Озонобезопасная Холодильная техника

Регулирование холодопроизводительности центробежного компрессора

В холодильных установках с центробежным компрессором, как и с винтовым, используют систему плавного регулирования Основной способ регулирования хододопроизводительности — изменение количества всасываемого компрессором пара. Это достигается поворотом лопаток входного направляющего аппарата с помощью специального механизма с электрическим или пневматическим приводом (рис 3).

Холодопроизводительность изменяется плавно от 10 до 100 %.

Для достижения устойчивой работы центробежного компрессора в широком диапазоне основной способ регулирования холодопроиз-водительности с помощью входного направляющего аппарата дополняется противопомпажным регулированием и схемами ограничения потребляемой мощности. Аналогичные схемы применяются и для регулирования холодопроизводительности винтовых компрессоров Регулирование холодопроизводительности дросселированием всасываемого пара с байпасированием для типовых и центробежных компрессоров, как и для поршневых, применяют редко.

Холодильные машины и агрегаты с центробежным компрессором комплектуют системой управления «Микрохолод.» [2].

Список литературы

1 Васин В. П., Рудаков Е. Н. Микропроцессорный комплекс средств автоматического контроля КСА-Ml // Холодильная техника.1941, № 4.

2 Специализированная микропроцессорная система «Микрохолод» /Ю. М. Воробьев, А. Е. Береснев, Г. А. Писарев и др. // Холодильная техника. 1991, №4.

3.Ужанский В. С. Автоматизация холодильных машин и установок. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

Тема 18

Монреальским Протоколом по веществам, разрушающим озоновый слой (в рамках Венской Конвенции об охране окружающей среды), введены ограничения на производство и использование озоноразрушающих веществ, а также всей продукции с этими веществами.

К озоноразрушающим веществам относятся наиболее распространенные в холодильной технике хладагенты. Их озоноразрушающая активность определяется наличием атомов хлора в молекуле и оценивается потенциалом разрушения озона ODP.

По степени озоноразрушающей активности хладагенты делятся на две группы:

хладагенты с высокой озоноразрушающей активностью (ODP³l,0) — это хлорфторуглероды (ХФУ или, по международному обозначению, CFC) Rll, R12, R13, R113, R114, R115, R502, R503, R12B1, R13B1 (или иначе CFC11, CFC12, CFC13 и т.д.) и др.;

хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью (ODP<0,1) — это гидрохлорфторуглероды (ГХФУ или, по международному обозначению, HCFC) R21, R22, R141b, R142b, R123, R124 (или иначе HCFC21, HCFC22, HCFC14lb и т.д.) и др.

Все хладагенты, не содержащие атомов хлора (фторуглероды FC, гидрофторуглероды HFC, углеводороды НС и др.), считаются полностью озонобезопасными (ODP=0). Таковыми являются хладагенты R134, R134a, Rl52a, R143a, R125, R32, R23, R218, R116, RC318, R290, R600, R600a, R717 (аммиак) и др.

Монреальским Протоколом запрещено использование всех озоноопасных хладагентов группы CFC с 1 января 1996 г. Для менее озоноопасных хладагентов группы HCFC установлены более отдаленные сроки - сокращение их производства и использования с 2005 г. и полный запрет с 2020 г. (возможно ужесточение сроков).

Это определило пути современного развития холодильной техники на многие годы. В основе лежит поэтапный перевод всего холодильного оборудования на озонобезопасные хладагенты.

На первом этапе (переходный период) наряду с заменой хладагентов CFC озонобезопасными (HFC, FC) допускается замена их хладагентами HCFC, которые названы переходными.

Альтернативные хладагенты HCFC с низким потенциалом ODP не являются полностью озонобезопасными, однако в переходный период их разрешенного легального существования все выпускаемое и действующее холодильное оборудование на HCFC (например, R22) условно можно считать озонобезопасным.

На втором этапе (после переходного периода) в результате перестройки и модернизации химической промышленности и всего холодильного сектора (производство и эксплуатация) все холодильное оборудование будет переведено на полностью озонобезопасные хладагенты.

