Аммиак или фреон?

При выборе холодильного оборудования следует решить, каким системам следует отдать предпочтение: тем, в которых используется аммиак (NH3), или установкам, в которых в качестве хладагента применяются галогенсодержащие углеводороды (хладоны или, как их еще называют, фреоны). Для того чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим преимущества и недостатки этих хладагентов. Аммиак: за и против Основные преимущества хладагента аммиак (R717) обусловлены тем, что он:

обладает термодинамическими и теплофизическими характеристиками, позволяющими получать высокий КПД в холодильных установках^;

химически нейтрален по отношению к большинству конструкционных материалов холодильных установок, за исключением меди и сплавов на ее основе^;

не растворяется в смазочных маслах, применяемых в конструкциях холодильных установок, не чувствителен к влаге и легко обнаруживается в случае утечки^;

не способствует созданию парникового эффекта^;

имеет невысокую стоимость (не более 2200 рублей за тонну) и легко доступен на рынке.

Вместе с тем у аммиака есть ряд серьезных недостатков. В частности, это вещество:

обладает высокой токсичностью (считается, что предельно допустимая концентрация аммиака в рабочих помещениях должна быть не выше 20 мг/м3, однако даже при более слабой концентрации характерный запах аммиака в случае его появления вызывает сильную панику^; при более высоких концентрациях появляются серьезные затруднения дыхания вплоть до удушья^; смертельная концентрация аммиака – 30 г/м3)^;

является взрывоопасным (при концентрации в воздухе 200-300 г/м3 возникает угроза самопроизвольного взрыва^; температура самовоспламенения равна 650 °С)^;

создает опасность ожогов при растворении в воде, поскольку этот процесс сопровождается выделением значительного количества тепла^;

имеет высокую температуру нагнетания при сжатии в холодильных компрессорах.

И все-таки фреон Указанные недостатки аммиака приводят к возникновению серьезных организационно-технических и юридических проблем в процессе проектирования, монтажа и эксплуатации аммиачных холодильных установок. В связи с этим в последние 10-15 лет при решении вопроса о выборе холодильного агента предпочтение все чаще отдается галогенсодержащим углеводородам (хладонам или, как их принято называть в обиходе, фреонам). Наиболее употребляемым среди таких соединений в настоящее время является хладон (фреон) R22. Преимущества применения данного вещества связаны с тем, что данный хладагент:

нетоксичен и взрывобезопасен^;

имеет низкую температура нагнетания при сжатии в компрессорах^;

обладает хорошими (по сравнению с другими хладонами) теплофизические и термодинамические характеристики^;

химически нейтрален к большинству конструкционных материалов^;

имеет довольно низкий озоноразрушающий потенциал (ОРП = 0,05^; по этому показателю данный хладон близок к аммиаку)^;

активно производится в России^;

имеет приемлемую стоимость.

13.1. Влияние внешних (метеорологических) условий.

Мощность и удельный расход топлива гарантируется при тем-ре воздуха на впуске 15 гр.С, барометрическом давлении 760 мм рт. ст. и относительной влажности = 0,6. Если двигатель работает на режимах близких к внешней характеристике, то увеличение температуры и влажности воздуха, снижение барометрического давления может привести к его тепловой перегрузке. Плотность воздуха уменьшается при падении атмосферного давления и повышения температуры воздуха. Коэфф. избытка воздуха определяется отношением весового заряда воздуха в цилиндре к теоретически необходимому для сгорания топлива. Весовой заряд зависит от плотности воздуха и с его уменьшением, при постоянной цикловой подачи топлива, коэфф. избытка воздуха уменьшается. Снижение коэфф. избытка воздуха сопровождается ухудшением качества сгорания топлива, увеличивается неполнота сгорания и догорание на линии расширения, в результате индикаторный КПД уменьшается (Рис.13.1).

Рис. 13.1. Зависимость индикаторной мощности двигателя от барометрического давления при переменных значениях а и bц

Снижение pi и Pi при bц = const повышает индикаторный расход топлива bi, а снижение коэфф. избытка воздуха и увеличение догорания топлива на линии расширения способствует росту температуры выпускных газов. Все эти закономерности в полной мере достоверны для двигателей без наддува.

В двигателях с наддувом влияние температуры окружающего воздуха на энерго-экономические параметры сказывается в меньшей степени, т.к. благодаря наличию воздухоохладителя можно сохранить температуру воздуха за компрессором на одном уровне. Однако в тропиках темпера наружного воздуха 35 – 40 гр.С, а в холодильнике темпера выходящего из него воздуха должна быть на 8 – 10 гр.С выше температуры воды. Второй причиной, по которой приходится снижать температуру наддувочного воздуха, является его влажность, достигающая в тропиках 90% и более. При охлаждении влажного воздуха до температуры точки росы, происходит выпадение из него влаги, которая вместе с воздухом попадает в цилиндры, что допустимо при работе на полной нагрузке двигателя. Но на частичных нагрузках, наличие конденсата в воздухе, способствует коррозионному износу втулки и поршневых колец, и особенно при работе на тяжелом топливе с повышенным содержанием серы.

Влагосодержание d = m / m

mп –масса водяного пара

mсв – количество сухого воздуха

Относительная влажность (%)

п -плотность водяного пара во влажном воздухе

max - максимально возможная плотность пара при данном давлении и температуре

Влажный воздух содержит водяной пар, и величина заряда воздуха уменьшается на количество содержащегося в нем пара. Приняв за 100 % количество поступившего в цилиндры сухого воздуха, при относительной влажности 40, 60, 80% наполнение цилиндра составит 96, 94, 92 %. Пропорционально будет падать индикаторная мощность двигателя.

Поскольку изменение внешних условий сопряжено с изменением весового заряда и коэфф. избытка воздуха, то во избежание тепловой перегрузки необходимо уменьшать подачу топлива (Рис.13.2).

Рис. 13.2. Влияние метеорологических условий на работу двигатели