Шпаргалки - Темы по холодильной технологии - файл n1.doc

приобрести
Шпаргалки - Темы по холодильной технологии
скачать (212.4 kb.)
Доступные файлы (9):
n1.doc205kb.21.06.2002 20:05скачать
n2.doc90kb.09.11.1999 16:09скачать
n3.doc142kb.10.11.1999 19:09скачать
n4.doc72kb.09.11.1999 20:48скачать
n5.doc79kb.10.11.1999 20:06скачать
n6.doc116kb.09.11.1999 20:21скачать
n7.doc41kb.09.11.1999 17:56скачать
n8.rtf320kb.27.12.2001 23:59скачать
n9.doc52kb.21.12.2001 00:24скачать

n1.doc




РАБОЧИЕ ВЕЩЕСТВА ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

РАБОЧИЕ ВЕЩЕСТВА ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Рабочее вещество, с помощью которого в холодильной машине совершается обратный круговой процесс или цикл, называют холодильным агентом. В специальной технической литературе применяют сокращенный термин хладагент.

Ранее в качестве хладагентов применяли двуокись углерода, аммиак, сернистый ангидрид и углеводороды – хлористый этил и хлористый метил. В 30-х годах на смену сернистому ангидриду и углеводородам пришли фреоны – углеродные или углеводородные соединения, содержащие фтор, хлор и бром. Это позволило повысить надежность, энергетическую эффективность и безопасность холодильных машин.

Фреон – это торговая марка, принадлежащая американской фирме “Дюпон”, которая в 1928 г. впервые синтезировала фреон – 12. В нашей стране вместо термина фреон ввели термин хладон. Между тем в специальной технической литературе продолжают применять термин фреон.

По виду используемого хладагента различают холодильные машины аммиачные, фреоновые, пропановые, пароводяные, водоаммиачные и др.

В настоящее время на практике применяют до 20 хладагентов.

2.ОБОЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ХЛАДАГЕНТОВ


Для обозначения хладагентов были приняты их химические названия и формулы. Например, аммиак – NН3, двуокись углерода – СО2, метан - СН4. Однако это неудобно и сложно.

Международной организацией по стандартизации (ИСО) введен международный стандарт МС ИСО 817-74 на систему обозначений. В соответствии с этим стандартом предпочтительнее символическое (условное) обозначение хладагентов - буквой R (первая буква английского слова Refrigerant, т. е. хладагент) и цифрами.

У хладагентов неорганического происхождения цифры соответствуют их молекулярной массе, увеличенной на 700.

У хладагентов органического происхождения на основе углеводородов (у фреонов) цифрами кодируют структуру молекулы. Они соответствуют: последняя – числу атомов фтора, предпоследняя – увеличенному на единицу числу атомов водорода, третья справа – уменьшенному на единицу числу атомов углерода.

Если вместо атомов хлора в молекуле содержатся атомы брома, то после цифр, указывающих число атомов фтора, добавляют букву В и цифру, соответствующую числу атомов брома.

Примеры обозначения хладагентов приведены в таблице 1.

Таблица 1


Символическое

Обозначение

Химическое название

Химическая формула

R717

Аммиак

NH3

R718

Вода

H2O

R744

Двуокись углерода

CO2

R11

Фтортрихлорметан

CFCl3

R12

Дифтордихлорметан

CF2Cl2

R22

Дифторхлорметан

CHF2Cl

R170

Этан

CH3CH3

R13B1

Трифторбромметан

CF3Br


В качестве хладагентов используют не только однородные вещества, но и смеси. Двухкомпонентные смеси называют бинарными.

Неазеотропные смеси (у которых в процессах кипения и конденсации меняется процентный состав компонентов) обозначают через компоненты с указанием их содержания в смеси в процентах (по массе). Например, неазеотропную смесь, состоящую из R22 (90 %) и R12 (10 %), обозначают: R22/R12 (90/10), при этом компоненты располагают в порядке повышения их нормальной температуры кипения tн.к.

Азеотропные смеси (у которых в процессах кипения и конденсации не меняется процентный состав, т. е. они ведут себя как однокомпонентные вещества) условно обозначают цифрами 501. 502, 503 и т.д. Например, R502 – это азеотропная смесь из R115 (51,2 %) и R22 (48,8 %).

По давлению конденсации при температуре конденсации tк=30°С хладагенты делят на три группы:

  1. хладагенты высокого давления (2<рзо<7 МПа) или низкотемпературные (t н.к. ниже -60°С);

  2. хладагенты среднего давления (0,3<рзо<2 МПа) или среднетемпературные (tн.к. выше -60°С и ниже -10С);

  3. хладагенты низкого давления (рзо <0,3 МПа) или высокотемпературные (tн.к. выше -10С).

Хладагенты высокого давления используют в низкотемпературных многоступенчатых и каскадных холодильных машинах, хладагенты среднего давления – в среднетемпературных холодильных машинах при температурах кипения от -10 до -30 °С (эти машины преимущественно применяются в отраслях, связанных с заготовкой, производством, хранением и реализацией пищевых продуктов); хладагенты низкого давления – в тепловых насосах, системах кондиционирования воздуха, охладителях напитков и т. д.

3.СВОЙСТВА ХЛАДАГЕНТОВ


Основные термодинамические свойства наиболее распространенных хладагентов приведены в таблицах 2, [3, 5].

Нормальная температура кипения tн.к. является пределом, ниже которого в системе холодильной машины будет вакуум, что может привести к “подсосу” окружающего воздуха и нарушить ее нормальную работу.
Таблица 2


Хладагент

Термодинамические свойства

t н.к, C

tз, C

tкр, C

pкр, МПа

r, кДж/кг

Хладагенты высокого давления (низкотемпературные)

R744

-75,8*

-56,6

31,2

7,38

573**

R13

-81,6

-180,0

28,8

3,85

150

R14

-128,0

-184,0

-45,6

3,74

136

Хладагенты среднего давления (среднетемпературные)

R117

-23,3

-77,7

132,4

11,3

1360

R12

-29,7

-155,9

112,0

4,11

166

R22

-40,8

-160,0

96,1

4,99

229

R115

-38,9

-106,0

79,9

3,19

126

R143

-47,6

-111,3

73,1

4,11

226

R502

-45,6

--

82,2

4,01

175

Хладагенты низкого давления (высокотемпературные)

R11

23,6

-111,0

198,0

4,37

182

R21

8,7

-135,0

178,5

5,17

239

R142

-9,2

-138,0

136,4

4,14

224

R718

100,0

0,0

374,2

22,11

2260

*и ** – соответственно температура и теплота сублимации при атмосферном давлении.


Температура замерзания tз – это тот предел, который ограничивает возможность использования данного хладагента.

Критические температура tкр и давление ркр указывают верхний предел области, в которой хладагент может быть в жидком состоянии. Выше критических параметров хладагент находится в газообразном состоянии, когда невозможны процессы кипения и конденсации.

Удельная (скрытая) теплота парообразования r приведена при атмосферном давлении. С повышением давления и температуры кипения значение r уменьшается и становится равным 0 при критических параметрах.

Чем больше значение r, тем меньшую массу жидкого хладагента необходимо превратить в пар, чтобы забрать от охлаждаемого вещества заданную теплоту. Следовательно, в системе холодильной машины может циркулировать меньшее количество хладагента.

Из хладагентов среднего давления наибольшей удельной теплотой парообразования r обладает аммиак. Это – одно из основных его термодинамических достоинств.

Еще большее значение r у воды, однако, она может служить хладагентом лишь при температурах выше 0 °С. При этом давление кипения должно быть меньше атмосферного (вакуум), если температура кипения ниже 100 °С. Поэтому воду используют как хладагент лишь в теплоиспользующих холодильных машинах, работающих в системах кондиционирования воздуха (см. тему 2).

Превращение жидкости в пар (процесс кипения) при постоянном давлении сопровождается поглощением теплоты, при этом температура кипения не изменяется. Жидкость в состоянии, когда начинается процесс кипения, называют насыщенной жидкостью. Ее показатели в этом состоянии обозначают одним штрихом, например: '– плотность насыщенной жидкости, кг/м3; обратная ей величина v' – удельный объем насыщенной жидкости, м3/кг.

Превращение пара в жидкость (процесс конденсации) сопровождается отводом теплоты и у чистых веществ происходит при постоянной температуре конденсации. Пар в состоянии, когда начинается процесс конденсации, называют насыщенным паром. Его показатели в этом состоянии обозначают двумя штрихами, например: '- плотность насыщенного пара, кг/м3.

Количество теплоты, которое нужно отвести (при постоянных температуре конденсации и давлении конденсации рк) для превращения единицы массы пара в жидкость, называют удельной (скрытой) теплотой конденсации. Ее, как и удельную теплоту парообразования, обозначают r, кДж/кг.

Температуру, при которой значения удельной теплоты парообразования и удельной теплоты конденсации равны, называют температурой насыщения.

Теплофизические свойства ряда хладагентов при температуре кипения t0 = -20°С и соответствующем этой температуре давлении р0 приведены в табл. 3, 4.

Плотность аммиака намного меньше, чем плотность фреонов. Пары аммиака легче воздуха, а пары фреонов – тяжелее. Это учитывают при устройстве вентиляции в машинных залах, где установлены соответствующие холодильные машины.

Чем меньше плотность хладагента, тем меньше затраты мощности на его циркуляцию в трубопроводах и преодоление сопротивления в клапанах компрессора.

Значительно большие коэффициент теплопроводности и удельная теплота парообразования r у аммиака, чем у фреонов, обеспечивают лучшую теплоотдачу при его кипении и конденсации в теплообменных аппаратах.

Меньшая динамическая вязкость паров " у аммиака способствует меньшим затратам работы в клапанах аммиачных компрессоров, чем в клапанах фреоновых компрессоров.

Таблица 3


Хладагент

Теплофизические свойства

p0,

МПа

 ',



',

Вт/(мК)

 '105,

Пас

r,

кДж/кг

 ",



 "105,

Вт/(мК)

 "105,

Пас

R717

0.19

665

0.538

21.6

1329

1.605

2.03

0.854

R12

0.15

1457

0.083

31.6

161,6

9,17

0.764

1,164

R13

1.14

1244

0.060

12.9

110.5

72.06

1.12

1.40

R22

0.24

1347

0.102

30.2

219.5

10.82

0.84

1.12

R502

0.29

1398

0.081

28.44

155.6

17.05

0.89

1,11


Все это свидетельствует о высокой значимости как термодинамических, так и теплофизических свойств хладагентов для работы холодильных машин.

К основным физико-химическим свойствам хладагентов относят растворимость в них масел, взаимодействие с водой, воздействие на конструкционные материалы.

Аммиак весьма незначительно растворяет масло. Это позволяет отделять масло от аммиака и выводить его из системы холодильной машины.

Вода неограниченно растворяется в аммиаке.

Аммиак в присутствии воды и кислорода разрушает цветные металлы.

Большая растворимость масел во фреонах (R11, R12, R502) приводит к интенсивному пенообразованию в испарителях, лучшим условиям смазки трущихся поверхностей в компрессорах, но вместе с тем - к повышению вязкости хладагентов и ухудшению теплоотдачи в аппаратах.

Из-за нерастворимости воды во фреонах особо строгие требования предъявляются к осушке системы фреоновой машины перед зарядкой хладагентом. Свободная вода может замерзнуть в дроссельном органе и вывести из строя машину.

Особо тщательной осушке подлежат системы фреоновых холодильных машин с герметичными компрессорами, имеющими встроенные электродвигатели, поскольку присутствие воды может привести к сгоранию обмотки статора встроенного электродвигателя. Фреоны инертны к металлам.

Исключительно большое значение для безопасной эксплуатации холодильных машин имеют токсичность и взрывоопасность хладагентов.

Токсичность оценивают коэффициентом токсической опасности КТ.О = "20/ПДК,

где "20 – плотность паров хладагента при 20 °С;

ПДК – предельно допустимая концентрация хладагента в воздухе, мг/м3.

Значения ПДК и КТ.О для ряда хладагентов приведены в таблице 4.


Таблица 4


Хладагент

ПДК, мг/м3

КТ.О 10-3

R11

1000

5

R12

300

9

R22

3000

10

R142

3000

4

R502

3000

20

R717

20

300


Наибольшую токсическую опасность представляет аммиак. Он имеет резкий неприятный запах, сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. При его содержании в воздухе более 0,5 % (по объему) происходит отравление. Поэтому на предприятиях с аммиачными холодильными установками действуют очень строгие правила техники безопасности.

Кроме того, аммиак взрывоопасен при концентрации 16–28 %.

Фреоны взрывобезопасны, но при открытом пламени разлагаются, образуя отравляющее вещество - фосген. Поэтому в машинных залах фреоновых холодильных установок запрещается курить.

В 1986 г. в Монреале был подписан Международный протокол об ограничении производства и контроле за использованием экологически опасных фреонов, которые разрушают озоновый слой атмосферы. К наиболее озоноактивной группе относят R11, R12, R11З, R114 и R115 [2].

R22 имеет существенно более низкую активность. Поэтому в ближайшие годы намечается [1] перевод холодильных машин на R22 (вместо R12). Разрабатывается также ряд альтернативных хладагентов: R123, R134а, R152 и др.

4.ТРЕБОВАНИЯ К ХОЛОДИЛЬНЫМ АГЕНТАМ


В качестве холодильных агентов применяют вещества, свойства которых удовлетворяют ряду специальных требований: термодинамических, физико-химических, физиологических, экономических.

1) К термодинамическим свойствам холодильных агентов относятся: нормальная температура кипения (при 760 мм рт. ст. = 0,10133 МПа), давление в испарителе и конденсаторе, теплота парообразования, объемная холодопроизводительность, температура замерзания, положение критической точки и др.

Давление в испарителе при рабочих температурах кипения желательно иметь выше атмосферного, чтобы избежать вакуума. При наличии вакуума возможно проникновение в систему воздуха, что ухудшает работу машины. Это требование можно выполнить, применяя холодильные агенты с низкими температурами кипения при атмосферном давлении.

Давление в конденсаторе при обычных температурах охлаждающей среды не должно быть чрезмерно высоким. Снижение предельного давления в машине дает возможность облегчить конструкцию. Кроме того, снижаются требования к уплотнению, и уменьшается опасность утечки холодильного агента через неплотности.

Весьма важной величиной является объемная холодопроизводительность агента qv; требования к ее величине зависит от типа холодильной машины.

Объемная холодопроизводительность агента qv для поршневых компрессорных машин должна быть по возможности большой, так как при этом уменьшается объем засасываемого компрессором пара

,

и, следовательно, размеры компрессора.

Турбокомпрессорные холодильные машины экономичнее работают при больших объемах всасывания, поэтому для них пригодны холодильные агенты с малой объемной холодопроизводительностью.

Температура замерзания холодильного агента должна быть значительно ниже рабочей температуры кипения, с тем чтобы исключить возможность замерзания его в испарителе.

Критическая температура должна быть достаточно высокой, чтобы можно было осуществить процесс снижения при температуре окружающей среды, а также для обеспечения более экономической работы машины (при приближении к критической точке уменьшается теплота парообразования, а значит, и холодопроизводительность 1 кг холодильного агента, увеличиваются затраты работы в цикле холодильной машины и потери при дросселировании).

2) Требования к физико-химическим свойствам холодильных агентов.

Плотность и вязкость желательны самые небольшие, так как при таких условиях снижается сопротивление движению холодильного агента по системе и, следовательно, уменьшаются потери давления. Коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи должны быть высокие, что улучшает работу теплообменных аппаратов (испарителя и конденсатора) вследствие повышения интенсивности теплоотдачи.

Важное свойство холодильного агента - растворимость в масле. Если агент не растворяется в масле, то из цилиндра компрессора меньше уносится масла, отсутствует пена в растворителе, не меняется температура кипения при постоянном давлении, в то время как для растворимого холодильного агента температура кипения зависит от концентрации масла.

Растворимость холодильного агента в масле имеет и свои преимущества: создаются благоприятные условия смазки компрессора, так как масло с холодильным агентом проникает в труднодоступные места; интенсивность теплопередачи в испарителе и конденсаторе не снижается благодаря тому, что слой масла с теплопередающей поверхности почти полностью смывается.

Малая растворимость холодильного агента в воде - отрицательное свойство.

При попадании влаги в систему могут образовываться ледяные пробки, нарушающие циркуляцию холодильного агента.

Текучесть через неплотности в соединениях и поры металла должна быть минимальной.

Холодильный агент должен быть также химически инертным по отношению к металлам и другим материалам, которые применяются в машине, не быть горючим, взрывоопасным и не разлагаться при высоких и низких температурах.

3) Физиологические требования: холодильный агент должен быть безопасен для организма человека и не оказывать отрицательного воздействия на качество пищевых продуктов.

4) Экономические требования: стоимость холодильного агента не должна быть высокой. Выбор холодильного агента в каждом отдельном случае зависит от назначения машины, условий ее работы и конструктивных особенностей.

5.ПРИМЕНЕНИЕ ХЛАДАГЕНТОВ


Выбор хладагента для конкретной холодильной машины - одна из важнейших инженерных задач. При этом учитывают назначение машины, ее холодопроизводительность. условия эксплуатации, стоимость хладагента и разнообразие его свойств.

В современной отечественной и зарубежной практике наибольшее применение в стационарных холодильных машинах большой холо-допроизводительности для получения температур от 0 до - 40°С нашел аммиак. Это связано с его хорошими термодинамическими свойствами и низкой стоимостью.

В холодильных машинах малой холодопроизводительности, в бытовых холодильниках, а также транспортных установках используют фреоны. При температурах кипения от -10 до -25 C предпочтение пока отдают R12 из-за его более низкой стоимости и доступности по сравнению с R22, а также более низкой температуры конца сжатия в компрессоре.

R22 применяют главным образом в низкотемпературных машинах при температурах кипения ниже -25 °С.

Наиболее предпочтительным для низкотемпературных одноступенчатых машин малой и средней холодопроизводительности является R502. К сожалению, отечественная химическая промышленность не выпускает его в нужном объеме.

Применение фреонов в машинах большой холодопроизводительности сдерживается из-за их текучести (способности проникать через мельчайшие неплотности) и высокой стоимости.

6.ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОДИЛЬНЫХ АГЕНТОВ


В настоящее время наиболее распространенными холодильными агентами являются аммиак NH3 , фреон-12 (CF2Cl2) и фреон-22 (CHF2Cl). Углекислоту применяют главным образом как исходный продукт для производства сухого льда. Воду используют в качестве холодильного агента только в тех случаях, когда не требуется температура ниже 5 С, например, в пароэжекторных холодильных машинах, используемых в системах кондиционирования воздуха.

6.1.Аммиак


Бесцветный газ с резким запахом. Обладает хорошими термодинамическими свойствами. Температура кипения аммиака при атмосферном давлении 0,1 Мпа -33,6 С. Давление в испарителе при обычных условиях работы выше атмосферного и лишь при температуре кипения ниже -33,6 С требуется вакуум. Давление в конденсаторе 0,8-1,3 МПа  в -13 кгс/см2.

Относительно большой объемной холодопроизводительностью аммиака обусловлен сравнительно небольшой объем холодильного агента, поступающий в компрессор, поэтому аммиачные машины компактные.

Аммиак почти нерастворим в масле, но интенсивно поглощается водой. Технический аммиак должен содержать не более 0,2% воды.

С черными металлами (чугун, сталь) аммиак в реакцию не вступает, но разъединяет в присутствии влаги цинк, медь и ее сплавы (за исключением фосфористой бронзы).

При утечках аммиака через неплотности его легко можно обнаружить по запаху. Для определения места утечки аммиака применяют индикаторные бумажки (смачивают и прижимают к местам, где предполагается утечка). При наличии аммиака она приобретает малиновую окраску.

Существенный недостаток аммиака - вредное воздействие на организм человека. Он имеет резкий характерный запах и раздражает слизистые оболочки глаз, желудка, дыхательных путей, вызывает спазмы дыхательных органов, ожоги кожи. Наличие его в воздухе ощущается уже при концентрации 0,0005%. Если в воздухе содержится аммиака свыше 0,5% по объему, то при продолжительном пребывании возможно отравление. Предельно допустимая концентрация NH3 в воздухе рабочей зоны производственных помещений согласно действующему ГОСТу, установлена 0,02 %. Аммиак горюч, но в воздухе он горит плохо, а в кислороде - хорошо. При содержании NH3 в воздухе от 13,1 до 26,8 % (объемных) и наличии открытого пламени возможен взрыв. Газообразный аммиак легче воздуха. Жидкий аммиак - проводник электрического тока. NH3 - доступный и дешевый холодильный агент. Его применяют в средних и крупных холодильных машинах с поршневыми компрессорами и турбокомпрессорами для температур кипения до -70С и температур конденсации до +50С. При обслуживании холодильной машины, работающей на аммиаке, требуется строго соблюдать правила техники безопасности. В мелких машинах аммиак не применяется вследствие его ядовитости и взрывоопасности.

6.2.Фреон-12(дифтордихлорметан)


Тяжелый бесцветный газ с очень слабым запахом. Один из наименее вредных холодильных агентов. Нормальная температура кипения -30,1 С. Давление в конденсаторе не превышает 1-1,2 МПа  10-12 кгс/см2.

Объемная холодопроизводительность фреона-12 меньше, чем аммиака, поэтому размеры фреонового компрессора больше, чем аммиачного примерно в 1,3 раза при одинаковой холодопроизводительности.

У фреона-12 большая плотность (плотность сухого насыщенного пара в 5–6 раз больше паров аммиака), что вызывает большие потери давления при его циркуляции. Для снижения потерь уменьшают скорость движения фреона-12 в 2-2,5 раза по сравнению со скоростью движения аммиака. Достигают этого увеличением площади проходных сечений клапанов и диаметров трубопроводов.

Фреон-12 и масло взаимно растворяются, но при этом вязкость масла резко уменьшается. Для надежной смазки необходимо применять специальные вязкие масла, отвечающие требованиям действующего ГОСТа. Однако при низких температурах (-40  -50 С) возможно выпадение масла из фреона-12. [Эти температуры вызывают необходимость применения схем, обеспечивающих возврат масла из испарителей в компрессор. С этой целью в змеевиковых испарителях жидкий фреон вводится сверху, а отсос паров осуществляется снизу].

При отсутствии влаги фреон-12 нейтрален ко всем металлам, применяемым в машиностроении. В жидком виде он способен смывать с внутренней поверхности машин и аппаратов окалину, ржавчину, песок и растворять различные органические вещества, например, обычную резину. Поэтому в холодильных машинах применяют лишь стойкую к фреону резину.

Растворимость воды в фреоне-12 ничтожна: 0,001 % по массе при -70 С; 0,003 % – при -20 С; 0,006 % – при 0 С. Нерастворенная вода во фреоновых установках способствует коррозии и, замерзая, образует ледяные пробки, которые забивают узкие проходы, чаще всего в дроссельных устройствах.

Химическая промышленность выпускает фреон-12 двух сортов: для холодильных машин с открытыми компрессорами (содержание воды не должно превышать 0,0025 % по массе) и для домашних холодильников и герметичных машин ( 0,0006%). Перед заполнением машины фреоном-12 необходимо тщательно осушить систему.

Фреон-12 очень текуч. Он способен проникать через мельчайшие неплотности в таких местах, где воздух или аммиак в равных условиях не пройдут (поры чугуна). Утечку фреона очень трудно обнаружить, так как он обладает очень слабым запахом, который становится заметным при содержании его в воздухе более 20% (слабый сладковатый запах эфира). Этими особенностями обусловлены повышенные требования к уплотнениям во фреоновых машинах.

Место утечки фреона определяют с помощью галоидной лампы или электронного течеискателя, а также по обмасливанию поверхности.

Газообразный фреон тяжелее воздуха в 3,5 раза. Жидкий фреон не проводит электрического тока. Коэффициент теплоотдачи для фреона-12 значительно ниже, чем для аммиака. Стоимость фреона намного выше.

Преимущество фреона-12 - относительная безвредность, так как только при содержании его в воздухе более 30 % по объему появляются признаки отравления организма из-за недостатка кислорода (появляется головная боль, слабость, учащение пульса и дыхания, может быть рвота).

Фреон-12 не горюч, в смеси с воздухом не воспламеняется и не взрывается, но при температурах свыше 400С (при соприкосновении с горячими поверхностями или под действием открытого пламени) разлагается с выделением хлористого и фтористого водорода и небольшого количества фосгена. Поэтому в машинных отделениях фреоновых установок запрещается курить и размещать электронагревательные приборы. При вдыхании продуктов разложения фреона появляется сухой кашель, и иногда повышается температура.

Пары фреона не действуют на вкус и цвет продуктов.

Фреон-12 применяется в холодильных машинах с температурами кипения до -25С и температурами конденсации до +70С. Наибольшее распространение он получил в мелких и средних холодильных установках, но используется и в крупных холодильных установках.

6.3.Фреон-22


Этот газ имеет весьма благоприятные физиологические качества (близкие к фреону-12) и хорошие термодинамические свойства (близкие к аммиаку). Рекомендуется применять в низкотемпературных установках с t0 до -70 С и с tк до +50 С, а также в установках кондиционирования воздуха.

Фреон-142, фреон-502.

В последние годы в качестве рабочих веществ холодильных машин стали применять также азеотропные смеси, составляемые из двух различных компонентов.

По своим свойствам эти смеси отличаются от свойств составляющих их компонентов: например имеют более низкую температуру кипения или растворяют в больших количествах масло, менее взрывоопасны, безвредны, лучше термодинамические свойства.

7.ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕВОЗКА


Холодильные агенты хранят и перевозят в стальных баллонах с запорными вентилями и предохранительными клапанами. Каждый баллон в соответствии с правилами Гостехнадзора СССР подвергают освидетельствованию, гидравлическому испытанию, маркировке и клеймению. Их окрашивают масляной краской установленного для каждого холодильного агента условного цвета. Так баллоны для аммиака красят в желтый цвет, фреона-12 - серебристый. На фреоновые баллоны наносят еще при помощи трафарета черной или красной краской надпись "Фреон-12" (красная для фреона высокой степени сухости).

Помещение для хранения баллонов с холодильным агентом должно быть изолировано от жилых и производственных помещений, а также холодильных камер. Лучше использовать подвальное помещение. Баллоны следует хорошо защищать от отопительных приборов или лучей солнца. Не следует допускать большого их скопления у холодильной установки. Освободившиеся баллоны надо немедленно отправлять на завод, полностью опорожнив и плотно закрыв вентили.

8.ХЛАДОНОСИТЕЛИ И ИХ СВОЙСТВА


Хладоносители применяют для “транспортировки холода” от источника его получения (испарителя) до охлаждаемого объекта (камеры, аппарата и др.).

При одинаковых условиях (одинаковые температура воздуха в охлаждаемом объекте и тепловая нагрузка на него) энергопотребление в

системе с хладоносителем будет выше, чем в системе непосредственного охлаждения (хладагент кипит непосредственно в аппарате, находящемся в охлаждаемом объекте). Это объясняется тем, что в системе с хладоносителем для его охлаждения температура кипения хладагента должна быть ниже на 5...6 °С. Кроме того, необходима дополнительная энергия для насосов, осуществляющих циркуляцию хладоносителя.

Несмотря на большую энергоемкость, систему с хладоносителем приходится применять при большом числе потребителей холода с различными температурами, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. В отдельных случаях использование системы с хладоносителем обусловлено специфичностью охлаждаемых объектов (искусственные катки, грунты и др.).

Наиболее распространенные хладоноснтсли и их основные свойства приведены в таблицах 5 [6].

Самым доступным хладоносителем является вода, которой присущи хорошие теплофизические свойства. Высокая нормальная температура кипения tн.к обусловливает ее малую летучесть (испарение). Сравнительно низкая динамическая вязкость предопределяет уменьшенный расход электроэнергии на привод насосов. Высокая объемная теплоемкость сp позволяет меньше расходовать воды и тем самым снизить расход электроэнергии на се циркуляцию.

Вода предпочтительнее других хладоносителей и благодаря малой коррозионной активности, нетоксичности, пожаро- и взрывобезопасности. Однако ее использование ограничено из-за сравнительно высокой температуры замерзания tз = 0 °С. Поэтому воду применяют в качестве хладоносителя главным образом в центральных системах кондиционирования воздуха. В холодильных установках крупных холодильников промышленности и торговли в качестве хладоносителей используют в основном рассолы - водные растворы хлористого натрия NaCl и хлористого кальция CaCl2. Последний предпочтительнее из-за более низкой температуры замерзания и меньшей коррозийной активности. Однако он дороже, чем NaCl.

