Лекция №5 Основные свойства хладагентов используемых в современных судовых холодильных машинах. Хладоносители.

На судах рыбопромыслового флота применяются преимущественно: аммиак R717, хладагенты R12 и R22 , R502 и др.

Аммиак. Дешёвый хладагент, обладающий хорошими термодинамическими свойствами - умеренными давлениями и большой удельной объёмной холодопроизводительностью. Аммиак по сравнению с фреоном относительно легко сохранить в системе, так как его утечки относительно невелики и легко обнаруживаются по запаху. Однако в аммиачных машинах надо уплотнять очень тщательно все возможные места утечек, так как этот бесцветный газ, с резким удушливым запахом, очень ядовит. Предельная санитарная норма содержания аммиака в помещении не более 0,02мг/л. При большой концентрации вызывает раздражения дыхательных путей и горла, слезотечение, рези в глазах, кашель. Пребывание человека от 30 мин до 1 ч в помещении с концентрацией паров аммиака 1,5-2,7мг/л приводит к смертельному исходу.

Жидкий аммиак вызывает тяжёлые ожоги кожи, а попадая в глаза, часто приводит к слепоте. Аммиак взрывоопасен в пределах объёмной концентрации 16-25% (гореть начинает при концентрации в воздухе 11%), неагрессивен по отношению к чёрным металлам, но разъедает в присутствии влаги цинк, медь, бронзу и другие медные сплавы (кроме фосфористой бронзы).

Масло в аммиаке растворяется плохо, аммиак в масле – незначительно.

Вода хорошо растворяется в аммиаке, что исключает возможность её замерзания в системе. Однако присутствие влаги в аммиаке как хладагенте нежелательно. В смеси с водой аммиак образует окись аммония (нашатырный спирт), которая разрушает смазку и загрязняет компрессор. Аммиак отрицательно влияет на вкусовые качества продуктов питания.

Температура паров аммиака в конце сжатия около 100˚С, поэтому аммиачные компрессоры всегда охлаждаются водой.

При атмосферном давлении температура кипения (t_кип) -33,35˚С, температура замерзания ( t_{замерз.}) жидкого аммиака -77,8˚С, плотность ρ=0,639 кг/л при 0˚С (легче воздуха).

Аммиак применяют в парокомпрессионных холодильных машинах средней и высокой холодопроизводительности (одноступенчатых, двуступенчатых и многоступенчатых), а также в водоаммичных абсорбционных холодильных машинах. Однако высокая температура в конце сжатия в компрессоре, больше отношения P_к./P₀, повышенные требования по технике безопасности при работе с R717 ограничивают его применение.

Хладон R12- тяжелый бесцветный газ со слабым специфическим запахом (сладковатого эфира), который начинается ощущаться при концентрации более 20%, однако при концентрации в воздухе более 25% у человека, долгое время находящегося в помещении, наступает удушье из-за недостатка кислорода. При попадании жидкого хладона на кожу возможно обморожение, а при попадании в глаза – их повреждение.

Нормальная температура кипения (t_кип) при атмосферном давлении чистого хладагента – 29,8ºС, t_замер – 155ºС, плотность паров ρ = 5,18 кг/м³ ( в 5-6 раз больше плотности аммиака). Большая плотность пара R12 вызывает потери давления в трубопроводах и клапанах компрессоров. Для снижения потерь уменьшают скорость движения хладагента путём увеличения диаметров трубопроводов и площади проходных сечений клапанов. Поэтому размеры хладоновых холодильных машин больше, чем аммиачных ХМ при одинаковой мощности.

Хладон -12 не горюч, в смеси с воздухом не воспламеняется и невзрывоопасен. При tº=400ºC разлагается с образованием ядовитого газа - фосгена с кислым запахом, вызывающего сильное раздражение слизистых оболочек, головную боль, рвоту. Поэтому курить, устанавливать электронагревательные приборы и пользоваться открытым огнём запрещено.

Обезвоженный R12 коррозии металлов не вызывает. Хладон-12 растворяется в масле, уменьшая его вязкость.

Хладагент в воде не растворяется. Нерастворённая вода в хладоновых установках вызывает коррозию и замерзание влаги в дроссельных устройствах. В присутствии влаги образуются кислоты, воздействующие на большинство металлов (ρ_жид =1,39кг/л)

Хладагент R12 очень текуч и легко проникает через малейшие неплотности. Поэтому надо применять специальные уплотнители – маслобензостойкую резину (севанит или паронит). Хотя фреоны инертны к металлам, они способны смывать с металлов окалину, песок, ржавчину приводящие к загрязнению системы, фильтров, попаданию грязи в компрессор, т.е. к нарушению работы установки. В связи с бесцветностью и отсутствием запаха нередки случаи исчезновения почти всего заряда фреона из системы.

Вода почти не растворяется и вызывает коррозию в установке, замерзание влаги в дроссельных устройствах холодильной машины.

Коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации ниже, чем у аммиака.

Пары R12 не влияют на качество пищевых продуктов. Стоимость R12 выше аммиака.

Компрессоры не нуждаются в водяном охлаждении, так как температура паров R12 на выходе не более 60-70ºС

Применяют в одноступенчатых машинах, в верхних каскадах низкотемпературных машинах, в машинах с центробежными компрессорами.

Хладон R22 – этот хладагент сочетает в себе положительные качества аммиака и R12. Хладон R22 имеет хорошие термодинамические и эксплуатационные свойства.

Хладон R22 тяжёлый бесцветный газ; его плотность в 4 раза больше плотности воздуха. При большой концентрации он вытесняет воздух из помещения и вызывает удушье у человека. Плотность жидкого хладагента при 0^оС ρ_жид =1,39кг/л. При атмосферном давлении хладон -22 кипит при температуре t_кип -40^оС, замерзает при t_замер – 160ºС.

Хладон R22 не горит, взрывобезопасен, несколько более ядовит по сравнению с хладоном R12. Разлагается при температуре более 550⁰С со следом фосгена. У Хладона R22 более высокая удельная объёмная холодопроизводительность, что позволяет при прочих равных условиях с R12 увеличивать холодопроизводительность машины на 60%. Удельный расход энергии при этом уменьшится на 6% вследствие меньшей величины дроссель потерь в компрессоре. Теплообменные аппараты (испарители, конденсаторы) в этом случае более компактные в связи с лучшей теплоотдачей при кипении и конденсации.

При высоких температурах он хорошо растворяется в масле, при низких температурах имеет ограниченную растворимость. В воде его растворимость несколько большая, чем R12

R22 очень текуч, нейтрален к металлам, но обладает повышенной способностью к проникновению не только через различного рода неплотности, но и через поры металла.

Жидкий R22 имеет хорошую электропроводность.

Вода растворяется слабо, содержание влаги допускается не более 0,0025%.

Коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации выше, чем у R12 на 25-30%.

Используется в одно- и двухступенчатых холодильных машинах с поршневыми и винтовыми компрессорами, в машинах с центробежными компрессорами большой хладопроизводительности и в малых машинах с герметичными компрессорами.

Однако стоимость R22 более высокая чем R12.

Работа по синтезированию новых веществ позволит в будущем получить хладагент со всеми нужными свойствами.

Хладон R-502 - азеотропная смесь (не меняет свой состав при кипении) состоящая из 48,8% R22 и 51,2% R115. Обладает хорошими термодинамическими характеристиками. Применяется главным образом в низкотемпературных одноступенчатых холодильных машинах t_кип = -45,6 ⁰С, t_кон = +50 ⁰С.

Х олодопроизводительность выше и температура конца сжатия в компрессоре ниже чем у R22. Отношение Рк/Ро при равных температурах кипения и конденсации у хладона R 502 меньше чем R22. Растворимость смазочного масла и воды в хладоне R-502, его коэффициенты теплоотдачи при кипении и конденсации почти такие же, как у хладона -22.

Хладон R502 малотоксичен, инертен к металлам, невзрывоопасен. Недостаток – высокая стоимость.

В настоящее время в холодильных установках рефрижераторов применяют R22, R500, R502, R15В1, в провизионных кладовых R12, в системах кондиционирования – R114, R115, RС318, в эжекторных холодильных машинах - R21, R142. Мировой объём выработки R12, R22, R500, R502 R составляет более 90% общего выпуска хладагентов. Эти хладагенты должны быть заменены, в соответствии с Монреальским Протоколом, альтернативными. Частично эта проблема уже решена.