Glikol etylenowy i propylenowy – temperatura utraty właściwości, degradacja, stężenia

Pytanie

przy jakiej temperaturze glikol traci swoje właściwości

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Nie ma jednej „magicznej” temperatury. Glikol (etylenowy – EG lub propylenowy – PG) traci właściwości:
  • przy zbyt niskiej temperaturze: gdy roztwór osiągnie własny punkt krzepnięcia (zależny od stężenia i ciśnienia),
  • przy zbyt wysokiej temperaturze: gdy zaczyna się nieodwracalna degradacja chemiczna i/lub wrzenie.
• Orientacyjnie dla długotrwałej, bezpiecznej eksploatacji:
  • PG: unikaj stałej pracy powyżej ~130–140°C; szybka degradacja >150–170°C.
  • EG: unikaj stałej pracy powyżej ~150–160°C; szybka degradacja >170–200°C.
• Typowe mieszanki 40–60% zamarzają w przybliżeniu między −20 a −55°C (dokładna wartość zależy od rodzaju glikolu i stężenia).

Kluczowe punkty

• Utrata właściwości następuje zarówno poniżej temperatury krzepnięcia mieszanki, jak i w wyniku przegrzania (utlenianie, zakwaszenie, osady).
• W układach ciśnieniowych wrzenie jest wyższe niż w atmosferycznych, ale degradacja chemiczna może zacząć się dużo poniżej temperatury wrzenia.
• O skuteczności decydują: rodzaj glikolu, stężenie, ciśnienie, dodatki inhibitorowe, czas ekspozycji i obecność tlenu/metali.

Szczegółowa analiza problemu

• Rodzaje glikolu:
  • EG (monoetylenowy): lepsze parametry wymiany ciepła, toksyczny; wrze ~197°C; czysty krzepnie ~−13°C; w wodzie ma minimum krzepnięcia przy ok. 55–60% (ok. −50…−55°C).
  • PG (monopropylenowy): mniej toksyczny; wrze ~188°C; czysty krzepnie ok. −59°C, ale w niskich T staje się bardzo lepki; minimum krzepnięcia również blisko 55–60% (ok. −45…−52°C).
• „Utrata właściwości” – trzy mechanizmy:
  1. Niska T – krzepnięcie i wzrost lepkości
     • Poniżej własnego punktu krzepnięcia roztwór nie cyrkuluje; już kilka–kilkanaście stopni powyżej krzepnięcia lepkość rośnie na tyle, że maleje sprawność wymiany ciepła i rośnie obciążenie pomp.
  2. Wysoka T – wrzenie
     • Po osiągnięciu punktu wrzenia (zależnego od stężenia i ciśnienia) ciecz przechodzi w parę; miejscowe „film boiling” gwałtownie obniża odbiór ciepła i może wywołać przegrzanie elementów.
  3. Wysoka T – degradacja chemiczna (najgroźniejsza, nieodwracalna)
     • Już ok. 120–140°C (zwłaszcza w obecności tlenu i metali) inicjuje się utlenianie glikoli do kwasów (glikolowego, mrówkowego, octowego), aldehydów i polimerów.
     • Skutki: spadek pH, utrata rezerwy alkalicznej, rozpad inhibitorów, korozja Al/Cu/stali, tworzenie szlamu i laków, przyrost przewodności, ciemnienie płynu, pienienie.
     • PG zwykle degraduje szybciej niż EG przy tych samych warunkach cieplnych; całkowicie nieinhibowany PG może ulec „zwęgleniu” w strefach stagnacji >180–200°C (np. kolektory słoneczne).
• Dlaczego ciśnienie i dodatki mają znaczenie:
  • Nadciśnienie podnosi temperaturę wrzenia o kilkanaście–kilkadziesiąt stopni, ale nie podnosi proporcjonalnie odporności chemicznej – utlenianie może postępować poniżej wrzenia.
  • Dodatki (OAT/HOAT/silikaty/fosforany/azotyny dla zastosowań specjalnych) spowalniają korozję i stabilizują pH, ale także się zużywają; po ich wyczerpaniu degradacja przyspiesza.
• Zakresy praktyczne dla mediów chłodzących/HTF:
  • Bezpieczna eksploatacja długotrwała: typowo −30…+90/100°C w większości układów HVAC, energetyki małej mocy i elektroniki (z zapasem vs. krzepnięcie i degradację).
  • Krótkie pikowe temperatury ścianek wymiennika >120–140°C należy traktować jako alarmowe, szczególnie dla PG.

