3 Вопрос
Хладагенты должны удовлетворять определенным требованиям:
иметь хорошие термодинамические свойства;
обладать малыми вязкостью и плотностью для снижения сопротивления движению и уменьшения потерь давления в системе, низкой температурой замерзания, хорошо растворяться в воде;
быть химически инертными к конструкционным материалам, негорючими и невзрывоопасными, неядовитыми, дешевыми, недефицитными.
Известно более 300 хладагентов, наиболее распространенными хладагентами являются аммиак, хладон-12, фреон-22.
Аммиак (NH3) по термодинамическим качествам – один из лучших холодильных агентов. Дешевый и доступный хладагент, не действует на черные металлы и алюминий, но в присутствии влаги разрушает цинк, медь и ее сплавы, за исключением фосфористой бронзы. Утечки аммиака через неплотности легко обнаруживаются по резкому запаху. Основной недостаток аммиака – его токсичность. При содержании его в воздухе свыше 1 % возможно отравление, а при концентрации 16–29 % по объему возможен взрыв при соприкосновении с открытым огнем. Из-за токсичности и взрывоопасности аммиак применяют только в средних и крупных стационарных холодильных установках, а также в 23- и 21-вагонных рефрижераторных поездах и в 12-вагонных секциях. Он полностью вытеснен хладоном-12 из области машин малой производительности и постепенно вытесняется фреонами и из области установок средней и крупной производительности.
Фреоны представляют собой хлорфторзамещенные углеводороды. Исходными углеводородами для получения основных фреонов служат метан (CH4) и этан (C2H6). Свойства фреонов зависят от соотношения в них атомов фтора, хлора и водорода. В нашей стране фреоны обозначают буквой Ф с индексом, за исключением фреона-12 (Ф12), который начиная с 1973 года называется хладоном-12. Система нумерации фреонов следующая: первая цифра справа равна числу атомов фтора в молекуле; вторая – на единицу больше числа атомов водорода; третья – на единицу меньше числа атомов углерода (если она нуль, то опускается).
Хладон-12 (CF2Cl2) – негорючий, невзрывоопасный, бесцветный газ со слабым сладковатым запахом, ощутимым лишь при концентрации его в воздухе более 20 %. Он безвреден, и лишь при содержании его в воздухе более 30 % по объему возможно удушье из-за недостатка кислорода. Температура кипения его при атмосферном давлении равна –29,8 °С, замерзания –155 °С. Хладон-12 при отсутствии влаги нейтрален ко всем металлам, но растворяет обыкновенную резину, поэтому в хладоновых установках применяют специальные ее сорта. Давление конденсации хладона-12 при одинаковых температурах меньше, чем аммиака. Он хорошо растворяется в масле. По многим термодинамическим свойствам хладон-12 уступает аммиаку: объемная холодопроизводительность его меньше в 1,6 раза, а коэффициент теплоотдачи значительно ниже, поэтому размеры хладоновых установок больше, чем аммиачных. Плотность его паров в 5–6 раз больше, поэтому для уменьшения потерь давления при циркуляции увеличивают диаметр трубопроводов и проходные сечения клапанов компрессоров. Растворимость воды в нем ничтожна (всего 0,003% по массе при температуре –20 °С), и для исключения возможности образования ледяных пробок в регулирующих вентилях в схему установки включают фильтры-осушители. Хладон-12 обладает высокой текучестью и проницаемостью даже через поры обыкновенного чугуна, что предъявляет повышенные требования к уплотнениям и металлам в хладоновых установках. При температуре свыше 400 °С он разлагается с выделением отравляющего вещества фосгена. Стоимость хладона выше, чем аммиака. Обладая многими положительными качествами (безвредностью, безопасностью, низким давлением конденсации, сравнительно малым расходом энергии на единицу вырабатываемого холода и легкостью автоматизации), хладон-12 широко применяется в установках малой и средней производительности. На транспорте он используется в холодильных машинах 5-вагонной секции и АРВ, рефрижераторных контейнерах, пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха.