Задача выбора альтернативных хладагентов в последнее время стала усложняться другим, наряду с озонобезопасностью, экологическим фактором — влиянием на глобальное потепление климата планеты. Хладагенты стали оценивать еще и по потенциалу глобального потепления GWP (его называют также потенциал парникового эффекта). Прогрессирующая роль оценки экологичности всех технических решений заставляет специалистов уже в настоящее время, до закрепления законодательных актов, отдавать предпочтение альтернативным хладагентам с более низким значением GWP.

Проблема озонобезопасной холодильной техники решается по двум направлениям:

создание и организация производства холодильных машин нового поколения, в которых используются озонобезопасные или переходные хладагенты и совместимые с ними холодильные масла, адсорбенты, материалы и комплектующие изделия;

перевод парка действующего холодильного оборудования на озонобезопасные или разрешенные переходные хладагенты.

Каждое направление имеет свои технические и экономические сложности и особенности, которые, в свою очередь, зависят от типа холодильного оборудования (бытовое, торговое или промышленное).

Общей и первоочередной задачей в обоих направлениях является разработка (подбор) новых или освоение уже предлагаемых на мировом рынке (товарных1) хладагентов, удовлетворяющих требованиям потребителей.

В таблице приведена номенклатура альтернативных хладагентов для различных групп холодильного оборудования в переходном и послепереходном периодах.

Поскольку термодинамические основы работы холодильной техники на альтернативных хладагентах принципиально не меняются, требования к ним во многом остаются такими же, как и к традиционным хладагентам.

Основные требования:

экологические — озонобезопасность, низкий потенциал глобального потепления (желательно), негорючесть, нетоксичность;

термодинамические - максимальная приближенность к заменяемым хладагентам по давлениям, температурам, удельной объемной холодопроизводительности, холодильному коэффициенту;

эксплуатационные — термохимическая стабильность, химическая совместимость с материалами и холодильными маслами, достаточная взаимная растворимость с маслом для обеспечения его циркуляции, технологичность при применении;

экономические — наличие товарного производства, доступные цены.

Практически невозможно выбрать альтернативный хладагент, отвечающий всем перечисленным требованиям, поэтому предпочтение следует отдавать таким, которые удовлетворяют принципиальным и определяющим требованиям.

Альтернативными веществами могут быть, чистые (простые) вещества и смеси (см. таблицу). Предпочтение прежде всего отдается чистым веществам.

Наиболее близким по термодинамике и практически единственно возможным из чистых веществ озонобезопасным заменителем для R12 является R134a (HFC134a). Его недостатки: меньшие удельная объемная холодопроизводительность и холодильный коэффициент при температурах кипения ниже -15 °С. Поэтому в холодильных машинах, работающих при температурах кипения ниже -15 °С, целесообразно применять хладагенты с более низкой нормальной температурой кипения либо компрессор с увеличенным часовым объемом, описываемым поршнями.

Для каскадных машин единственным полноценным заменителем R13 является чистый озонобезопасный R23 (HFC23).

Для замены R502 имеется близкий по термодинамике чистый хладагент R125 (HFC125), но его применение ограничено.

Среди чистых веществ пока не существует удовлетворительного заменителя для R22 (HCFC22): хладагент R218 (FC21S) имеет огромный потенциал GWP и очень высокую стоимость; R143a (HFC143a) - горючее вещество с повышенными давлениями конденсации и нагнетания; R32 (FC32) — также горючее вещество с очень высокими давлениями конденсации и нагнетания. Требуется кардинальная модернизация и упрочнение компрессоров и аппаратуры (именно по этой причине для HCFC22 и других HCFC Монреальским Протоколом установлены более поздние сроки прекращения их применения). Вместе с тем хладагент R125 может служить альтернативным заменителем для R22 при допустимых условиях применения (умеренная температура конденсации, наличие регенеративного теплообменника и др.).

Недостатки чистых HFC — заменителей традиционных хладагентов обусловливают необходимость широкого применения смесей веществ.

Если ранее в качестве хладагентов применяли только азеотропные двухкомпонентные смеси (R502, R503), ведущие себя в диапазоне температур кипения-конденсации почти как чистые вещества, то в качестве альтернативных хладагентов вынужденно предлагаются квазиазеотропные (близкие к азеотропным) и неазеотропные двух-, трех- и четырехкомпонентные смеси.

Предпочтение отдается смесям с меньшими значениями неизотермичности кипения и конденсации при постоянном давлении. Неизо-термичностъ иначе называется глайдом или скольжением температуры, т.е. изменением ее на пути от входа к выходу испарителя (или конденсатора) в результате постепенного раздельного выкипания (конденсации) компонентов смеси (см. рис. 1).

Рис. 1. Термодинамический цикл на неазеотропной смеси:

3¢ - средняя температура конденсации (t_к.ср); 4¢ - средняя температура кипения (t_0ср); 2¢ и 3¢ - t_кmax и t_кmin; 4 и 5 – t_0min и t_0max

У квазиазеотропных смесей минимальная неизотермичность -0,5...1 К, у неазеотропных смесей она на уровне 6...10 К. Многокомпонентные неазеотропные смеси, в отличие от двухкомпонентных (бинарных), обеспечивают более выгодный термодинамический цикл, более плавное протекание процессов кипения-конденсации, их состав меньше изменяется при утечках.

Для двух этапов перехода на новые хладагенты оказываются необходимыми оба типа смесей (см. таблицу).

Квазиазеотропные и неазеотропные смеси с компонентами FC, HFC и чистыми углеводородами полностью озонобезопасны. Добавление горючего углеводорода повышает термодинамическую эффективность смеси и обеспечивает необходимую взаимную растворимость ее с минеральным маслом. Большое содержание углеводорода в смеси делает ее горючей. Применять горючие смеси пока еще допускается только в герметичных системах бытовых холодильников и морозильников, в остальной холодильной технике — запрещается. Эксплуатационно-технологической особенностью всех альтернативных полностью озонобезопасных хладагентов, как чистых, так и смесей, является их плохая взаимная растворимость с существующими минеральными, алкилбензольными и углеводородными маслами. Для холодильных машин на этих хладагентах разработаны новые синтетические полиэфирные масла различной вязкости, отличающиеся химической совместимостью с хладагентами, хорошими смазывающими свойствами. Главное достоинство этих масел — хорошая растворимость, в том числе при низких температурах, в жидкой фазе всех озонобезопасных хладагентов, что гарантирует устойчивую циркуляцию масла в системе. Недостаток - большая гигроскопичность, что осложняет эксплуатацию холодильных машин. Кроме того, эти масла дорогостоящие.

Таблица

Группы холодильного оборудования	Альтернативные хладагенты
в переходном периоде (с ГХФУ)	после переходного периода (без ГХФУ) для нового и действующего оборудования вместо R12, R22, R502, R13
для разрабатываемого оборудования вместо	для действующего оборудования вместо
R12	R22, R502	R13	R12	R22, R502	R13
Бытовые холодильные приборы	R134a			(R134a)			R134a
СМ-ГФУ			(СМ-ГФУ)			СМ-ГФУ
			СМ-ГХФУ
Торговое холодильное оборудование	R134a	R22	R23	(R134a)	R22	R23	R134a
СМ-ГФУ	(R125)	СМ-ГФУ	R22(к)	(СМ-ГФУ)	(СМ-ГФУ)	(R125)
R22(к)	СМ-ГФУ(п)		(СМ-ГФУ)			R23
(СМ-ГХФУ)			СМ-ГХФУ			СМ-ГФУ
Промышленные холодильные машины и установки	R134a	R22	R23	(R134a)	R22	R23	R134a
R22(к)	(R125)	СМ-ГФУ	R22(к)	(R125)	(СМ-ГФУ)	(R125)
СМ-ГФУ	СМ-ГФУ		(СМ-ГФУ)	(СМ-ГФУ)		R23
(СМ-ГХФУ)			СМ-ГХФУ			СМ-ГФУ
Турбо- холодильные машины	R134a	R22		R134a	R22		R134a
	(R125)			(СМ-ГФУ)		(R125)
	СМ-ГФУ					СМ-ГФУ
Примечания: СМ-ГФУ – смесь на основе озонобезопасных компонентов; СМ-ГХФУ – смесь на основе переходных (с добавлением озонобезопасных) компонентов; (…) – не исключается и допускается применение; (к) – допускается применение при соответствии конструкции и прочности объекта; (п) – отдаленная перспектива.

Для переходного периода разработаны бинарные и многокомпонентные переходные смеси, содержащие хотя бы один компонент из группы HCFC. Основное назначение этих смесей — упростить перевод действующей холодильной техники, работающей на R12 и R502, на разрешаемые хладагенты. Эти смеси называют также сервисными, или ретрофитными от слова ретрофит, обозначающего процедуру замены хладагента альтернативным в действующем оборудовании по специальной технологии.

При формировании сервисных смесей выдерживаются два принципа:

максимальное приближение к заменяемым хладагентам по термодинамическим свойствам;

совместимость с традиционно применяемыми минеральными и алкилбензольными маслами (новые полиэфирные масла очень капризны).

Большинство сервисных смесей - неазеотропные на базе R22. В отличие от чистых хладагентов они эффективны в более узком диапазоне температур кипения. Для получения сопоставимой эффективности с заменяемым R12 во всем диапазоне температур кипения и конденсации разрабатываются две смеси на одних и тех же компонентах, одна - для умеренных температур кипения, другая — для низкотемпературной области. Например, фирма «Дюпон» для этих температурных областей предлагает сервисные смеси СУВА МР39 и СУВА МР66; фирма «Эльф Атокем» - смеси Forane FX56 и Forane FX57. По такому же принципу разрабатываются сервисные смеси - заменители для R502.

Необходимая растворимость смесей с применяемыми маслами обеспечивается базовым компонентом R22 и включением в их состав компонента с еще лучшей (неограниченной) растворимостью с маслами, например R21, R142b, R290 (пропан), R600 (н-бутан), R600a (изобутан).

При включении горючего компонента в смесь ее состав для обеспечения негорючести должен быть сбалансирован введением негорючих компонентов.

В России разработана программа создания озонобезопасной холодильной техники.

Первоочередной задачей программы на первом этапе (см. таблицу) является перевод всего парка действующей холодильной техники с R12 и R502 на разрешаемые хладагенты. Задача сложная, объемная и долговременная. В связи с чем нельзя исключить возможность продления эксплуатации холодильного оборудования на R12 путем создания его запасов.

Предусматриваются три варианта замены R12 и R502:

на переходный R22;

на озонобезопасный чистый хладагент или озонобезопасную смесь;

на переходную смесь.

Вариант должен выбрать сам потребитель с помощью квалифицированных специалистов.

Применение переходного R22 (вариант, заслуживающий первоочередного внимания) определяется конструктивно-техническими возможностями объекта и, прежде всего, возможностью работы компрессора и аппаратуры при повышенных давлениях кипения, конденсации и разности давлений кипения и конденсации.

Перевод на полностью озонобезопасные чистые хладагенты, прежде всего R134а, или смеси - кардинальное направление ретрофи-та. Однако широкомасштабнор ис-• пользование их для ретрофита, по-видимому, будет затруднено из-за сложной технологии, связанной с применением новых полиэфирных масел. Кроме того, необходимо учитывать, что при работе на R134a снижается холодопроизводительность.

Для турбохолодильных машин перевод на любой хладагент сопровождается модернизацией компрессора.

Основным вариантом перевода действующей холодильной техники на альтернативный хладагент является применение переходных смесей (см. таблицу).

