Теплоноситель, хладоноситель, специальная низкозамерзающая жидкость или состав. Применение.

Теплоноситель – часть практически любой теплообменной системы. Поскольку теплоноситель связывает все элементы и узлы системы, важность теплоносителя трудно переоценить.
На практике теплоноситель вне области должного внимания проектировщиков теплообменных систем и сотрудников эксплуатирующих подразделений. Это объясняется отчасти тем, что теплоноситель стоит несоизмеримо мало по отношению к стоимостьи теплообменного оборудования с одной стороны, и с тем, что не всегда проектировщики и другие «заинтересованные» лица имеют необходимые знания о теплоносителях с другой стороны.

В статье изложены основные моменты, на которые теплотехнику следует обращать внимание при проектировании и эксплуатации теплообменных систем, где применяется теплоноситель.

Для начала определимся в терминологии. Что такое теплоноситель?

Теплоноситель для теплотехника всё что угодно, но, как правило, не теплоноситель. Встречаются такие определения теплоносителя, как «теплоноситель это жидкость, которая движется по контуру теплообменного оборудования в системах отопления или кондиционирования и служит для осуществления теплообмена». Или совсем простые определения. Такие как: «теплоноситель это вода», «теплоноситель это незамерзающая жидкость», «теплоноситель это водный раствор гликолей (МЭГ, ДЭГ, ТЭГ, МПГ)».

Всё приведённые выше определения правильные, но они отражают только теплофизические свойства теплоносителя – перенос тепла от одной части теплообменной системы к другой. Например, передача тепла от печи к теплообменнику.

Теплотехника и эксплуатанта волнуют еще и такие аспекты как безотказность и безаварийность теплообменной системы, увеличение сроков межсервисного обслуживания системы, экологические требования, как утилизировать отработанный теплоноситель.

На сегодняшний день нормативная база Российской Федерации определяет, что такое теплоноситель, и насчитывает множество регламентирующих документов и актов. Регламентируется всё: от производства и хранения до правил физического контакта персонала с химическими жидкостями. Основным и наиболее полно описывающим, что такое теплоноситель является ГОСТ 28084-89. Важным вопросом, который остаётся без ответа в нормативной базе, является вопрос: на какую температуру замерзания теплотехнику нужно закладывать теплоноситель в проект в зависимости от географического расположения объекта. Большинство объектов, в которых есть теплообменные системы, находятся в широтах с низкими температурами окружающей среды. Любая даже кратковременная остановка циркуляции, где в системе теплообмена работает теплоноситель, неизбежно приводит к аварийным ситуациям и полному отказу оборудования, что влечет за собой незапланированные капитальные затраты на ремонт, пуско-наладку оборудования теплообменных систем и требует заменить теплоноситель.
Если теплообменное оборудование используется в составе непрерывного производственного цикла, то отказ оборудования должен быть исключён. Несмотря на это проектировщики продолжают закладывать в проекты теплообменных систем воду, а не теплоноситель.

Почему теплотехники любят воду?
Вода - почти идеальный теплоноситель с точки зрения теплофизических свойств, т.к. обладает наибольшими теплоёмкостью и теплопроводностью, хорошей текучестью. Вода, как правило, экологически чистое вещество. Её много, она есть почти везде в нашей стране.

Однако вода это неполноценный теплоноситель, т.к. обладает существенными недостатками.
Высокая температура замерзания (около 0°С) не позволяет использовать воду круглогодично. Низкая температура кипения (около 100°С) не оставляет теплотехнику права на манёвр. Некоторые процессы «работают» с бо’льшим КПД при более высокой температуре. Высокая коррозионная активность воды разрушает систему теплообмена. Использование неподготовленной воды приводит к образованию солевых отложений на стенках системы, что ухудшает теплопередачу. Вода - не теплоноситель!