Фреон-22 (CHF2Cl) по термодинамическим свойствам (рабочее давление, объемная холодопроизводительность) близок к аммиаку, а по физиологическим – к хладону-12. Температура кипения его при атмосферном давлении равна –40,8 °С, замерзания –160 °С. Слабо, но в 8 раз больше, чем хладон-12, растворяет воду. Фреон-22 негорюч, невзрывоопасен, текуч, нейтрален, но дороже и более ядовит, чем хладон-12. Используется в установках кондиционирования воздуха, низкотемпературных машинах. Применение его на РПС сдерживается из-за высоких давлений конденсации при высоких температурах наружного воздуха.
Из других фреонов в стационарных холодильных установках наибольшее распространение получили Ф11, Ф13, Ф142, а также смеси фреонов для низкотемпературных холодильных машин.
В последнее время сложилось мнение, что фреоны оказывают отрицательное воздействие на состояние окружающей среды, в частности, видится их причастность в образовании ≪озоновых дыр≫ в атмосфере нашей планеты. Поэтому сегодня ведутся поиски других хладагентов.
Хранят и транспортируют холодильные агенты в основном в стальных герметических закрывающихся баллонах емкостью от 5 до 100 кг, снабженных вентилями и предохранительными колпаками. Баллоны подвергаются пробному гидравлическому давлению. На баллонах ставится клеймо, содержащее порядковый номер, массу тары в килограммах, год изготовления, рабочее давление в атмосферах, а также химическую формулу хладагента.
Баллоны для аммиака окрашивают в желтый цвет с черной надписью ≪аммиак≫, углекислотные баллоны – в черный цвет с белой надписью ≪углекислота≫, фреоновые в серебристый цвет с черной надписью ≪хладон12≫, ≪фреон-22≫.
Баллоны с холодильными агентами хранятся в помещениях, изолированных от охлаждаемых камер, жилых помещений, желательно в подземных подвалах. Наличие баллонов с хладагентами не должно превышать трехмесячную потребность. Перевозят баллоны с холодильными агентами по железной дороге как в неупакованном, так и в упакованном виде. Перевозка аммиака в жидком виде разрешена лишь в специализированных аммиачных цистернах.
Холодоносителями (или теплоносителями) называют вещества, предназначенные для отвода тепла от охлаждаемого объекта и передачи его хладагенту в испарителе холодильной машины. Они должны обладать низкой температурой замерзания, высокой теплоемкостью, малой вязкостью, а также быть безвредными и нейтральными к конструкционным материалам. К холодоносителям относят водные растворы солей (рассолы), воду, этиленгликоль. Применение холодоносителей рекомендуется при значительном удалении холодильных установок от места потребления холода, чтобы избавиться от перерасхода хладагента, а следовательно, и от утечки и падения давления в системах, а также в случаях, когда желательно, чтобы в охлаждаемых помещениях не было труб и батарей, заполненных токсичным и взрывоопасным холодильным агентом. Рассольная система охлаждения на транспорте применяется в 23-и в 21-вагонных рефрижераторных поездах и 12-вагонных секциях. Водный раствор хлористого кальция охлаждается в испарителях холодильных машин, находящихся в вагоне – машинном отделении, и подается насосами по магистральным рассолопроводам и межвагонным соединениям в рассольные батареи грузовых вагонов для охлаждения воздуха и груза. Основной недостаток такой системы – интенсивная коррозия труб и повышенный расход энергии. Для увеличения срока службы труб к рассолу добавляют ингибиторы, ослабляющие разъедающее действие рассола на металл.
Более экономична и долговечна непосредственная система охлаждения, когда испаритель (воздухоохладитель) находится непосредственно в грузовом помещении вагона или камеры. Такая система применяется в 5-вагонных секциях и АРВ.