Перед ретрофитом необходимо тщательно обследовать конструкцию и техническое состояние объекта. В машинах с непроточными теплообменными аппаратами применение неазеатропных смесей нецелесообразно.

В целом для принятия решения по модификации и адаптации любого действующего оборудования необходимо оценить многие факторы, в том числе:

-наличие запаса холодопроизводительности машины или установки при заданной технологии потребителя;

-размеры, конструктивное исполнение холодильной системы каждой конкретной машины или серии машин;

-срок службы и степень герметичности системы;

-типы нового хладагента и масла;

-затраты на хладагент и другие расходуемые материалы;

-обеспеченность рабочими веществами и возможность их использования в настоящем и будущем;

-стоимость замены устаревшего оборудования на новое озонобезопасное;

-производственные и технологические трудности при проведении ретрофита.

Перевод холодильной техники на новые дорогостоящие хладагенты должен проводиться при соблюдении целевых инструкций и рекомендаций.

Список литературы

1. Богданов С. Н., Иванов О. П., Куприянова А. В. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник. М.: Агропромиздат, 1965.

2.Мальгина Е. В., Мальгин Ю. В., Суедов В. П. Холодильные машины и установки. М.:Пищевая промышленность, 1980.

3.Рой Дж. Доссат. Основы холодильной техники / Пер. с англ. М.:Легкая и пищевая промышленность, 1984.

4.Теплофизические основы получения искусственного холода: Справочник. М. Пищевая промышленность, 1980.

5.Холодильные машины / Под общей редакцией И.А. Сакуна Л.:Машиностроение, 1985.

1. Теоретические основы тепло- и хладотехники: Под ред. Э.И. Гуйко. Л.: Изд-во ЛГУ, 1974.

2. Холодильные машины: Под общей ред. И.А. Сакуна. Л.: Машиностроение, 1985.

Список литературы

1. Быков А. В., Калнинь И. М., Сапронов В. И. Альтернативные озонобезопасные хладагенты // Холодильная техника. 1989, № 3.

2. Гидаспов Б. В., 'Максиме Б. Н. Проблемы применения фреонов в холодильной технике //Холодильная техника. 1989, № 3.

3. Теплофизические основы получения искусственного холода:

Справочник. М: Пищевая промышленность, 1980.

4.Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник. М.: Агропромиздат. 1985.

5.Холодильные компрессоры: Справочник. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

6.Холодильные машины: Справочник. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

Список литературы

1 Доссат Рой Дж. Основы холодильной техники / Пер. с англ. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.

2 Шавра В. М. Эффективность регенеративного цикла в малой фреоновой холодильной машине // Холодильная техника. 1963, № 5.

1 Нормальная температура кипения соответствует нормальному атмосферному давлению 760 мм рт. ст. (~0,1 МПа).

1 Логарифмическая ось давления принимается в целях уменьшения масштаба диаграммы.

1 Разницу между температурами двух разных сред, например хладагента и воздуха, называют темпертурным напором и обозначают обычно Q, а разницу между температурами одной среды, например начальной н конечной температурами хладоносителя на входе в аппарат и выходе из него, называют разностью температур и обозначают Dt.

1 В литературе иногда встречается термин удельная холодопроиэводительность [ккал/(кВт-ч) ]. По существу это тот же холодильный коэффициент, подсчитанный с использованием устаревшей единицы холодопроизводительности (ккал/ч).

1 Теоретическую мощность называют также адиабатной Nа, принимая, что в теоретическом цикле сжатие происходит при S=const.

1 Принятый в специальной технической литературе термин «прибор» вряд ли удачен.

1 Систему плавного регулирования часто называют аналоговой или непрерывной, а систему позиционного регулирования – дискретной или релейной.

1 Товарные хладагенты продаются под разными торговыми названиями (в зависимости от фирмы-производителя), например: Suva 134a, Suva МР39 (фирма «Дюпон»), Forane 134a, Forane FX56 (фирма «Эльф Атокем») и др.

Дата добавления: 2014-01-04