Почему теплотехники любят сырьевые гликоли?
МЭГ (моноэтиленгликоль), ДЭГ (диэтиленгликоль), ТЭГ (триэтиленгликоль), МПГ (монопропиленгликоль) ввиду своих физических свойств являются основными компонентами, из которых производится теплоноситель. Благодаря доступности гликолей широкое применение нашли жидкости, приготовленные непосредственно на объектах, где есть теплообменные системы. Закупается сырьевой гликоль и простым смешиванием с водой получают низкозамерзающую жидкость (теплоноситель). Но при этом агрессивное воздействие гликолей на металлы сохраняется. Гликоли разрушают контур теплообменных систем.
Внесение антикоррозионных присадок не всегда приводит к полному растворению последних в растворе. В результате получается не теплоноситель, а низкозамерзающая жидкость с нестабильными теплофизическими и антикоррозионными свойствами. Неподготовленная вода добавляет проблем.
Обслуживающий персонал обречен на постоянную борьбу за свойства теплоносителя. Причём по мере эксплуатации системы эта борьба отнимает всё больше и больше сил и средств. Приготовленный на месте теплоноситель влечёт за собой дополнительные затраты на водоподготовку, дозирование, дополнительные агрегаты и процессы в системе. Но получить теплоноситель с заданными стабильными характеристиками всё равно не получится.

Чтобы получить правильный качественный теплоноситель, необходимы несколько составляющих и условий:
1. Подготовленная вода;
2. Основные вещества (гликоли);
3. Пакет присадок (против коррозии, против пенообразования, против окисления, против образования накипи, для удаления накипи, для стабилизации теплофизических характеристик и др.);
4. Рецептура;
5. Технология производства (температура, давление).

Последние два пункта возможно обеспечить только в условиях химического предприятия, оборудованного по последнему слову техники и имеющему в своём штате квалифицированный персонал.

Присадки – вещь не дешевая, но это плата за улучшение свойств теплоносителя. Они подавляют активность агрессивных веществ (вода, гликоль), нейтрализуют продукты распада гликолей в процессе эксплуатации теплообменной системы, где работает теплоноситель, создают защитную плёнку системы изнутри, избирательно воздействуют на очаги коррозии и т.д.

Применяемые теплоносители различают по типам присадок и основным веществам:
1. Силикатные, содержащие силикаты, фосфаты, амины, нитраты, бораты.
2. Карбоксилатные, содержащие соли карбоновых кислот.
3. Гибридные (органические и неорганические вещества).
4. «Рассолы» (растворы солей в воде).

Исходя из поставленных задач, теплотехник определяет, какой теплоноситель использовать. Отсутствие очагов коррозии (новые контуры и системы) позволяют использовать силикатный теплоноситель. В старых контурах с явно выраженной коррозией лучше использовать карбоксилатный теплоноситель. карбоксилатный теплоноситель нейтрализует коррозию на молекулярном уровне, точечно воздействуя на очаги коррозии, и при этом не создаёт дополнительные загрязняющие соединения, которые могли бы отложиться на элементах системы, например, на теплообменниках. При этом следует помнить, что толщина защитной плёнки влияет на теплообмен системы в целом. Только качественный теплоноситель позволяет достичь баланса между теплофизикой и защитой от коррозии.

Теплоноситель теряет свои свойства с течением времени, теплообмен ухудшается, а коррозионное воздействие возрастает. Срок эксплуатации теплоносителя зависит от типа присадок, материалов теплообменной системы, режимов эксплуатации теплоносителя и др. Перед эксплуатантом рано или поздно встаёт вопрос: что делать с отработанным теплоносителем? Регенерировать (восстанавливать) существующий теплоноситель или заменять на новый?

Оба решения имеют как плюсы, так и минусы.
Существует специальное оборудование, которое регенерирует теплоноситель. Это оборудование подключается к существующей теплообменной системе или проектируется в составе теплообменной системы с самого начала. Такое оборудование в автоматическом или полуавтоматическом режиме исследует теплоноситель (его характеристики) и в режиме реального времени доводит характеристики теплоносителя до проектных величин. При этом нет необходимости останавливать работу теплообменной системы.
Если принимается решение, что теплоноситель нуждается в замене , теплотехник вынужден остановить систему, слить отработанный теплоноситель, обязательно промыть систему и только после этого залить новый теплоноситель и утилизировать старый, отработанный теплоноситель. Если пропустить этап промывки системы, то присадки нового теплоносителя будут «бороться» со старыми проблемами, а не предотвращать образование новых очагов коррозии, что значительно сокращает срок использования нового теплоносителя.