Aktualne informacje i trendy

• Powszechne stosowanie płynów na bazie PG „HT” do instalacji narażonych na stagnację (solary, ORC niskotemperaturowe), z podwyższoną odpornością na utlenianie.
• Inhibitory długowieczne (OAT/Si-OAT) i biobazowane PG/EG poprawiają trwałość i ślad środowiskowy.
• Rosnące znaczenie monitoringu on-line (pH, przewodność, barwa, cząstki) oraz serwisu predykcyjnego.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Typowe punkty orientacyjne (wartości przybliżone, dla roztworów wodnych):
  • EG 50%: krzepnięcie ok. −37°C; EG 60%: ok. −50…−55°C.
  • PG 50%: krzepnięcie ok. −30…−33°C; PG 60%: ok. −45…−51°C.
• Ciśnienie a wrzenie (przykład): roztwór 50/50 wrzy przy ~107–110°C w 1 atm; w układzie ciśnieniowym ~120–130°C. Mimo to oksydacja może ruszać wcześniej.
• Objawy degradacji: ściemnienie/brunatnienie, zapach „spalenizny”, pienienie, spadek pH <7, wytrącenia, wzrost przewodności, pogorszenie wymiany ciepła.

Aspekty etyczne i prawne

• EG jest toksyczny (zagrożenie dla ludzi i zwierząt); PG ma niską toksyczność, lecz zużyty płyn może zawierać metale i produkty degradacji.
• Utylizacja: postępować zgodnie z lokalnymi przepisami i kartami SDS; zużyte płyny mogą kwalifikować się jako odpad niebezpieczny.
• Oznakowanie GHS/CLP, BHP przy pracy w wysokich temperaturach (ośrodki toksyczne lotne produkty utleniania).

Praktyczne wskazówki

• Dobór stężenia do najniższej spodziewanej temperatury pracy z 5–10°C zapasem do krzepnięcia.
• Projektowo ograniczaj temperaturę ścianki wymiennika i unikanie stagnacji przepływu (szczególnie w kolektorach solarnych).
• Monitoruj:
  • pH (typowo 7,5–10,5 dla płynów z inhibitorami),
  • rezerwę alkaliczną (RA),
  • temperaturę krzepnięcia (refraktometr),
  • przewodność i barwę.
• Serwis: wymiana/odświeżenie inhibitorów co 2–3 lata (instalacje HVAC/elektronika) lub wg zaleceń producenta; po epizodzie przegrzania płyn bezwzględnie wymienić i przepłukać układ.
• Materiały: unikaj ocynkowanych elementów i mieszanek metali sprzyjających korozji galwanicznej; stosuj kompatybilne uszczelnienia (EPDM/FKM).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Dokładne temperatury graniczne zależą od konkretnego produktu (pakiet inhibitorów, jakość wody, zanieczyszczenia, ciśnienie, czas ekspozycji).
• Dane katalogowe producenta płynu są nadrzędne nad wartościami orientacyjnymi.
• Krótkie piki temperatury są mniej szkodliwe niż długotrwała praca w podwyższonej temperaturze – decyduje integral czas–temperatura.

Sugestie dalszych badań

• Sprawdź kartę charakterystyki (SDS) i kartę danych technicznych wybranego płynu.
• Badania kontrolne wg powszechnych metod: pH (ASTM D1287), rezerwa alkaliczna (ASTM D1121), korozja w szkłach (ASTM D1384), temperatura krzepnięcia (refraktometria).
• Jeśli to układ solarny: rozważ płyny PG „high temperature” z deklaracją odporności na stagnację.

Krótkie podsumowanie

• Glikol „traci właściwości” albo gdy zamarza (punkt zależny od stężenia), albo gdy ulega przegrzaniu i degradacji chemicznej.
• Jako praktyczna reguła: unikaj długotrwałej pracy roztworów PG >130–140°C i EG >150–160°C; zapewnij zapas kilku–kilkunastu stopni do temperatury krzepnięcia.
• Dokładne wartości ustal na podstawie konkretnego produktu, stężenia, ciśnienia i aplikacji.

Jeśli podasz: typ glikolu (EG/PG), stężenie, ciśnienie robocze i zastosowanie (np. chłodzenie elektroniki, HVAC, instalacja solarna), wskażę precyzyjny zakres temperatur bezpiecznej pracy i progi alarmowe.