Атомная энергеик

Фреон-22 – дифтормонохлорметан находит распространение в установках с температурами кипения -60 – 80 С, в которых применение аммиака невозможно. Он наиболее перспективен и как заменитель аммиака в зоне температур от 0 до -60 С, потому что по своим термодинамическим свойствам не уступает аммиаку.

Этилен применяется в качестве хладагента в турбокомпрессорных агрегатах для получения температур до -100 С. Температура конденсации этилена при атмосферном давлении – 103,6 С. Температура замерзания – 169 С. В воде этилен почти не растворим. Горюч, с воздухом образует взрывоопасные смеси. Этилен является сырьем для получения многих химических продуктов: полиэтилена, дихлорэтана, этилового спирта, поэтому его применяют в виде хладагента, как правило, там, где он вырабатывается.

Пропан получается из попутных газов, выделяемых при добыче нефти. В отличие от этилена, являющегося непредельным углеводородом, склонным к полимеризации, пропан плохо вступает в химические реакции. Применяется в качестве хладагента в установках по получению этилена и пропилена, на заводах синтетического каучука и др. В связи с большей, чем у этилена, транспортабельностью может применяться как хладагент в любых местах.

Применяется в турбоагрегатах для достижения температур до -50 С.

В табл. 1 Приложения приведены некоторые свойства важнейших холодильных агентов, в табл. 2 – давление насыщенных паров аммиака, фреона-12, фреона-22 и фреона-142 при различных температурах, в табл. 3 – объемная холодопроизводительность аммиака и фреона-12.

 

2.3 Промежуточные хладоносители

 

В холодильной технике промежуточные хладоносители применяют в случаях, когда охлаждение непосредственным испарением хладагента по различным причинам нежелательно.

Хладоносители должны иметь низкую температуру замерзания, малые вязкость и плотность, высокую теплоемкость, быть недорогими, безвредными и безопасными, не коррозировать металлы. Почти всем этим требованиям удовлетворяет вода.

Охлажденная вода в огромных количествах применяется на многих промышленных предприятиях. В зимний период машины, предназначенные для охлаждения воды, останавливают, а в систему подают прямоточную холодную воду. Однако высокая температура замерзания ограничивает область ее применения.

Наибольшее распространение в качестве хладоносителей получили растворы хлористого натрия и хлористого кальция, называемые рассолами. Недостатком рассолов является их коррозионное воздействие на металлы, которое резко усиливается при контакте рассола с воздухом.

Для уменьшения насыщения рассолов воздухом применяют закрытые системы рассольного охлаждения, а для ослабления коррозии в рассолы добавляют вещества, замедляющие процесс коррозии.

Свойства рассолов приведены в табл. 4 Приложения.

Плотность растворов определяется ареометром или взвешиванием одного литра раствора.

В зоне температур до -15 С применяют раствор хлористого натрия, до -45 С – хлористого кальция.

Для низких температур используют также водный раствор этиленгликоля (антифриз).

Этиленгликоль – бесцветная жидкость, не обладающая запахом. Температуры замерзания ее водных растворов указаны в табл. 5 Приложения.

Антикоррозионной добавкой при применении этиленгликоля служит триэтаноламинфосфат.

Благодаря низкой температуре замерзания (-96 С) и низкой вязкости широкое распространение в последнее время в качестве хладоносителя получил метиленхлорид, или как его называют в холодильной технике – фреон-30. Эксплуатация его в ряде заводов показала, что при тщательной осушке системы он является эффективным низкотемпературным хладоносителем. При его применении сальники насосов должны быть изготовлены из специальных материалов.

Кроме того, в качестве хладоносителей применяют этиловый спирт, толуол и другие органические вещества с низкой температурой замерзания.

 

3. Холодильные машины и  агрегаты

 

3.1 Типы холодильных машин, системы охлаждения

 

Типы холодильных машин. Холодильные машины по принципу получения холода делятся на две группы: работа одной из них связана с затратой механической энергии, другой – с затратой тепла.

