Озонобезопасная холодильная техника
Г |
Хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью (ODPcO, l) — это гидрохяорфторуглероды (ГХФУ или, по международному обозначению, HCFC) R21, R22, R141b, R142b, R123, R124 (или иначе HCFC21, HCFC22, HCFC141b и т. д.) и др.
Все хладагенты, не содержащие атомов хлора (фторуглероды FC, гидрофторуглероды HFC, углеводороды НС и др.), считаются полностью озонобезопасными (C)DP=0). Таковыми являются хладагенты R134, R134a, R152a, R143a, R125, R32, R23, R218, R116, RC318, R290, R600, R600a, R717 (аммиак) и др.
Монреальским Протоколом запрещено использование всех озо — ноопасных 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 озо — нобезопасные 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 О DP 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 озо — нобезопасным.
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 (товарных[9]) 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 ~ озонобезопас — ность, низкий потенциал глобального потепления (желательно), негорючесть, нетоксичность;
І |
Термодинамические — максимальная приближенность к заменяемым хладагентам по давлениям, температурам, удельной объемной холо-
допро и з вод итель ности, 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 бьггь 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 R12является R134a (HFC134a). Его недостатки: меньшие удельная объемная холодопроизводителыгость 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.
Г |
Для каскадных машин единственным полноценным заменителем R13 является чистый озонобе — зопасный 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 (FC218) имеет огромный потенциал GWP и очень высокую стоимость; R143a (HFC 143а) — 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 дася 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 ква — зиазеотропные (близкие к азеот — ропным) и неазеотропные двух-, трех — и четырехкомпонентные смеси.
Предпочтение отдается смесям с меньшими значениями неизотер — мичности кипения и конденсации при постоянном давлении. Неизо- термичность 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. рисунок).
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.
Термодинамический цикл на неазе — отропной смеси:
3′ — средняя температура конденсации (*кср); 4′ — средняя температура кипения (f0 ср); 2’и 3′- tKmsavtK min; 4 и 5- /ошщИ/отах
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 озонобезопас — ных хладагентов, как чистых, так и смесей, является их плохая взаимная растворимость с существующими минеральными, алкилбен — зольными 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.
Альтернативные хладагенты |
|||||||
Группы |
В переходном периоде (с ГХФУ) |
После переходного периода (без |
|||||
Холодильного |
Для разрабатываемого |
Для действующего |
ГХФУ) для нового и действующего |
||||
Оборудования |
Оборудования вместо |
Оборудования вместо |
Оборудования вместо |
||||
R12 |
R22, R502 |
R13 |
R12 |
R22, R502 |
R13 |
R12, R22, R502, R13 |
|
Бытовые |
R134a |
(R134a) |
R134a |
||||
Холодильные |
СМ-ГФУ |
(СМ-ГФУ) |
СМ-ГФУ |
||||
Приборы |
СМ-ГХФУ |
||||||
Торговое |
R134a |
R22 |
R23 |
(R134a) |
R22 |
R23 ‘ |
R134a |
Холодильное |
СМ-ГФУ |
(R125) |
СМ-ГФУ |
R22(K) |
(СМ-ГФУ) |
(СМ-ГФУ) |
(R125) |
R22(k) |
СМ-ГФУ(п) |
(СМ-ГФУ) |
, |
R23 |
|||
(СМ-ГХФУ) |
СМ-ГХФУ |
СМ-ГФУ |
|||||
Промышленные |
R134a |
R22 |
R23 |
(R134a) |
R22 |
R23 |
R134a |
Холодильные |
R22(k) |
(R125) |
СМ-ГФУ |
R22(k) |
(R125) |
(СМ-ГФУ) |
(R125) |
Машины и |
СМ-ГФУ |
СМ-ГФУ |
(СМ-ГФУ) |
(СМ-ГФУ) |
R23 |
||
Установки |
(СМ-ГХФУ) |
СМ-ГХФУ |
СМ-ГФУ |
||||
Турбо- |
Rl34a |
R22 |
R134a |
R22 |
R134a |
||
Холодильные |
(R125) |
(СМ-ГФУ) |
(R125) |
||||
Машины |
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 Ато — кем» — смеси Forane FX56 и Fora — ne FX57. По такому же принципу разрабатываются сервисные смеси — заменители для R502.
Необходимая растворимость сме — сей 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 давлении кипения и конденсации.
Перевод на полностью озонобезопасные чистые хладагенты, прежде всего R134a, или смеси — кардинальное направление ретрофита. Однако широкомасштабное использование 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 холодопроизводитель — ность.
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 озонобезо — пасное;
Производственные и технологические трудности при проведении ретрофита.
Перевод холодильной техники на новые дорогостоящие хладагенты должен проводиться при соблюдении целевых инструкций и рекомендаций.
Posted in К холодильной технике