Трансформаторы_тепла_2013_ЭГиТ Володин

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Классификация рабочих веществ парокомпрессорных ТТ

Внастоящее время на практике применяют порядка 20 хладагентов. Наиболее доступными хладагентами являются вода и воздух.

Вкачестве хладагента широко распространен аммиак (NH3).

Втридцатых годах XX века в качестве хладагентов начали применять фреоны — фторхлорбромпроизводные углеводородов метана, этана, пропана и бутана. Обобщенная химическая

формула фреона

CmHnFpClqBrr,

где m, п, р, q, r — числа атомов химических элементов, входящих в состав данного фреона.

В настоящее время используется термин хладагент. С учетом

международного стандарта его обозначение состоит из наименования и числа: буква R или слово refrigerant (хладагент) составляют наименование, цифры связаны со структурой молекулы хладагента.

86

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Старые хладагенты (аммиак)

По коэффициенту теплоотдачи вода и аммиак, как в однофазном, так и в двухфазном состоянии, далеко опережают все другие среды.

Аммиак, NH3, имеет оптимальные свойства в очень важном температурном диапазоне: от -50 до +10оС.

Аммиак при нормальной температуре является газом. Он легко растворяется в воде, образуя комплексное соединение NH4OH. При температуре выше 450 °С аммиак разлагается на азот и водород.

Аммиак встречается всюду, где есть материал биологического происхождения. Сейчас его производят главным образом синтезом из водорода (полученного из природного газа) и азота в присутствии катализатора.

Безвреден для окружающей среды.

В высокой концентрации он ядовит, но при правильном

обращении он во многих отношениях безопаснее других хладагентов.

87

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Старые и новые хладагенты

Старые хладагенты являются галогенсодержащими углеводородами. Из галогенов в их состав входят, в основном, хлор и фтор, в особых случаях - бром. Так в чем разница между «новыми» и «старыми» хладагентами?

Ø«Старые» хладагенты, в основном, полностью галогенированные соединения, т.е. их молекулы состоят только из углерода и галогенов. По международной классификации они обозначаются CFC (хлор, фтор, углерод) и имеют следующие общие свойства.

•Хорошие растворители, особенно для минеральных масел.

•Не горючи.

•Химически стабильны - достоинство с точки зрения рабочих свойств, но недостаток с точки зрения защиты окружающей среды.

•Наличие хлора обеспечивает хорошие смазывающие свойства, особенно для алюминия.

•Не гигроскопичны.

•Инертны по отношению к наиболее распространенным конструктивным материалам.

•Хлор реагирует с атмосферным озоном, что приводит к истощению озонового слоя.

•Создают парниковый эффект.

88

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Старые и новые хладагенты (2)

ØНеполное замещение атомов водорода галогенами дает гидрохлорфторуглероды, HCFC. По сравнению с CFC их свойства изменяются.

•Уменьшается химическая стабильность, а вместе с ней и потенциал разрушения озона.

•Чем больше водородных атомов в молекуле, тем более горючим является вещество.

ØХладагенты, которые не содержат хлора, а только фтор, т.е. относятся к типу HFC, отличаются по свойствам от HCFC.

•Потенциал разрушения озона равен нулю.

•Меньший парниковый эффект.

•Меньше растворимость минеральных масел.

•Более плохие смазывающие свойства.

•Многие из них гигроскопичны.

•Требуют применения специальных масел, которые приносят с собой новые проблемы.

89

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Старые и новые хладагенты (3)

ØЕсли убрать еще и атом фтора, получаем обычные углеводороды НС, которые являются действительно старыми хладагентами и обладают следующими свойствами.

•Не создают парникового эффекта и не разрушают озон атмосферы.

•Огнеопасны.

•Хорошо растворяют минеральные масла.

•Не гигроскопичны.

90

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Старые и новые хладагенты (4)

ØНа примере пары R134а - R12 можно показать, что происходит, когда хладагент типа CFC заменяется на хладагент типа HFC.

•В хладагенте R134a растворяется в 10 раз больше азота, чем в R12. Если R134а находится в контакте с воздухом, он может содержать азот, который создаст проблемы в конденсаторе.

•R134a более гигроскопичен, чем R12. R134a в комбинации с водой ведет к электрохимической микрокоррозии меди. Сухой R134a не является коррозионным агентом.

•Молекула R134a меньше молекулы R12, поэтому фильтры- осушители (молекулярные сита), предназначенные для R12, могут не осушать R134a.

•Если при переводе системы с хладагента R12 на 134а в ней осталось немного R12, эти два хладагента образуют азеотропную смесь высокого давления, которая создает опасность повреждения холодильной установки.

91

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Теплообменные аппараты и новые хладагенты

Загрязнение

Существует опасность загрязнения испарителя со стороны хладагента, скорее всего, смолистыми веществами и продуктами механического износа компрессора.

Загрязнение такого типа развивается медленно. Однако

загрязнение представляет большую опасность для компрессора и устройств управления, чем для теплообменников.

Неконденсирующиеся газы

Если производительность конденсаторов постепенно ухудшается,

причиной может быть присутствие в них неконденсирующихся газов. При термическом разложении синтетических масел образуются водород и углекислый газ. Некоторые хладагенты и масла растворяют воздух. Систематический выпуск неконденсирующихся газов помогает решить эту проблему.

92

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Теплообменные аппараты и новые хладагенты (2)

Кривая упругости пара

В холодильных установках температура часто определяется косвенно, т.е.

измеряется давление и преобразуется в температуру по кривой упругости пара, как это делается в манометрах или в ТРВ. Такой метод не подходит для управления работой теплообменников.

Существуют ситуации, в которых регулятор давления или ТРВ работают с ошибкой:

•Прямая замена старого хладагента новым.

•Неисправность приборов.

•Неопределенность физических свойств.

•Изменение состава.

•Изменение температуры.

Давление пара фактически применяющегося хладагента отличается от того, на которое рассчитана система управления.

Температурный глайд - хладагент не имеет постоянной температуры кипения или испарения, фазовый переход происходит в некотором температурном диапазоне.

93

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Смеси хладагентов

Азеотропы жидкие смеси , характеризующиеся равенством составов равновесных жидкой и паровой фаз. При их перегонке образуется конденсат того же состава, что и исходный раствор; поэтому азеотропные смеси называют также нераздельнокипящими. Наличие

азеотропных смесей существенно затрудняет разделение жидких смесей и требует применения специальных методов ректификации. Эти хладагенты не обладают измеряемым глайдом, вследствие чего фракционирование, как правило, не представляет угрозы.

Смесь двух компонентов азеотропа, взятых в ином - не азеотропном - соотношении, ведет себя подобно смеси двух жидкостей - азеотропа и чистого компонента.

Зеотропы являются смесевыми хладагентами, обладающими глайдом, могут делиться на фракции.

Температурный глайд - хладагент не имеет постоянной температуры кипения или испарения, фазовый переход происходит в некотором температурном диапазоне.

94

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Испарение двух смешиваемых жидкостей

95

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Испарение двух смешиваемых жидкостей

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Свойства рабочих веществ теплоиспользующих ТТ

В качестве рабочих веществ абсорбционных трансформаторов тепла (АТТ) используются растворы, состоящие, как правило, из двух компонентов.

Компоненты растворов имеют разные температуры кипения. Низкокипящий компонент является хладагентом, высококипящий компонент — абсорбентом (поглотителем). В реальных условиях функционирования

АТТ абсорбентом является раствор хладагента в высококипящем компоненте большой концентрации по высококипящему компоненту. Разности температур

кипения хладагента и абсорбента должны быть как можно большими. Тогда высококипящий компонент будет

практически нелетучим и при кипении из раствора будет выпариваться только хладагент.

97

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Требования к свойствам рабочих тел АТТ

Реальные циклы в некоторых отношениях отличаются от описанного выше,

так как пары хладагента и растворителя специально подбираются с сильным взаимным сродством. Требования к свойствам рабочих тел таковы:

1)сильное сродство для получения больших изменений концентраций в растворах;

2)высокое значение летучести для повышения КПД генератора;

3)умеренное рабочее давление, определяющее давление паров хладагента;

4)химическая стабильность для предотвращения разложения в генераторе.

Абсорбционный цикл широко применяется с двумя парами хладагент – растворитель: аммиак – вода и вода – бромистый литий .

98

Рабочие вещества трансформаторы тепла

Свойства рабочих веществ теплоиспользующих ТТ

Состояние раствора характеризуется его составом. Массовая доля

компонента

Полное давление насыщенного пара

р = р1 + р2.

99

2. Оборудование

трансформаторов тепла

Оборудование трансформаторов тепла

Реальный парокомпрессорный трансформатор тепла (1)

6 — испаритель; 7 — термобаллон; 8 — реле давления; 9 — компрессор; 10 — реле высокого давления; 11 — конденсатор; 15 — ТРВ; 16 — смотровой глазок;

17 — соленоидный вентиль; 18 — фильтр-осушитель; 19 — ресивер

3

Оборудование трансформаторов тепла

Промышленная холодильная установка

Оборудование трансформаторов тепла

Реальный парокомпрессорный трансформатор тепла (2)