К первой группе относятся наиболее распространенные в современной технике компрессионные холодильные машины, ко второй – абсорбционные и пароэжекторные.

Принцип работы компрессионных машин основан на сжатии хладагентов компрессором для их конденсации, в абсорбционных машинах хладагенты поглощаются особыми веществами – абсорбентами с последующим их выпариванием при более высоком давлении, соответствующем давлению конденсации.

В пароэжекторной водяной холодильной машине испарение воды происходит при низком давлении, создаваемом струйным аппаратом – паровым эжектором.

Для получения холода применяют также газовые холодильные машины, роль хладагента в которых выполняет воздух. Такие машины входят в состав установок по получению азота, кислорода и аргона из воздуха.

Холодильной установкой называется объединение холодильной машины с другими элементами, осуществляющими процессы распределения и потребления холода.

Для получения холода иногда используются машины с незамкнутым циклом, т.е. без возврата испарившегося хладагента, например, установки для получения твердой углекислоты.

Наиболее эффективный способ непрерывного охлаждения связан с процессами кипения жидкого хладагента и его последующей конденсацией в паровых холодильных машинах.

Системы охлаждения. А зависимости от условий использования холода, температурного уровня, конструктивных возможностей и назначения аппаратов, потребляющих холод, а также от требований техники безопасности, применяют систему охлаждения: с промежуточным хладоносителем или непосредственного испарения.

В системе с промежуточным хладоносителем вода, раствор солей или жидкость с низкой температурой замерзания охлаждается в испарителе холодильной машины и по трубопроводам циркуляционным насосам подаются к местам потребления холода.

Такие системы используют при передаче холода на значительные расстояния, при разветвленной сети, а также в случаях, когда контакт хладагента с охлаждаемой средой опасен.

В системе с промежуточным хладоносителем процесс теплопередачи происходит дважды: от охлаждаемой среды к хладоносителю и от него в испарителе – к хладагенту, поэтому холодильная установка должна работать с более низкой температурой, чем в системе без промежуточного хладоносителя. Лишь при этом условии будет достигнут необходимый температурный перепад между охлаждаемой средой и хладоносителем.

На циркуляцию хладоносителя, помимо этого, затрачивается энергия, расходуемая насосом.

Все это увеличивает вес и стоимость оборудования холодильной установки, вызывает необходимость изготовления и монтажа оборудования для приготовления, хранения, охлаждения и циркуляции хладоносителя.

В системах непосредственного испарения холодильный агент кипит в аппаратах, потребляющих холод. Эти системы применяются в холодильных установках всех диапазонов, особенно при низких температурах охлаждения, когда выбор хладоносителя затруднен. В этих установках тепло сразу передается от охлаждаемой среды к хладагенту. Отпадает необходимость поддержания двойного температурного перепада. Становятся излишними громоздкие системы приготовления и циркуляции хладоносителя. Установки непосредственного испарения экономичнее систем с хладоносителем, однако им также присущи недостатки:

- отсутствие способности  аккумулировать холод;

- усложнение конструкции  аппаратов потребителей холода;

- необходимость разводки  большого количества хладагента, зачастую более взрывоопасного  и токсичного, чем хладоноситель, большая опасность его утечки в помещения, где находятся потребители холода;

- трудность регулирования  подачи хладагента к потребителям  с колеблющимся притоком тепла.

Кроме того, системы непосредственного испарения нецелесообразно применять при подаче холода из крупных холодильных установок на большие расстояния; при заполнении разветвленных систем дорогостоящими хладагентами; при большом влиянии давления столба жидкого хладагента на температуру его кипения; в установках кондиционирования воздуха при использовании токсичных хладагентов.

По мере усовершенствования способов автоматического регулирования подачи хладагента, оснащения промышленности машинами, защищенными от гидравлических ударов, и перехода на безопасные хладагенты, системы непосредственного испарения, как более экономичные, будут вытеснять системы с промежуточным хладоносителем.

В установках кондиционирования воздуха на мясо- и рыбохолодильниках пользуются системой воздушного охлаждения. Здесь воздух, подаваемый в помещения, предварительно охлаждается в специальных аппаратах – воздухоохладителях, т.е. он по существу является промежуточным хладоносителем.

Тепловой насос. В любой холодильной машине при затрате подведенной извне работы тепло передается от холодного испарителя к теплому конденсатору.

Подбирая хладагенты, имеющие высокие температуры конденсации, или уменьшая подачу воды на конденсатор, можно получить такую температуру охлаждающей воды после конденсатора, которая позволит использовать ее для отопления зданий, горячего водоснабжения и т.д. Такая машина будет работать в режиме теплового насоса, т.е. будет передавать тепло от холодного испарителя к горячему теплоносителю.

Тепловые насосы могут использоваться для установок сезонного отопления и охлаждения зданий. В качестве хладагента применяются фреон-12, фреон-142 и фреон-11.

Комбинированное производство тепла и холода позволяет использовать одни и те же установки для конденсирования воздуха – летом и для отопления помещений с подачей тепла или холода на кондиционеры – зимой.

Тепловые насосы позволяют использовать тепло низкого потенциала, применение которого для других целей практически невозможно.

Вода с температурой 30-40 С, нагретая за счет снятия тепла в химических или металлургических производствах, подается на конденсаторы холодильной установки, работающей в режиме теплового насоса, где нагревается до температуры 60-70 С и используется для горячего водоснабжения.

 

3.2 Холодильные агрегаты

 

Для упрощения монтажа и эксплуатации отдельные элементы холодильных машин: компрессоры, конденсаторы, испарители, вспомогательная аппаратура, щиты управления конструктивно объединяют и выпускают в виде готовых агрегатов на общей раме или связанных опорах.

В состав агрегата может войти вся холодильная машина или часть ее элементов.

Холодильные агрегаты, как правило, компактны, отличаются наименьшей протяженностью трубопроводов, удобны в эксплуатации.

При агрегатировании холодильных машин наиболее сложные и ответственные операции – сборку компрессора с электродвигателем, герметизацию и осушку системы, установку приборов автоматики осуществляют в специально оборудованных сборочных цехах, укомплектованных высококвалифицированным персоналом и современными средствами технического контроля.

Элементы холодильных машин объединяют в агрегаты в различных сочетаниях:

- компрессорные агрегаты, состоящие из компрессора и  двигателя, смонтированных на общей раме. Такие агрегаты применяются как в стационарных холодильных установках, так и в транспортных, где трудно обеспечить необходимую жесткость фундамента под компрессор и двигатель;

- компрессорно-конденсаторные  агрегаты, которые включают компрессор  с соответствующей арматурой, двигатель, конденсатор, а также часть вспомогательных  аппаратов (маслоотделитель) и щит  управления с набором контрольно-измерительных  приборов;

- испарительно-регулирующие  агрегаты, применяемые обычно во  фреоновых холодильных машинах, собирают на общей раме из испарителя, ресивера, теплообменника и регулирующей станции с соответствующими вентилями и контрольно-измерительными приборами. Такие агрегаты в соединении с компрессорно-конденсаторным агрегатом образуют холодильную машину;

- испарительно-конденсаторные  агрегаты, в которых горизонтальные  кожухотрубные испарители и конденсаторы располагают на общей раме, один над другим. На той же раме монтируют теплообменник, фильтр, запорную арматуру и щит для приборов автоматики.

Испарительно-конденсаторные агрегаты крупных турбохолодильных машин дополняют еще и промежуточным баком, в котором осуществляется процесс дросселирования хладагента.

Аппаратные агрегаты могут состоять и из других элементов: конденсатора с ресивером и т.д.

Комплексные холодильные агрегаты включают все элементы машины, необходимые для осуществления полного холодильного цикла. Они состоят из компрессора, конденсатора, испарителя, вспомогательной аппаратуры и приборов автоматики, соединенных трубопроводами в замкнутую единую систему.