Заморозить или антифриз? | Корпорация Тайер

Следующее обсуждение основано на информации, полученной от химических компаний, производителей оборудования, руководствах по проектированию гидравлических систем и исследованиях, проведенных Hydronics Institute, Inc. Оно представляет собой синтез наилучшей информации, доступной на момент публикации. Целью автора является предоставление рекомендаций, которые помогут лицензированным подрядчикам и инженерам в проектировании, обслуживании и ремонте гидравлических систем, в которых используется антифриз на основе гликоля. Читателям предлагается свободно воспроизводить и распространять эту информацию.

Этиленгликоль или пропиленгликоль

Как этилен, так и пропиленгликоль обладают многими характеристиками, которые делают их идеальными для использования в системах теплопередачи, где требуется защита от замерзания. Желательные свойства включают высокие температуры кипения, низкие температуры замерзания, стабильность в широком диапазоне температур, высокие удельные теплоемкости и теплопроводность. Кроме того, при использовании с соответствующим ингибитором гликоли демонстрируют некоррозионную активность, которая может существенно продлить срок службы системы.

Растворы на основе этиленгликоля хорошо подходят для большинства применений антифризов из-за их отличной эффективности теплопередачи. Низкая вязкость этиленгликоля позволяет системам работать при более низких минимальных температурах и является более энергоэффективным из-за меньшей потребности в перекачивании. Основным недостатком этиленгликоля является то, что он указан как «токсичное химическое вещество» в соответствии с SARA, раздел III, раздел 313, из-за его острой пероральной токсичности.

Ингибированный пропиленгликоль следует использовать для защиты от замерзания там, где возможен прямой контакт с пищевыми продуктами или случайный контакт с питьевой водой. Хотя пропиленгликоль в целом признан FDA безопасным (GRAS), он не предназначен для потребления человеком.

защита от замерзания

Расчетная концентрация гликолевой смеси должна определяться с учетом минимальной температуры, с которой может столкнуться система. Разработчик должен тщательно оценить среду приложения, чтобы гарантировать адекватную защиту от замерзания и избежать использования чрезмерно концентрированных решений, которые увеличивают расходы и снижают эффективность системы.

Как правило, расчетная концентрация должна составлять от 20 до 50% гликоля по объему. Обычно при соответствующем объеме расширения концентрация от 15 до 20% обеспечивает защиту от разрыва. Концентрация раствора намного выше 50% становится пропорционально менее термически эффективной и менее рентабельной. В таблице 1 показана ожидаемая точка замерзания в зависимости от концентрации.

Таблица 1. Температура замерзания

Свойства гликоля

Сравнение пропиленгликоля и этиленгликоля показано в таблице 2 ниже:

Таблица 2. Свойства гликоля

Качество воды

Хотя качество воды, смешанной с гликолевым концентратом, часто считается само собой разумеющимся, оно может иметь огромное влияние на производительность системы. Вода низкого качества может привести к образованию накипи, отложений или образованию шлама в теплообменнике, что снизит эффективность теплопередачи. Вода низкого качества может повредить систему из-за истощения ингибитора коррозии и вызвать ряд видов коррозии, включая общую и кислотную коррозию.

Поскольку крайне важно использовать высококачественную воду для разбавления гликоля, чтобы поддерживать эффективность системы и продлить срок службы жидкости, вы должны убедиться, что ваша вода достаточно высокого качества. Вода хорошего качества содержит:

• Менее 50 частей на миллион кальция
• Менее 50 частей на миллион магния
• Менее 100 частей на миллион (5 гран) общей жесткости
• Менее 25 частей на миллион хлорида
• Менее 25 частей на миллион сульфата

Свяжитесь с отделом водоснабжения вашего округа или города, чтобы определить химические свойства местной воды. Если вода для смешивания будет браться из колодца, вода в котором обычно очень жесткая, или местные органы управления водными ресурсами не могут предоставить точный профиль, мы рекомендуем либо проверить воду самостоятельно, либо нанять коммерческого специалиста по очистке воды для анализа воды.

Простой тест, используемый Dow Chemical Company, чтобы убедиться, что вода содержит менее 100 частей на миллион жесткости, заключается в заполнении небольшой бутыли для проб 50% гликоля и 50% воды. Дайте раствору постоять 8-12 часов, время от времени его встряхивая. Если образуется беловатый осадок, вода слишком жесткая и ее нельзя использовать для разбавления гликоля.

В тех случаях, когда водопроводная вода не соответствует стандартам качества, Dow рекомендует использовать деминерализованную воду, которая была дистиллирована, деионизирована или прошла процесс обратного осмоса для удаления вредных минералов и солей. С деминерализованной водой необходимо использовать подходящий ингибитор коррозии, так как рН обработанной воды может быть значительно меньше семи.

