Хладоносители, антифризы для ледовых арен и других общественных объектов

Галкин М. Л., канд. тех. наук, зам. ген. директора ООО «Спектропласт»

Probable hazards, connected with the use of intermediate coolants in refrigeration equipment of skating rinks and air conditioning systems of public buildings are considered. Toxicity of salt and ethylene glycol coolants, toxicity of corrosion products, failures of equipment due to corrosion are the consequences of incorrect choice of coolants. The use of non-toxic propylene glycol coolants HNT and HNTNV (for low temperatures up to —40°C) is recommended. Monitoring of the state of coolant and its recovery in due time will increase the life cycle of refrigeration system.

Частью реформ Правительства в сфере здравоохранения является строительство новых и реконструкция старых спортивных объектов. Яркий пример работы в этом направлении - пуск в 2008 г. первого в России международного санно-бобслейного комплекса «Парамоново» (Московская обл.). Местными администрациями также утверждены многочисленные программы строительства спортивных объектов. Только в Москве одновременно возводится и реконструируется более десяти спортивных сооружений. Однако ошибки проектировщиков, монтажников и эксплуатирующих организаций приводили в прошлом и могут привести в будущем к печальным последствиям. Примеры тому - и обрушение кровли Трансваальпарка в Ясенево (Москва, 2004 г.), и отравление посетителей хлоркой в бассейне «Вотервиля» (С.-Петербург, 2008 г.), отравление газообразным С02 школьников в спорткомплексе «Ижорец» (С.-Петербург, 2003 г.) и др. В публикуемой статье мы постараемся обсудить вероятные опасности, связанные с эксплуатацией холодильных машин в спортивных комплексах и других общественных сооружениях.

В холодильном оборудовании ледовых арен (катков) применяют преимущественно три основных типа промежуточных хладоносителей: рассолы (водные растворы неорганических солей преимущественно на основе СаСl2 и NaCl); водные растворы органических солей на основе ацетата и формиата калия; водные растворы спиртов, прежде всего, этиленгликоля.

Какую опасность и при каких обстоятельствах могут представлять эти хладоносители и как повысить безопасность холодильных систем на общественных объектах? В спортивных сооружениях хладоносители опасны в случае массовой протечки и/или испарения. Массовые протечки хладоносителя вероятны при авариях, техногенных катастрофах и террористических актах, а испарения - при нарушении герметичности систем кондиционирования, в том числе по причине банальной коррозии. В любом случае важным параметром, характеризующим риски, является токсичность основных компонентов исходного хладоносителя. Более того, существенное влияние на токсикологические свойства хладоносителей оказывают продукты коррозии, образующиеся вследствие химического взаимодействия основных компонентов хладоносителей с материалом оборудования. Следовательно, коррозионная активность хладоносителя существенно влияет на его токсикологические свойства и является одним из важных параметров безопасности холодильной системы в целом.

В табл. 1 приведены данные по острой токсичности LD50 (доза, при которой погибают 50 % подопытных животных) некоторых основных компонентов хладоносителей и продуктов их взаимодействия с конструкционными материалами холодильных систем.

Таблица 1. LD50 и предельно допустимая концентрация (ПДК) для основного компонента и для продуктов взаимодействия хладоносителей с материалом оборудования.

Химическое название	Торговое название	Химическая формула	LD50, мг/кг	ПДК, мг/м3
1,2-пропиленгликоль	ХНТ; ХНТ-НВ Pekasol L; Dowcal N; Ambitrol NTF	HOCH2CH(OH)CH3	20000	7
Ацетат калия	ТЭЖ, Арктика; Pekasol 2000; Нордвей	CH3COOK	3250	5
Ацетат меди*		(CH3COO)2Cu	710
Ацетат никеля*		(CH3COO)2Ni	350	0.005
Ацетат свинца*		(CH3COO)2Pb	300	0.005
Ацетат цинка*		(CH3COO)2Zn		0.1
Формиат калия	Freezium	HCOOK	5500
Хлорид кальция	рассол	CaCl2	1000	2
Хлорид натрия	рассол	NaCl	3000	5
Хлорид железа (III)*		FeCl3	900
Хлорид меди (I)*		CuCl	140	0.5
Хлорид никеля*		NiCl2	105	0.005
Хлорид олова*		SnCl2	700
Хлорид свинца*		PbCl2	>1947	0.005
Хлорид хрома (III)*		CrCl3	1790	0.01
Хлорид цинка*		ZnCl2	329
* Продукты взаимодействия хладоносителя с материалом оборудования.

Из таблицы видно, что острая токсичность NiCl2, продукта взаимодействия рассола СаСl2 с нержавеющей сталью, которая широко применяется в холодильных системах, составляет 105 мг/кг, что на порядок токсичнее, чем у СаСl, (1000 мг/кг). В то же время согласно коррозионная активность рассола СаСl2 по отношению к стали Х18Н10Т при температуре 20...50°С составляет до 0,1 мм/год. Следовательно, солевые хладоносители не только токсичны и обладают способностью существенного повышения степени риска вследствие накопления токсичных продуктов коррозии, но и за короткий период времени способны вывести оборудование из строя. Яркое, но неприятное впечатление оставило коррозионное разрушение холодильных систем на двенадцати катках в Москве в 2001-2002 гг. (хладоноситель - рассол на основе СаСl2) за период эксплуатации от 6 до 18 мес!

Как альтернативу рассолам на катках часто применяют менее коррозионно-опасный этилен гликоль. При этом мало кто учитывает, что этиленгликоль при попадании в организм ядовит. Он действует на центральную нервную систему и почки как сосудистый и протоплазматический яд, вызывая отек и некроз сосудов. Случайная протечка и испарения представляют повышенную опасность для персонала и посетителей спортивных комплексов. Смертельная доза этиленгликоля — 1,4 г/кг, ПДК в воздухе рабочей зоны - 5 мг/м3. Этиленгликоль стал причиной массового отравления детей в Чечне в 2005 г., уничтожил биосферный заповедник морских котиков на Командорских островах в 2003 г.

Как повысить безопасность спортивных сооружений для посетителей и окружающей среды? Более 10 лет в России выпускаются хладоносители серии ХНТ на основе пищевой добавки 1,2- пропиленгликоль (Е-1520). По токсикологическим свойствам пропиленгликоль является наиболее безопасным (см. табл. 1), не считая воды. Хладоносители на основе пропиленгликоля успепшо применяют более 150 отечественных предприятий, среди которых несколько катков. ХНТ используется в системах кондиционирования Государственной Думы РФ, Центрального банка РФ, нескольких роддомов, музеев и других общественных и коммерческих зданий. Существенным преимуществом хладоносителей ХНТ является возможность заливать их в системы, ранее работавшие на рассолах и этиленгликоле.

Государственными органами контроля за безопасностью промышленных предприятий, в том числе Ростехнадзором, реализуется программа повышения безопасности оборудования промышленных предприятий в целом и холодильных систем в частности. Существенную роль в ней играет снижение аммиакоемкости. Только хладоносители ХНТ позволяют без остановки производственного цикла на предприятии провести комплекс работ по переходу с аммиакоемких систем на фреоновые или аммиачные с малой емкостью хладагента и переходу с коррозионно-агрессивных рассольных хладоносителей на основе CaCl, и NaCl на экологически, токсикологически и коррозионно более безопасные на основе пропиленгликоля. Однако при температурах ниже -20 °С вязкость пропиленглико левых хладоносителей ХНТ существенно повышается и их применение становится экономически нецелесообразным. Образовавшийся в температурном диапазоне —20...-40 °С вакуум позволяет заполнить новый сертифицированный хладоноситель с пониженной вязкостью серии ХНТ-НВ на основе пропиленгликоля. Центр Госсанэпиднадзора по г.Москве в сентябре 2007 г. выдал санитарно- эпидемиологическое заключение на применение этого хладоносителя на различных предприятиях, в том числе пищевой промышленности. Вязкость хладоносителя ХНТ-НВ при температуре -40 °С приблизительно в 3 раза ниже, чем у других применяемых в промышленности пропиленгликолевых хладоносителей.

Согласно экспертным заключениям и протоколу токсикологической оценки ХНТ-НВ относится к 4-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007—76 при внутрижелудочном пути поступления. ХНТ-НВ сохранил токсикологические и экологические свойства пропиленгликоля. При этом благодаря использованию комплекса поверхностно-активных веществ ООО «Спектропласт» удалось снизить его вязкость до значений, близких к вязкости этиленгликолевых хладоносителей. Как следствие, превышение энергозатрат при применении ХНТ-НВ по сравнению с этиленгликолевыми хладоносителями стало несущественным.

Сравнение теплофизических свойств хладоносителей ХНТ-НВ-40, водного раствора пропиленгликоля (ПГ), водного раствора этиленгликоля (ЭГ), раствора ацетата калия (АпК) соответствующей массовой концентрации дано в табл. 2.

Таблица 2. Сравнительные теплофизические характеристики хладоносителей (температура начала кристаллообразования t —40°С)

Название хладоно-сителя	Тзам. °С	Кинемати-ческая вязкость, мм2/с			Динамическая вязкость, мПа•с			Теплопроводность, Вт/(м•К)			Удельная теплоёмкость, Дж/кг•К			Плотность кг/м3
		-40 °С	-20 °С	0 °С	-40 °С	-20 °С	0 °С	-40 °С	-20 °С	0 °С	-40 °С	-20 °С	0 °С	-40 °С	-20 °С	0 °С
ПГ (54%)	-40	888	103	21.6	950	110	22.7	0.319	0.327	0.335	3340	3390	3440	1070	1063	1053
ХНТ-НВ-40	-40	167	39	8.8	190	43	9.9	0.416	0.428	0.439	3125	3180	3229	1133	1126	1119
ЭГ (53%)	-40	92	23	8,2	100	25	8,9	0,346	0,358	0,369	2900	3010	3125	1092	1087	1079
АцК (39 %)	-40	53	13	5,1	65	16	6,2	0,407	0,429	0,451	2835	2885	2935	1231	1226	1219

По коррозионным свойствам пропиленгликолевые хладоносители серий ХНТ и ХНТ-НВ являются наиболее безопасными и толерантными к условиям эксплуатации. Кроме того, ХНТ и ХНТ-НВ в отличие от хладоносителей на основе солей (рассолы, ацетаты и формиа ты) не разрушают сальниковых уплотнений насосов и могут применяться в контурах открытого типа. Теплофизические свойства хладоносителей ХНТ-НВ при низких температурах (до —40 °С), а также коррозионные и токсикологические свойства позволяют рекомендовать его для применения на спортивных объектах, хладокомбинатах, в морозильных камерах, системах кондиционирования зданий и сооружений и др. ХНТ-НВ является пожаро- взрывобезопасным. Проблемы вероятного заражения хладоносителя микроорганизмами, что особенно актуально для систем кондиционирования воздуха, успешно решаются комплексом биоцидов, входящих в запатентованный состав хладоносителей ХНТ и ХНТ-НВ.

В заключение следует обратить внимание, что многих проблем при эксплуатации холодильного оборудования можно избежать, а вероятный ущерб минимизировать, если постоянно следить за изменением состава и свойств хладоносителя. Грамотно проведенный анализ хладоносителя позволяет оценить его коррозионную активность, измерить теплофизические свойства, а также выявить наличие патогенных микроорганизмов. Системный подход проектировщиков к выбору оптимального хладоносителя с учетом требований к эффективности и безопасности, ттостоянный мониторинг его состояния и своевременное восстановление свойств позволяют достигнуть высокой эксплуатационной безопасности системы холодоснабжения, существенно увеличить период ее эксплуатации с обеспечением стабильной эффективности теплообмена и минимизировать опасности, связанные с непреднамеренной разгерметизацией контура и протечкой промежуточного хладоносителя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: