Разработка двух централей с выносной подачей холода на хладагенте R404a

Рис. 4.1 Чертеж среднетемпературного компрессора фирмы BITZER 4TCS-8.2Y-40P

Рис. 4.2 Чертеж низкотемпературного компрессора фирмы BITZER 4DC-5.2Y-40S

Таблица 4.2 Технические характеристики компрессоров

4.2 Основные элементы холодильной централи (кроме компрессора)

Таблица 4.3 Элементы среднетемпературной централи

Таблица 4.4 Элементы низкотемпературной централи

5. Определение диаметров трубопроводов

Разобьем трубопроводы нагнетания и всасывания по участкам:

Таблица 5.1 Участки трубопроводов среднетемпературной централи

Таблица 5.2 Участки трубопроводов низкотемпературной централи

При проектировании трубопроводов приходится определять их размеры, т.е. длину, диаметр и толщину стенки трубы. Длину трубопровода находят по чертежу или по месту его установки, в зависимости от взаимного расположения элементов установки и от условий монтажа.

При подборе трубопровода или при расчете короткого трубопровода, когда можно пренебречь падением в нем давления, внутренний диаметр трубы d_вн для хладагента или других веществ может быть определен по оптимальной скорости движения w этой среды по трубе исходя из уравнения неразрывности потока, по которому максимальный объемный расход вещества, протекающего по трубе, , откуда

(5.1)

В практике проектирования трубопроводов холодильных установок обычно принимают значения скорости для различных веществ, приведенные

Таблица 5.3 Скорость движения жидких и газообразных веществ в трубопроводах

Более высокие значения скорости из указанных в таблице принимают для труб большего диаметра, причем для труб диаметром свыше 100 мм можно взять и повышенные на 25 - 30% значения скорости. Низкие значения скорости жидких хладагентов и водоаммиачного раствора на стороне всасывания позволяют предупредить возможное парообразование в трубопроводе, вызванное падением давления из-за сопротивлений движению. Чем больше переохлаждена жидкость, тем больше может быть выбрана скорость в трубе.

Так как

, (5.2)

то

(5.3)

Полученный расчетом внутренний диаметр трубы округляют до ближайшего стандартного размера.

Рассчитаем диаметры трубопроводов на стороне нагнетания в среднетемпературной централи по участкам:

(5.4)

Расчет диаметра трубопровода уточняют по численному значению падения давления в трубопроводе из условия, чтобы оно не превышало допустимого. Последнее в определенных условиях является оптимальным, поскольку превышение допустимого падения давления вызывает излишний расход энергии, в то время как заниженное падение давления, достигаемое увеличением диаметра трубы или уменьшением скорости движения, приводит к излишнему расходу металла.

Падение давления в трубопроводе при движении в нем какой-либо среды складывается из потерь на трение по длине трубы, а также из потерь давления на преодоление местных сопротивлений (ими пренебрегаем), т.е.

(5.5)

Падение давления, обусловленное трением в трубах,

(5.6)

(5.7)

где - коэффициент трения по длине трубы; - длина трубопровода, м; - плотность вещества, кг/мі.

Коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса и степени шероховатости внутренней поверхности трубы. Для гладких труб при турбулентном движении жидкости применяют формулу Блазиуса

(5.8)

Расчет по формуле Блазиуса и аналогичным формулам, в которых коэффициент сам зависит от диаметра трубы всегда приводит к необходимости определять диаметр трубы методом последовательного приближения. Однако для многих практических задач можно пользоваться следующими приближенными значениями коэффициента трения :

для сухого насыщенного и перегретого пара - 0,025;

для влажного пара и жидких хладагентов - 0,030-0,035;

для воды и водных растворов солей - 0,04;

для жидкого R12 в смеси с 8-12% масла - 0,085.

Таблица 5.4 Значения диаметров трубопроводов для среднетемпературной централи на стороне нагнетания

Таблица 5.5 Значения диаметров трубопроводов для низкотемпературной централи на стороне нагнетания

Рассчитаем диаметры трубопроводов на стороне всасывания в среднетемпературной централи по участкам:

(5.9)

Падение давления, обусловленное трением в трубах,

(5.10)

(5.11)

где - коэффициент трения по длине трубы; - длина трубопровода, м; - плотность вещества, кг/мі.

Таблица 5.6 Значения диаметров трубопроводов для низкотемпературной централи на стороне всасывания

Таблица 5.7 Значения диаметров трубопроводов для низкотемпературной централи на стороне всасывания

6. Экологическая часть

Фреоны широко применятся в холодильной промышленности в качестве хладагента для холодильного агрегата. С точки зрения экологии фреоны достаточно значимо воздействуют на озоновый слой. Путь молекул хлора в стратосферу занимает от 10 до 24 месяцев. Стратосферу достигают только химически стабильные молекулы, которые не разрушаются под действием солнечных лучей, в химических реакциях и не растворяются в воде. Такими качествами обладают молекулы ХФУ (время их существования более 100 лет). Под действием ультрафиолетового излучения от молекул ХФУ отделяется атом хлора, а оставшийся радикал окисляется, с образованием молекулы окиси хлора и нового радикала. Выделяемые атомы хлора многократно вступают в химическую реакцию с озоном, что приводит к его сокращению в атмосфере.

6.1 Экологические требования к хладагенту

Прежде чем рассматривать свойства хладонов, остановимся на основных требованиях, предъявляемых к ним. Требования к хладонам подразделяются на следующие группы:

экологические - озонобезопасность, низкий потенциал глобального потепления, негорючесть и нетоксичность; термодинамические - большая объемная холодопроизводительность; низкая температура кипения при атмосферном давлении; невысокое давление конденсации; хорошая теплопроводность; малые плотность и вязкость хладона, обеспечивающие сокращение гидравлических потерь на трение и местные сопротивления при его транспортировке; максимальная приближенность к заменяемым хладонам (для альтернативных озонобезопасных хладонов) по давлениям, температурам, удельной объемной холодопроизводительности и холодильному коэффициенту; эксплуатационные - термохимическая стабильность, химическая совместимость с материалами и холодильными маслами, достаточная взаимная растворимость с маслом для обеспечения его циркуляции, технологичность применения; негорючесть и невзрывоопасность; способность растворять воду, незначительная текучесть; наличие запаха, цвет и т.д.; экономические - наличие товарного производства, доступные (низкие) цены. хладоны, отвечающие перечисленным требованиям, найти практически невозможно, поэтому в каждом отдельном случае выбирают хладон с учетом конкретных условий работы холодильной машины, и предпочтение следует отдавать таким, которые удовлетворяют принципиальным и определяющим требованиям.

В соответствии с Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП) в 1987 г. вступил в действие «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой» во исполнение Венской конвенции об охране озонового слоя 1985 г., предусматривающий постепенное сокращение производства и потребления ряда хлорфторуглеродов.

Сегодня 90% кондиционеров используют хладагент R22.

В качестве хладагентов, заменяющих R22, предлагаются R134а, R407с и R404.

Озоноразрушающая активность хладагентов оценивается величиной озоноразрушающего потенциала, который может принимать значения от 0 (для озонобезопасных хладагентов) до 13 (для озоноразрушающих).

Так озоноразрушающий потенциал R12 равен 1,0; R22 - 0,05; R134а - 0; R407C - 0.

Значит ли это, что проблема создания новых хладагентов решена и они отвечают всем предъявляемым требованиям.

К сожалению, идеального хладагента пока не существует, и если R134а не разрушает озоновый слой, что очень хорошо, то его термодинамические свойства далеки от совершенства.

Хладагент, являющийся рабочим телом кондиционера, выбирается разработчиками систем кондиционирования с учетом большого числа факторов: высокой эффективности работы оборудования, низкой стоимости, пожаробезопасности и токсичности. Требования к холодильным агентам постоянно пополняются и конкретизируются самой жизнью.

Свойства хладагентов зависят от структуры молекулы вещества, присутствия соотношения молекул фтора, хлора и водорода в его составе (рис. 6.1).

Рис. 6.1 Соотношение молекул фтора, хлора и водорода в хладагентах

Вещества с малым содержанием фтора обладают токсичностью и их применение ограничено санитарными нормами.

Вещества с малым содержанием водорода долго «живут» в атмосфере, не разлагаясь на части, поглощаются биосферой Земли и являются экологически нежелательными.

На рис. 6.1 указаны как «запретные» области по факторам горючести, токсичности и стабильности веществ в атмосфере, так и область допустимого состава для использования в качестве альтернативных хладагентов.

На диаграмме для группы метана (рис. 6.2) мы видим, что холодильные агенты R11 и R12 лежат в области экологически неблагоприятных хладагентов. Широко применяемый в настоящее время хладагент R22 хотя и лежит в области допустимой для применения, но все же содержит в своем составе атом хлора и поэтому является «озоноопасным». «Озоноопасность» R22 составляет всего 5% от «озоноопасности» хладагента R12, что нашло отражение в Монреальском протоколе в сроках реализации сокращения выпуска. На диаграмме веществ группы этана (рис. 3) интерес представляют хладагенты R134a и R125. R134a предложен как альтернатива традиционному хладагенту R12, широко используемому в холодильной технике и, в частности, в чиллерных системах.

Рис. 6.2 Группа метана

Рис. 6.3 Группа этана

С экологической точки зрения рекомендуются R134a или R404. Их минимальная опасность, касающаяся прямого воздействия на человека и живые организмы, соответствует их высокой цене. С глобальной точки зрения, так называемого воздействия на озоновые слоя атмосферы, фреоны опасны главное для последующих поколений.

6.2 Общее о фреонах

Фреоны, хладоны, фторсодержащие насыщенные углеводороды (главным образом производные метана и этана), используемые как хладагенты в холодильных машинах. Кроме атомов фтора, в молекулах фреоны содержатся обычно атомы хлора, реже - брома. Известно более 40 различных фреонов; большинство из них выпускается промышленностью.

Фреоны - бесцветные без запаха газы или жидкости, хорошо растворимые в органических растворителях, в воде - очень плохо. Наиболее распространены дифтордихлорметан CF₂CI₂, фтортрихлорметан CFCI₃ и дифторхлорметан CHF₂CI, их t кип - 29,8, - 23,8 и - 40,8°С соответственно. Фреоны не горят и взрывобезопасны даже при контакте с открытым пламенем, химически стойки к действию кислот и окислителей, не разлагаются в устройствах из обычных конструкционных материалов; хлор- и бромсодержащие фреоны при нагревании взаимодействуют с магнием, его сплавами и латунью, водородсодержащие фреоны - со щелочами.

В технике для обозначения фреоны приняты специальные названия, состоящие из буквы Ф и трёхзначного числа, последняя цифра которого равна числу атомов F, средняя - числу атомов Н плюс 1, первая - числу атомов С минус 1, например CF₂CI₂ обозначают как Ф-012 или Ф-12 (нуль обычно опускают), C₂F₃CI₃ - Ф-113.

Фреоны получают обычно действием фторирующих агентов на соответствующие полихлоруглеводороды, например четырёххлористый углерод CCl₄, хлороформ CHCl₃ (см. Свартса реакция), а также совместным действием фтористого водорода и хлора на парафины и олефины.

Кроме использования в различных видах холодильной техники, фреоны широко применяют как летучие компоненты (пропелленты) в аэрозольных упаковках (мировое производство их превысило 10 млн. в год) для косметики, пищевых продуктов, лекарственных средств, инсектицидов, красок, как газообразные диэлектрики, ингаляционные анестетики, пламягасительные смеси (трифторбромметан CF₃Br и тетрафтордибромэтан C2F₄Br₂, техническое название - Ф-13В1 и Ф-114В2 соответственно), как растворители для чистки одежды, металлических поверхностей, вспениватели при получении пенопластов и сырьё для получения некоторых фторорганических соединений, например тетрафторэтилена.

Фреоны, как правило, малотоксичные соединения с низкой биологической активностью. В организме фреоны не подвергаются метаболическим превращениям и выделяются через органы дыхания в неизмененном виде. Токсичность фреонов из групп метана и этана снижается с увеличением количества атомов фтора в молекуле фреона; введение атомов брома повышает токсичность фреонов. Более токсичны фреоны из группы пропана, например трифторхлорпропан. При нагревании свыше 200°С многие фреоны разлагаются с образованием высокотоксичных продуктов (перфторизобутилен C₄F₈, фторфосген CF₂O и др.). Для фреоновых групп метана и этана предельно допустимая концентрация в воздухе - 1-3 тыс. мг/мі для фреонов группы пропана - 1 мг/мі.

Таблица 6.1 Наиболее распространенные хладагенты

6.4 Экологическая целесообразность применения

Решения Монреальского протокола коренным образом изменили подход к традиционным озоноразрушающим хладагентам, и начиная с 90-х годов на одно из первых мест вышел вопрос об опасности изменения климата и сохранения эмиссии парниковых газов, вызванной применением таких хладагентов.

По степени озоноразрушающей активности озонового слоя Земли галоидопроизводные углеводороды разделены на три группы:

· хладагенты с высокой озоноразрушающей активностью - это хлорфторуглероды (ХФУ) R11, R12, R13, R113, R114, R115, R502, R503, R12B1, R13B1 (или по международному обозначению CFC11, CFC12, CFC13 и т.д.) и др.;

· хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью - это гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) R21, R22, R141b, R142b, R123, R124 (или по международному обозначению HCFC21, HCFC22, HCFC141b и т.д.) и др., в молекулах которых содержится водород. Для этих веществ характерно меньшее время существования в атмосфере по сравнению с ХФУ, и, как следствие, они оказывают меньшее влияние на разрушение озонового слоя. Ряд многокомпонентных рабочих тел, предлагаемых в качестве альтернативы ХФУ, содержат в своем составе ГХФУ, например R22;

· хладагенты, не содержащие атомов хлора [фторуглероды ФУ (FC), гидрофторуглероды ГФУ (HFC), углеводороды (НС) и др.], считаются полностью озонобезопасными. Таковыми являются хладагенты R134, R134a, R152a, R143a, R125, R32, R23, R218, R116, RC318, R290, R600, R600a, R717 и др.