Для снижения коррозийной активности в рассолы добавляют, например кальтозин, предложенный ВНИКТИхолодпромом.

Для специальных целей, где требуется хладоноситель с особо низкой температурой, используют этиленгликоль, трихлорэтилен или дихлорметан (R30). Однако их стоимость значительно выше стоимости рассолов.

Таблица 5


Хладоноситель

Химическая формула

Свойства хладоносителей

tз,

C

t н.к,

C

,

Пас

с р,



Коррозионная активность

Токсичность

Пожаро- и взрывоопасность

Вода

H2O

0,0

100

15,5*

4200*

Слабая

Нет

Нет

Раствор хлористого натрия (23,1%)

NaCl

-21,2

106

26*

3900*

Сильная





Раствор хлористого кальция (29,9%)

CaCl2

-55

110

51,4*

3524*

Средняя

Средняя



Этиленгликоль (антифриз, 67%)

C2H4(OH)2

-73

189

284,5**

3223**

Слабая

Слабая



Трихлорэтилен

C2HCl

-86,3

88

10,6**

1350**

Нет

Средняя

Средняя

Дихлорметан (R30)

CH2Cl2

-96,7

40,1

8,6**

1525**







* и** - соответственно температура и теплота сублимации при атмосферном давлении


9.ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ФРЕОНОВ В ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ


В последние годы проблема применения некоторых хлорфторуглеводородов (ХФУ), или так называемых фреонов, привлекла широкое внимание в связи с возможным их влиянием на стратосферный озон. Озон же, как известно, играет важнейшую роль в обеспечении сохранения жизни на Земле, так как поглощает большую часть радиации (240–329 нм), вредной для человека, животных, растений.

Благодаря термодинамическим и теплофизическим свойствам, высокой термостабильности, взрывопожаробезопасности некоторые ХФУ широко используются во всем мире в качестве хладагентов, вспенивающих агентов в производстве пенополиуретанов (в качестве растворителей), пропеллентов в аэрозольных упаковках.

В середине 70-х гг. американскими учеными было высказано предположение о возможном воздействии отдельных ХФУ на озон атмосферы Земли. Вследствие высокой химической устойчивости они достигают стратосферы и на высоте 15–20 км от поверхности Земли под действием ультрафиолетовой радиации распадаются с выделением атомарного хлора, который может многократно взаимодействовать с молекулами озона.

Химические процессы, протекающие в атмосфере и стратосфере, чрезвычайно сложны. Озон образуется в стратосфере при разрушении ультрафиолетовой радиацией двухатомной молекулы кислорода и последующего взаимодействия атомов кислорода с его молекулами. Молекулы озона, в свою очередь, разрушаются под действием ультрафиолетовых лучей, образуя О2 и О. Благодаря этому обратимому процессу поддерживается определенный баланс содержания О3, О2, и О в стратосфере. Появление же в ней химических соединений - продуктов деятельности человека на Земле, таких как хлор, окислы азота и других, - может нарушить это равновесие и уменьшить содержание озона.

Установлено, что потенциально опасными химическими соединениями по отношению к озону, помимо фреонов, являются метилхлороформ, четыреххлористый углерод, окислы азота и некоторые другие. В последние годы, несмотря на неоднозначность и противоречивость результатов научных исследований, ученые все более определенно говорят о влиянии хлора на сезонные колебания содержания озона над Антарктидой.

Вместе с тем производство хлорфторсодержащих соединений в мире достигло значительных масштабов и в конце 70-х гг. превысило 1 млн. т.

Номенклатура озоноактивных и неактивных фреонов, производимых в промышленном масштабе отдельными странами, насчитывает десятки наименований. Наиболее широкое применение получили R11, R12, R22, R13, R23, R113, R114, R115, R142, R13B1, R12B1, R114B2 (принятая система нумерации: первая цифра - число атомов углерода, уменьшенное на единицу, вторая цифра - число атомов водорода, увеличенное на единицу, третья цифра - число атомов фтора, буква В с последней цифрой - количество атомов брома).

До 1980 г. основное место в общем объеме производства ХФУ в развитых странах занимали озоноактивные R11 и R12. Причем большая их часть, до 65–70 %, приходилась на производство аэрозольных упаковок, 25-30 % - на холодильную технику (в основном R12), остальная - на производство пенополиуретанов.

С начала 80-х гг. наметилась устойчивая тенденция к сокращению применения R11, R12 в аэрозольных упаковках. Запрещено их использование в качестве пропеллентов в США, Швеции, Канаде, Дании, Норвегии. В странах ЕЭС в 1985 г. оно составило 38 % (в 1975 г. – 70 %), в США - доведено до 1 %.

Однако одновременно возросло применение этих хладагентов в кондиционерах и при производстве пенополиуретанов. В результате принятых законодательств за период с 1974 по 1983 г. суммарное потребление R11 и R12 в промышленно развитых странах значительно сократилось.

В связи с возникшей проблемой в 1985 г. в Вене была подписана Конвенция по защите слоя озона.

В последующие годы состоялся ряд международных семинаров и сессий специальных рабочих групп технических и юридических экспертов Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП). В результате был разработан и в сентябре 1986 г. в Монреале принят Протокол, в соответствии с которым определены:

перечень потенциально озоноактивных ХФУ:

I группа: R11, R12, R113, R114, R115;

II группа: R12B1, R13B1, R114B2;

сроки сокращения потребления по I группе - на 20 % к 1994 г. и на 50 % к 1999г.

Относительная озоноактивность соединений согласно Протоколу приведена в табл. 6.

