ПЕРВАЯ В РОССИИ ИНТЕРНЕТ-ГАЗЕТА ПО ХОЛОДИЛЬНОЙ И БЛИЗКОЙ ЕЙ ТЕМАТИКЕ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ СИСТЕМ
М.Л. Галкин, к.т.н., академик МАХ (ООО "Спектропласт" г.Москва)
ИЗМЕНЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ И ФАКТИЧЕСКИХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ТЕЧЕНИЕ ПЕРВЫХ ТРЕХ ЛЕТ ЭКСПЛУАТАЦИИ В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ, ВЕНТИЛЯЦИИ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА, ТЕПЛО- И ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СИСТЕМ ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ
Наблюдаемый в настоящее время рост внимания к безопасности систем отопления и кондиционирования связан с финансовой и уголовной ответственностью руководителей за вред здоровью работников предприятия и окружающей среде.
Переплата за электричество и газ из-за неоптимальной работы систем кондиционирования и отопления идет из средств учредителей.
Признано, что повысить эксплуатационную безопасность теплообменных систем и снизить эксплуатационные расходы можно грамотно выбрав промежуточный хладоноситель. Однако, использование пожаро- и взрывоопасного, или токсичного и ядовитого, или коррозионноактивного хладоносителя, вряд ли может повысить эксплуатационную безопасность системы теплообмена.
Какое влияние на безопасность теплообменных систем оказывают хладоносители (теплоносители)?
Для системного подхода к выбору хладоносителей нами используется следующая классификация обстоятельств, при которых проявляются опасности, связанные с промежуточным хладоносителем:
1. Испарение летучих фракций хладоносителя при разгерметизации вторичного контура холодильного оборудования и их влияние на возникновение пожаровзрывоопасных концентраций, изменение токсичности воздуха и др.
2. Рост микроорганизмов в среде хладоносителя и их проникновение при разгерметизации.
Одним из источников рисков для здоровья населения могут являться микроорганизмы. Продукты жизнедеятельности некоторых микроорганизмов могут оказывать сильное воздействие на окружающую среду, причём как благоприятное, так и неблагоприятное (например, токсическое). Водосодержащие хладоносители вторичного контура холодильного оборудования, а также конденсат воды из атмосферы на охлаждённой поверхности теплообменного оборудования являются возможными средами обитания микроорганизмов.
Впервые угроза воздействия на людей микроорганизмов, развившихся в системах охлаждения, проявилась в 1976 году во время съезда Американского легиона, проходившего в городе Филадельфия, во время которого разразилась вспышка непонятной инфекции - тяжёлой формы пневмонии. В течение месяца болезнь унесла жизни 34 из 220 заболевших делегатов и сразу же получила наименование "болезнь легионеров". Позднее было установлено, что возбудителем инфекции являются бактерии Legionella pneumophila, развившиеся в скопившемся конденсате системы кондиционирования здания и распространившиеся вместе с потоком кондиционируемого воздуха [1].
Болезнь легионеров числом летальных исходов произвела столь сильный эффект на общественность, что до сих пор до 30% фирм, связанных с производством и обслуживанием систем кондиционирования воздуха, занимаются санированием, дезинфекцией и т.д.
Важными факторами, влияющими на жизнедеятельность микроорганизмов, являются температура, состав и кислотность среды. Примеры микроорганизмов и некоторые условия их развития приведены в таблице 1.
Таблица 1
Условия развития некоторых микроорганизмов
Микроорганизмы
Условия
развития
Минимальная температура роста, °С
Образование спор
рН
среды
Yersinia enterocolitica
Анаэробная
-1
нет
5-10
Candida
famata
Аэробная
0
нет
4,5-5,5
Clostridium botulinum Type E
Анаэробная
3,3
есть
~5
Penicillium spinulosum
Аэробная
4
есть
3,5-7,5
Paecilomyces lilacinus
Аэробная
5
есть
4-7
Bacillus
cereus
Аэробная
5
есть
4,3-9,3
Staphylococcus aureus
Аэробная
7
нет
5-9
Fusarium solani
Аэробная
7
есть
4,5-8
Legionella pneumophila
Аэробная
20
нет
4,5-7,5
Микроорганизмы способны существовать как в кислородсодержащей среде (аэробные), так и в среде, не содержащей свободный кислород (анаэробные). При этом аэробные бактерии могут без проблем развиваться и размножаться и в жидких средах, используя для дыхания растворённые кислород. Многие микроорганизмы способны разлагать сложные органические соединения. Поэтому микроорганизмы могут играть значительную роль в процессе возникновения биоповреждений конструкционных и прокладочных материалов холодильного оборудования.
Вероятность попадания микроорганизмов в хладоноситель повышается в процессе его изготовления, при пусконаладочных работах и обслуживании холодильного оборудования (заправка и дозаправка хладоносителем), при транспортировке и обслуживании хладоносителя, при ремонте и модернизации вторичного контура и его очистки от накипно-коррозионных отложений и при любых других работах, связанных с разгерметизацией вторичного контура и контактом хладоносителя с атмосферным воздухом, а также в процессе эксплуатации, в частности, из-за попадания охлаждаемой продукции в хладоноситель.
Реальность присутствия микроорганизмов в хладоносителях подтверждена нами экспериментально. Так, например, в ацетатном хладоносителе нами были обнаружены грибы Paecilomyces lilacinus и Fusarium solani (рис.1). Работы по идентификации микроорганизмов проводились ООО "Спектропласт" совместно с Институтом биохимии и физиологии микроорганизмов (г. Пущино). Эти же грибы успешно развивались и в формиатном хладоносителе.
Рис. 1. Хладоносители на основе органических солей как питательная среда для грибов
Следует обратить внимание, что хладоносители на основе одноатомных спиртов и гликолей жизнедеятельность большинства видов микроорганизмов не поддерживают.
Снижение эффективности теплообменных процессов может происходить из-за оседания на стенках теплообменного оборудования микроорганизмов, образующих слои, влияющие на тепловое сопротивление аналогично накипно-коррозионным отложениям (рис. 2).
Рис. 2. Биообрастание на поверхности образца трубы в ацетатном хладоносителе (Температура проведения испытаний - +15 °С, время проведения испытаний - 6 месяцев, рН=6, материал трубы - Ст20)
При заражении хладоносителя грибковыми микроорганизмами возможно значительное увеличение его вязкости, в частности, вязкость образца ацетатного хладоносителя, содержащего гриб Fusarium solani, увеличилась в 2,4 раза при 0 °С по сравнению с аналогичным, не содержащим гриб, образцом.
Некоторые виды микроорганизмов и продукты их жизнедеятельности способны вызывать коррозию металлов. На рис. 3 представлены результаты сравнительных модельных опытов, демонстрирующих увеличение коррозионной активности ацетатного хладоносителя при развитии в нём гриба Paecilomyces lilacinus на примере образцов из алюминия, меди и стали.
Рис. 3. Сравнительный модельный опыт по оценке коррозионной активности ацетатного хладоносителя в присутствии (а) и отсутствии (б) гриба Paecilomyces lilacinus на образцах: 1) алюминия, 2) меди, 3) стали (Температура проведения испытаний +15 °С; время проведения испытаний 6 месяцев; рН=6)
Наиболее активными микроорганизмами, влияющими на коррозионные процессы, являются тионовые (Thiobacillus) и нитрифицирующие (Nitrosomonas, Nitrosocystis) бактерии. Продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов имеют кислую или щелочную реакцию, и их присутствие в хладоносителе может привести к существенному изменению рН среды. В результате, специально подобранные для хладоносителя с определённым рН ингибиторы коррозии могут оказаться неэффективными и начнётся интенсивная коррозия металла.
Сульфатредуцирующие бактерии (Desulfovibrio, Desulfotomacullum), образующие метаболиты (NH3, CO2, H2S, органические кислоты), способны ускорить коррозию за счет деполяризации коррозионных пар на поверхности металла. Участие железобактерий (Leptothrix, Crenothrix, Gallionella, Siderocapsa, Ochrobium и др.) в коррозионном процессе является причиной возникновения дифференцируемо аэрируемых электрохимических ячеек на поверхности металлов. Эти бактерии могут образовывать на внутренней поверхности трубопроводов и теплообменных аппаратов слизистые скопления, участки металла под которыми плохо аэрируются и действуют как анод, в то время как омываемые проточным хладоносителем участки имеют более высокий потенциал и действуют как катод. В анодной зоне металлическое железо растворяется в соответствии с уравнением Fe > Fe2+ + 2ē, т.е. ускоряется процесс электрохимической коррозии.
Активное участие в коррозии металлов принимают грибы, главным образом, представители родов Penicillium, Aspergilius, Paecilomyces, Trichoderma и Candida. Например, штамм Penicillium sp. AM-5, прикрепляясь к поверхности пластинки из алюминиевого сплава, в течение нескольких суток способен вызывать образование на ней ямок с чёрным порошкообразным осадком на дне ямки.
Вода, как технологическая жидкость в оборотных системах охлаждения и в системах стабилизации теплообмена, в наибольшей мере уязвима для микроорганизмов (в открытых и в закрытых системах) как в процессе эксплуатации, так и при простое. Например, на одном из крупных российских предприятий использующаяся там технологическая вода обладает очень резким сероводородным запахом, портящим в прямом смысле слова жизнь работникам цеха. Замена этой воды на новую облегчает ситуацию лишь на несколько дней (рис. 4). При изучении микробиологического состава этой воды в ней были выявлены сульфатредуцирующие бактерии различной морфологии, а также бактерии рода Bacillus. Первые из них восстанавливают присутствующие в воде сульфаты до сероводорода, который и определяет её неприятный запах. Большинство видов бактерий Bacillus являются патогенными и вызывают респираторные инфекции, пищевые отравления и др. Дополнительную опасность бактерии Bacillus несут из-за того, что являются спорообразующими.
Рис. 4. Фотографии образцов технологической воды через 4 месяца (а) и через 1 день (б) после заправки оборотной системы охлаждения
Наибольшую опасность для здоровья человека представляет возможность попадания в организм микроорганизмов с хладоносителем и заражение человека микроорганизмами и их спорами, или отравления токсичными продуктами их жизнедеятельности. В таблице 2 приводятся пути попадания и последствия возможного воздействия вырабатываемых микроорганизмами токсинов на организм человека.
Таблица 2
Токсины, вырабатываемые некоторыми микроорганизмами, пищевые продукты-переносчики токсинов, воздействие токсинов на организм человека
Микроорганизмы
Токсины,
вырабатываемые микроорганизмами
Пищевые
продукты, в которых могут развиваться микроорганизмы
Действие
токсинов на организм человека
Staphylococcus aureus
Энтеротоксины
Молоко,
мясо и мясные продукты, кондитерские изделия
Острые
пищевые отравления (тошнота, рвота, боли в животе, диарея)
Clostridium botulinum
Ботулотоксины
Рыбные и
мясные продукты
Нейротоксины, поражают окончания холинэргических нервов
Является
сильным гепатотропным ядом, проявляет канцерогенные и
мутагенные эффекты
Охратоксины
Мучные
кондитерские изделия
Преимущественно поражают почки. Изменения выявляются и в
печени
Патулин
Соки,
компоты, пюре, джемы
Острые
пищевые отравления, возможны канцерогенные и мутагенные
эффекты
Цитринин
Хлебобулочные изделия
Обладает
нефротоксическими свойствами
Fusarium
Трихотеценовые микотоксины
Мучные
кондитерские изделия
Острые
пищевые отравления, вызывает нарушение стабильности
лизосомных мембран
Для борьбы с развитием микроорганизмов различных типов в состав хладоносителей необходимо вводить антимикробные добавки, а также использовать хладоносители, по своей природе не поддерживающие развитие микроорганизмов, например, на основе одноатомных спиртов и гликолей.
Поскольку риски для систем охлаждения и потребителей холода, связанные с микробиологическими факторами, реально существуют, для контроля и предотвращения проявления этих опасностей целесообразно регулярно проводить биомониторинг хладоносителей, а также среды охлаждения (питьевой воды и воздуха производственных, общественных и жилых зданий) на наличие в их составе и концентрацию патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности.
Вышеприведённые факты и аргументы свидетельствуют, что риски, связанные с деятельностью микроорганизмов в системах холодообеспечения реальны.
Все риски, связанные с развитием микроорганизмов в системах охлаждения можно условно разделить на 2 группы. В первую группу рисков входят негативные последствия воздействия микроорганизмов на работоспособность системы охлаждения. К этим рискам относятся: снижение эффективности теплообмена; сокращение срока службы холодильного оборудования; повышение эксплуатационных расходов. Вторая группа рисков включает в себя негативное влияние микроорганизмов, их спор и выделяемых ими токсинов на внешнюю среду, в частности, на атмосферу, т.е. кондиционируемый и/или отапливаемый воздух.
Повышение микробиологической безопасности систем холодообеспечения может быть достигнуто применением антимикробных средств для борьбы с развитием микроорганизмов в конденсате на поверхности холодильного оборудования, применением специально подобранных антимикробных добавок для хладоносителей, а также применением хладоносителей по своей природе не поддерживающих рост микроорганизмов.
Следующие обстоятельства, при которых проявляются опасности, связанные с промежуточным хладоносителем:
1. Попадание хладоносителя в почву, атмосферу, грунтовые воды, водоемы при утилизации, авариях, терактах, техногенных катастрофах (экологическая безопасность).
2. Снижение надежности и долговечности эксплуатации вторичного контура холодильного оборудования: а) из-за интенсивных процессов коррозии; б) из-за растворения неметаллических материалов вторичного контура.
3. Снижение стабильности и равномерности распределения по поверхности теплообменного оборудования температурных полей из-за образования накипно-коррозионных слоев отложений на стенках оборудования.
4. Важным фактором безопасности является возможность образования в хладоносителях токсичных продуктов взаимодействия компонентов хладоносителя с материалом стенок оборудования. В таблице 3 приводятся примеры значений LD50 и ПДК для таких продуктов взаимодействия в сравнении с исходными компонентами солевых хладоносителей. Из таблицы 3 видно, что пропиленгликолевые хладоносители являются по всем показателям наиболее безопасными, в то время как продукты взаимодействия хладоносителей с материалом стенок оборудования могут быть на порядки токсичнее.
Таблица 3
Средняя летальная доза (LD50) и предельно допустимая концентрация (ПДК) для продуктов взаимодействия солевых хладоносителей и непосредственно компонентов солевых хладоносителей
Как известно, наиболее безопасным и эффективным хладоносителем является вода. Диапазон ее применения ограничен положительным по Цельсию интервалом температур. Вода обладает прекрасными теплофизическими свойствами, низкой стоимостью, экологичностью, нетоксичностью и пожаро-взрывобезопасностью. Однако ее эксплуатация связана с рядом проблем. Первая - высокая коррозионная активность по отношению к металлам и в первую очередь к черным сталям. Вторая проблема - склонность к выпадению из воды солей жесткости и продуктов коррозии и образованию слоя отложений из них на поверхности стенок каналов охлаждения формующего инструмента. При этом в охлаждающем контуре снижается теплопроводность, растет его гидравлическое сопротивление, в итоге затрудняется процесс теплообмена. А из-за неравномерности скорости выпадения отложений на различных участках каналов охлаждения теплопроводящие свойства становятся нестабильными и неравномерными по теплообменной поверхности.
Интенсивность теплового потока зависит от разности температур охлаждаемого продукта и охлаждающей жидкости в каналах теплообменников, а также от теплового сопротивления материалов на пути распространения теплового потока. Величина этого сопротивления зависит в свою очередь от геометрических и теплофизических параметров стенок, имеющихся на пути распространения теплового потока.
Как правильно оценить влияние теплофизических свойств материала стенок теплообменника? Какие существуют возможности по интенсификации и стабилизации процесса теплообмена?
Схема, используемая для оценочных расчетов эффективности процессов теплообмена в аппарате, представлена на рис. 5. Из рисунка видно, что если отложения минимальны или отсутствуют, выбор материала теплообменника играет доминирующую роль, а при появлении отложений именно их плохие теплопроводящие свойства (см. таблицу 4) являются определяющими для ухудшения переноса тепла в теплообменнике [2].
Рис. 5. Схема к расчету времени охлаждения воды в теплообменном аппарате
Таблица 4
Теплофизические свойства конструкционных материалов теплообменной системы для расчета времени охлаждения согласно рис. 5
№ по рис. 5
Описание
Материал
Теплопроводность, Вт/(м∙К)
"2"
Стенка охлаждающего канала
Сталь 30 углеродистая
75,50
Сталь 30ХН3А хромоникелевая
33,70
"3"
Охлаждающий канал с хладоносителем
Вода
0,67
"4"
Накипно-коррозионные отложения на стенках охлаждающего канала
СаCO3
2,40
Fe(OH)2
1,30
Fe2O3
1,20
Эффективным, экологически безопасным и экономически оправданным способом снижения коррозионной активности воды по отношению к металлам и ингибированию процесса отложения солей на металлических поверхностях является добавление к воде соответствующего ингибитора. Такой ингибитор разработан специалистами ООО "Спектропласт" в виде водорастворимого комплекса присадок серии СП-В. Жидкий концентрат СП-В вводится непосредственно в воду в количестве от 1 до 5 масс.% для снижения ее коррозионной активности и склонности к выпадению солей жесткости. Важным преимуществом использования разработанных концентратов является их способность защищать металлы одновременно и в ситуации, когда теплообменник отключен от системы без слива воды, и в случае, когда слив произведен. При этом не требуется специальной просушки и консервации каналов, так как концентраты ингибиторов способны защищать поверхность металла не только в воде, но и во влажной атмосфере более шести месяцев.
