乙二醇型载冷剂浓度的密度法测定与冰点换算

1、前言

乙二醇水溶液是液冷系统里常见的载冷剂，冷水机组、数据中心液冷、储能电池液冷、地源热泵都用它。它靠浓度换冰点：浓度不够，低温工况下管路和板式换热器有冻裂风险；浓度过高，比热容与导热系数下降，换热效率跟着掉。所以运行中的浓度必须定期测。

麻烦在于浓度会漂移。乙二醇吸湿，膨胀水箱敞口、补水管路每天都在往系统里带水；高温工况下水比乙二醇挥发得快，浓度又会往上走；检修放液、补液之后如果没重新核算，浓度跑得更远。三种因素在不同系统里占比不同，共同的结果是"配好时的浓度"变成了一个不确定的数值。

测浓度有折光法和密度法两条路。使用过的载冷剂常带缓蚀剂、消泡剂、着色剂，有的已经发浑，折光读数会受影响；密度法对颜色和浊度不敏感，温度控制住，读数就稳。本文用上海佳航 AIpol-D90D 全自动密度计测载冷剂密度，再按标定曲线换算浓度与冰点。

2、实验准备

2.1 试验设备

上海佳航 AIpol-D90D 全自动密度计，主要指标如下。

辅助器具：5 mL 注射器配长针头、恒温水浴、样品瓶、量筒、无绒纸。

2.2 实验试剂

3、实验步骤

3.1 样品测试

（1）开机预热，控温设定 20 ℃。浓度换算曲线以 20 ℃ 为基准，温度不统一，前后数据没法比。

（2）用干燥空气和脱气水做常数校准，之后每天开机用脱气水做一次读数验证，读数落在 0.9982 g/mL ± 0.0001 g/mL 内再往下走，超出范围重新校准。

（3）取样。从回液管或膨胀水箱取，先排放一段再取，避免取到死角滞留液；补液后要循环 30 分钟以上再取样。

（4）样品回温至约 20 ℃，静置到气泡浮净。乙二醇水溶液的泡沫消得比水慢，别急着进样。

（5）进样后启动测量，读数稳定后记录密度值及公式换算出的浓度与冰点。

（6）测完冲管并吹干。D90D 带气泵，连续测多个样时可以自动干燥，省一道手工动作。

3.2 样品计算

密度与浓度的关系由标定曲线给出：取该牌号载冷剂原液，用称重法配出一系列已知浓度的溶液，在 20 ℃ 下逐个测密度，以密度为自变量、浓度为因变量拟合关系式，写入仪器的自定义公式。测完密度，仪器直接输出浓度值与对应的冰点。

不同厂家、不同牌号的载冷剂，缓蚀剂与消泡剂的配比不一样，密度与浓度的关系会有差别。直接套用别家的对照表，会带来一个固定的系统偏差，所以曲线要按实际使用的牌号标定。

仪器本身的振荡关系为 ρ = A × T² − B，T 为振荡周期，A、B 为常数，由干燥空气与脱气水的振荡周期和对应密度算出，校准流程由仪器引导完成。

4、结果与讨论

4.1 测试结果

巡检记录按下面的表格归档，便于和运维台账对齐：

同一系统同一取样点两次平行的差值应落在仪器重复性允许范围内，差值大时先查气泡与温度。

4.2 讨论

浓度换算把密度读数放大了。密度上 0.0001 g/cm³ 的差别，换算到浓度上可能是零点几个百分点，所以这台仪器的分辨率给到 0.000001 g/cm³ 是有意义的——分辨率不够，浓度的小幅漂移看不出来。

温度是这套方法里最需要守住的量。运行中的载冷剂温度可能在 5 ℃ 到 40 ℃ 之间波动，同一个样品在 15 ℃ 和 25 ℃ 下测，密度差得远，换算出来的浓度能差几个百分点。统一回到 20 ℃ 再测，是把变量按住。

取样点比很多人想的重要。膨胀水箱里是补水口附近的水，回液管里是循环后的溶液，两处取出来本来就不是一个数。做趋势对比时取样点必须固定，否则数据看着在漂，实际漂的是取样位置。

冰点与浓度的关系不是一条直线，中间会下探到一个极值点。所以运维上不能简单地认为浓度越高越保险，配比区间按设备厂家手册执行，中间偏上的范围兼顾防冻与换热。

5、注意事项

（1）取样点固定，从回液管或膨胀水箱取都行，别来回换。

（2）样品回温到 20 ℃ 再测，运行液温度波动大。

（3）浓度换算公式按实际牌号标定，别套用别家的表。

（4）测完及时清洗并吹干。缓蚀剂长期挂在管壁上会让读数慢慢偏高。

（5）每天做一次水验证，超出 ±0.0001 g/mL 重新校准。

（6）巡检记录与补水记录对照看，单看密度数分不清是吸水还是补液造成的偏差。

上海佳航仪器仪表有限公司提供密度检测的仪器配置与方法支持。