Разложение хладагентов и масел

Гидрофторхлоруглероды (HCFC), вероятно, наиболее опасны в этом отношении. Эти фреоны представляют меньшую экологическую угрозу по сравнению со «старыми» фреонами (CFC), так как легче распадаются в атмосфере. Причина в том, что в их состав входят не только углерод, фтор и хлор, но и водород, необходимый для образования вышеупомянутых кислот, т.е. в молекулах HCFC содержатся атомы водорода, а в молекулах CFС — нет. Соответственно, HCFC легче разлагаются не только в атмосфере, но и внутри холодильных установок. Их распад происходит более активно в присутствии кислорода. Вторым условием для возникновения коррозии является присутствие воды. В отсутствие воды хлористый водород и фто-роводород не очень агрессивны, но в водном растворе это сильнейшие кислоты — соляная и плавиковая.

Третьим условием является высокая температура. В диапазоне температур, характерном для большинства холодильных установок (менее 100°С), опасность невелика, но в присутствии катализаторов разложение ускоряется. Окислы никеля, хрома, молибдена, ванадия и др. могут действовать как катализаторы. Образование этих окислов возможно при сварке или пайке нержавеющей стали. При сварке или пайке труб на стороне хладагента необходимо принимать меры по предотвращению окисления.

Третий источник коррозионных агентов — флюс для пайки, случайно попавший в холодильный контур и своевременно не удаленный. Назначение флюсов — очищать поверхность металлов от окислов, поэтому они являются сильными коррозионными агентами.

Аммиак — особый случай. Синтетические масла на основе сложных эфиров многоатомных спиртов энергично реагируют с аммиаком, а более стабильные минеральные масла и поли-алкиленовые гликоли — нет. В силу термодинамических свойств аммиака его температура на выходе компрессора довольно высока, что вызывает опасность разложения масла. Это может создать трудности со смазкой или загрязнением теплообменников, но не с коррозией. Кислоты, образующиеся при разложении масла, эффективно нейтрализуются аммиаком.

Коррозия

В теплообменниках холодильных установок приходится учитывать, в основном, опасность коррозии на стороне воды, главным образом в конденсаторах, где выше температура и хуже качество воды. Однако возможна также коррозия в испарителях и коррозия на стороне хладагента.

Рекомендации по проектированию

Пример. Усилие сдвига пропорционально перепаду давления, приходящемуся на метр пути потока. В коаксиальном теплообменнике и ППТО перепад давления составляет 0,5 бар при равном расходе воды. Однако в коаксиальном теплообменнике общая длина трубы составляет 6 м, а в ППТО −0,6 м. Следовательно, усилие сдвига в ППТО в 10 раз больше, чем в коаксиальном теплообменнике.

• В ППТО нет мертвых зон, где откладываются загрязнения.
• Высокое качество обработки поверхности пластин предотвращает отложение частиц.
• Медь в паяных теплообменниках создает неблагоприятную среду для микроорганизмов.

Если жидкость загрязнена крупным мусором, его следует отфильтровать до ПТО. Тогда ПТО сможет работать бесконечно, в противном случае он засорится в течение нескольких дней. Невозможно дать общие рекомендации по увеличению поверхности для компенсации загрязнения. С загрязнением в результате образования накипи или роста микроорганизмов можно бороться упомянутыми выше способами. Общие рекомендации по увеличению поверхности для компенсации такого рода загрязнения также дать нельзя.

Рекомендация 1. Обеспечьте как можно больший перепад давления (т.е. усилие сдвига) на стороне воды. Внимание! Если главным источником загрязнения является крупный мусор, сомнительно, стоит ли увеличивать усилие сдвига, повышая расход воды. Чем больше воды пройдет через теплообменник, тем больше в него попадет сора, который может застрять в аппарате. Однако если загрязнение связано с образованием накипи или слизи, увеличение силы сдвига всегда полезно.

Рекомендация 2. В теплообменниках с очень высокой температурой (более 70°С) охлаждаемой среды и (или) очень высокой жесткостью охлаждающей воды (т.е. высокой опасностью образования накипи) создавайте как можно больший перепад давления на стороне охлаждающей воды и снижайте его на стороне охлаждаемой среды. Это снизит температуру стенки со стороны охлаждающей воды и увеличит усилие сдвига, затрудняя отложение накипи.

Рекомендация 3. Обдумайте использование прямотока вместо противотока. В этом случае на участке с максимальной температурой охлаждаемой среды, т.е. на входе, эта среда будет контактировать с наиболее холодной охлаждающей средой. Обычно это обеспечивает более низкую максимальную температуру стенки со стороны охлаждающей воды и автоматически ограничивает ее выходную температуру, см. рис. 03.

Рекомендация 4. Обычно охлаждающая вода подается через нижний патрубок. Именно такую схему следует, по возможности, применять, поскольку в противном случае крупные частицы засоряют каналы.

Рекомендация 5. Иногда целесообразно установить конденсатор горизонтально или почти горизонтально (пластины должны располагаться вертикально). При этом производительность конденсатора не снижается или снижается мало. Однако при таком монтаже песок или другие частицы легче осаждаются в аппарате. Для предотвращения такого загрязнения установите теплообменник в нормальное вертикальное положение или увеличьте перепад давления.

Предотвращение загрязнения и очистка

Промышленные препараты обычно содержат ингибиторы для предотвращения или замедления коррозии и представляют собой смеси различных компонентов, которые действуют на широкий спектр микроорганизмов. Кроме того, они снабжены надлежащими предостережениями, к ним прилагаются инструкции по применению, правила безопасности, иногда, на них даются гарантии.

A. Обычные промышленные моющие средства могут быть использованы для очистки ППТО-конденсаторов. Они эффективно удаляют масло и другую смазку, бактериальную слизь, колонии водорослей и т.д. Как и для испарителей, возможно применение систем безразборной мойки. В экстренных случаях можно применять бытовые моющие средства. Подходящим препаратом является Р3 Т6560 фирмы Хенкель. Чистка с помощью моющих средств больше подходит для замкнутых систем, так как в открытых образование пены может создавать проблемы. Предостережение 1! Некоторые моющие средства содержат аммиак. Их нельзя использовать для обработки медных ППТО.

Б. Стойкие органические отложения, например, жировые или белковые, можно очищать теплым 10% раствором едкого натра. Систему промывают едким натром также после обработки кислотой.

Предостережение 2! Едкий натр растворяет белки. Это относится не только к бактериальным обрастаниям в теплообменнике, но и к вашей коже и, особенно, глазам.

Предостережение 3! Едкий натр вызывает быструю коррозию алюминия. При этой реакции не только разрушается алюминий, но и образуется водород, т.е. возникает опасность взрыва.

B. Накипь лучше всего очищать промышленными препаратами, которые обычно содержат добавки, усиливающие основное действие и (или) предотвращающие коррозию. Например, можно использовать препарат Р3 Т288 фирмы Хенкель. В экстренных случаях можно использовать слабые кислоты, такие как муравьиная, лимонная, уксусная, щавелевая или ортофосфорная. Обычно достаточно 5% водного раствора. После обработки не забудьте тщательно промыть теплообменник чистой водой. Обработка 1 — 2% раствором едкого натра (NaOH) или соды (NaHCO3) перед последней промывкой водой гарантирует нейтрализацию всей кислоты.

Предостережение 4! Концентрированные кислоты очень агрессивны и требуют осторожного обращения. Уксусная кислота, хотя и безвредна в виде уксуса на обеденном столе, вызывает ожог кожи. Автор однажды снял кожу со своей левой руки, как перчатку, после нескольких минут контакта с концентрированной уксусной кислотой.

Предостережение 5! Ни при каких обстоятельствах не используйте сильные неорганические кислоты, такие как соляная, азотная или серная. При определенных условиях соляная кислота может разрушить нержавеющую сталь всего за несколько минут, азотная кислота вызывает коррозию меди и алюминия, но особенно опасна концентрированная серная кислота.

Г. Биологическое загрязнение предотвращается подходящей обработкой охлаждающей воды. Это проще осуществить в контуре оборотной воды, например, от градирни, чем в системах с проточной охлаждающей водой, но иногда обработка проводится и в этих случаях. Очистка воды от биологической активности всегда должна проводиться в сотрудничестве со специалистами. Ниже приводится несколько примеров химических реактивов, применяемых для борьбы с биологическими обрастаниями.

• Хлорфенолы. Эффективны против широкого спектра микроорганизмов, хотя некоторые виды могут оказаться устойчивыми.
• Перманганат калия. Это сильный окислитель, который разрушает все органические вещества, включая микроорганизмы.
• Бихромат или хромат натрия. Применяются главным образом как ингибиторы коррозии, кроме того, являясь окислителями, разрушают микроорганизмы.
• Сульфат меди. Его нельзя использовать, если раствор будет контактировать с оборудованием из низкоуглеродистой стали, так как электролитическое осаждение меди может вызвать сильную коррозию.
• Четвертичные аммиачные соединения. Это органические соединения, в которых один или несколько атомов водорода в молекуле аммиака заменены органической группой. Эти соединения аммиака, как и сам аммиак, могут вызвать коррозию меди. Используйте только патентованные препараты, безопасное применение которых для очистки содержащего медь оборудования гарантируется изготовителем.
• Хлор. Хлор исключительно эффективен против всех видов микроорганизмов, причем устойчивость к хлору не вырабатывается. Он разрушает все органические и некоторые неорганические соединения. Это высокотоксичное вещество, применение которого требует большой осторожности (проконсультируйтесь со специалистом).

Первыми признаками отравления хлором являются боль в груди и затрудненное дыхание. Полезно знать, что вдыхание небольшого количества аммиака (например, из бутылки с нашатырным спиртом) облегчит боль и дыхание. В силу токсичности, использование жидкого хлора ограничено крупными химическими заводами. Более мелкие предприятия используют гипохлорит кальция или натрия. При их растворении этих веществ в воде образуется то же активное соединение хлора, что и при растворении свободного хлора. Наиболее элегантным методом является получение хлора из морской воды, особенно на морских судах. В результате электролиза обычной поваренной соли (NaCl) на одном электроде образуется хлор, а на другом — водород и гидроокись натрия.

Хлор применяется для обработки не только охлаждающей, но и питьевой воды, и воды плавательных бассейнов. В системах обработки охлаждающей воды хлор (или соли хлора) используются для постоянного или периодического хлорирования.

• Постоянное хлорирование. Достаточная концентрация хлора — 0,2…0,3 млн-1. Хлор в такой концентрации не вызывает коррозии нержавеющей стали и меди в медных паяных ПТО.
• Периодическое хлорирование. Периодичность и продолжительность хлорирования определяется из опыта, так как свойства охлаждающей воды сильно зависят от сезона года и от местных условий. Для начала можно принять режим, при котором обработка длится около получаса и повторяется 4.6 раз в день, а концентрация хлора на выходе из теплообменника составляет 1.2 млн-1. Хлор вводится в трубы после теплообменника. Общий расход хлора при периодической обработке меньше, чем при непрерывной, что существенно для защиты окружающей среды. Недостаток периодической обработки состоит в том, что некоторые виды морских животных, например, балянусы, научаются заранее закрывать раковины, делая обработку хлором неэффективной. В таких случаях обработка должна проводиться через неравномерные интервалы времени.
• Предостережение 7! Свободный хлор в комбинации с ионом хлора чрезвычайно агрессивен в отношении всех марок нержавеющей стали и некоторых других высоколегированных сплавов, например, хастеллоя (Hastelloy C). Рекомендации по использованию хлора в системах с теплообменниками из нержавеющей стали приведены далее в этой главе в разделе «Коррозия».
• Озон — О3 — это газ, токсичный в высоких концентрациях, в более низких концентрациях обладающий раздражающим действием. Он обладает запахом, который можно почувствовать вблизи больших электродвигателей или после грозы. Подобно хлору, он активно реагирует с органическими веществами и потому уничтожает все типы микроорганизмов. Устойчивость к озону не вырабатывается.