На рис. 6 представлены фотографии полупогруженных образцов после 3-х лет экспозиции. Наглядно видно, что обрезок трубы из стали в воде с ингибиторами СП-В за 3 года практически не пострадал от коррозии ни в надводной, ни в подводной своих частях. Такой же образец в воде без ингибитора коррозии за то же время оказался существенно разъеден коррозией. Это подтверждают данные, приведенные в таблице 5.
Проведенные нами сравнительные испытания показали, что скорость образования отложений на внутренней поверхности образца в виде трубы D16 мм из углеродистой стали в циркулирующей в замкнутом контуре воде с общей жесткостью 10 моль/м3 составляет при 20 °С - 0,6 мм в год, при 70 °С - 2,6 мм в год. Техническая вода с такой жесткостью и такой температурой нередко встречается в системах кондиционирования и отопления. Эти данные обосновывают значения толщины слоя отложения в 1 мм. Введение ингибиторов СП-В в воду в количестве 5 масс. % замедлило процесс отложения солей в 12 и 5 раз соответственно при тех же условиях.
Рис. 6. Внутренняя поверхность трубы после воздействия воды:
а) - без ингибитора коррозии, б) - с ингибитором коррозии СП-В и комплексонами.
Интенсивность теплообмена зависит от температуры и скорости движения воды в каналах охлаждения. Гидравлическое сопротивление каналов охлаждения зависит от пропускного сечения и шероховатости поверхности. Отложения на внутренних стенках каналов охлаждения уменьшают пропускное сечение, создают шероховатости и ухудшают условия для передачи тепла.
Таблица 5
Скорость коррозии образца, находящегося в жидкой и паровой фазах воды
Скорость коррозии для различных частей образца
Скорость коррозии в водной среде образцов стали Ст20 при +20 °С, мм/год
Полупогруженный образец
Образец, полностью погруженный в воду
Образец в паровой фазе
без ингиби- торов
с ингиби- торами СП-В
без ингиби- торов
с ингиби- торами СП-В
без ингиби- торов
с ингиби- торами СП-В
Погруженная часть
0,3
0,01
0,2
0,01
-
-
Граница раздела фаз
0,8
0,03
-
-
-
-
Надводная часть
0,5
0,02
-
-
0,4
0,02
Проведенные нами оценочные испытания показывают, что с образованием на поверхности канала охлаждения слоя отложений толщиной в 10 % от диаметра канала, его гидравлическое сопротивление возрастает приблизительно на 180 %.
Стабилизация теплообмена за счет использования оборотной воды с добавлением в нее ингибиторов коррозии и отложения солей жесткости на стенках охлаждающего контура оправданы и технически, и экономически. Это позволяет на стадии проектирования системы при выборе материала заменить дорогостоящую и с низкой теплопроводностью нержавеющую сталь на более дешевую и более теплопроводную углеродистую сталь. При этом возможна экономия на мероприятиях по обслуживанию, межремонтных прогонах, консервации системы.
Концентраты ингибиторов коррозии и отложения солей серии СП-В имеют необходимую документацию для применения в условиях РФ, в т.ч., зарегистрированные в Госстандарте ТУ 2415-006-11490846-04, санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.01.12.241.П.12016.05.4 от 31.05.04 для промышленного применения в качестве добавки для воды, используемой при термостатировании технологических процессов химических и пищевых производств, разрешение ОАО " Моспроект" 03/ОСТО от 10.03.2005 на использование концентрата СП-В в качестве добавки для воды при проведении работ по монтажу, пусконаладке, ремонту (в т.ч., очистке), модернизации, эксплуатации инженерных систем, коммуникаций и оборудования жилых домов и общественных зданий и сооружений. С документами можно ознакомиться на нашем сайте . ООО "Спектропласт" оказывает техническую поддержку предприятиям, использующим ингибитор коррозии и отложений солей СП-В, в течение всего времени эксплуатации.
Таким образом, применение ингибиторов коррозии и отложения солей жесткости СП-В позволяет:
1.Улучшить теплообмен за счет лучшей теплопроводности элементов системы из углеродистой и др. конструкционных сталей из-за отсутствия или уменьшения толщины слоя отложений на стенках оборудования.
2. Уменьшить затраты при хранении на консервацию и расконсервацию элементов системы.
3. Уменьшить энергозатраты и трудозатраты на эксплуатацию системы кондиционирования и отопления.
В интервале температур от +2 °C до -20 °C доминируют спирты. Одноатомные спирты этанол и метанол пожаровзрывоопасны, а метанол, кроме того, еще и ядовит. Из двухатомных спиртов в системах кондиционирования и отопления нашли применение этиленгликоль (МЭГ) и пропиленгликоль. На основе первого из них выпускаются антифризы для двигателей внутреннего сгорания, в т.ч., тосолы. Этиленгликолевые хладоносители эксплуатируются в холодильном оборудовании ряда спортивных объектов. Однако хладоносители на основе МЭГ по токсикологической оценке являются одними из самых опасных. При протечках отравляются грунтовые воды и водоемы. ЕС собирается вводить запрет на применение МЭГ на всех пищевых производствах, а в ряде европейских стран (Чехия, Швейцария) такой запрет уже существует. В связи с вероятным вступлением России в ВТО, компаниям, использующим сегодня этиленгликоль, придется проводить модернизацию оборудования.
Хладоносители на основе пропиленгликоля на сегодняшний день являются наиболее безопасными. Пропиленгликоль является пищевой добавкой со значением LD50 более 20000 мг/кг [3]. При содержании в хладоносителе более 60 % воды он не относится к пожаровзрывоопасным по ГОСТ 12.1.044-89 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения".
В связи с повышенными тербованиями к надежности работы теплообменного оборудования вблизи 0 ?C отдельно выделен температурный интервал от +5 °C до -5 °C. Для этого температурного интервала нами предложен новый экономичный хладоноситель торговой марки ТЭЖ на основе ацетата калия, разработанный как для закрытых, так и (что следует особо выделить) для открытых холодильных систем. ТЭЖ работает в интервале температур от минус 5 °С до плюс 102 °С и не разрушает трубопроводы до температуры -25 °С.
В интервале температур от -20 °C до -40 °C широкое распространение кроме этиленгликоля получили солевые хладоносители на основе органических и неорганических солей. Последние широко распространены из-за сочетания их доступности, дешевизны и хороших теплофизических характеристик, однако содержащиеся чаще всего в них хлориды обладают высокой коррозионной активностью, а катионы при высоких концентрациях склонны к накипеобразованию. Продукты взаимодействия хлоридов со стенками оборудования (нержавеющая сталь, медь и др.) обладают большей токсичностью, чем сам хладоноситель (см. таблицу 3).
Органические соли имеют относительно малый промышленный опыт эксплуатации (около 15 лет для ацетата калия и около 9 лет для формиата калия). Некоторые особенности и проблемы их эксплуатации нами уже рассмотрены в профильных журналах [4,5]. При этом ранее отмечалось, что эти хладоносители не переносят изменения своего состава. А состав изменяется по причине накопления в нем продуктов коррозии и проникающих в него охлаждаемых продуктов. Примерами может служить коррозионное разрушение пяти испарителей на Аксайском пивзаводе, а также ситуация, сложившаяся на 18-м хладокомбинате (г. Москва). За 4 мес. эксплуатации содержание ионов металлов в составе хладоносителя составило 0,17 мг/л, т.е. состояние вроде бы удовлетворительное, однако у хладоносителя в одном контуре рН = 11, а в другом - рН=11,7. Такой хладоноситель вызывает локальные виды коррозии (язвенная, щелевая, питинговая и др.), которые опасны тем, что действуют на малой площади и способны за короткое время перфорировать металл. До обнаружения сквозной коррозии система фактически отработала менее 18 месяцев.
Поэтому выбор типа хладоносителя непосредственно влияет на эксплуатационную безопасность и, следовательно, на надежность системы охлаждения.
Об утилизации хладоносителя и о связанных с ним экологических проблемах задумываются сегодня редко, однако стоимость утилизации, например, этиленгликолевых хладоносителей, равна примерно половине цены нового хладоносителя.
Следует отметить, что в России промышленные пропиленгликолевые хладоносители серийно выпускаются с 1998 г., а под маркой ХНТ с 2002 г. [6]. Всего по России эксплуатируют хладоносители серии ХНТ более 150 предприятий, в т.ч.: ЗАО МПБК "Очаково", г. Москва; ОАО "Московский комбинат шампанских вин"; Пивоварня "Москва-Эфес"; ЗАО "Красная пресня" (Краснопресненская плодоовощная база); "Азовский комбинат детского питания"; "Завод минеральных вод", г. Горячий ключ, Краснодарский край; "Каргил Масло Продукты Ефремов", г. Тула; "ОАО "Кондитерский концерн Бабаевский"", г. Москва и др.
Хладоносители серии ХНТ длительное время работают также в системах кондиционирования многих общественных зданий, а также социально значимых объектах в числе которых: Государственная Дума РФ; Центральный Банк РФ; Храм Христа Спасителя; Государственный музей изобразительных искусств им. А.С. Пушкина, г. Москва; кинотеатр "Ударник" (г. Москва); Центр планирования семьи и репродукции, г. Москва; бизнес центр "Аврора"; "Романов двор"; ОАО "Рубин", и мн. др.
С 2007 г. для заправки систем кондиционирования и отопления производится хладоноситель на основе пропиленгликоля с пониженной вязкостью серии ХНТ-НВ для применения, в т.ч., на предприятиях пищевой промышленности. Вязкость хладоносителя ХНТ-НВ при температуре -40 °С приблизительно в три раза ниже чем других, известных в настоящее время применяемых в промышленности пропиленгликолевых хладоносителей (таблица 6). Согласно экспертным заключениям, протоколу токсикологической оценки, ХНТ-НВ относится к 4 классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76 при внутрижелудочном пути поступления. ХНТ-НВ позволяет заменить этиленгликолевый хладоноситель на пропиленгликолевый без замены холодильной установки. В отличие от солевых хладоносителей на органических солях его можно применять в контурах открытого типа.
Таблица 6
Сравнительные теплофизические характеристики хладоносителей с температурой начала кристаллообразования -40 °С на основе пропиленгликоля с пониженной вязкостью ХНТ-НВ-40, водного пропиленгликолевого (ПГ) (54% масс) и этиленгликолевого (53 % масс) растворов и ацетата калия (39 % масс).
Название хладоно- сителя
Кинемати- ческая вязкость,
мм2/с
Динами- ческая вязкость,
мПа∙С
Теплопро- водность,
Вт/(м∙К)
Удельная тепло- ёмкость,
Дж/кг∙К
Плотность,
кг/м3
-40|
-20 | 0 °С
-40|
-20 | 0 °С
-40|
-20 | 0 °С
-40 | -20 | 0 °С
-40|
-20 | 0 °С
ПГ, 54%
888
103
21,6
950
110
22,7
0,319
0,327
0,335
3340
3390
3440
1070
1063
1053
ХНТ-НВ-40
167
39
8,8
190
43
9,9
0,416
0,428
0,439
3125
3180
3229
1133
1126
1119
ЭГ, 53%
92
23
8,2
100
25
8,9
0,346
0,358
0,369
2900
3010
3125
1092
1087
1079
АцК, 39 %
53
13
5,1
65
16
6,2
0,407
0,429
0,451
2835
2885
2935
1231
1226
1219
Системный подход к выбору оптимального хладоносителя с учетом требований к его эффективности и безопасности, постоянный мониторинг его состояния и своевременное восстановление его свойств, способны минимизировать опасности, связанные с эксплуатацией теплообменного оборудования с вторичным контуром.
Существенно то обстоятельство, что после запуска вторичного контура в эксплуатацию нами проводится мониторинг и техническое обслуживание хладоносителя. По мере изменения этих характеристик, при необходимости разрабатываются корректирующие добавки для восстановления химического состава и теплофизических свойств хладоносителя.
