Этиленгликоль или пропиленгликоль в системе охлаждения: что выбрать, какую концентрацию брать и как пересчитать насос

Этиленгликоль или пропиленгликоль выбирают по одному вопросу: может ли раствор попасть в продукт. Если не может, берём этиленгликоль: при 40 % он оставляет машине 0,94 холода от водяного, пропиленгликоль — 0,90. Пропиленгликоль ставим там, где его требует технолог, чаще всего на пищевых производствах. Концентрацию подбираем по зимней температуре площадки, а расход, насос и охладитель пересчитываем на раствор: на гликоле насос тратит почти вдвое больше энергии, чем на воде.

Гликолевый контур мы проектируем вместе с драйкулерами NCT, насосными группами, баком и подпиткой, монтируем и запускаем.

Этиленгликоль или пропиленгликоль: что выбрать?

Пропиленгликоль — если раствор может попасть в продукт, во всех остальных случаях этиленгликоль. Решает технология, а не цена раствора. Этиленгликоль токсичен, поэтому там, где раствор через неплотность может встретиться с продуктом или водой для мойки, пищевые производства допускают только пропиленгликоль. Фармацевтика иногда не допускает никакого гликоля, только воду. Ответ даёт технолог заказчика, и его мы просим в первую очередь.

Где такого риска нет — конденсатор чиллера, фрикулинг, охлаждение компрессоров и печей, — этиленгликоль выгоднее: он менее вязкий, машина теряет меньше мощности, а насос тратит чуть меньше.

Ориентиры по данным производителей чиллеров и растворов; в проекте цифры берём из паспорта конкретного раствора и из подбора машины.

Какие задачи пищевого завода решаются на пропиленгликоле, а какие на воде, мы собрали на странице «Пищевые производства».

Какую концентрацию гликоля брать?

Минимально достаточную для самой холодной температуры, которую увидит контур. Порядок такой:

1. Берём зимнюю температуру города по СП 131.13330.
2. Добавляем запас 3–5 K.
3. Решаем, от чего защищаем: от разрыва труб или от шуги (ниже).
4. По таблице изготовителя раствора находим концентрацию, которая замерзает ниже этой границы.

От чего защищаем, зависит от режима.

• Контур в мороз стоит. Допустима шуга: сначала вымерзает вода, получается каша, которая обычно трубы не рвёт.
• Контур в мороз работает — конденсатор чиллера круглый год, фрикулинг, технология без остановок. Шуга недопустима, концентрацию берём по температуре замерзания с запасом.

Пример: Москва, драйкулер всю зиму работает на фрикулинг. Холодная пятидневка по СП 131.13330 — −26 °C, с запасом нужна граница −29…−31 °C. Этиленгликоль 40 % замерзает при −23 °C, его не хватает. Берём более крепкий раствор по таблице изготовителя и пересчитываем на него драйкулер и насосы. В проекте записываем, от чего защищает выбранная концентрация: от разрыва или от шуги.

«Пятьдесят процентов на всякий случай» обходятся дорого: пропиленгликоль 50 % вместо 40 % добавляет насосу почти пятую часть напора (коэффициент перепада 1,81 против 1,53), а охладитель весь год работает на худшей жидкости.

Что гликоль меняет в расчёте контура?

Три вещи: расход, мощность машины и насос. У раствора ниже теплоёмкость, поэтому на то же тепло его нужно прокачать больше. Он вязче воды, поэтому теплообменники отдают меньше, а сопротивление контура растёт.

Пример из нашей методички: контур холодной воды на 458 кВт, 5 K перепада, переводим на пропиленгликоль 40 %.

На тёплом контуре конденсатора поправки меньше: при 40–45 °C раствор менее вязкий. Для чиллера на 1000 кВт с драйкулером на этиленгликоле 40 %, режим 45 → 40 °C, расход раствора выходит 247,6 м³/ч против 223,6 м³/ч на воде — на 11 % больше.

Поправку на гликоль учитывают один раз. Программа подбора уже добавила площадь аппарата под раствор, и если сверху положить свои 10 % «на гликоль», получится лишний типоразмер и вентиляторы, которые всю зиму крутятся на малых оборотах. Чтобы программа посчитала правильно, тип гликоля и концентрацию пишем в трёх местах: на схеме, в опросном листе драйкулера и в опросном листе насосной группы. Расход раствора в опросном листе даём массовый, в кг/с: так не путаются с плотностью.

Гликоль прямо через оборудование или через теплообменник?

Если оборудование и технолог допускают гликоль, делаем один контур: охладитель — насосы — потребитель. Лишнего теплообменника нет, поэтому схема даёт самую низкую температуру.

Промежуточный пластинчатый теплообменник ставим, когда:

• технолог не допускает гликоль у потребителя;
• изготовитель машины не разрешает гликоль в конденсаторе или требует отдельного подбора;
• трасса до драйкулера длинная, и заполнять раствором весь объём дорого.

