CN102250592B - 长效环保型风电设备防冻冷却介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长效环保型风电设备抗冻冷却介质，其由以下重量百分比的原料制成：乙二醇50.0-65.0、特性防腐防锈剂1.0-1.8、耐热阻垢剂0.4-0.8、非铁金属钝化剂0.5-1.0、非离子型表面活性消泡剂0.005-0.02、色素染料0.005-0.01，余量为高纯去离子水。本发明的有益效果：具有高效多金属防腐防锈、长效阻垢、低电导率、低温抗冻、无害无毒，具有很长的使用寿命，成本低廉并有利于环保。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种长效环保型风电设备抗冻冷却介质。
背景技术
随着石油、煤炭等矿物化石燃料的渐渐耗尽，能源危机已成为人类发展所面临的重大问题，人类正在积极探寻更多可持续利用的新能源供应，以减少或降低对矿物化石燃料能源的依赖。风能是一种清洁可再生能源，风力发电已成为世界各国优先发展的新能源战略。风力发电机冷却散热技术，是发电机正常工作、运转的必要组成，也是提高发电效率、延长发电机使用寿命的关键技术。据统计，全球45％以上的风力发电机故障来源于冷却系统。风力发电机专用防冻冷却介质的研制越来越受到世界各国的重视，一些先进国家已经拥有较高性能的产品，但国内在此领域的研究尚为空白，属于急需突破的瓶颈技术。
风电设备专用防冻冷却介质是风电设备冷却散热系统中的传热介质，具有防冻、冷却、防腐以及防垢等作用，根据其使用环境的工艺要求，一般为包含多种组分的水冷介质，组分包括防冻剂、防腐防锈剂、耐热阻垢剂、消泡剂、pH缓冲剂、着色剂等。
与常规的防冻冷却介质不同，风力发电机组专用防冻冷却介质除具有优良的防冻、冷却散热性能外，还需要解决的技术难点包括：(1)低导电性，常见防冻冷却液的电导率较高，一般≧2500μs/cm，自来水的电导率为500μs/cm左右，而发电机工况要求其冷却介质的电导率应在50μs/cm以下才能满足发电机安全工作需要，这就要求风力发电机用防冻冷却介质必须具有非常低的导电性；(2)防腐蚀性，风电冷却系统中包括钢、铝合金、铸铁、铜及水箱焊接时用的焊锡等几种金属，冷却介质长期与这些金属相接触，容易造成电化学腐蚀、气蚀、点蚀等腐蚀问题，严重影响风力发电机正常运转；(3)超长效性，风力发电机工作时间较长，这就要求其冷却介质必须有超长的使用寿命，能在3-5年内持续地发挥作用；(4)环保性，风能作为一种绿色能源，其防冻冷却介质也要满足对环境污染小或不污染环境的要求。
国内目前常用的车用或工业防冻冷却液大多为无机盐型，其防腐过程是无机盐添加剂与金属形成反应膜，调制过程需加入大量无机盐类，如磷酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐类，这些盐类大多对环境和人体有较大的危害，由于防腐反应过程对无机盐的消耗很快，无机盐型防冻液使用周期较短，稳定性差，其防腐性能也因配方不同差异很大。其优点是生产原料廉价易得，生产成本低。由于大量无机盐的加入，这些无机盐类在水溶液中水解电离，产生大量阴阳离子，增加了溶液的电导率，无机盐型防冻冷却液在风电设备中根本无法使用。
近年来，有机型防冻冷却液开始在国内外兴起。有机型防冻冷却液是在冷却液中加入一些有机酸、有机碱类添加剂，如对硝基苯甲酸、水解马来酸酐、琥珀酸、对叔丁基苯甲酸等，通过添加剂与金属表面吸附形成一层保护膜来实现防腐的目的，这种防冻冷却液添加剂消耗慢，使用周期较长。但其泡沫倾向严重，其泡沫倾向控制不好会诱发汽穴腐蚀。目前生产的有机型防冻冷却液，由于添加剂复配不合理，有的对多种金属腐蚀抑制性不理想，有的储备性能不稳定，添加剂用量大，生产成本过高。由于普通防冻冷却液添加剂选择时未能考虑溶液的导电性能，冷却液电导率偏高，很难达到风电设备对冷却介质绝缘性能的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种长效环保型风电设备抗冻冷却介质，以克服上述现有技术中存在的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种长效环保型风电设备抗冻冷却介质，其由以下重量百分比的原料制成：乙二醇50.0-65.0、特性防腐防锈剂1.0-1.8、耐热阻垢剂0.4-0.8、非铁金属钝化剂0.5-1.0、非离子型表面活性消泡剂0.005-0.02、色素染料0.005-0.01，余量为高纯去离子水。