Обслуживание жидкости

Раствор антифриза необходимо проверять не реже одного раза в год в соответствии с рекомендациями производителя. Базовый анализ должен быть выполнен в течение двух-четырех недель после первоначального смешивания. Это измерение будет использоваться для проверки правильности заполнения и послужит отправной точкой для сравнения с результатами будущих испытаний. Как минимум раствор должен быть проанализирован на концентрацию гликоля, рН раствора и общее качество жидкости.

Проверка концентрации

Концентрацию можно легко и точно проверить с помощью ручного рефрактометра. Большинство качественных приборов позволяют непосредственно измерять концентрации гликоля от 0 до 55 %, они портативны и не требуют сложной регулировки температуры. Концентрация в системе не должна существенно меняться от теста к тесту. Постепенно снижающиеся концентрации указывают на потерю гликоля через негерметичное соединение или компонент. Найдите и устраните утечку и добавьте необходимое количество концентрата, чтобы вернуть системе расчетную концентрацию.

Тестирование pH раствора

В то время как высококачественные гликолевые растворы могут служить более 20 лет, интенсивное использование, неправильное техническое обслуживание или химические загрязнения значительно сокращают срок службы жидкости. pH жидкости служит хорошим барометром состояния гликоля и лучше всего измеряется с помощью полевого pH-метра. Этот метод значительно более точен, чем лакмусовая бумажка.

Хотя pH гликолевой жидкости в первую очередь зависит от ингибитора коррозии и, следовательно, будет варьироваться от продукта к продукту, несколько эмпирических правил будут полезны при определении того, что представляет собой правильный pH. Большинство концентрированных ингибированных гликолей имеют рН в диапазоне от 9.0 до 10.5. При разбавлении в растворе от 30% до 50% pH падает до 8.3–9.0. Показание pH ниже 8.0 указывает на то, что значительная часть ингибитора была истощена и что необходимо добавить больше ингибитора. Когда рН смеси падает ниже 7.0, большинство производителей рекомендуют заменить жидкость. Значение рН менее семи указывает на то, что произошло окисление гликоля. Систему следует слить и промыть до того, как произойдет серьезное повреждение системы. Для получения дополнительной информации о конкретном продукте обратитесь к соответствующему производителю химикатов.

Промывка системы

Если система нуждается в очистке после удаления старого или поврежденного антифриза, промойте систему подогретым 1-2% раствором тринатрийфосфата в течение 2-4 часов, затем слейте и тщательно промойте. Также настоятельно рекомендуется промыть систему перед первоначальным введением раствора гликоля, чтобы удалить излишки пасты для труб, смазочно-охлаждающих жидкостей и флюса для припоя.

Удаление жидкости

Этиленгликоль и пропиленгликоль не включены в список EPA ни как «опасные вещества», ни как «чрезвычайно опасные вещества». Хотя ни один продукт не обладает ни одной из четырех характеристик опасных отходов в соответствии с Законом о сохранении ресурсов, необходимо соблюдать осторожность, чтобы надлежащим образом утилизировать использованные растворы. Поскольку в условиях эксплуатации могут образовываться побочные продукты, считающиеся опасными отходами, перед утилизацией использованные гликолевые жидкости следует проверять. Свяжитесь с поставщиком химикатов для получения дополнительной информации о надлежащих процедурах утилизации или переработки.

Требования к насосу

Поскольку гликоль более вязкий и менее термически эффективен, чем чистая вода, при выборе насоса необходимо учитывать изменения характеристик теплоносителя. Правильно применяя два поправочных коэффициента, можно определить требования к насосу, используя стандартную характеристику насоса.

Чтобы компенсировать разницу в характеристиках теплопередачи, необходимо умножить расчетный расход на коэффициент, полученный из таблицы 2. Полученное произведение представляет собой скорректированный расчетный расход. Например, если расчетная температура составляет 140°F, расчетный расход составляет 60 галлонов в минуту и ​​используется 50% раствор этиленгликоля, необходимо использовать поправочный коэффициент 1.14. (114% из Таблицы 2, деленное на 100%) Скорректированный расчетный расход равен 60 галлонов в минуту x 1.14 или 68 галлонов в минуту.

Чтобы компенсировать разницу в вязкости, проектные потери напора системы должны быть изменены соответствующим коэффициентом из Таблицы 2. В результате скорректированные расчетные потери напора учитывают дополнительный напор насоса, необходимый из-за дополнительного трения, создаваемого гликолем. Например, в растворе этиленгликоля 140F с расчетной потерей напора 30 футов скорректированная потеря напора должна равняться 30 футов x 1.32 или 39.6 футов.

Чтобы выбрать насос нужного размера, просто введите неизмененные характеристики насоса, используя скорректированный расчетный расход и скорректированные расчетные потери напора. Для получения дополнительной информации о методах выбора насоса обратитесь к местному дистрибьютору насосов.