За разделение платят температурой: теплообменник добавляет 2–4 K. На конденсаторе чиллера это 6–12 % лишней энергии компрессоров в каждый жаркий час, из расчёта около 3 % на кельвин. Добавляются второй насос, второй бак и вторая подпитка. Поэтому теплообменник ставим, когда без него нельзя, а не по привычке.

Как устроить гликолевый контур?

Как отдельный контур со своим баком и подпиткой готовым раствором. Что мы закладываем в каждый:

• Свой мембранный бак на всасе насоса. Гликоль расширяется при нагреве сильнее воды, поэтому на каждый кубометр объёма контура бак нужен больше, чем для воды. Считаем его на абсолютных давлениях: на избыточных бак выходит меньше примерно на 15 %. Как это выглядит на контуре с закрытой градирней, мы показали в статье «Замкнутая система охлаждения воды».
• Подпитка только готовым раствором. Водопровод к контуру не подводим: каждый долив водой разбавляет раствор: за сезон пропиленгликоль 30 % превращается в 25 %, а защита сползает с −13 до −10 °C. Ставим станцию долива гликоля. Если доливов стало больше, в контуре течь.
• Воздухоотводчики в верхних точках, дренажные краны в нижних. Гликоль сливаем в тару, не в канализацию.
• Кран отбора проб на доступной высоте. Концентрацию проверяем рефрактометром при пуске и каждую осень.
• Насосы, бак, предохранительный клапан и уплотнения — на раствор. Насосные группы NCT работают на растворах этилен- и пропиленгликоля при −15…+110 °C, но в опросном листе должны стоять тип, концентрация и температура жидкости.

Порядок обвязки драйкулера по шагам — в статье «Монтаж и обвязка драйкулера».

Какие ошибки с гликолем мы видим чаще всего?

• Автомобильный антифриз в промышленном контуре. Нужен только ингибированный гликоль, разрешённый для теплообменников.
• Смешивание растворов разных марок. Ингибиторы разных производителей между собой не смешивают.
• Подпитка водопроводом. Защита от замерзания тает незаметно, а узнают об этом после первого мороза.
• Двойной запас. Поправку на гликоль кладут поверх подбора, который её уже учёл.
• Концентрация «с запасом». Лишние проценты съедают мощность охладителя и энергию насосов круглый год.
• Гликоль в оцинкованном баке. Цинк реагирует с ингибиторами, защита раствора истощается; для гликоля берут ёмкость из полиэтилена или нержавеющей стали.

Почему гликоль чаще всего стоит в драйкулере?

Потому что драйкулер стоит на улице и зимой работает с воздухом ниже нуля: вода в нём замёрзнет. Теплообменник драйкулера NCT работает с жидкостью от −35 до +80 °C, раствор подбираем под температуру площадки.

Что даёт сухое охлаждение в гликолевом контуре:

• Подпиточная вода не нужна — охлаждение сухое, воду не подводят и за её расход не платят.
• Жидкость не контактирует с наружным воздухом — раствор остаётся чистым, лишние теплообменники не нужны.
• Орошения нет, поэтому зимой нечему обмерзать, а холодный гликоль можно пустить на фрикулинг и остановить компрессоры чиллера. Пороги такого режима — в статье «Фрикулинг на производстве».

Как устроены драйкулеры NCT и из чего состоит аппарат, подробно рассказывают коллеги на nc-t.ru.

Где мы проектировали такие контуры?

На бумажных, пищевых, стекольных и многих других заводах. Три примера:

• Завод по производству бумаги, Центральный федеральный округ. Чиллер NCT NWSA53 и драйкулер охлаждают частотные преобразователи: летом драйкулер отводит тепло конденсатора, зимой трёхходовой клапан переводит поток, и воду заказчика охлаждает один драйкулер.
• Завод пищевых ингредиентов в Лобне. Сухие градирни работают через пластинчатые теплообменники на фрикулинге в хладоцентре с АБХМ на 1500 кВт — схема с разделением контуров.
• Омский стекольный завод. Две закрытые градирни NCT VRC круглый год охлаждают печи; вторую поставили через год после первой.

Остальные проекты — в каталоге объектов.

Что входит в нашу работу?

• Выбор жидкости и концентрации по требованиям технолога и климату площадки, с записью в проекте, от чего защищает раствор.
• Подбор охладителя и машин на раствор: распечатка подбора NCT на ваш режим, бесплатно по опросному листу.
• Проект контура в нашем проектном центре: схема, бак, подпитка, промежуточный теплообменник, если он нужен, автоматика.
• Оборудование: драйкулеры, закрытые градирни, насосные группы, баки, станции долива, щиты управления.
• Монтаж и пусконаладка: заполнение контура, проверка концентрации рефрактометром, настройка автоматики, затем сервис.

Почему за 15 лет электричество обходится в разы дороже самой машины, разбирает гендиректор Максим Краснов в статье «Стоимость владения чиллером».

Частые вопросы