Требования к фреоновым системам охлаждения

Из указанных свойств фреонов вытекают основные требования, предъявляемые к фреоновым охлаждающим системам: обеспечение герметичности, предотвращение попадания влаги в установку, непрерывная циркуляция маслофреоновой смеси и возврат масла из испарителя в компрессор.

Герметичность установки достигается применением прокладок из маслостойкой резины или паронита, а также специальных соединений трубопроводов с аппаратами с помощью специальных штуцеров.

Чтобы предотвратить попадание влаги в систему, заводы-изготовители выпускают машины и аппараты заполненными инертным газом. В период пуска систем в эксплуатацию их осушают, продувая инертными газами, и вакуумируют перед подачей хладагента. В период эксплуатации циркулирующий хладагент непрерывно осушается в специальных фильтрах-осушителях.

Непрерывная циркуляция маслофреоновой смеси и возврат масла в картер холодильной машины достигаются применением испарителей специальной конструкции, созданием условий, способствующих уменьшению растворения фреона в масле в картере компрессора.

При верхней подаче облегчается возврат масла в компрессор и требуется меньшее количество фреона для заправки холодильной установки, отсутствует вредное влияние гидростатического столба жидкости на теплопередачу, фреон и масло движутся в одном направлении сверху вниз, что способствует лучшей циркуляции масла в системе.

При нижней подаче фреона в испарители выше коэффициент теплопередачи и лучше распределение фреона между параллельно работающими секциями. Поэтому ее чаще всего применяют в крупных разветвленных насосно-циркуляционных охлаждающих системах. Для возврата масла на трубопроводах отсоса пара устраивают петли для гидравлического затвора, в которых собирается транспортируемое паром масло. Для уменьшения вредного влияния гидростатического столба жидкости охлаждающие приборы выполняют из параллельных горизонтально расположенных змеевиков со слегка приподнятыми выходными концами, объединенных коллекторами.

При комбинированной подаче фреон движется через последовательно соединенные змеевики сначала снизу вверх, а затем (в последних секциях) — сверху вниз. Коэффициент теплопередачи при комбинированной подаче несколько выше, чем при верхней, однако такие испарители имеют повышенное гидравлическое сопротивление. Поэтому комбинированный способ подачи фреона применяют лишь в некоторых испарителях, работающих при высоких температурах кипения; возврат масла из таких систем осуществляется легче, чем при нижней подаче хладагента.

Основные сведения о фреонах

Отличительными особенностями фреонов являются малая токсичность, негорючесть, взрывобезопасность, достаточно высокая термостойкость и химическая инертность. Все перечисленные выше качества обеспечивают надежную и безопасную эксплуатацию холодильних установок. Однако следует помнить, что в присутствии открытого пламени и при соприкосновении с горячими поверхностями (с температурой выше 550°С) фреоны разлагаются с образованием хлористого и фтористого водорода, которые вызывают сильное раздражение слизистых оболочек. В продуктах разложения присутствуют также следы ядовитого газа — фосгена.

Наиболее широко в качестве хладагентов применяют R12 и R22. В одноступенчатых установках, работающих при температурах кипения —25°С и выше, используют в основном R12. Применение R12 наиболее эффективно в установках, работающих при высоких температурах конденсации.

Объемные холодопроизводительности R22 и аммиака близки, однако при снижении температуры кипения до —70°С у R22 становится в 1,5 раза выше, чем у аммиака. Поэтому R22 широко применяют в низкотемпературных холодильных установках: в одноступенчатых (до температур —40°С), в двухступенчатых (до —70°С), а также в верхних ветвях каскадных установок.

Жидкий R22 в отличие от R12 хорошо проводит электрический ток, снижает электрическое сопротивление изоляции обмоток встроенных электродвигателей герметичных и бессальниковых компрессоров и насосов, а в случае попадания на проходные контакты может вызвать короткое замыкание. По этой причине при проектировании герметичных компрессоров и насосов, работающих на R22 к изоляциям обмоток электродвигателей предъявляют повышенные требования.

Весьма перспективным хладагентом является R502, представляющий собой азеотропную смесь R22(48,8% массы) и R115(51,2% массы). Он имеет существенные преимущества перед R22: более низкую температуру конца адиабатного сжатия, меньшее отношение давлений при заданных температурах конденсации и кипения хладагента, наиболее высокие значения объемной холодопроизводительности в широком интервале температур кипения, возможность получения температур до —40°С при нормальном давлении в картере компрессора. Эти достоинства R502 позволяют создавать простые, компактные и надежные в эксплуатации одноступенчатые низкотемпературные холодильные установки.

В нижних ветвях каскадных холодильных установок при температурах кипения от —70 до —90°С широко используют R13, R14, R23. В последние годы R13 начинает вытесняться R23, у которого по сравнению с R13 при температурах от —50 до —100°С меньше вязкость и значительно выше коэффициенты теплоотдачи, что позволяет уменьшить размеры теплообменных аппаратов.

Для получения низких температур в установках умеренного голода (—90°С — 140°С) применяют R14. Он имеет весьма низкую критическую температуру (—45,5°С) и поэтому обычно является рабочим веществом нижних ветвей трехкаскадных установок. Бромированный фреон R13 может быть использован в качестве хладагента для создания низких температур кипения (до —60°С) в одноступенчатых холодильных установках с охлаждением конденсаторов водой.

Фреоны, являясь хорошими растворителями, легко смывают с внутренних поверхностей холодильного оборудования и трубопроводов различные загрязнения, окалину.

Для предотвращения загрязнений системы компрессоры, аппараты и холодильные агрегаты подвергают тщательной очистке на заводах-изготовителях, стальные трубы пассивируют. Машины, аппараты и трубопроводы промывают хорошим растворителем, например авиационным бензином, закрывают заглушками, которые снимают непосредственно перед присоединением аппаратов к другим элементам холодильной установки.

Все фреоновые установки имеют фильтры для тонкой очистки хладагента в процессе эксплуатации от случайных загрязнений, продуктов распада масла и др. Обычно фильтры устанавливают на жидкостной линии после конденсатора, перед приборами автоматики, а в некоторых случаях и на всасывающих трубопроводах, например перед винтовыми компрессорами.

Системы оттаивания снеговой шубы

Оседая на трубах, иней ухудшает теплопередачу и циркуляцию воздуха. Особенно это заметно при использовании двухрядных, пучковых и ребристых батарей и воздухоохладителей. На холодильниках снеговую шубу с батарей периодически удаляют механическим способом или методом оттаивания ее горячими парами аммиака. Последний способ получил наибольшее распространение. Механический способ является более трудоемким, особенно при наличии уплотненного инея, который образуется, когда тепловая нагрузка в камерах отводится при температурах, близких к 0°С.

Метод оттаивания заключается в следующем. Предварительно из оттаиваемой батареи удаляют жидкий аммиак. Горячие аммиачные пары после маслоотделителя по специальному трубопроводу направляют в батарею. Соприкасаясь с холодной стенкой батареи, горячие пары нагревают ее и конденсируются. Постепенно внутри батареи накапливается конденсат, а на наружной поверхности ее начинает плавиться слой инея, который затем легко удаляется.

Наибольшее распространение получила схема оттаивания с дренажным ресивером. Ресивер располагают в нижней части системы. Объем его должен быть достаточным для приема всего жидкого аммиака, сливаемого из пристенных и потолочных батарей камеры, одновременно включаемых для оттаивания. Исходя из условий техники безопасности, объем ресивера обычно увеличивают на 15—20%. Снеговую шубу удаляют следующим образом. Перекрывают вентили питания батарей жидким аммиаком. Убедившись по мерному стеклу, что в ресивере нет жидкого аммиака, понижают в нем давление до давления всасывания. Для этого ресивер присоединяют к линии отсоса паров из батарей на пути к отделителю жидкости. Далее закрывают вентиль отсоса паров аммиака из оттаиваемых батарей и открывают вентиль на сливной линии. После этого жидкий аммиак самотеком поступает в ресивер. В целях безопасности ресивер заполняют жидким аммиаком не более чем на 80% объема. При необходимости ресивер можно отключать от батарей и дополнительно удалять из него жидкий аммиак.

После выпуска из батарей всей жидкости вентиль на сливной линии перекрывают и затем открывают вентиль на трубопроводе подачи горячих паров аммиака в батареи и не закрывают до тех пор, пока не закончится оттаивание батареи, при этом давление горячих паров не должно превышать 6000 Па. После этого линию горячих паров отключают от батарей и нагнетательного трубопровода. Затем открывают вентиль отсоса паров из батарей.

Оттаивание батарей горячими парами аммиака затруднено в холодные месяцы года, когда давление конденсации снижается. В этот период времени процесс оттаивания можно ускорить, если искусственно повысить давление конденсации, включая часть секции конденсатора или переключая холодильную установку полностью на конденсацию паров в батареях, подлежащих оттаиванию. При этом надо избегать повышения давления на нагнетательной стороне компрессора, которое быстро возрастает после удаления снеговой шубы. В этом случае необходимо к конденсатору немедленно подключить компрессор. При оттаивании батарей с отключенным конденсатором необходимо, чтобы поверхность этих батарей была достаточна для конденсации пара, поступающего от работающего компрессора.

Прямоточные системы

Для охлаждающих систем, где используются пристенные гладкотрубные батареи, имеющие много труб по высоте, применяют верхнюю подачу жидкого хладагента. Поэтому в насосных системах применяют длинношланговые одно-и двухрядные змеевиковые батареи, эффективность теплопередачи которых одинакова как при верхней, так и при нижней раздаче жидкого хладагента. Выбор длинных шлангов для батарей объясняется тем, что в них формируются снарядные режимы течения парожидкостной смеси. Выбор способа подачи жидкости в батареи такой конструкции определяется в основном эксплуатационными характеристиками, условиями слива хладагента, производительностью насоса и количеством вводов жидкости на объекте. Применение длинношланговых змеевиковых батарей позволило упростить схемы установок и отказаться от сложных и малонадежных устройств для распределения жидкого хладагента по многочисленным параллельным и коротким шлангам батарей.

В современных системах в целях безопасности эксплуатации холодильных машин стали применять вертикальные или наклонные циркуляционные ресиверы большой вместимости. Кратность циркуляции зависит от выбранного способа раздачи хладагента по батареям. Для схем с верхней подачей хладагента она в 1,5—2 раза больше, чем с нижней.

Основная трудность в процессе эксплуатации систем с параллельной раздачей жидкости по потребителям от насоса заключается в равномерном распределении жидкости по охлаждаемым объектам. Поэтому в них для этих целей устанавливают регулирующие вентили либо дозирующие диафрагмы. Они, одновременно с дозировкой жидкости, устраняют влияние избыточного давления, создаваемого насосом, на температуру кипения хладагента в батареях.

Основные недостатки системы с верхней подачей жидкости: трудность распределения жидкости по большому количеству параллельных шлангов, увеличение массового расхода жидкости, большая вместимость циркуляционных ресиверов (они должны быть рассчитаны на прием всего жидкого аммиака каждой системы), повышенные требования в соблюдении уклонов трубопроводов раздачи хладагента по системе и недопустимость отклонения шлангов батарей от горизонтали больше чем на 0,3 диаметра трубы по их длине.