Водно-гликолевые растворы — гомогенные смеси, состоящие из воды и гликолей (этиленгликоля, пропиленгликоля и т. д.). Жидкости обладают отличными теплофизическими свойствами. Растворы используют в качестве теплоносителей в системах кондиционирования.
Факторы, которые влияют на срок службы водно-гликолевых смесей
- Температура. Основной фактор деградации теплоносителя. Чем сильнее нагревается рабочая среда, тем быстрее происходят химические процессы: окисление, термические деструкции гликоля. Образуются органические кислоты, которые снижают pH раствора и делают его более агрессивным по отношению к металлам.
- Концентрация гликоля. Определяет рабочие температуры и физико-химические свойства раствора. Высокая концентрация гликоля снижает эффективность теплопередачи, создает дополнительную нагрузку на насосное оборудование.
- Материалы системы кондиционирования. Медь, алюминий и сталь в системе кондиционирования в сочетании с водогликолевой смесью (который является электролитом) формируют гальванические пары. Это ускоряет коррозию и сокращает срок службы оборудования. Также спиртосодержащие теплоносители вымывают пластификаторы из уплотнителей и РТИ. Посторонние примеси тоже приводят к деградации растворов.
Для продления срока службы ВГР в системе кондиционирования важен комплексный подход с учетом всех описанных факторов.
Выбор концентрации гликоля в растворе
Выбор концентрации гликоля в растворе важен для эффективного, долговечного и безопасного функционирования системы охлаждения. Учитывают конструктивные особенности контура: изоляцию, риск переохлаждения, наличие специфических узлов, рабочее давление, минимальные и максимальные температуры. Если система не изолирована или в нее входят внешние элементы, то принимают во внимание климатические условия для исключения риска промерзания.
Температура замерзания ВГР должна быть на 5–7 °C ниже ожидаемого температурного минимума. В системах с высокими рабочими температурами важно учитывать и точку кипения раствора.
Высокая концентрация гликоля повышает порог замерзания. Однако вместе с этим снижает теплоемкость и эффективность теплообмена, увеличивая нагрузку на оборудование. Оптимальная концентрация обеспечивает баланс между защитой от замерзания и эффективностью системы.
Методы контроля качества ВГР в процессе эксплуатации
Для бесперебойной и эффективной работы системы кондиционирования важен регулярный контроль качества водно гликолевых жидкостей.
Применяют методы:
- Визуальный осмотр. Периодичность — не реже одного раза в месяц. Обращают внимание на состояние раствора — не допускается помутнение, изменение оттенка, наличие осадка или расслоения, нехарактерный запах. При подозрении на засорение жидкости механическими частицами проводят лабораторный анализ. Визуальный осмотр удобно совмещать с прочисткой фильтрующих элементов, если они предусмотрены конструкцией системы.
- Измерение концентрации гликоля. Периодичность — не реже одного раза в год, а также после каждого ремонта или доливки системы. Для измерения концентрации используют ареометры — определяют плотность, затем, с помощью специальных таблиц, переводят полученное значение в концентрацию. Также применяют рефрактометры или лабораторные методы.
- Определение pH. Периодичность — не реже одного раза в год, а также при изменении цвета теплоносителя. Уровень pH характеризует кислотность раствора и косвенно указывает на степень его деградации. Низкий показатель свидетельствует о накоплении кислот и усилении коррозионной активности ВГР. Измерения проводят с помощью pH-метра. Использование индикаторной бумаги допустимо, однако точность такого метода ниже.
- Определение щелочности. Периодичность — раз в два-три года или при появлении признаков ухудшения качества ВГР. Щелочность характеризует способность раствора нейтрализовывать кислотные продукты деградации и предотвращать коррозию. Показатель контролируют с помощью титрования.
Процессы, которые приводят к деградации ВГР
Существует две основные причины, которые вызывают ухудшение качества раствора:
- Термическое окисление. В процессе работы системы кондиционирования, особенно в условиях повышенных температур, гликоли в составе ВГР вступают в реакцию с кислородом растворенного в жидкости воздуха. Процесс ускоряет контакт среды с металлическими поверхностями, которые действуют как катализаторы. В результате окисления образуются органические кислоты (муравьиная, уксусная, гликолевая), из-за чего снижается pH раствора и повышается его агрессивность. Ускоряется коррозия металлических элементов системы кондиционирования.
- Электрохимическая коррозия. Проблема возникает в системах, где используют различные металлы, например, медные трубы и алюминиевые теплообменники. ВГР — электролит, в присутствии которого образуется гальваническая пара. Металл с более низким электрохимическим потенциалом корродирует. Накапливаются продукты деградации РТИ.
Способы минимизации деградации ВГР
Для увеличения срока службы водного раствора гликоля выбирайте концентрацию с учетом температуры и кислотности. Регулярно контролируйте и корректируйте параметры ВГР. Следите за герметичностью контура, не допускайте контакт рабочей жидкости с воздухом.