Таблица 6


Группа

Соединение

Относительная озоноактивность

I

R11 (CFCl3)

R12 (CF2Cl2)

R113 (CF2Cl-CFCl2)

R114 (CF2Cl- CF2Cl)

R115 (CF3-CF2Cl)

1,0

1,0

0,8

1,0

0,6

II

R12B1 (CF2ClBr)

R13B1 (CF3Br)

R114B2 (CF2B- CF2Br)

3,0

10,0

Нет данных


Как отмечено в материалах Протокола, значения озоноактивности носят оценочный характер, поскольку основаны только на имевшейся до настоящего времени научной информации, и подлежат уточнению.

Во многих странах начаты работы по замене этих соединений на экологически безопасные. В наибольшей степени этому требованию удовлетворяют галогенированные углеводороды, в которых остаются незамещенными один или несколько атомов водорода.

Проведенные исследования с предварительной оценкой относительной озоноактивности позволяют рассмотреть ряд возможных альтернативных заменителей соединений, включенных в Протокол. Некоторые из них приведены в таблице 7.

Таблица 7


Соединение

Температура кипения, С

Область применения

Озоноактивность относительно R11*

R122 (CF2Cl-CHCl2)

+72,0

Растворитель

 0,05

R123 (CF3-CHCl2)

+28

Растворитель

 0,05

R125 (CF3-CF2H)

-42,0

Хладагент

0

R132a (CF2Cl- CH2Cl)

+46,8

Растворитель

 0,05

R133a (CF3- CH2Cl)

+6

Хладагент

 0,05

R134a (CF3-CFH2)

-26,5

Хладагент

0

R141 (CFCl2-CH3)

+32,0

Растворитель

 0,05

R142в (CF2Cl-CH3)

-9,0

Хладагент

 0,05

R143в (CF3-CH3)

-47,6

Хладагент

0

R152a (CF2H-CH3)

-24,7

Хладагент

0

R22 (CF2ClH)

-40,7

Хладагент

 0,05

* Предварительные данные


Среди этих соединений для холодильной техники представляют интерес R22, его смесь с R142, близкая по свойствам к R12, R133a, R134a. Однако прежде чем эти и другие соединения будут рекомендованы для промышленного использования, необходимо провести комплекс работ по программе, включающей научные исследования, отработку технологии новых хладагентов, изучение их токсикологических, взрывопожароопасных свойств, подбор конструкционно-стойких материалов и т. д.

В настоящее время в СССР, как и в других странах, проводятся такие работы. По оценке специалистов промышленное производство новых хладагентов может быть налажено через 4-5 лет. Надо полагать, что с появлением таких насыщенных фтором соединений, как R134a с четырьмя атомами фтора, затраты на их производство увеличатся, вследствие чего возрастет и стоимость хладагентов, и расходы потребителей.

В связи с ограничением потребления хладагентов R12, R115, R114, которые по-прежнему будут использоваться в холодильной технике, важной задачей является повышение герметичности холодильных установок, а также разработка и внедрение надежных методов регенерации и очистки хладагентов для повторного использования.

Необходимо также продолжить научные исследования в области физики и химии атмосферы для получения более надежных данных о причинах наблюдаемых изменений химического состава атмосферы и оценки их влияния на слой озона.

10.АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ОЗОНОБЕЗОПАСНЫЕ ХЛАДАГЕНТЫ


В связи с принятием монреальского Протокола по веществам, разрушающим защитный озонный слой Земли, возникла проблема регулирования и сокращения и их применения. Для холодильной техники и холодильного машиностроения она выражается прежде всего в пересмотре и уточнении номенклатуры перспективных рабочих веществ на базе малоопасных для озонного слоя хлорфторуглеводородов (ХФУ), предлагаемых химической промышленностью.

Основной задачей при этом является резкое сокращение применения самого распространенного озоноактивного хладагента R12. Частично это сокращение может быть компенсировано за счет расширения использования наиболее универсального и одного из самых распространенных хладагентов R22, имеющего низкую озоноактивность. Практически возможен и целесообразен переход на R22 (в том числе и вместо R12) при создании новых холодильных машин и компрессоров, работающих при температурах конденсации tк до 55 C и кипения tо до -70 С.

Это направление уже просматривается в мировой практике холодильного машиностроения, в том числе и в СССР. Например, для указанного диапазона температур предназначены работающие на R22 холодильные машины московского завода "Компрессор", частично Черкесского завода холодильного оборудования, Читинского машиностроительного завода. В дальнейшем R22 будет распространяться на машины с температурой конденсации до 63 С.

Другое важное направление - это разработка и организация промышленного производства новых альтернативных озононеактивных хладагентов.

В таблице 8 приведен перечень распространенных в настоящее время и альтернативных озонобезопасных хладагентов для всего диапазона применения парокомпрессионных холодильных машин.

Таблица 8


Применяемые хладагенты

ts, C

Альтернативные хладагенты

ts, C

R113

+46,8

R132в

+46,8

R11

+23,6

R123

+27,1

R114

+3,6

R133a

R21

+6,1

+9,0

R12B1

-3,8

R142в

-9,0

R142в

-9,0

R142в

-9,0

R12

-29,8

R134a

R152a

R22/R142в

-26,8

-24,7

-30,0

R500

-33,3

R22/R142в

R22/R134a

-33,0

-33,0

R22

-40,8

R22

-40,8

R505

-45,6

R502

R143

-45,6

-47,0

R13B1

-57,0

R32

-51,7

R13

-81,6

R13

R23

R503

-81,6

-82,0

-87,8

R14

-128,0

R14

-128,0


Однако, поскольку альтернативные озонобезопасные хладагенты изучены недостаточно, в ближайшее время предстоит выполнить исследование их термодинамических, теплофизических, массотеплопереносных свойств, взаимодействие с электроизоляционными, уплотнительными материалами, стабильности и растворимости с маслами и др. При этом следует учесть, что различия свойств применяемых и альтернативных хладагентов могут существенно повлиять на конструктивные и технико-экономические показатели холодильных машин. В связи с этим необходимо провести экспериментальные исследования для уточнения теплотехнических и эксплуатационных характеристик холодильных машин и компрессоров на новых веществах, прогнозирования эффективности применения которых может быть выполнено по методике.