Баки расширения воздуха

Размеры расширительных бачков должны соответствовать каталогу производителей или Руководству ASHRAE. Выбранный бак должен быть в 1.2 раза больше размера бака для системы водоснабжения из-за более высокой скорости расширения гликолевой жидкости.

Особые соображения по дизайну

Не используйте в системе оцинкованные трубы. Цинковое покрытие может реагировать с гликолем с образованием шлама.

• Перед заполнением убедитесь, что система чистая. Настоятельно рекомендуется предварительная промывка.
• Смешайте раствор при комнатной температуре.
• Чтобы свести к минимуму возможность потери гликоля из-за необнаруженных утечек, гидростатически проверьте систему в течение 24 часов перед заполнением.
• Никогда не используйте обработку хроматом. Хромат повредит гликоль и может привести к серьезной деградации системы.
• Не используйте автомобильный гликоль. В состав автомобильного антифриза входят силикаты, которые склонны к гелеобразованию, снижая эффективность теплопередачи. Используйте ингибированный гликоль, предназначенный для теплопередачи.
• Не используйте в системе, которая может иметь температуру раствора выше 300F.
• Не используйте обратные клапаны или клапаны закрытой зоны, которые изолируют часть системы, препятствуя правильному расширению и приводя к повреждениям от замерзания.
• Должен быть предусмотрен сетчатый фильтр, отстойник или какое-либо другое средство для очистки системы трубопроводов. Он должен располагаться в обратке перед котлом и насосом. Его необходимо часто чистить во время начальной эксплуатации.
• Следует избегать автоматических систем подпиточной воды, чтобы предотвратить необнаруженное разбавление или потерю гликоля.
• Проверьте местные правила, чтобы узнать, должны ли системы, содержащие эти растворы, включать в себя устройство предотвращения обратного потока или фактическое отключение от городских водопроводных сетей.

Регулировка концентрации раствора

Чтобы увеличить концентрацию раствора в системе, определите процентное содержание гликоля в растворе и примените следующее уравнение:

Qa = количество в галлонах, которое необходимо добавить

Vs = системный объем

Pd = процент желаемого раствора

Pt = процент раствора по тесту (начальный процент)

Слейте определенное количество галлонов из системы и заполните ее концентратом гликоля.

Заморозить или антифриз?

В этом зимнем сезоне было установлено множество рекордов суровости на всей территории США и Канады. Одна запись, по которой вы вряд ли найдете данные, — это замерзание и замерзание труб внутри зданий. Как ни странно, в этот отопительный сезон произошло рекордное количество этих досадных бедствий. Замерзшие трубы часто лопаются, что приводит к серьезному повреждению здания и потере возможности его использования, а оттаивать его чрезвычайно трудно. Мы не только столкнулись с очень холодной погодой, но и совпадающий ветер сделал «фактор холода» зданий намного холоднее, чем обычно.

Часто встречаются противоречивые взгляды на защиту водяных систем отопления антифризом. Практики, такие как сантехники и специалисты по отоплению, часто плохо информированы и полагаются на информацию оптовиков. Даже разработчики систем часто дезинформированы. Дебаты часто бывают эмоциональными и нелогичными, поэтому вот несколько фактов, которые помогут вам принять правильное решение о его использовании.

Тип антифриза, используемого в системах HVAC, обычно представляет собой гликоль. Большая часть гликоля, используемого для этих целей, содержит ингибиторы коррозии. Некоторые преимущества добавления ингибированного гликоля в систему включают:

• Предотвращение замерзания системы и разрыва труб и змеевиков при правильном применении.
• Позволяет более глубокие понижения температуры без риска замерзания, что приводит к снижению энергопотребления.
• Снижение коррозии в трубопроводах, котлах, змеевиках и клапанах, что увеличивает срок службы.
• Уменьшение образования накипи в котлах и теплообменниках, что обеспечивает более высокую эффективность.
• Минимальные проблемы с токсичностью (при использовании пропиленгликоля).

Все эти преимущества предполагают, что гликолевый раствор ежегодно обслуживается должным образом.

Некоторые из рисков или недостатков:

• Первоначальная стоимость добавления и поддержки решения.
• Требуется немного большая мощность накачки.
• Снижение теплопередачи от змеевиков, теплообменников и котлов.
• Необходим больший объем расширения.
• Более сложное удаление воздуха из системы.
• В «грязных» системах перед добавлением гликоля может потребоваться промывка и очистка системы.

