Канд.техн. наук Л.С.ГЕНЕЛЬ, М.Л.ГАЛКИН,
000 "Спектропласт" канд.техн. наук С.С.СОРОКИН,
ОАО "Альфа Лаваль Поток"
Проблемы, которые возникают у потребителей при использовании хладоносителей (охлаждающих жидкостей) в холодильном оборудовании, обусловлены в основном взаимодействием
их с металлическими поверхностями.
К числу таких проблем относятся:
- коррозия металла под воздействием хладоносителя (охлаждающей жидкости);
- образование накипи на
стенках оборудования;
- изменение состава хладоносителя (охлаждающей жидкости) 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 охлаждающей жидкости получили растворы CaCI 2, MgCI 2, K 2CO 3, которые
очень экономичны по прямым затратам. Однако из-за высокой агрессивности
этих растворов косвенные затраты, связанные с ухудшением качества продуктов,
могут многократно превысить прямые затраты. Поэтому наблюдается тенденция
их замены хладоносителями (охлаждающими жидкостями), 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 хладоносителей (охлаждающих жидкостей) 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).
Таблица 1
Показатель |
Свойства водных растворов ПГ при концентрации, % |
40 |
30 |
20 |
+18 °С |
-4 °С |
+18 °С |
-4°С |
+18 °С |
-4°С |
Температура начала кристаллизации,°С |
-20,5 |
-12,3 |
-7,5 |
Плотность, кг/м3 |
1032 |
1043 |
1025 |
1036 |
1015 |
1021 |
Вязкость, мПа•с |
4,8 |
15,6 |
3,12 |
8,87 |
2,1 |
5,14 |
Теплопроводность, Вт/(м•К) |
0,398 |
0,388 |
0,442 |
0,424 |
0,488 |
0,468 |
Теплоемкость, Дж/(кг•К) |
3760 |
3740 |
3930 |
3920 |
4020 |
4060 |
При использовании в качестве охлаждающих жидкостей водных растворов глицерина
усиливаются требования к прокладкам (уплотнениям) и деталям оборудования
из неполярных резин и пластмасс некоторых марок. При температурах до -20
°С глицериновые растворы имеют большие значения вязкости, чем пропиленгликолевые.
Кроме того, сложнее решаются коррозионные проблемы.
Температурный диапазон применения охлаждающих жидкостей на основе пропиленгликоля
от -50 до +107 °С, однако в пищевых производствах этот тип охлаждающих жидкостей 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 °С, температура плавления -60 °С, плотность при 20 °С 1,037
г/см3.
Некоторые основные свойства водных растворов пропиленгликоля при различных
концентрации и температуре приведены в табл. 1.
Для проведения коррозионных испытаний растворы ПГ готовили на дистиллированной
и водопроводной воде. Скорость коррозии образцов стали СтЗ в теплоносителях
на основе водных растворов CaCl2 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% CaCI2 |
0,45 |
- |
0,09 |
2/водопр. |
18% CaCI2 |
1,51 |
- |
0,15 |
3/дистил. |
30% |
0,10 |
Менее 0,01 |
- |
4/водопр. |
30% |
0.84 |
0,03 |
- |
5/водопр. |
30% ПГ (растворенные продукты накипи с оборудования,
работавшего на СаСl2 |
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
образцы в виде отрезков трубы диаметром 20 мм, лучше имитирующих,
по мнению авторов, условия эксплуатации оборудования. Поэтому приведенные
значения скорости коррозии могут 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 мг/л, 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 1 и 3), чем на водопроводной
(составы 2 и 4). Наличие анионов хлора в сочетании с катионами железа
и меди придает охлаждающей жидкости чрезвычайно высокую коррозионную активность,
способную выводить из строя детали оборудования, в том числе изготовленные
из нержавеющей стали, меди, латуни. Скорость коррозии в таких 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 CaCI2. 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", 000 "Спектропласт" разработало ряд марок
концентратов противокоррозионных добавок (КПК) для охлаждающих жидкостей на основе
ПГ. Концентраты вводятся в раствор пропиленгликоля в количестве от 2 до
6 мас.% 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 000 "Спектропласт" по ТУ 2422-001-11490846-99.
Имеется гигиенический сертификат № 770130242Т30583089. Хладоноситель на
основе ПГ с соответствующим содержанием КПК относится по опасности (ГОСТ
12.007-76) к 4-му классу - вещества малоопасные.
000 "Спектропласт" проводит испытания хладоносителей, 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 взрыво-пожаробезопасным условиям производств, а также
возможности существенного снижения коррозионной активности хладоносителей
путем введения в них противокоррозионных добавок можно прогнозировать
на ближайшее время повышение объемов применения в холодильной технике
охлаждающих жидкостей на основе водных растворов пропиленгликоля.
|