Насосы для гликоля
Насосы для гликоля: конструктивные особенности, материалы, подбор и эксплуатация в энергетических системах
Насосы для гликоля представляют собой специализированный класс оборудования, предназначенный для перекачивания водных растворов этиленгликоля или пропиленгликоля, используемых в качестве теплоносителей в системах холодоснабжения, тепловых насосах, солнечных коллекторах, системах утилизации тепла и других инженерных сетях. Их ключевое отличие от стандартных водяных насосов заключается в адаптации к физико-химическим свойствам гликолевых растворов: повышенной вязкости, коррозионной активности, склонности к вспениванию и изменению плотности в зависимости от температуры и концентрации.
Физико-химические свойства гликолевых растворов и их влияние на работу насоса
Водно-гликолевые растворы, наиболее распространенные в концентрациях от 20% до 60%, кардинально меняют свои характеристики в сравнении с водой:
- Вязкость: Значительно выше, чем у воды, особенно при отрицательных температурах. Рост вязкости увеличивает гидравлическое сопротивление в трубопроводах, что требует от насоса создания большего напора для обеспечения проектного расхода.
- Плотность: Выше плотности воды (до 1080-1100 кг/м³ для 40%-ного раствора пропиленгликоля при +20°C). Это влияет на потребляемую мощность насоса (N = ρ g Q
- H / η), которая линейно зависит от плотности перекачиваемой среды.
- Удельная теплоемкость: Ниже, чем у воды. Это требует большего расхода теплоносителя для переноса того же количества теплоты, что учитывается при расчете производительности насоса.
- Коррозионная активность: Чистые гликоли неагрессивны, но их водные растворы, особенно при нагреве и доступе кислорода, могут вызывать коррозию черных металлов. Требуются ингибиторы коррозии и правильный подбор материалов.
- Склонность к вспениванию: Может привести к кавитации и неустойчивой работе насоса.
- Расчет рабочих параметров:
- Расход (Q, м³/ч): Определяется из тепловой формулы Q = P / (c ρ ΔT), где P – тепловая мощность, c – удельная теплоемкость раствора, ρ – плотность, ΔT – перепад температур. Для гликоля при той же мощности P расход будет выше, чем для воды.
- Напор (H, м): Сумма потерь на трение в трубопроводах, арматуре, теплообменниках с учетом повышенной вязкости. Потери на трение для гликоля можно рассчитать по формуле: ΔHг = ΔHв
- (νг / νв)0.5 (приближенно), где ν – кинематическая вязкость.
Конструктивные типы насосов для гликолевых систем
В системах с гликолевым теплоносителем применяются преимущественно два типа насосов: центробежные и герметичные (in-line). Выбор зависит от параметров системы, температуры и концентрации раствора.
Центробежные насосы с торцевым уплотнением
Классические консольные насосы типа К, моноблочные или на раме. Применяются в крупных стационарных установках (ЦТП, чиллеры большой мощности, магистральные контуры). Требуют регулярного обслуживания торцевого уплотнения. Для гликоля используются уплотнения из керамики/графита или карбида кремния, совместимые с раствором.
Герметичные циркуляционные насосы (с «мокрым» ротором)
Наиболее распространенный тип для внутренних контуров и систем средней мощности. Ротор и крыльчатка находятся в перекачиваемой среде, которая выполняет роль смазки и охлаждения подшипников. Полная герметичность исключает утечки. Критически важна чистота теплоносителя и отсутствие абразивных частиц, так как они вызывают ускоренный износ подшипников скольжения.
Насосы с сухим ротором in-line
<pУстанавливаются непосредственно на трубопровод. Имеют торцевое уплотнение, но компактную конструкцию. Обладают более высоким КПД по сравнению с герметичными насосами, но требуют обслуживания уплотнения и создания условий для отвода тепла от двигателя.
Критерии выбора насоса для гликолевого раствора
Подбор осуществляется по совмещенному графику характеристик насоса и гидравлической сети с обязательной коррекцией на свойства гликоля.
- Напор: Hг = Hв
- (ρг / ρв)
Материалы проточной части и уплотнений
Совместимость материалов – ключевой фактор надежности.
| Элемент насоса | Рекомендуемые материалы для гликоля | Нерекомендуемые/ограниченно применимые материалы |
|---|---|---|
| Корпус, рабочее колесо | Чугун GG-25 (для ингибированных растворов), нержавеющая сталь (AISI 304, 316), бронза | Серый чугун без ингибиторов (риск щелевой коррозии), углеродистая сталь |
| Уплотнения (торцевые) | Графит/керамика (Al2O3), карбид кремния (SiC), EPDM, Viton | Резины на натуральной основе, некоторые виды Buna-N |
| Прокладки, уплотнительные кольца | EPDM, NBR (нитрил), PTFE (тефлон) | Резины на основе натурального каучука |
Особенности монтажа и эксплуатации
- Обвязка: Перед насосом обязательна установка сетчатого фильтра (60-80 mesh) для защиты от окалины и мусора. Запорная арматура – до и после насоса для обслуживания.