Производят специальные присадки для повышения эффективности и продления срока службы водно-гликолевых растворов:
- Ингибиторы коррозии. Применяют фосфаты, нитриты, нитраты, соли карбоновых кислот, азолы. Вещества образуют прочную защитную пленку на поверхности металлов. Покрытие препятствует контакту с агрессивными компонентами ВГР и, как следствие, развитию коррозии.
- Антиоксиданты. Присадки борются с окислительными процессами, которые ускоряют повышенные температуры и контакт с воздухом. Антиоксиданты «перехватывают» свободные радикалы, не допускают разрушения молекул гликоля и образования кислот.
- Стабилизаторы. Присадки обеспечивают стабильность свойств ВГР в процессе эксплуатации. Регуляторы pH поддерживают оптимальный уровень кислотности, предотвращают коррозию и разрушение компонентов. Антинакипины препятствуют образованию отложений на стенках оборудования.
Утилизация водно-гликолевых смесей
ВГР опасны из-за высокой токсичности компонентов, в первую очередь — этиленгликоля. Кроме того, отработанные растворы содержат продукты разложения, присадки, загрязнения, которые также представляют угрозу для людей и окружающей среды.
Именно поэтому сливать химические отходы в канализацию, водоемы или на почву категорически запрещено. За нарушение этих правил предусмотрена административная и уголовная ответственность.
Существует несколько способов утилизации растворов, которые минимизируют вредное воздействие на окружающую среду:
- Нейтрализация. Химическая обработка отходов, которая нейтрализует токсичные компоненты и переводит их в менее опасные соединения.
- Биологическая очистка. Применение специальных микроорганизмов, способных разлагать гликоли до безопасных для окружающей среды веществ.
- Сжигание. Утилизация в специальных высокотемпературных установках, оснащенных системами газоочистки.
Выбор метода зависит от состава ВГР и экономической целесообразности.
Альтернативы водно-гликолевым растворам
| Вид | Преимущества | Недостатки |
| Водные растворы солей: хлориды кальция, магния, ацетат калия | <низкая стоимость по сравнению с ВГР; негорючесть. | высокая коррозионная активность; ограниченный температурный диапазон; риск кристаллизации при низких концентрациях. |
| Силиконовые теплоносители: полидиметилсилоксаны, полиметилфенилсилоксаны | очень широкий температурный диапазон -100…+300 °C); химическая инертность; длительный срок службы | высокая стоимость по сравнению с ВГР; низкая теплоемкость, что может потребовать увеличения объема системы; образование горючих паров при очень высоких температурах. |
| Растительные масла: рапсовое, подсолнечное | возобновляемость; биоразлагаемость; низкая токсичность, | низкая термическая стабильность; склонность к окислению и полимеризации; ограниченный температурный диапазон; повышенная вязкость. |
| Синтетические углеводороды: полиальфаолефины | хорошие низкотемпературные свойства; умеренная токсичность. | горючесть; возможность взаимодействия с некоторыми материалами систем. |
Правила промывания системы
Промывка контура — это обязательный этап эксплуатации теплоносителя. Загрязнения снижают эффективность ВГР, его ресурс, а также ускоряют коррозию оборудования. Процедуру промывки проводят с учетом рекомендаций производителей растворов и кондиционеров.
Цели промывки:
- Перед заливкой. Удаление механических загрязнений: металлической стружки, окалины, ржавчины. Частицы могут присутствовать в новой системе или остаться от предыдущего теплоносителя.
- После слива. Очистка от продуктов деградации ВГР: кислот, шлама, ржавчины.
Оборудование для безопасной и эффективной эксплуатации ВГР
Водно-гликолевые растворы требуют особого подхода к подбору оборудования для систем кондиционирования.
Основные решения:
- Средства принудительной циркуляции. Вязкость ВГР выше, чем у воды, поэтому для перемещения теплоносителя в системе кондиционирования требуются мощные насосы. Корпус, рабочее колесо, вал электрооборудования выпускают из коррозионностойких материалов.
- Система фильтрации. Средства механической очистки задерживают твердые включения — продукты износа оборудования, окалину, песок. Для дополнительной защиты раствора от продуктов коррозии устанавливают магнитные фильтры, улавливающие ферромагнитные частицы.
- Контрольно-измерительные приборы. Позволяют своевременно выявлять возможные проблемы.
Нормативные документы
Применение гликолей в системах кондиционирования регламентируют ГОСТ 28084-89, СП 60.13330.2012, СанПиН 2.1.4.1074-01. Нормативные документы обеспечивают безопасность, эффективность и экологичность эксплуатации контуров с ВГР. В них указаны физико-химические показатели жидкостей, методы их испытаний, периодичность замены, меры безопасности.
Перед проектированием, монтажом и эксплуатацией системы кондиционирования с ВГР необходимо внимательно изучить все требования и нормы.