Почему теплотехники предпочитают правильный теплоноситель (состав) другим жидкостям и составам? Потому что правильный теплоноситель обладает следующими свойствами:
1. Низкая температура начала кристаллизации (замерзания), до минус 65°С;
2. Высокая температура кипения, более 100°С;
3. Низкая коррозионная активность;
4. Стабильность теплофизических свойств:
   1. Вязкость,
   2. Плотность,
   3. Теплоёмкость,
   4. Теплопроводность,
   5. Теплоотдача.

При проектировании теплообменной системы теплотехник может с достаточной точностью рассчитать необходимые параметры, колторыми должен обладать теплоноситель. Для этого достаточно знать, какое основное вещество будет использоваться. Далее приведены основные закономерности (не точные графики, а тренды). Например, возьмём 50-процентный раствор моноэтиленгликоля с водой.
1. Чем больше концентрация моноэтиленгликоля, тем ниже температура начала кристаллизации. При этом чистый моноэтиленгликоль кристаллизуется при температуре около минус 12°С. Разбавление водой понижает температуру кристаллизации. Это основная странность гликолей, которую теплотехник должен иметь ввиду. По этому параметру нужно ориентироваться на справочные материалы.
2. Чем выше концентрация моноэтиленгликоля, тем вязкость раствора выше. Но при повышении температуры раствора в системе вязкость снижается. Поэтому теплотехник может рассчитать необходимую вязкость, исходя из рабочего диапазона температур своей теплообменной системы, а не по приведённому к 20°С значению. Теплообменные системы почти никогда не работают при 20°С.
3. Чем больше концентрация моноэтиленгликоля, тем плотность состава выше. Чем выше рабочая температура состава в теплообменной системе, тем плотность ниже.
4. Чем больше концентрация моноэтиленгликоля, тем теплоёмкость раствора ниже. С ростом температуры в теплообменной системе теплоёмкость повышается. Это важное наблюдение позволяют теплотехнику заложить в проект правильные решения.
5. Чем больше концентрация моноэтиленгликоля, тем теплопроводность ниже. При повышении рабочей температуры в теплообменной системе теплопроводность снижается.

Помимо приведённых выше показателей теплотехника интересует коэффициент теплоотдачи Альфа, который зависит от многих параметров теплоносителя и теплообменной системы.
Правильный теплоноситель должен иметь такой же Альфа, как и у гликолей, но при этом должен иметь низкую коррозионную активность. См. таблицу.

Таблица сравнивает коррозионное воздействие на металлы различных теплоносителей с требованиями ГОСТ.
Ни вода, ни сырьевые смеси не проходят по ГОСТу в отличие от правильного теплоносителя.

Учитывая вышесказанное, теплотехник конечно может производить расчёты проекта теплообменной системы на водный раствор сырьевого гликоля, если ему так привычнее или так заложено в автоматическую программу рассчета, которой пользуется теплотехник. Но затем следует подобрать и заложить в проект качественный теплоноситель с такими же теплотехническими характеристиками, что и по результатам рассчетов. В этом случае никому не придётся переучиваться, и безаварийность эксплуатации теплообменной системы будет обеспечена.

Настоящий обзор затронул несколько аспектов применения составов, жидкостей и теплоносителей, хладоносителей в теплообменных системах. Эти аспекты требуют тщательной проработки специалистами, производителями и поставщиками оборудования для теплообменных систем. Очевидно, что назрела необходимость выработки единого стандарта применения жидкостей, теплоносителей, хладоносителей и с составов в теплообменных процессах.

ООО «НПП СПЕЦАВИА» является одним из ведущих предприятий химического комплекса Российской Федерации и специализируется на разработке (по ТЗ Заказчика), постановке на производство и последующих поставках потребителю различных специальных жидкостей (тосол, антифриз, низкозамерзающая жидкость, хладлноситель, теплоноситель).

Новейшей разработкой ООО «НПП СПЕЦАВИА» является состав (теплоноситель) ЯТС/08АН (ТУ 2422-015-13923249-2010), специально разработанный по ТЗ ОАО «НК Роснефть», и предназначенный к использованию в условиях Крайнего Севера в теплообменных процессах в качестве современного рабочего тела на объектах обустройства нефтегазовых месторождений.

Областями применения состава ЯТС/08АН являются системы водоснабжения, отопления и канализации жилых городков нефтяников; системы подогрева нефти и нефтепродуктов в нефтехранилищах и на нефтепроводах; системы подготовки воздуха для использования в газотурбинных установках и другие теплообменные системы.