- Расположение: Обеспечение положительного подпора на всасывающем патрубке для предотвращения кавитации. Особенно критично для нагретого гликоля, имеющего склонность к парообразованию.
- Заполнение и деаэрация: Система должна заполняться медленно, с использованием заправочной станции, исключающей образование воздушных пробок. Гликоль склонен удерживать воздух, что приводит к шумной работе и кавитации.
- Обслуживание: Контроль за состоянием фильтра, проверка на вибрацию и шум. Для насосов с торцевым уплотнением – контроль за подтеканием. Мониторинг потребляемого тока для выявления работы вне рабочей точки.
- Запуск в холодное время года: При запуске системы с загустевшим от холода гликолем необходимо использовать насосы с возможностью плавного пуска или частотным регулированием для ограничения пускового тока.
Сравнительная таблица: выбор типа насоса в зависимости от условий работы
| Параметр системы | Рекомендуемый тип насоса | Обоснование |
|---|---|---|
| Малая/средняя мощность (< 100 кВт), закрытые системы отопления/охлаждения зданий | Герметичный циркуляционный насос с мокрым ротором | Бесшумность, отсутствие обслуживания, компактность, достаточный напор для таких систем. |
| Крупные энергетические объекты, магистральные контуры, высокие параметры (расход, напор) | Центробежный консольный насос с торцевым уплотнением | Высокий КПД, ремонтопригодность, широкий диапазон рабочих параметров, надежность на больших мощностях. |
| Ограниченное пространство в машинном зале, системы с температурой теплоносителя выше +110°C | In-line насос с сухим ротором | Компактная установка на трубопроводе, двигатель вынесен из потока среды, допустима более высокая температура. |
| Системы с переменным расходом (например, системы холодоснабжения с нагрузкой, меняющейся в течение суток) | Любой тип насоса с частотным преобразователем (ЧРП) | Экономия электроэнергии, поддержание стабильного перепада давления в сети, продление срока службы оборудования. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Можно ли использовать обычный водяной насос для перекачки гликоля?
Только после тщательного пересчета его характеристик (напора, мощности, NPSH) на свойства конкретного гликолевого раствора в рабочих температурах. Материалы проточной части и уплотнений должны быть совместимы. Без такой проверки насос будет работать с перегрузкой по мощности, может возникнуть кавитация и преждевременный отказ.
Какой гликоль менее агрессивен для насосного оборудования: этиленгликоль или пропиленгликоль?
С точки зрения коррозионного воздействия на металлы при равной концентрации и температуре их водные растворы обладают схожей активностью. Ключевое значение имеет наличие пакета ингибиторов в готовом растворе. Пропиленгликоль часто выбирают из-за его низкой токсичности (пищевой класс), что важно при риске утечек в жилых или общественных зданиях.
Почему насос, подобранный для воды, не создает нужный напор при работе на гликоле?
Основная причина – увеличение плотности и, особенно, вязкости. Насос, работая на более вязкой жидкости, тратит больше энергии на преодоление внутреннего трения в рабочем колесе и корпусе. Его характеристика H(Q) «просаживается». Фактический напор и расход будут ниже, а потребляемая мощность – выше, чем при работе на воде.
Как бороться с кавитацией в гликолевом контуре?
Меры включают: 1) Обеспечение минимально необходимого избыточного давления на всасывающем патрубке насоса (увеличить подпор). 2) Снижение гидравлических потерь во всасывающей линии (увеличить диаметр трубопровода, упростить трассировку). 3) Использование насоса с низким значением NPSHтр. 4) Правильную деаэрацию системы при заполнении и эксплуатации, так как воздух, растворенный в гликоле, провоцирует кавитацию.
Требуется ли специальная обвязка насоса в гликолевой системе?
Да, обязательна установка фильтра грубой очистки на всасывающей линии для защиты от абразивных частиц, которые могут присутствовать в растворе после монтажа системы. Для насосов с сухим ротором и торцевым уплотнением рекомендуется установка байпасной линии с дросселем для минимального расхода, если система работает с переменной нагрузкой.
Как часто нужно обслуживать насосы для гликоля?
Герметичные насосы с мокрым ротором не требуют планового обслуживания. Насосы с торцевым уплотнением нуждаются в периодической проверке состояния уплотнения и подшипников (визуальный контроль, замер вибрации). Общим для всех типов является регулярная (не реже 1 раза в сезон) очистка фильтра на всасывании и контроль электрических параметров.
Влияет ли концентрация гликоля на выбор мощности двигателя насоса?
Да, напрямую. С ростом концентрации растут плотность и вязкость раствора. Потребляемая мощность насоса пропорциональна плотности. Поэтому двигатель, выбранный для работы на воде, может перегрузиться при работе на 40-50% гликолевом растворе. Необходим запас по мощности или выбор двигателя с поправочным коэффициентом.