канд. тех. наук Л.С. Генель
канд. тех. наук М.Л. Галкин
ООО "СПЕКТРОПЛАСТ"
Цель мониторинга – не только оценка состава и свойств хладоносителя, но и прогноз состояния вторичного контура на будущее с учетом выявленных особенностей его эксплуатации и подготовка при необходимости к упреждающим мероприятиям.
Холодильные установки требуют постоянного контроля при эксплуатации. Аналогична ситуация и с используемыми в них рабочими веществами, в том числе с промежуточными хладоносителями. Хладоносители для умеренно низких температур представляют собой, как правило, водный раствор основного компонента, понижающего температуру начала кристаллообразования этого раствора ниже 0°С. В хладоноситель добавляется также комплекс присадок, регулирующий коррозионные процессы в системе, пенообразование, добавки, препятствующие росту микроорганизмов; стабилизаторы и др.
Однако в процессе эксплуатации состав и ряд свойств хладоносителей изменяются (например, химический состав, коррозионная активность, теплофизические свойства и др.). Эти изменения обусловлены:
- накоплением в хладоносителе продуктов коррозии, растворенного кислорода, охлаждаемых пищевых продуктов;
- деструкцией или полимеризацией некоторых компонентов;
- отложением на стенках оборудования накипнокоррозионных слоев и т.д.
Все это приводит к ухудшению процессов теплопереноса, повышению энергозатрат, снижению регулируемости и качества производимого холода, снижению ресурса работы и надежности оборудования, повышению затрат на эксплуатацию и ремонт, что в конечном счете отражается на себестоимости и качестве производимой продукции или услуг [1].
Так, например, причиной выхода из строя холодильного оборудования нескольких ледовых полей в Москве в 2002–2003 гг. при эксплуатации в течение 6 – 12 мес. явилась высокая коррозионная активность хладоносителя – водного раствора CaCl2, которая привела к преждевременному коррозионному износу контура с промежуточным хладоносителем в новом холодильном оборудовании. Вместе с тем известны случаи, когда система на CaCl2 успешно работала более 20 лет. Обусловлено это тем, что на коррозионную активность хладоносителя влияет множество факторов. В частности, хладоносители повышают свою коррозионную активность с повышением содержания в них продуктов коррозии – ионов металлов. Особого внимания заслуживает тот факт, что в присутствии ионов хлора и растворенного кислорода этот процесс многократно ускоряется. Известны многочисленные случаи сквозных коррозионных разрушений вторичного контура хлоридными хладоносителями и негативные последствия этих аварий.
На рис.1 показано изменение коррозионной активности наиболее распространенных хладо носителей с ростом содержания в растворе ионов металлов. Из рис. 1 видно, что скорость коррозии в водных растворах ацетата и формиата калия (АЦК и ФК соответственно) резко повышается при суммарном содержании в них продуктов коррозии более 100 мг/кг. Наиболее толерантными в этом отношении являются водные растворы пропиленгликоля (ПГ).
Рис.1. Изменение коррозионной агрессивности неингибированных водных растворов пропиленгликоля (30 % по массе), формиата калия (19 %) и ацетата калия (21 %) по отношению к стали Ст20 при 20°С в зависимости от содержания в них ионов меди и железа (испытания проводились в сопоставимых условиях на образцах в виде отрезков труб).
Вместе с тем можно предотвратить преждевременный коррозионный износ оборудования путем проведения определенных мероприятий, одним из которых является мониторинг хладоносителя, позволяющий своевременно выявить и предотвратить коррозионные повреждения дорогостоящего холодильного оборудования и сохранить теплообменные свойства контура промежуточного хладоносителя. Мониторинг – это комплекс мероприятий по контролю изменения состава и свойств хладоносителя в процессе эксплуатации, включающий: регулярный отбор проб, определение их химического состава; измерение теплофизических свойств и коррозионной активности; оценку устойчивости пены; определение склонности к деструкции и степени деструкции компонентов хладоносителя; измерение резерва щелочности; оценку толерантности к вероятным факторам воздействия на хладоноситель.
По результатам мониторинга делается вывод о состоянии хладоносителя и причинам изменения этого состояния. При необходимости разрабатывается комплекс мероприятий по стабилизации свойств хладоносителя или восстановлению его эксплуатационных характеристик, в том числе производятся модифицирующие концентраты. Для реализации этих мероприятий используются или комплексообразователи для связывания агрессивных компонентов, оказавшихся в хладоносителе, или функциональные добавки для удаления накипнокоррозионных отложений с поверхности стенок оборудования, для восстановления коррозионного баланса в системе, для снижения пенообразования. Возможен ряд других воздействий на хладоносители.
На рис.2 схематично изображена последовательность операций при мониторинге и технической поддержке хладоносителя в процессе эксплуатации в холодильной установке.
Рис2. Последовательность операций при мониторинге и технической поддержке
хладоносителя в процессе эксплуатации холодильной установки.
Исследование химического состава хладоносителя позволяет определить изменение содержания в нем основных компонентов, обнаружить появление продуктов коррозии и новых веществ, в т.ч. и охлаждаемой продукции.
Исследование коррозионной активности хладоносителя дает возможность выявить слабое место в системе, наиболее подверженное коррозионному разрушению или химическому растворению. Особую сложность представляют случаи, когда сами ингибиторы коррозии растворяют или охрупчивают уплотнительные или конструкционные материалы холодильного оборудования. Так, широко распространенные уплотнительные материалы из бутадиеннитрильного и бутадиенстирольного каучуков, применяемые в пластинчатых теплообменных аппаратах, нестойки в присутствии ингибиторов коррозии на основе хроматов, а аминные ингибиторы коррозии могут привести при определенных условиях к охрупчиванию и растрескиванию полиэтиленовых и полипропиленовых труб, часто используемых в строительстве ледовых полей [2].
Контроль теплофизических свойств хладоносителя при мониторинге позволяет своевременно выявить изменение соотношения основного компонента и воды (в том числе из-за испарения, окисления, деструкции или полимеризации). Изменение теплофизических свойств хладоносителя на практике приводит к изменению интенсивности теплообменных процессов, к несоблюдению температурного режима, что, в свою очередь, ведет к нарушению технологии производства. В результате качество охлаждаемой продукции может отличаться от первоначально заявленного, что в некоторой степени объясняет тенденцию постепенного ухудшения качества продукции известных брендов с течением времени.
После проведения исследований свойств хладоносителя и выявления и устранения причин изменения его свойств [3] компания производитель, способная проводить мониторинг своей продукции, может оперативно создавать концентрат добавок, введение которого в хладоноситель восстанавливает нарушенные эксплуатационные характеристики контура промежуточного хладоносителя в системе холодоснабжения.
Таким образом, всесторонний, своевременный, полный и грамотно проводимый мониторинг хладоносителя позволяет сделать срок эксплуатации контура промежуточного хладоносителя холодильного оборудования сопоставимым со сроком его морального старения при минимальном коррозионном износе дорогостоящего холодильного оборудования, а стабилизация теплофизических свойств хладоносителя позволяет поддерживать высокое качество охлаждаемых продуктов при прогнозируемых экономических затратах на охлаждение.
Литература:
1. Цветков О.Б., Лаптев Ю.А . Безопасный холод. // Холодильная техника. 2006. № 3.
2. Воробьева Г.Я . Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. – М.: Химия, 1975.
3. Генель Л. С., Галкин М. Л . Проблемы использования промежуточных хладоносителей во вторичном контуре холодильного оборудования // Холодильный бизнес. 2004. № 6.