Состав ЯТС/08АН имеет следующие преимущества:
1. Существенно увеличенный срок межсервисного обслуживания элементов теплообменных систем.
2. Высокая стабильность в широком диапазоне температур (от минус 50°С до 170°С).
3. Исключение аварийных ситуаций, приводящих к размораживанию теплообменного оборудования.
4. Осуществление авторского надзора за качеством состава ЯТС/08АН на базе аккредитованного установленным порядком испытательного центра ООО «НПП СПЕЦАВИА» в ходе эксплуатации теплообменного оборудования.

Специалисты ООО «НПП СПЕЦАВИА» готовы предоставить любую дополнительную информацию по теплоносителям и низкозамерзающим жидкостям.

О предприятии

ООО «НПП Спецавиа» создано в феврале 2003 года. Производственная база «НПП СПЕЦАВИА» расположена в поселке городского типа Редкино Конаковского района Тверской области в 130 км от Москвы на бывшей территории Редкинского опытного завода. Земельный участок, расположенные на нем производственные здания, складские помещения, технологическое оборудование, а также резервуарные парки и железнодорожная ветка находятся в собственности ООО «НПП Спецавиа».
Представительство ООО «НПП Спецавиа» расположено в г. Москва.

Основными приоритетами при выборе месторасположения производства ООО «НПП Спецавиа» являются близость расположения к основным дорогам и магистралям России (Ленинградское шоссе, Октябрьская ЖД), а также наличие на территории предприятия железнодорожных подъездных путей, что ускоряет сроки поставки сырья и отгрузки товарной продукции (теплоносителей, хладоносителей, низкозамерзающих жидкостей, тосолов, антифризов и других специальных жидкостей) и снижает до минимума риск порчи продукции при транспортировке.

Основной целью создания ООО «НПП Спецавиа» являлась разработка, производство и поставка отечественным и зарубежным потребителям высококачественных специальных составов (теплоносителей, антифризов, тосолов, низкозамерзающих, охлаждающих, гидравлических, амортизаторных и других специальных жидкостей) для различных видов техники, применяемой в гражданском секторе экономики страны и в Вооруженных Силах Российской Федерации.

Новое технологическое оборудование по производству, межцеховому транспорту и розливу готовой продукции отвечает всем современным требованиям.

Наличие в штате ООО «НПП Спецавиа» высококвалифицированных специалистов позволяет успешно решать задачи по улучшению качества выпускаемой продукции, а также по разработке и постановке на производство новой продукции.

ООО «НПП Спецавиа» располагает следующими возможностями:
• все производство ООО «НПП Спецавиа» сертифицировано в системе менеджмента качества на соответствие требованиям ГОСТ ISO 9001-2001;
• осуществление отгрузки продукции всеми видами транспорта;
• достаточно большой набор реакторов из нержавеющей стали и с химически стойкой эмалью объемом от 0,6 до 25 м3, а также емкостные хранилища объемом 1600 м3 (нержавеющая, углеродистая сталь);
• собственная испытательная база, установленным порядком аккредитованная на компетентность испытательная лаборатория (Центр) ;
• собственный отдел внешней экономической деятельности (ВЭД) ;
• собственная водяная скважина и промышленные установки по дистилляции воды.

В настоящее время мощность производства ООО «НПП Спецавиа» составляет более 40000 тонн/год.

Уровень качества продукции ООО «НПП Спецавиа» (теплоносителей, антифризов, тосолов, низкозамерзающих, охлаждающих, гидравлических, амортизаторных и других специальных жидкостей) подтверждается положительными результатами многочисленных испытаний, проведенных ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России», ОАО «ВНИИ по переработке нефти», жестким контролем со стороны военного представительства МО РФ, аккредитованного на предприятии, Решениями о допуске к производству и применению, сертификатами соответствия, а также отсутствием претензий и рекламаций со стороны таких Государственных заказчиков, как Управление ракетного топлива и горючего департамента ресурсного обеспечения Минобороны РФ, Управление горючего и смазочных материалов Минобороны Республики Беларусь, Главное Командование Внутренних Войск МВД России, ФСБ России, ФСО России, МЧС России, ГУП МО «Мострансавто», ОАО «НК РОСНЕФТЬ».