликоля по всему контуру.

Контроль качества раствора

Плотность готового раствора измеряется ареометром: для 25% этиленгликоля составляет 1,035-1,040 г/см³ при 20°C, для пропиленгликоля аналогичной концентрации — 1,025-1,030 г/см³.

pH раствора должен находиться в диапазоне 8,5-10,5 для обеспечения работы ингибиторов коррозии. Снижение pH ниже 8,0 указывает на деградацию присадок и необходимость корректировки состава.

Температура замерзания контролируется специальным термометром или расчетным методом. Отклонение более 2°C от расчетных значений требует корректировки концентрации.

Обслуживание системы с гликолем

Регулярное техническое обслуживание гликолевых систем обеспечивает стабильную работу чиллера и предотвращает деградацию теплоносителя. Программа обслуживания включает контроль концентрации, качества раствора и состояния оборудования.

Регулярные проверки

Ежемесячный контроль включает измерение концентрации гликоля рефрактометром и визуальную оценку цвета раствора. Помутнение или изменение цвета на коричневый указывает на окисление или загрязнение системы.

Ежегодный анализ предусматривает лабораторное исследование проб гликоля на содержание ингибиторов, pH, наличие продуктов коррозии и микробиологического загрязнения. Для чиллеров TICA с непрерывной эксплуатацией анализ проводится каждые 2000 часов работы.

Контроль давления в расширительных баках осуществляется ежемесячно. Снижение давления более 0,1 МПа от расчетного указывает на возможные утечки в системе.

Замена и регенерация раствора

При ежегодном контроле концентрации ингибиторов полная замена раствора требуется раз в 3–5 лет (для пищевых систем — 2–3 года). 

Частичная регенерация возможна добавлением концентрированных присадок при сохранении базовых свойств гликоля. Это снижает эксплуатационные расходы на 30-40% по сравнению с полной заменой.

Утилизация отработанного гликоля проводится специализированными организациями. Слив в канализацию недопустим из-за высокого химического потребления кислорода.

Очистка и профилактика

Механическая фильтрация гликолевого раствора осуществляется фильтрами 60 mesh, установленными перед водяными насосами. Замена фильтрующих элементов проводится при перепаде давления более 50 кПа.

Химическая промывка теплообменников чиллеров выполняется растворами на основе соляной или лимонной кислоты с концентрацией 3-5%. Для очистки теплообменников с медными элементами применяются слабокислые растворы на основе лимонной или фосфорной кислоты (3–5 %), соляная не рекомендуется. Периодичность промывки определяется приростом гидравлического сопротивления более 25% от номинального.

Биоцидная обработка необходима при обнаружении микроорганизмов в гликолевом растворе. Применяются препараты на основе изотиазолинонов в концентрации 50-100 ppm.

Применение гликолевых чиллеров в промышленности

Гликолевые системы охлаждения находят широкое применение в отраслях, требующих точного температурного контроля и работы при отрицательных температурах. Чиллеры TICA серии TWSF с гликолевым контуром обеспечивают надежное охлаждение технологических процессов в различных сферах производства.

Пищевая промышленность

В производстве напитков гликолевые чиллеры поддерживают температуру +2...+4°C для охлаждения соков, пива и безалкогольных напитков. Мощность чиллеров составляет 200-800 кВт для крупных производственных линий с расходом до 300 м³/ч охлаждаемого продукта.

Хлебопекарная промышленность использует гликолевое охлаждение для контроля температуры теста и шоковой заморозки готовых изделий при температурах до -18°C. Применение пропиленгликоля обеспечивает безопасность при возможном контакте с пищевыми продуктами.

Мясоперерабатывающие предприятия применяют чиллеры с гликолевым контуром для охлаждения рассолов в колбасном производстве и поддержания температурного режима в холодильных камерах при температурах -2...-8°C.

Молочная и винодельческая отрасли

Молочные заводы используют гликолевые системы для охлаждения молока-сырья до +2...+4°C и поддержания технологических температур при производстве сыров и кисломолочных продуктов. Чиллеры мощностью 300-600 кВт обеспечивают переработку 50-100 тонн молока в сутки.

Винодельческие предприятия применяют гликолевое охлаждение для контроля температуры брожения (+12...+18°C) и стабилизации вина при низких температурах (-4...-8°C). Использование пропиленгликоля исключает риск загрязнения продукции при возможных утечках.

Медицинские и лабораторные объекты

Сфера применения в медицинских учреждениях охватывает несколько направлений:

• Фармацевтические предприятия используют чиллеры с гликолевым контуром для поддержания температурного режима при производстве и хранении лекарственных препаратов (+2...+8°C) 

• Медицинские центры применяют гликолевое охлаждение для кондиционирования операционных блоков и лабораторий, где требуется точное поддержание температуры +18...+22°C при влажности 45-55% 

• Исследовательские лаборатории используют чиллеры для охлаждения аналитического оборудования и поддержания стабильных условий при проведении испытаний при температурах от -10°C до +25°C

Валидация системы включает контроль стабильности температуры ±0,5°C, что критично для фармацевтических производств.

Преимущества и недостатки использования гликоля

Комплексная оценка применения гликоля в системах охлаждения требует анализа технических, экономических и эксплуатационных факторов. Решение о выборе гликолевого теплоносителя принимается на основе специфических требований объекта и условий эксплуатации.

Основные преимущества

• Защита от замерзания обеспечивает работу системы при температурах до -35°C без риска повреждения трубопроводов и теплообменников. Это критично для наружных контуров и неотапливаемых помещений в российских климатических условиях.

• Антикоррозионная защита продлевает срок службы оборудования на 15-25%. Ингибиторы коррозии в составе гликоля защищают медные теплообменные трубки чиллеров от окисления и точечной коррозии.

• Стабильность работы при переменных тепловых нагрузках достигается благодаря высокой теплоемкости гликолевых растворов. Инерционность системы снижает количество пусков компрессоров на 20-30%.

• Широкий температурный диапазон применения от -20°C до +100°C позволяет использовать одну систему для различных технологических процессов без дополнительного оборудования.

Ограничения

• Снижение эффективности теплопередачи на 10-18% требует увеличения поверхности теплообменников или мощности чиллера. Это повышает капитальные затраты на 8-12% по сравнению с водяными системами.

• Увеличение энергопотребления циркуляционных насосов на 15-25% из-за повышенной вязкости гликолевых растворов. Для чиллеров мощностью 500 кВт дополнительное потребление составляет 8-12 кВт.

• Эксплуатационные расходы: дополнительные эксплуатационные затраты связаны с необходимостью регулярного контроля концентрации, pH и общего состояния гликоля. 

• Требования к квалификации персонала повышаются из-за необходимости контроля концентрации, pH и качества гликолевого раствора. Обучение специалистов и приобретение измерительного оборудования увеличивает операционные расходы.

Резюмируем

Выбор гликоля для охлаждения чиллера определяется климатическими условиями эксплуатации, требованиями технологического процесса и нормами безопасности. Для промышленных объектов без ограничений по пищевой безопасности оптимальным решением является этиленгликоль с концентрацией 25-35%, обеспечивающий защиту от замерзания до -18°C при минимальном снижении эффективности.

Надежная работа чиллера с гликолевым контуром обеспечивается регулярным контролем концентрации и качества раствора, своевременной заменой ингибиторов и профилактическим обслуживанием теплообменников. Соблюдение рекомендаций производителя и применение качественных гликолевых составов гарантирует эффективную эксплуатацию оборудования в течение 15-20 лет.