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.

Озонобезопасная холодильная техника

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)

Оборудование

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


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *