Холодильные агенты и хладоносители

Содержание

  1. 1. Хладагенты
  2. 2. Хладоносители

Хладагенты

В судовых холодильных установках для поддержания оптимальных параметров в охлаждаемых помещениях, хранения и транспортировки скоропортящихся продуктов используются различные холодильные агенты. Выбору того или иного холодильного агента для данных конкретных условий следует уделять особое внимание.

Хладагент должен иметь:

  • высокую удельную объемную теплоту кипения qv (чем выше qv, тем меньше объемная подача компрессора, тем компактнее холодильная машина);
  • большую удельную теплоту парообразования и связанную с ней удельную массовую теплоту кипения qo, при этом требуемая массовая подача компрессора будет малой;
  • низкую нормальную (при р = 0,101 МПа) температуру кипения, так как при вакууме в систему может проникать воздух;
  • умеренное давление в конденсаторе при температуре окружающей среды;
  • небольшое отношение рно;
  • низкую температуру замерзания;
  • высокую критическую температуру конденсации паров хладагента при температуре окружающей среды;
  • небольшие плотность и вязкость для уменьшения гидравлических потерь в трубопроводах;
  • высокую химическую стабильность, характеризуемую температурой распада, воспламеняемостью и взрывоопасностью.

Кроме того, хладагенты должны: быть безопасными для жизнедеятельности человека; не вызывать снижения качества пищевых продуктов; иметь невысокую стоимость.

До настоящего времени в холодильных установках рефрижераторных судов, а также рефконтейнерах применялись хладагенты R22, R500 (азеотропная смесь 73,8 % R12 и 26,2 % R152), R502 (азеотропная смесь 48,8 % R22 и 51,2 % R115), R13B1, в провизионных кладовых - R22, в системах кондиционирования - R114, R115, RC318.

Хладагенты R11, R12, R13, R22, R114, R500, R502 и R503 должны быть заменены, в соответствии с Монреальским Протоколом, альтернативными (см. табл. 14.1).

При этом производство Rll, R12 и R502 полностью прекращено с 1 января 1996 года. Холодильный агент R22 признан переходным и его производство должно быть прекращено к 2020 году.

В связи с этим основные производители галоидопроизводных углеводородов увеличивают выпуск озонобезопасных (HFC) хладагентов R32, R125, R134a, R143a, которые при смешении могут приобретать свойства, близкие к применяемым ныне холодильным агентам.

Схема замены озоноразрушающих хладагентов

Таблица 14.1

Хладагенты, подлежащие замене Замена на эксплуатируемых установках Замена на новых установках
R11 R123 R123
R12 R409A (FX56)
R134a
R134a
R502 R408A (FX10) R404A (FX70)
R507
R114 - R124
R500 R409B (FX57) -
R13 R23 R23
R503 R23 R508B
R22 R407C R134a
R407C
R404A (FX70)

В настоящее время проблема замены R12 в целом решена. Вместо него находят широкое применение R134a, R409A (FX56). У этих рабочих тел потенциал разрушения озонового слоя ODP (Ozon Depleting Polention) равен нулю, они имеют близкие значения давления насыщенных паров. Поэтому не потребуется вносить значительных изменений в конструкцию холодильного агрегата. Однако остается сложным вопрос о технологии перезарядки R12 в уже существующем оборудовании без замены минерального холодильного масла.

Экологические свойства R22 значительно выше, чем у R12 и R502. Для R22 выпускаются холодильные масла хорошего качества. Поэтому он может замещать R502 в действующем холодильном оборудовании. По энергетической эффективности R22 и R502 близки, однако у R22 более высокое давление насыщения, что определяет более высокую температуру на выходе из компрессора. Таким образом, эта модернизация связана со значительными затратами и долгосрочных перспектив не имеет.

R134a представляет собой хлорированный фторуглеродный (ХФУ) холодильный агент с нулевым потенциалом разрушения озона (ODP). Свойства этого продукта очень похожи на свойства R12. Он может быть использован как в качестве индивидуального холодильного агента в ряде традиционных для холодильного агента R12 применений, так и в качестве компонента охлаждающих смесей, используемых для систем, работающих с холодильными агентами R502 и R22.

Производители компрессоров и охлаждающих систем продают новое оборудование, которое специально разработано для R134a. Кроме того, лабораторные и промышленные испытания подтверждают, что R134a может работать во многих существующих установках, где ранее использовали R12 и R500.

Системы, в которых R134a может надежно заменить R12, включают центробежные холодильники, полугерметичные, поршневые и винтовые охлаждающие системы, промышленные холодильники, автомобильные системы и некоторые герметичные компрессоры.

R134a не смешивается с минеральными маслами, используемыми с R12. Для использования с R134a различными изготовителями оборудования рекомендуются полиэфирные масла (РОЕ) и полиалкиленгликольные (PAG) масла.

R404A (FX70) имеет нулевой потенциал разрушения озона (ODP). R404А представляет собой смесь холодильных агентов R125, R134a и R143a. Свойства композиции R404A близки к свойствам R502, что позволяет успешно использовать эти композиции в различных охлаждающих системах, работающих при средних и низких температурах.

R404A одобрен большинством производителей компрессоров и охлаждающих систем для использования в новом охлаждающем оборудовании.

R404A может быть использован для работы со многими системами, ранее использовавшими R502, однако эта смесь не предназначена для прямого обслуживания R502 систем без их соответствующей модификации.

Чтобы обеспечить полное смешивание между маслом и холодильным агентом, в качестве масла при работе с R404A следует использовать РОЕ. Смешивание этих двух компонентов необходимо для возвращения масла в компрессор. Это особенно важно при эксплуатации крупных систем с большой протяженностью трубопроводов. Производители поставляют оборудование уже с заправленным соответствующим маслом или предоставляют специальные рекомендации по выбору типа или марки масла.

R407C имеет нулевой потенциал разрушения озона и представляет собой смесь гидрофторированных углеводородных холодильных агентов R32, R125 и R134a. Состав этой смеси подобран таким образом, чтобы как можно лучше соответствовать свойствам R22. R407C используется в различных системах кондиционирования воздуха как в новых установках, так и после реконструкции в существующих системах, предназначенных для работы с R22.

R407C не совместим с минеральными маслами работавших с R22. При работе с R407C следует использовать масла РОЕ. В процессе реконструкции существующего оборудования необходимо удалить имевшееся в нем масло, причем количество оставшегося старого масла должно быть менее 5 %. Новое оборудование, предназначенное для работы с R407C, поставляется заправленным рекомендованным маслом, пригодным для работы с R407C.

R408A (FX10) представляет собой смесь холодильных агентов R125 и R143a с низким потенциалом разрушения озона (ODP).

R408A можно использовать в разнообразных системах охлаждения, где раньше использовали хладагент R502. Состав смеси R408A подобран так, чтобы ее физические и охлаждающие свойства были близки к свойствам R502 с целью использования существующего оборудования.

С холодильным агентом R408A можно использовать как минеральные масла, которые использовались с R502, так и масла РОЕ.

R409A (FX56) представляет собой смесь холодильных агентов R22, R124 и R142B с низким потенциалом разрушения озона. Состав R409A подобран таким образом, чтобы его свойства были близки к свойствам холодильного агента R12.

R409A представляет собой альтернативную смесь холодильных агентов, предназначенных для замены R12 и R500 в системах охлаждения, работающих при средних и низких температурах.

R409A может использоваться как с минеральным маслом, так и с РОЕ.

Аммиак NH3 - R717

Аммиак - R717 имеет ODP = 0 и GWP < 1, взрывоопасен, токсичен, имеет резкий запах, нерастворим в минеральных маслах. По сравнению с фреонами имеет низкую стоимость, более высокий коэффициент теплоотдачи, меньшие размеры и стоимость холодильного оборудования. Применяется в качестве хладагента в крупных и средних холодильных установках. В силу своих исключительных термодинамических свойств высоко оценивается как альтернативный холодильный агент. К недостаткам следует отнести: нерастворимость в масле и высокую активность по отношению к меди и ее сплавам. Для использования в малых холодильных установках в настоящее время ведутся разработки растворимого в аммиаке масла, что значительно увеличит эффективность теплообменных аппаратов и может кардинально изменить тенденции в развитии холодильного машиностроения.

Физико-экологические свойства различных хладагентов приведены в табл. 14.2.

Физико-экологические свойства хладагентов

Таблица 14.2

Хладагент Состав, химическая формула Потенциал озонового истощения относительно R11, ODP Масса т кг/Кмоль Нормальная температура кипения to,°C Теплота парообразования при 0,1 МПа ч, кДж/кг Критическая температура tкр,°С Критическое давление Ркр, МПа
R11 CCl3F 1,0 137,38 23,65 182,00 198,00 4,370
R12 CCl2F2 1,0 120,91 -29,74 165.50 112,00 4,119
R13 CClF3 1,0 104,46 -81,59 149.70 28,75 3,868
R22 CHClF2 0,05 86,47 -40,81 223,50 96,13 4,988
R23 CH2F2 0 70,016 -82,00 239,20 26,00 4,820
R32 C2HF5 0 52,024 -51,20 391,50 78,27 5,785
R125 C2H2F4 0 120,02 -48,35 156,80 66,25 3,681
R134a C2H3F3 0 102,03 -26,35 208,30 101,25 4,059
R143a C2H4F2 0 84,04 -47,45 236,60 73,25 3,787
R152a C3F8 0 66,05 -24,4 331,30 113,57 4,517
R218 C3H8 0 188,02 -36,65 107,70 72,05 2,671
R218 R143a/R125/ 0 44,10 -41,97 360,10 96,85 4,250
R404A R134a 0 97,6 -46,85 - 72,22 3,732
R407C R32/R125/
R134a
0 95,03 -43,85 - - -
R410A R32/R125 0 86,02 -50,85 - - -
R717 NH3 0 17,03 -33,35 1369,70 132,40 11,280
R744 CO2 0 44,01 -78,5(субл) 570,90 (субл) 31,19 7,382

Хладоносители

Хладоносители - это вещества, с помощью которых теплота отводится от охлаждаемых объектов и передается хладагенту. В холодильной технике хладоносители применяются в установках, на которых нежелательно непосредственное охлаждение с помощью хладагента. Хладоносители должны иметь: 1) низкую температуру замерзания; 2) большие теплоемкость и теплопроводность; 3) малые вязкость и плотность; 4) химическую нейтральность к металлам; 5) безвредность и безопасность; 6) низкую стоимость.

Самый доступный хладоноситель - вода, используемая в установках конди-ционирования воздуха и в технологических процессах при t > 0°С. Для t < 0°С применяются водные растворы солей хлористого натрия NaCl и хлористого кальция СаСl2. На рис. 14.2 показана зависимость температуры замерзания рассола от концентрации соли.

Кривые выделения льда 1 показывают, что с увеличением концентрации соли температура замерзания t3 уменьшается. В точке К раствор имеет самую низкую t3, которая называется криогидратной. Для NaCl t3 = -21,2°С при концентрации 23,1 % соли и для СаС12 t3 = - 55°С при концентрации 29,9 % соли. Кривые выделения соли 2 показывают, что с увеличением концентрации выше криогидратной температура t3 раствора резко повышается.

Рассолы вызывают усиленную коррозию, что приводит к необходимости частой замены труб. С целью увеличения срока службы охлаждающих приборов рекомендуется применять менее коррозионно-активные вещества, например водные растворы органических веществ этиленгликоля с t3 = -72°С и пропиленгликоля с t3 = -52°С. Температура замерзания водного раствора этиленгликоля в зависимости от концентрации приведена ниже.

Содержание этиленгликоля, % 30 40 50 60 70
Температура замерзания, °С -16 -25,5 -37,2 -51 -67,2

Диаграммы температур затвердевания растворов

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)

Метки: Судовые Холодильные установки

You have no rights to post comments