Важное значение для безопасности эксплуатации хладоносителя имеет возможность восстановления, поддержания и, при необходимости, корректировки свойств хладоносителя, что особенно актуально для крупных систем охлаждения. Третьей составляющей эксплуатационной надежности является регулярное проведение в процессе эксплуатации мониторинга состояния хладоносителя, которое непосредственно влияет на срок службы вторичного контура и на поддержание его теплообменных характеристик. Мониторинг - это контроль основных свойств хладоносителя, влияющих на надежность и стабильность работы вторичного контура в процессе эксплуатации. Содержание мониторинга (контролируемые параметры и методы контроля) приведено на рис.7. Поэтому столь важен выбор разработчика хладоносителя, способного в силу своего научного потенциала и практического опыта оперативно осуществлять мониторинг. Дело в том, что полный состав хладоносителя является ноу-хау разработчика и разработчик при мониторинге, в части коррекции состава, один сможет помочь, а не навредить работоспособности хладоносителя.
Например, на ЗАО МПБК "Очаково" г. Москва хладоноситель вторичного контура эксплуатируется с 1997 г. Емкость системы более 220 м3. Благодаря мониторингу была обнаружена протечка охлаждаемого продукта в хладоноситель. Специалисты ООО "Спектропласт" разрабатывали и производили корректирующие составы, введение которых в хладоноситель нормализовала его свойства. Добавка двух тонн корректирующего состава (около 5 % масс.) позволила избежать принятой в таких случаях в Европе полной замены двухсот тонн хладоносителя на новый.
Рис. 7. Содержание мониторинга хладоносителя
Таким образом, повышение эксплуатационной надежности и безопасности систем охлаждения с промежуточным хладоносителем, и снижение эксплуатационных расходов достигается комплексным подходом, включающим:
1. Выбор оптимальных типов хладоносителей и хладагентов, представляющих минимальную угрозу для живого, в т.ч., при аварийной разгерметизации системы, и вероятным попаданием хладоносителя на обслуживающий персонал, в охлаждаемую продукцию, в т.ч. пищевую, в атмосферу, в почву и водоемы.
2. Выбор конструкционных металлических и уплотнительных материалов холодильного оборудования учитывающим не только достаточные для решаемых задач прочностные и теплофизические характеристики, но и устойчивостью материалов в процессе эксплуатации к химическим продолжительным воздействиям, отложению накипи и коррозионных слоев, а также к наводораживанию и усталостным явлениям.
3. Проведение мониторинга и биомониторинга состояния вторичного контура холодильного оборудования.
Список литературы:
1. Прозоровский С.В., Покровский В.И., Тартаковский И.С. Болезнь легионеров. Легионеллез. - М.: Медицина. 1984.
2. Генель Л.С., Галкин М.Л., Корнеева Т.М., журнал "Пластикс" № 7-8 2003, с. 47.
3. Шаповаленко А.Я., Свешников А.В., Зенкин И.Ф. Новый хладоноситель в старом оборудовании - способ повышения эксплуатационной безопасности предприятий. // Холодильная техника. 2006. № 8, с. 40-43.
4. Генель Л.С., Галкин М.Л. Выбор промежуточных хладоносителей. // Холодильный бизнес. 2004. № 12, с. 31-35.; 2005. №1, с. 17-20.
5. Генель Л.С., Галкин М.Л. Состояние и тенденции развития европейского рынка хладоносителей. // Холодильный бизнес. 2006. №12, с. 16-19.
6. ТУ 2422-004-11490846-02 "Хладоносители на основе водного раствора пропиленгликоля".
7. ГОСТ 28084-89 "Жидкости охлаждающие низкозамерзающие".
Приглашаем ученых и инженеров, аспирантов и студентов, а также, заинтересованные институты, фирмы, организации и частных лиц, принять участие в размещении информации в интернет-газете, посвященной холодильной и близкой ей тематике.
Учредитель и издатель интернет-газеты: ООО "АВИСАНКО" (Москва). Адрес редакции: Россия, 115551, Москва, Шипиловский проезд, д.47/1, офис 67-А.
Тел./факс: +7 (495) 343-43-71, тел.: +7 (495) 343-43-48, 223-60-50 доб. 132.
Головной сайт:
Первый выпуск первой в России интернет-газеты по холодильной и близкой ей тематике - "Холодильщик.RU" - вышел в свет в январе 2005 г.
Руководитель проекта и Главный редактор: Маргарян С.М. (АВИСАНКО, ООО)
За содержание рекламных материалов редакция ответственности не несет.
При перепечатке статей, ссылки на их авторов и интернет-газету обязательны.
