Хладагенты группы ГФХУ (HCFC) (переходные хладагенты)

Хладагент R22 (Хладон-22 (Россия), Freon-22 (Du Pont)) - дифторхлорметан. Экологи­ческие свойства R22 значительно лучше, чем у R12 и R502. Это бесцветный газ со слабым запахом хлороформа, более ядовит, чем R12, неврывоопасен и негорюч. По сравнению с R12 хладагент R22 хуже растворяется в масле, но легко проникает через неплотности и нейтрален к металлам. При температуре выше 330 °С в присутствии металлов R22 разлагается, образуя те же вещества, что и R12. Хладагент R22 слабо растворяется в воде, объемная доля влаги в нем не превышает 0,0025%. R22 имеет более высокое давление конденсации и температуру нагнетания. Предельно допустимая концентрация R22 в воздухе составляет 3000 мг/м при длительности воздействия 1 ч. Этот хладагент широко применяют для получения низких температур в холодильных компрессионных установках, в системах кондиционирования и тепловых насосах. В холодильных установках, работающих на R22, необходимо использо­вать минеральные или алкилбензольные масла. Нельзя смешивать R22 с R12, т.к. образуется азеотропная смесь.

По энергетической эффективности R502 и R22 достаточно близки. Холодильную уста­новку, использующую в качестве рабочего тела R502, можно адаптировать к применению R22. Однако R22 имеет более высокое давление насыщенных паров и, как следствие, более высокую температуру нагнетания.

В прил. 3 и 11 приводятся характеристики хладагента R22 и диаграмма Молье.

Хладагенты R401A, R401B - переходные (сервисные) смеси среднего давления R401 А, торговая марка SUVA MP39, и R401B - SUVA MP66 (Du Pont) - предназначены для замены хладагента R12 в действующем оборудовании. Представляют собой трехкомпонентные сме­си хладагентов R22, R152A и R124.

R401 A: R22 - 53 %; R152A - 13 % и R124 - 34 %

R401B: R22 - 61 %; R152A - 11 % и R124 - 28 %.

Состав каждой смеси подобран таким образом, чтобы были достигеуты или улучшены первоначальные эксплуатационные характеристики холодильной установки.

R401A эффективны в системах, работающих при температуре кипения -20 °С и выше Применение их в прилавках-витринах продуктовых магазинов, бытовых холодильниках в ряде случаев приводит к увеличению холодопроизводительности до 10 %. В отличие от аль щишинных хладагентов, использующих полиолэфирные масла, для их работы требуются алкилбензольные масла, не предъявляющие высоких требований при замене хладогентов. Основная особенность сервисных оаонобезопасных смесей связана с их неизотермичностью или глайдом температуры: в процессе кипения при постоянном давлении их температура ки­пения повышается и напротив, в процессе конденсации она снижается. Разница температур на входе а выходе аппаратов (температурный глайд) составляет 4-5 °С. Это расширение от входа к выходу испарителя (или конденсатора) происходит в результате постеленного раз­дельного выпаривания (конденсации) компонентов смеси.

R401B применяется для холодильных систем, работающих при температуре кипения ниже -23 °С (до -30 °С). Холодопроизводительность установок при работе на этой смеси ос­тается сопоставимой с холодопроизводительностью установок, работающих на R12, а в не­которых случаях увеличивается до 15 %. Данная смесь применяется для работы транспорт­ного холодильного оборудования, а также бытовых и торговых морозильных камер. R401B также работает на алкилбензольном масле и относится к озонотропным смесям.

В прил. 15 приводится диаграмма Молье для R401 А, а в прил. 17 даны сравнительные показатели температур и давлений между R12 и R401B.

Хладагент R409A (FORANE FX56) - трехкомпонентный сервисный хладагент, предна­значенный для замены R12 в переходный период. Теплофизические и эксплуатационные ха­рактеристики у R409A и R12 в рабочей области температур эквивалентны. Практически не­горюч. Для работы требуется минеральное или алкилбензольное масло, С R409 более эффек­тивен теплообмен в аппаратах, что приводит к снижению эксплуатационных затрат в холо­дильной системе.

Для R409A характерна большая гигроскопичность по сравнению с R12. Поэтому при за­мене следует учитывать способность R409A активно поглощать влагу из воздуха. При заме­не рекомендуется заправлять R409 в малых холодильных машинах на 20 % меньше, чем R12, т.к. избыточное количество хладагента в системе приводит к повышению давления нагнета­ния. В крупных холодильньгх системах целесообразно уменьшать дозу заправки хладагента R409A по сравнению с R12 на 10 %, т.к. теплопритоки по отношению к холодопроизводи-тельности незначительны и не могут, ввиду инертности системы, заметно повлиять на ее ра­боту.

