Some features of the use of propylene glycol-based coolant in refrigeration equipment

Abstract

The problems that consumers face when using coolants (coolants) in refrigeration equipment are mainly due to their interaction with metal surfaces. These problems include: metal corrosion under the influence of a coolant; the formation of scale on the walls of the equipment; change in the composition of the coolant during operation and, accordingly, its thermophysical properties.

Full Text

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, МдС12, К2СО3, которые очень экономичны по прямым затратам. Однако из-за высокие 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).

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 °C 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 °C, 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 °C, температура плавления -60 °C, плотность при 20 °C 1,037 г/см3.

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

Таблица 1

Показатель	Свойства водных растворов ПГ при концентрации, %
	40		30		20
	+ 18 °C	-4 °C	+ 18 °C	—4 °C	+ 18 °C	-4 °C
Температура начала кристаллизации, °C	-20,5		-12,5		-7,5
Плотность, кг/м-1	1032	1043	1025	1036	1015	1021
Вязкость, мПас	4.8	15,6	3,12	8,87	2,1	5.14
Теплопроводность, В г/( м • К)	0,398	0,388	0,442	0,424	0,488	0,468
Теплоемкость. Дж/(к • К)		3740	3930		4020	4060

Для проведения коррозионных испытаний растворы ПГ готовили на дистиллированной и водопровод ной воде. Скорость коррозии образцов стали СтЗ в теплоносителях на основе водных растворов CaCI2. и ПГ при введении 3% концентрата противокоррозионных добавок марок КПК1 и КПК2 приведена в табл. 2.

Таблица 2

№ состава/ вода	Содержание растворенных компонентов	Скорость коррозии, мм/год
		Контрольный раствор (без противокоррозионной добавки)	КПК-1	КПК-2
1/дистил.	18% СаС1,	0,45	—	0,09
2/водопр.	18% СаС1,	1,51		0,15
3/дистил.	30% ПГ	0,10	Менее 0,01
4/водопр.	30% ПГ	0,84	0,03	—
5/водо.пр.	30% ПГ (растворенные продукты накипи с оборудования, работавшего на CaCL)	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 образны в виде отрезков трубы диаметром 20 мм, лучше имитирующих, по мнению авторов, условия эксплуатации оборудования. Поэтому приведенные значения скорости коррозии Moiyr 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, 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 I 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 та ких 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 СаО2. 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”, ООО “Спектропласт” разработало ряд марок концентратов противокоррозионных добавок (КПК) для теплоносителей на основе ПГ. Концентраты вводятся в раствор пропиленгликоля в количестве от 2 до 6 мае.% 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 ООО “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.

ООО «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 взрывопожаробезопасным 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 пропилен-гликоля.