所述特性防腐防锈剂为羧酸类甲基胺类，如六次甲基四胺、四乙酸乙二胺或二者的混合物。这些胺类化合物对金属离子有很强的螯合络合作用，通过他们与金属表面吸附并与金属离子螯合形成一层惰性保护膜，起到对金属防腐防锈保护功能。
所述耐热阻垢剂为三乙醇胺、二乙醇胺或二者的混合物。这类化合物有很强的除垢阻垢功能，同时也可以提高冷却液的pH值，增加溶液储备碱度。
所述非铁金属钝化剂为烃基三唑类，如甲苯基三唑、苯并三唑及其他合适的咪唑、噻唑等。这类化合物除了对焊锡有特殊的防腐保护外，对非铁系材料如紫铜、黄铜也有很好的保护效果，同时提升冷却液的热传导性。
所述非离子型表面活性消泡剂为二甲基硅氧烷、甲基硅油、聚醚等其中任何一种，也可采用水溶性复合甲基硅油消泡剂。采用这类非离子型表面活性消泡剂是为了控制冷却液的泡沫倾向，防止汽穴腐蚀，同时又不会增加溶液电导率。
所述色素染料为亚甲基蓝或荧光黄。
所述超纯去离子水为经过离子交换、R/O反渗透膜和精密过滤的纯净水，采用高纯去离子水可以控制冷却液的电导率，也能防止冷却液在使用过程中产生水垢。
生产时，根据各个组分的重量分数比称量材料，将乙二醇和高纯去离子水加入不锈钢反应釜内，升温至40-50摄氏度，依次加入特性防锈防腐剂、耐热阻垢剂、非铁金属钝化剂、消泡剂等各种添加剂，搅拌90-120分钟混合均匀后，取样化验，将合格的产品进行过滤，即得成品。
本发明的有益效果为：通过有机胺类化合物与烃基三唑化合物的有效复合，从而提高了对多种金属的腐蚀抑制性能，提高了冷却液的储备稳定性，降低了溶液的导电性能，适合用作风力发电设备防冻冷却介质；这种防冻冷却介质具有高效多金属防腐防锈、长效阻垢、低电导率、低温抗冻、无害无毒等特性，具有很长的使用寿命，成本较低并有利于环保。除具有冰点低、沸点高、不结垢、防腐蚀、节能和提高热效率五大功能外，还具有很低的导电性和溶胀率，安全适用；各组分功效稳定，高温下脱附率低，实现超长效使用，超长时间免维护；环保无毒，实现绿色化制备，绿色化使用，绿色化回收；产品使用周期较常规冷却液提高3-5倍，溶液电导率控制在50μs/cm以下，溶液体积膨胀系数控制在0.0005/℃以下。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例1所述的长效环保型风电设备抗冻冷却介质，由以下质量的原料制成：乙二醇50.0kg、六次甲基四胺1.0kg、三乙醇胺0.4kg、苯并三唑0.5kg、复合甲基硅油消泡剂0.005kg、亚甲基蓝0.005kg，高纯去离子水48.09kg。
生产时，根据各个组分的重量称量材料，将乙二醇和高纯去离子水加入不锈钢反应釜内，升温至40-50摄氏度，搅拌30分钟，依次加入六次甲基四胺、三乙醇胺、苯并三唑、复合甲基硅油消泡剂、亚甲基蓝，恒温搅拌90-120分钟后，取样化验，将合格的产品进行过滤，既得使用温度在-30℃以上的风电设备专用防冻冷却介质成品。
实施例2
本发明实施例2所述的长效环保型风电设备抗冻冷却介质，由以下质量的原料制成：乙二醇50.0kg、六次甲基四胺1.2kg、三乙醇胺0.5kg、苯并三唑0.6kg、复合甲基硅油消泡剂0.01kg、亚甲基蓝0.006kg、高纯去离子水46.684kg。
生产时，根据各个组分的重量称量材料，将乙二醇和高纯去离子水加入不锈钢反应釜内，升温至40-50摄氏度，搅拌30分钟，依次加入六次甲基四胺、三乙醇胺、苯并三唑、复合甲基硅油消泡剂、亚甲基蓝，恒温搅拌90-120分钟后，取样化验，将合格的产品进行过滤，既得使用温度在-35℃以上的风电设备专用防冻冷却介质成品。
实施例3
本发明实施例3所述的长效环保型风电设备抗冻冷却介质，由以下质量的原料制成：乙二醇62.0kg、六次甲基四胺1.5kg、三乙醇胺0.6kg、苯并三唑0.8kg、复合甲基硅油消泡剂0.015kg、亚甲基蓝0.008kg、高纯去离子水35.077kg。
生产时，根据各个组分的重量称量材料，将乙二醇和高纯去离子水加入不锈钢反应釜内，升温至40-50摄氏度，搅拌30分钟，依次加入六次甲基四胺、三乙醇胺、苯并三唑、复合甲基硅油消泡剂、亚甲基蓝，恒温搅拌90-120分钟后，取样化验，将合格的产品进行过滤，既得使用温度在-45℃以上的风电设备专用防冻冷却介质成品。
实施例4
本发明实施例4所述的长效环保型风电设备抗冻冷却介质，由以下质量的原料制成：乙二醇65.0kg、六次甲基四胺1.8kg、三乙醇胺0.8kg、苯并三唑1.0kg、复合甲基硅油消泡剂0.02kg、亚甲基蓝0.01kg、高纯去离子水31.37kg。
生产时，根据各个组分的重量称量材料，将乙二醇和高纯去离子水加入不锈钢反应釜内，升温至40-50摄氏度，搅拌30分钟，依次加入六次甲基四胺、三乙醇胺、苯并三唑、复合甲基硅油消泡剂、亚甲基蓝，恒温搅拌90-120分钟后，取样化验，将合格的产品进行过滤，既得使用温度在-50℃以上的风电设备专用防冻冷却介质成品。
制备方法如上所述，按照下表的配比，可制成冰点为-30℃、-40℃、-45℃和-50℃的防冻冷却介质。
| 组成 | 实施列1 | 实施列2 | 实施列3 | 实施列4 |
| 乙二醇 | 45kg | 51kg | 62kg | 69kg |
| 高纯去离子水 | 53.182kg | 46.98kg | 35.779kg | 28.378kg |
| 六次甲基四胺 | 1.1kg | 1.2kg | 1.3kg | 1.5kg |
| 苯并三唑 | 0.4kg | 0.4kg | 0.5kg | 0.6kg |
| 三乙醇胺 | 0.3kg | 0.4kg | 0.4kg | 0.5kg |
| 复合甲基硅油消泡剂 | 0.01kg | 0.012kg | 0.013kg | 0.014kg |
| 亚甲基蓝 | 0.008kg | 0.008kg | 0.008kg | 0.008kg |
| 备注 | 冰点-30℃ | 冰点-35℃ | 冰点-45℃ | 冰点-50℃ |
以实施例3冰点-45℃冷却介质检验结果如下表：
*风电设备防冻冷却介质暂无国家标准，该质量指标参照中国石油化工行业标准SH/T0521-1999和美国实验与材料协会标准ASTMD3306-84《乙二醇型发动机冷却液》技术指标。
由于采用了上述技术方案，使本发明技术与现有技术相比具备以下明显的优点和使用结果：
1)采用了具有强络合螯合性能的胺类化合物，通过吸附在金属表面形成了惰性防护膜，大大提高了对多种金属的防腐防锈保护；
2)采用有机胺类化合物为原料，极大地提高了冷却液的储备稳定性，很好的控制了冷却液的电导率；
3)根据分子结构及特殊官能团间的相互作用，选配专用防冻冷却液的各个功能组分。防冻冷却液各组分间不仅具有较好的协同效应，而且相互增容，产品均一、成膜稳定、大大延长了冷却液的使用寿命。
4)冷却液中不含磷酸、钼酸、亚硝酸、硅、氯离子等，避免了对环境的污染。
5)本发明所采用的原料廉价易得，工艺简单，成本较低，所得成品不仅可用作风防冻电冷却介质，也可以用于汽车及各种工业冷却系统，具有极佳的推广应用前景。
Claims (2)
1.一种长效环保型风电设备抗冻冷却介质，其特征在于，由以下重量百分比原料制成：
乙二醇50.0-65.0、六次甲基四胺1.0-1.8、三乙醇胺0.4-0.8、苯并三唑0.5-1.0、复合甲基硅油消泡剂0.005-0.02、色素染料0.005-0.01，余量为高纯去离子水，所述色素染料为亚甲基蓝或荧光黄。
2.根据权利要求1所述的长效环保型风电设备抗冻冷却介质，其特征在于：所述高纯去离子水为经过离子交换、R/O反渗透膜和精密过滤的纯净水。
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