В прил. 8 приводятся характеристики хладагента R409A.

Хладагенты R402A, R402B- переходные (сервисные) смеси высокого давления R402A (SUVA HP80) и R402B (SUVA HP81) (Du Pont), предназначенные для замены R502 в низко­температурной технике - представляют собой трехкомпонентные смеси хладагентов: R22, R125 и R290.

R402A: R22 - 38 %; R125 - 60 % и R290 - 2 %

R402B: R22 - 60 %; R125 - 38 % и R290 - 2 %,

R402A при температуре кипения до -40 °С обеспечивает такие же рабочие характеристи-Н ки холодильной установки, что и R502, и такую же или более низкую температуру нагнетания.

В тех случаях, когда требуется увеличить холодопроизводительность установки, R502 заменяют на R402B. Однако следует иметь в виду, что если температура кипения доходит до -40⁰ С, ^температуре нагнетания может быть на 15⁰ С выше, чем у R502, и это может отрицательно сказаться на качестве смазки и повысить износ компрессора. Указанные трехкомпонентные смеси хладагентов R402 нельзя смешивать с заменяемым хладагентом R502, а смеси R401 - с хладагентом R12.

Для смесей высокого давления температурный глайд будет несколько ниже ( 3 °С) по сравнению со смесями среднего давления, т.к. они работают на алкилбензольных маслах, смешиваемых с минеральными.

Все рассмотренные сервисные смеси рассчитаны на использование в переходный период в течение 20 - 30 лет.

В прил. 18 даны сравнительные показатели температур и давлений для R502 и R402A, R402B.

3.3. Хладагенты группы ГФУ (HFC, FC, НС и др.) (озонобезопасные хладагенты)

Хладагент R134a (SUVA 134а). Химическая формула CF3CFH2 (тетрафторэтан). Моле­кула R134a имеет меньшие размеры, чем молекула R12, что повышает опасность утечек.

Хладагент R134a нетоксичен и не воспламеняется во всем диапазоне температур экс­плуатации. Однако при попадании воздуха в систему и последующем сжатии могут образо­вываться горючие смеси. Не следует смешивать R134a с R12, т.к. образуется азеотропная смесь высокого давления с одинаковыми массовыми долями компонентов 50 % и 50 %. Дав­ление насыщенного пара этого хладагента несколько выше, чем у R12 (соответственно 1,16 и 1,08 МПа при 45 °С). Пар R134a разлагается под влиянием пламени с образованием отрав­ляющих и раздражающих соединений, таких как фторводород.

В среднетемпературном оборудовании (температура кипения -7 °С и выше) R134a имеет эксплуатационные характеристики, близкие к R12.

Для R134a характерны небольшая температура нагнетания (она в среднем на 8 - 10 °С ниже, чем дл R12) и невысокие значения давления насыщенных паров.

В холодильных установках, работающих при температурах кипения ниже -15 °С, холо­дильный коэффициент R134a хуже, чем у R12 (на 6 % меньше удельная объемная холодопроизводительность при -18 °С). Из-за значительного потенциала глобального потепления GWP, рекомендуется применять R134a в герметичных холодильных системах. R134a широко используется во всем мире в качестве основной замены R12 для холодильного оборудования, работающего в среднетемпературном диапазоне. Его применяют в автомобильных конди­ционерах, бытовых холодильниках, торговом холодильном среднетемпературном оборудо­вании, промышленных установках, системах кондиционирования воздуха в зданиях и про­мышленных помещениях, а также на холодильном транспорте.

Особенностью альтернативных озонобезопасных хладагентов, в частности R134a, является их плохая взаимная растворимость с существующими минеральными, алкилбензольными и уг­леводородными маслами. Для холодильных машин на этих хладагентах разработаны новые син­тетические полиолэфирные масла различной вязкости, отличающиеся химической совместимо­стью с хладагентами, хорошими связывающими свойствами. Главным достоинством этих масел является хорошая растворимость, в том числе при низких температурах, в жидкой фазе всех озо­нобезопасных хладагентов, что гарантирует устойчивую циркуляцию масла в системе, недостатком - большая. Поэтому необходимо проявлять крайнюю осторожность при обращении с системой и ее сушке, не оставлять открытой емкость с маслом ПОЭ.

Характеристики и диаграмма Молье хладагента приведены в прил. 7 и 13.