В качестве альтернативы запрещенным к производству хладагентам Монреальским протоколом рассматриваются следующие классы веществ:

· гидрохлорфторуглероды (ГХФУ);

· гидрофторуглероды (ГФУ);

· природные хладагенты - аммиак, диоксид углерода, вода, углеводороды.

Известно, что непрерывное применение ХФУ в течение года по воздействию на окружающую среду эквивалентно 10…50 годам применения таких альтернативных хладагентов, как ГХФУ.

Для анализа экологической целесообразности применения хладагентов используют следующие параметры: потенциал разрушения озона OOP (Ozon Depletion Potential); потенциал глобального потепления (парникового эффекта) GWP (Global Warming Potential) или HGWP (Halocarlon Global Warming Potential).

Потенциал разрушения озона ODP определяется наличием атомов хлора в молекуле хладагента и принят за единицу для R11 и R12. Для хладагентов группы ХФУ потенциал разрушения озона ODP > или = 1, для ГХФУ ODP < 0,1, а для ГФУ ODP = 0.

Потенциал глобального потепления GWP принят за единицу для диоксида углерода (СО₂) с временным горизонтом 100 лет, а потенциал HGWP подсчитывают относительно значения этого параметра для R11, также принятого за единицу.

Согласно международным прогнозам при существующих темпax роста парникового эффекта средняя температура атмосферы земли к 2050 г. может увеличиться на 3…5 К, что может привести: увеличению уровня Мирового океана на 20 см и вызвать тем самым необратимые экологические последствия.

По оценке зарубежных специалистов, уровень безопасной эмиссии диоксида углерода равен 1,1 т в год на душу населения. В настоящее время уровень выбросов диоксида углерода в Европе на душу населения составляет 7,3 т в год.

6.4 Характеристики R-404

Смесь:

Форан 125 (пентафтороэтан CHF2-CF3) -44%

Форан 134a (1,1,1,2 - тетрафтороэтан CF3-CH2F) -4%

Форан 143a (1, 1,1 - трифтороэтан CH3-CF3) -52%

Forane 404А (FX-70) имеет нулевой потенциал разрушения озона (ODP). Свойства этого продукта очень похожи на свойства R-12. Forane 404А представляет собой смесь, по составу близкую к азеотропной, хлорированных фторуглеродных холодильных агентов R-125, R-143a и R-134a. Свойства композиции Forane 404А близки к свойствам R-502, что позволяет успешно использовать эти композиции в различных охлаждающих системах, работающих при средних и низких температурах.

Новые системы

Forane 404А одобрен большинством производителей компрессоров и охлаждающих систем для использования в новом охлаждающем оборудовании. Системы, в которых можно использовать R-404A, включают помещения для хранения продовольствия, холодильные камеры, льдогенераторы, а также различные процессы охлаждения.

Ретрофит существующего оборудования

Forane 404А может быть использован для работы со многими системами, ранее использовавшими R-502. Физические и охлаждающие свойства смеси способствуют тому, что при использовании в существующих процессах она ведет себя подобно R-502; однако эта смесь не предназначена для прямого обслуживания R-502 систем без их соответствующей модификации.

Таблица 6.2 Сравнительные характеристики

6.5 Транспортировка и хранение

Заливают в железнодорожные цистерны, а также в баллоны, вместимостью от 32 до 120 дмі, в контейнеры и другие сосуды, рассчитанные на давление 2МПа. Коэффициент заполнения 1.0 кг продукта на 1 дмі вместимости сосуда.

Перевозят любым видом транспорта. Хранят в складских помещениях, обеспечивающих защиту от солнечных лучей.

Коэффициент безотходности:

Вывод

Фреон R-404 - малотоксичное соединение с низкой биологической активностью.

Потенциал разрушения озона (ODP, для ХФУ 11 = 1,0) - 0

Влияние галоидоуглерода на всеобщее потепление (HGWP, для ХФУ 11 = 1,0) - 0,96

Группа безопасности по классификации ASHRAE - A1/A1

Допустимое содержание паров в рабочем помещении (WEEL) (восьмичасовой рабочий день / средний вес) - 1000 м.д.

Выбранный мною фреон для проектируемых среднетемпературной и низкотемпературной централей для супермаркетов, общая площадь которых составляет более 800 мІ, вполне соответствует экологическим требованиям.

Размещено на Allbest.ru