Давайте рассмотрим их немного подробнее. Во-первых, необходимо определить, какой уровень защиты вам нужен. Некоторые предпочитают защищать до очень низкой температуры, добавляя больше гликоля, скажем, до 0-10°F. Также возможно защитить систему до «точки разрыва», которая примерно на 30° ниже точки замерзания, скажем, от -30 до -20°F. При температуре замерзания раствор не потечет, но трубы и змеевики не разорвутся. Как только тепло и/или откачка восстанавливаются, «жидкий» раствор тает и снова становится полностью жидким. Чем выше концентрация гликоля, тем выше себестоимость и негативное влияние на теплопередачу и мощность насоса. Как правило, имеет смысл защищать до более высоких критериев температуры разрыва. Например, 20-процентный раствор пропиленгликоля по объему дает температуру замерзания 17°F, температуру взрыва примерно -10°F, требует на 3% больше мощности насоса для эквивалентного потока и препятствует передаче тепла на 3%. Это само по себе не может быть исчерпывающим ответом на вопрос о производительности системы.

Гликоль, используемый для теплопередачи, обычно представляет собой пропиленгликоль (P/G) с ингибиторами коррозии. Этиленгликоль также обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, но из-за соображений токсичности мы не рекомендуем его использование. P/G сильно отличается от автомобильного антифриза, который содержит силикаты, склонные к гелеобразованию, препятствующие потоку и вызывающие проблемы, особенно в клапанах управления потоком. P/G не токсичен и широко используется во многих областях, таких как растворитель и носитель вкуса или красителя в процессах производства продуктов питания и напитков, для приготовления напитков, печенья, тортов, сладостей, в качестве загустителя, осветлителя и стабилизатора в расходных материалах. таких как пиво, заправки для салатов и смеси для выпечки. P/G также используется для сохранения полувлажности табака. Вы когда-нибудь задумывались, что делает Twinkies мягкими так долго?

Максимальная рабочая температура раствора P/G составляет 250°F. Для обычных систем отопления это совсем не проблема, но следует соблюдать осторожность в системах солнечного отопления с замкнутым контуром. Вполне возможно, что поток жидкости остановится в пластинах коллектора, если органы управления не работают должным образом. Температура может легко достичь этого верхнего предела, что приведет к разрушению P/G и превращению его в кислоту.

Иногда P/G добавляют в гидравлические системы, обеспечивающие охлаждение (например, ледовые арены). Очевидно, что рабочая температура для охлаждения намного ниже, чем для нагрева, что приводит к гораздо более высокой вязкости раствора. Этот более вязкий раствор труднее перекачивать, и он больше препятствует теплопередаче, чем при более высоких температурах. Оба эти недостатка должны учитываться.

Антикоррозийные свойства гликоля уменьшают образование накипи, особенно в котлах. Образование накипи встречается довольно часто и значительно снижает теплопередачу; например, образование накипи в котле размером 1/8 дюйма приводит к увеличению расхода топлива на 30%, что значительно превышает незначительные потери теплопередачи из-за добавления антифриза. Поскольку производительность и эффективность котлов и теплообменников неуклонно повышались в течение последних двух десятилетий, поверхности стали больше, а проходы меньше, что значительно усложнило, если не сделало невозможным, очистку от накипи.

Многие твердые мнения проектировщиков, монтажников и специалистов по техническому обслуживанию о гликоле в системах HVAC являются реакцией на некоторые проблемы, связанные с использованием этого решения. Вот несколько основных проблем:

• Раствор вода/гликоль (водный/гликоль) имеет более низкое поверхностное натяжение, чем одна вода, и будет протекать там, где вода не протекает. Особенно это касается автоматических клапанов стравливания воздуха, вызывающих «плач».
• Гликоль является «поглотителем кислорода», что значительно затрудняет удаление воздуха во время первоначального заполнения системы. Чтобы полностью удалить воздух из системы, может потребоваться несколько дней.
• Ежегодное техническое обслуживание требуется для обеспечения приемлемости концентрации, pH и общего качества жидкости. Недостатки обычно можно исправить, добавив больше гликоля, ингибиторов коррозии и/или корректируя рН. Заброшенные системы могут стать кислотными и повредить трубы, клапаны, фитинги и оборудование.
• Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не изолировать участки трубопровода или оборудования, такого как клапан; раствор должен иметь возможность расширяться в расширительный бак в случае зависания системы, такого как отключение электроэнергии.
• Расширительный бак должен быть немного больше, чем в системе только с водой.

Следует исключить автоматические наполнительные клапаны, чтобы предотвратить непреднамеренное разбавление концентрации в случае небольшой утечки. Эти списки не предназначены для того, чтобы быть полным списком того, что можно и чего нельзя делать, или соображений по дизайну, но мы надеемся, что они содержат больше информации, которая поможет вам принять решение. Если вы заинтересованы, проконсультируйтесь с одним из профессионалов Thayer, чтобы определить применимость вашей системы. Нет ничего хуже, чем расходы, ущерб и «мог бы, должен был бы», которые часто следуют за катастрофой, такой как замерзание здания. Действуйте сейчас, иЗвоните Экспертам.