Хладагент R404A (SUVA HP62; FORANE FX70; Meforex M55; Reclin 404A)

R404A - экологически безопасный хладагент, представляющий собой многокомпонент­ную смесь, имеет нулевой ODP. Обладает высокой производительностью при низких темпе­ратурах. К отрицательным свойствам следует отнести высокое значение GWP и требование применения полиолэфирных масел. Утечки этой смеси приводят к изменению состава и свойств хладагента, поэтому требуют специальной подготовки при обслуживании. Хими­ческая совместимость хладагентов R134a, R404A с большинством деталей существующих холодильных систем не отличается от химической совместимости с ними хладагентов группы ХФУ, однако некоторые эластомеры плохо взаимодействуют с альтернативными хладагентами и маслами, в связи с чем это свойство необходимо проверять в каждом кон­кретном случае.

Характеристики и диаграмма Молье приведены в прил. 9 и 14.

Характеристики хладагента R407C приведены в прил. 10.

Хладагент R717 (аммиак, NH3). С термодинамической точки зрения аммиак очень хо­роший хладагент. Теплообменные аппараты, работающие на аммиаке, обеспечивают высо­кие значения коэффициентов теплоотдачи, более эффективные энергетические показатели холодильных установок.

Аммиак слабо растворяется в масле и очень хорошо в воде. При эксплуатации нужно учитывать, что попадание влаги в систему хладагента образует гидроокись аммония, которая при взаимодействии с маслом компрессора создает осадок и загрязняет компрессор, т.к. в ее присутствии аммиак вступает в реакцию с цинком, медью и ее сплавами. Поэтому цинк, медь и ее сплавы для деталей аммиачных холодильных установок не применяют. На черные металлы аммиак не действует. Имеет нулевой ODP.

Хладагент R717 - бесцветный газ с резким удушливым запахом, вызывает раздражение слизистой ободочки глаз и дыхательных путей. Пребывание более получаса в атмосфере с концентрацией 0,5 - 1 % может привести к смертельному исходу. ПДК аммиака в воздухе машинного отделения составляет 0,02 мг/л. В пожарном отношении воздушно-аммиачные смеси с концентрацией аммиака 16-25 % взрываются при соприкосновении с открытым пламенем.

В связи с повышенной токсичностью, пожаро- и взрывоопасностью аммиак в 80-е гг. был полностью изъят из морского рефрижераторного флота и только в настоящее время, в связи с требованиями озонобезопасности и отсутствием влияния на глобальное потепление, аммиачные установки вновь нашли свое применение на морских судах, а также в стационар­ной энергетике.

Учитывая весьма непростые характеристики аммиака, сочетающие высокие экологиче­ские и термодинамические качества с пожаро- и взрывоопасностью и токсичность, его использование основано на принципиально новых конструктивных решениях и современных технологических достижениях. Создание нового поколения аммиачных установок идет по пути разработки безопасных систем, специального противопожарного исполнения элементов холодильной установки, использования новых синтетических масел, применения эффективных пластинчатых теплообменников, резкой минимизации аммиакоемкости систем (50+70 г на 1 кВт холодопроизводительности), совершенствования методов контроля и сигнализации о концентрации аммиака и т.д.

Характеристики аммиака и диаграмма Молье хладагента R717 приведены в прил. 5 и 12.

Хладагент R600A (изобутан СH(CНз)₂-СНз) - природное вещество, совместимое с ми­неральными маслами. Изобутан - горючее вещество, поэтому для его применения использу­ют герметичные компрессоры (Ярославское АО «Холодмаш») с безыскровой пускозащитной аппаратурой. Изобутан не боится влаги, не создает опасности коррозии. R600A -озонобезопасен, обладает нулевым потенциалом глобального потепления. Нетоксичен, не образует фосгена. Совместим с используемыми в отечественной холодильной технике мате­риалами. В цикле с изобутаном давления при высоких температурах более низкие, чем у R12 и R134a. Теплота парообразования изобутана в два раза превышает аналогичный показатель для R12.

Термодинамические свойства R600A на линии насыщения приведеомны в прил. 6.

Контрольные вопросы

1. Почему некоторые виды фреонов влияют на озоновый слой атмосферы Земли?

2. Назовите схему разрушения озона?

3. Назовите озоноразрушающие вещества наиболее распространенные в холодильной технике.

4. Как определяется озоноразрушающая активность хладагентов?

5. Какие хладагенты считаются полностью озонобезопасными?

6. С какого года запрещено производство всех озоноопасных хладагентов.

7. Назовите требования, предъявляемые к хладогентам.

8. Как производится обозначение хладагентов?

9. Свойства хладагентов R12, R502.

10. Свойства хладогентов R134a, R717.

Литература:[2] стр. 6-13;

[5] стр. 5-31;

[4] стр. 3-33.

Лекция 2-3