Особенности применения различных видов теплоносителя в подогревателях газа с промежуточным теплоносителем

П.В. Хворостян, инженер-конструктор 1 категории КБ НГО

В процессе эксплуатации подогревателей газа ГПМ-ПТПГ, выпускаемых заводом «Газпроммаш», представители эксплуатирующих организаций нередко задают вопросы по поводу возможности ис- пользования в качестве промежуточного теплоносителя той или иной жидкости. Данная статья призвана осветить некоторые особенности возможных для использования теплоносителей.

Промежуточный теплоноситель, на случаи планового или аварийного останова подогревателя, должен обладать свойством не замерзать при низких температурах (до минус 60oС для подогревателя с клима- тическим исполнением УХЛ) во избежание разрушения внутренней полости подогревателя.

Общеизвестно,что вода со своей способностью накапливать при нагревании и отдавать при остывании большое количество тепла является идеальным теплоносителем с точки зрения теплоемкости, теплопроводности, вязкости. Поэтому для минимизации поверхности теплообменника, теплофизические характеристики промежуточного теплоносителя должны максимально приближаться к теплофизическим свойствам простой воды. Немаловажна также экологическая чистота используемой жидкости.

Применение в качестве промежуточного теплоносителя обычных автомобильных антифризов нежелательно, так как пакеты присадок в них не рассчитаны на длительную эксплуатацию, что приводит к ускоренной коррозии поверхностей, соприкасающихся с промежуточным теплоносителем. Существует множество марок теплоносителей, разработанных специально для систем отопления, таких как «Dixis», «Hot Blood», «Гольфстрим», ХНТ и другие, представляющие собой водные растворы этиленгликоля, пропиленгликоля различной концентрации с пакетом присадок — ингибиторов коррозии (от лат. inhibeo — задер- живаю), веществ, тормозящих химические реакции. Содержание ингибиторов коррозии в различных теплоносителях колеблется от долей процента до нескольких процентов. В подогревателях газа обычно ис- пользуется водный раствор диэтиленгликоля (ДЭГа) или охлаждающая жидкость (ОЖ) на основе этиленгликоля по ГОСТ 28084-89 «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие».

Рассмотрим эффективность применения различных видов тепло- носителей.

Этиленгликоль ГОСТ 19710-83 при обычных условиях является бесцветной прозрачной, довольно вязкой жидкостью без запаха, со сладковатым вкусом. Обладает высокой коррозионной активностью (в 24 — 26 раз выше, чем у воды), весьма ядовит - смертельная доза для человека составляет 50 — 100 мл, может проникать через кожу. Важным свойством является то обстоятельство, что водные растворы этиленгликоля даже при снижении температуры ниже точки замерзания не затвердевают, а образуют вязкую кашицеобразную массу, при этом объем увеличивается не более, чем на 0,3%. Теплофизические свойства этиленгликоля приведены в таблице 1. Диаграмма температур замерза- ния водных растворов этого вещества представлена на рисунке 1.

Диэтиленгликоль ГОСТ 10136-78 является вязкой, бесцветной жидкостью со сладким вкусом, практически без запаха, обладает высокой коррозионной активностью, ядовит. Диаграмма температур замерзания водных растворов ДЭГ представлена на рисунке 2. Теплофизические свойства приведены в таблице 2.

Пропиленгликоль (ПГ) при обычных условиях является бесцветной прозрачной, вязкой жидкостью без запаха и со сладковатым вкусом. Водные растворы ПГ до 60% не горючи. На основе ПГ производятся наиболее безопасные по экологическим и токсикологическим свойствам теплоносители. Более того, ПГ разрешен к применению во всех странах для использования в качестве пищевой добавки (Е 1520). Теплофизические свойства ПГ приведены в таблице 3. Диаграмма температур замерзания водных растворов ПГ представлена на рисунке 3.

Для оценки эффективности применения того или иного вида теплоносителя был проведен теплотехнический расчет коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции у горизонтальных труб со стороны промежуточного теплоносителя [3]. В качестве объекта расчета выбран теплообменник подогревателя газа ГПМ-ПТПГ-30М с расходом подогреваемого газа 30000 нм3/ч, перепадом температур на входе и вы- ходе 45oС и предельной температурой промежуточного теплоносителя

Концентрация, % об.

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента теплоотдачи

со стороны водных растворов ДЭГ, ЭГ, ПГ от концентрации

95oС. На графике (рисунок 5) по одной оси отложена концентрация сравниваемых гликолей (ДЭГ, ЭГ, ПГ), по другой значение коэффициента теплоотдачи со стороны промежуточного теплоносителя.

Как видно из графика на рисунке 5, наихудшим коэффициентом теплоотдачи обладают водные растворы ДЭГ. Для концентрации 50% (до температуры наружного воздуха –40oС) значение коэффициента теплоотдачи для ДЭГ (приблизительно 600 Вт/(м2 К)) ниже на 30% аналогичных значений для ЭГ, ПГ, что приводит к снижению полезной

тепловой мощности подогревателя газа. Падение коэффициента теплоотдачи для ПГ, начиная с 50% связано с его более высокой вязкостью по сравнению с ЭГ.

Выводы:

Во всем мире наблюдается тенденция к переходу на экологически чистые технологии производства. Применение пропиленгликоля является предпочтительным с точки зрения нанесения наименьшего вреда окружающей среде и обслуживающему персоналу при возможных аварийных утечках теплоносителя. Как видно из графика, рисунок 5, теплофизические свойства пропиленгликоля при практически используемых концентрациях (до 60%) мало отличаются от свойств этиленгликоля.

При выборе типа промежуточного теплоносителя в порядке убывания степени эффективности применения можно рекомендовать водные растворы следующих жидкостей:

1. Пропиленгликоль
2. Этиленгликоль (ОЖ по ГОСТ 28084-89)
3. Диэтиленгликоль.

Список использованной литературы:

1. О.Н. Дымент, К.С. Казанский, А.М. Мирошников. Гликоли и другие производные оки- сей этилена и пропилена. — М.: «Химия», 1976. — 376 с.

2. Д. Строганов Незамерзающие теплоносители. Журнал «Акватерм» №4 за 2005 г.

3. В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С Сукомел. Теплопередача. — М.: «Энергия»,1975.

4. Свойства вредных и опасных веществ, обращающихся в нефтегазовом комплексе. Со- ставители С.Б. Ошеров, А.Н. Белоусов. — М.: «ВНИИПО», 2005.

5. А.В. Некрасов Незамерзающий теплоноситель Dixis — надежная защита. Журнал «Акватерм» №9 за 2001 г.

6. Материалы сайтов www.hladonositeli.ru, www.splast.ru, www.ivd.ru.