Так, например, конструктивно-эксплуатационные характеристики озононеактивного ХФУ R134a, на который предполагается перевести огромный парк холодильных машин на R12, новые холодильные машины и тепловые насосы, могут быть оценены с помощью установленной зависимости определяющих комплексов от нормальной температуры насыщения ts. При этом относительно небольшое отличие R134a от R12 по ts и, как следствие, по значениям определяющих комплексов позволяет провести в основном качественное сопоставление характеристик этих хладагентов.

Взаимное влияние определяющих комплексов (отношение теплоемкости жидкости на линии насыщения к теплоте парообразования) и (отношение теплоемкости пара к теплоте парообразования), которые у R134a несколько ниже, дает практически одинаковую энергетическую эффективность теоретических циклов без регенерации теплоты на R12 и R134a. Меньшие значения комплексов и (отношение теплоемкости пара к удельному объему пара на всасывании) обусловливают повышение эффективности регенерации теплоты в цикле на R134a.

При заданных температурах кипения tо и конденсации tк в цикле на R134a по сравнению с циклом на R12 давления кипения ро и конденсации рк ниже, отношение рко незначительно выше, разность рк - ро меньше на 20-30 кПа, удельная объемная холодопроизводительность qv при одинаковой регенерации ниже на 8-12 %, теплонапряженность компрессора несколько выше. Меньшая молекулярная масса у R134a (102 против 121 у R12) определяет снижение гидравлических потерь в клапанах поршневых компрессоров.

С учетом зависимости lад = f (ts) значение удельной адиабатной работы lад в цикле на R134a на 30-55 % ниже, чем в цикле на R12. Меньшие значения в совокупности с более высокими значениями lад и скорости звука а1 практически не позволяют применять R134a вместо R12 в существующих центробежных холодильных компрессорах.

Во вновь разрабатываемых центробежных машинах с использованием R134a должна быть учтена не только его меньшая удельная объемная холодопроизводительность qv и повышенные значения показателя адиабаты kv, но также, вследствие уменьшения и увеличения а1, необходимость изменения диаметров и частоты вращения рабочих колес.

В полностью герметичных холодильных машинах малой и средней производительности, в которых исключается утечка низкокипящего компонента, возможно применение вместо R12 неазеотропной смеси R22/R142В, долевой состав которой должен быть уточнен при исследованиях. В крупных холодильных машинах применение смеси R22/R142B проблематично.

Задачи, аналогичные рассмотренному примеру, возникают при переводе тепловых насосов и высокотемпературных кондиционеров на новый альтернативный хладагент R133a вместо рабочих веществ R114 и R12B1. Кроме R133a, для этих целей перспективно расширение применения R142 и, возможно, R21.

Для низкотемпературных машин, наряду с традиционными хладагентами R22 и R502, становится реальным применение озонобезопасного рабочего вещества R143, термодинамические свойства и эффективность которого изучены достаточно глубоко. Вместо озоноопасного хладагента R13B1 в низкотемпературных машинах, вероятно, можно будет использовать R32, а в полностью герметичных машинах неазеотропную смесь на базе R22/R13, для чего необходимо провести дополнительные исследования.

Несмотря на то, что озоноактивный хладагент R13 не входит в настоящее время в число регулируемых Протоколом веществ и применяется в значительно меньших количествах по сравнению с другими распространенными хладагентами, его потребление может быть снижено за счет внедрения малоактивного хладагента R23 в чистом виде и в составе азеотропной смеси R503 с выгодными термодинамическими свойствами.

Кроме мероприятий по замене озоноопасных хладагентов на менее опасные, с целью снижения вредного экологического воздействия холодильного оборудования необходимо уменьшить их выброс путем повышения его герметичности, надежности и технического уровня обслуживания и эксплуатации.

При ремонтах холодильных машин следует осуществлять принудительное удаление хладагентов в ресиверы или технологические емкости.

Поскольку некоторые новые альтернативные хладагенты относятся к горючим веществам - производным метана и этана, должны быть пересмотрены и изменены "Правила устройства и безопасной эксплуатации фреоновых холодильных установок" и СНиП.

При внедрении новых рабочих веществ для предприятий, производящих и эксплуатирующих холодильное оборудование (особенно крупные холодильные машины, требующие большое количество хладагента - от нескольких сотен килограммов до нескольких тонн) важное значение будет иметь их стоимость.

Вместе с тем, учитывая относительно низкий объем потребления озоноопасных веществ отраслями, производящими и эксплуатирующими холодильное оборудование, по сравнению, например, с аэрозольной промышленностью, сокращение выпуска ХФУ, особенно R12, должно отразиться на этих отраслях в последнюю очередь.

Сроки перехода на альтернативные хладагенты и сокращение потребления R12 и других озоноопасных веществ будут зависеть от организации промышленного производства химической промышленностью альтернативных хладагентов и расширения производства R22 и R502, не входящих в число веществ, регулируемых монреальским Протоколом.

Программа работ по обеспечению применения новых альтернативных хладагентов должна выполняться комплексно заинтересованными организациями производителей и потребителей холодильных машин и хладагентов. Это должна быть общесоюзная научно-техническая программа с централизованным финансированием следующих работ:




* Нормальная температура кипения соответствует нормальному атмосферному давлению 760 мм рт. ст. (-0.1 МПа).


РАБОЧИЕ ВЕЩЕСТВА ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации