НОРД. Торговое холодильное и морозильное оборудование -> Статьи -> 05.04.2011 - Статья от "Данфосс" : СО2 как хладагент для промышленного холода.

Вопросы охраны окружающей среды и безопасности работы холодильных установок являются одним из наиболее актуальных при проектировании холодильного оборудования и выборе хладагента. Применение традиционных хладагентов ограничивается различными нормативами, причем во всем мире наблюдается тенденция к их ужесточению. В свете этого в последнее время все чаще рекомендуется импользовать альтернативные хладагенты. Компания "Данфосс", являясь лидером в области средств автоматики холодильных установок , также озабочена этой проблемой. Занимаясь ее решением, мы выработали собственную точку зрения на преимущества и недостатки применения СО2 - этого нового (или хорошо забытого старого) хладагента.


СО2 принадлежит к так называемым "естественным" хладагентам, таким как аммиак, пропан, бутан или вода. У каждого из них есть свои недостатки: аммиак токсичен, пропан горюч, у воды ограниченная область применения. В отличии от них СО2 не токсичен и не горюч, хотя его влияние на окружающую среду не одназначно. С одной стороны, СО2 содержиться в воздухе и необходим для протекания жизненных процессов. С другой стороны, считается, что большая концентрация углекислоты в воздухе и есть одна из причин глобального потепления.

Инициатива вернуться к использованию СО2 принадлежит скандинавским странам, в частности Дании. Законы в Даниии серьезно ограничивают использование хладагентов HFC и HCFC и в перспективе предусматривают полный отказ от них. В качестве хладагента для промышленных установок традиционно применяется аммиак, но его количество в системе сильно ограничено. Это не является проблемой для холодильных установок, работающих на высокие и средние температуры (до -15/-25 °С),где количество аммиака можно сократить за счет применения вторичного хладоносителя. Но для более низких температур применение вторичного хладоносителя неэффективно из-за больших потерь на разнице температур, в этом случае имеет смысл в качестве хладагента использовать СО2.

Основным ограничением при работе на СО2 являетсявысокое рабочее давление. Так, температура "конденсации" равная 40°С соответствует давлению 85 бар. При этом о конденсации можно говорить достаточно условно. т. к. эта точка лежит выше критической. Поэтому практическое применение в промышленных холодильных установках нашли каскадные циклы (рис. 1), где на верхней ступени в качестве хладагента используется аммиак, а на нижней - СО2. Давление углекислоты в этом случае ниже, чем в закритическом цикле. Однако при этом следует учитывать два важных фактора:

1. Рост давления в системе во время простоя холодильной установки

Для того чтобы его избежать, есть несколько способов:

  • для поддержания давления в холодильной установке на приемлемом уровне можно использовать дополнительную небольшую холодильную машину
  • установить в системе расширительный сосуд, достаточный для компенсации роста давления в системе при простое
  • разрабатывать систему таким образом чтобы она могла выдержать стояночное давление (давление насыщенных паров при комнатной температуре) около 80 бар.

Как показывает практика, оптимальным решением для промышленных холодильных установок яыляется использование небольшой холодильной системы для охлаждения жидкого СО2.

2. Давление оттайки в системе СО2

В установках с СО2 могут применяться различные способы оттайки: естественная, водой, электрическая мли горячими парами СО2. Наиболее эффективным способом оттайки является оттайка горячими парами, но пр этом возрастают требования к максимально допустимому давлению в системе. Тем не менее в настоящее время при работе с СО2, используются разные виды оттайки в зависимости от установки, в которой он применяется. Рабочие давления и давления испытания различных компонентов компании "Данфосс" приведены в таблице 1.

Размеры компонентов (труб. трубопроводной арматуры и элементов автоматики) на газовых линиях в холодильной установке на СО2 заметно меньше, чем в установках с традиционными хладагентами, в то время как компоненты жидкостных линий по размеру такие же как или немного больше. Например, ддля установки холодопроизводительностью 250 кВт при температуре кипения - 40 °С диаметр всасывающей трубы на аммиаке составляет 125 мм, а на СО2 - только 65 мм! При этом диаметры труб жидкого хладагента после линейного ресивера будут соответственно 32 и 65 мм.

Из-за термодинамических свойств СО2, в частности относительно высокого давления, производительность компрессоров на углекислоте гораздо выше, чем на аммиаке.

Совместимость с различнами материалами у СО2 гораздо лучше, чем у аммиака. Так. при работе на СО2 нет никаких ограничений по использованию деталей из латуни или меди.

Компания "Данфосс" проводила множество испытаний, чтобы убедиться, что все материалы, предназначенные для работы с СО2, пригодны для этой цели со всех точек зрения.

Вода в системах с СО2 может создать довольно серьезные проблемы. При взаимодействии с СО2 вода образует угольную кислоту которая разъедает трубы. Несмотря на то , что давление в системах с СО2 намного выше атмосферного, вода может проникать внутрь одним из следующих способов:

  • вместе с хладагентом при запраке (зависит от степени сухости СО2)
  • через сальники за счет разности парциального давления
  • при замене вставок фильтров. Это особенно важно учитывать, ведь СО2 считается безопасным хладогентом, поэтому при проведении работ по техническому обслуживанию не предусмотрены строгие меры предосторожности
  • при заправке масла в компрессор.

Максимально допустимое количество воды в системе СО2 меньше, чем в системах с другими применяемыми сегодня хладагентами (рис. 2). Если содержание воды превысит точку росы, и температура в системе будет ниже 0 °С, вода будет замерзать, что приведет к осложнениям (в частности, будут забиваться пилотные каналы регулирующих устройств, например клапанов РМ). Вода легко может быть удалена из системы при помощи стандартных фильтров осушителей DC/DM, эффективность работы которых на СО2 очень высока. Для контроля влажности также можно применять стандартные смотровые глазки серии SG, испытанные на более высокое рабочее давление.

В настоящий момент подразделение промышленного холода компании "Данфосс" занимается разработкой автоматики и запорной арматуры для работы с СО2. Промышленные холодильные клапаны компании "Данфосс" уже использовались для этой цели в течение 15 лет в холодильных установках, технологических системах и системах пожаротушения. давление в которых не превышает 25 бар.

Данные системы прекрасно работают, как и многие другие, разработанные данной компанией. "НОРД" вот уже более 10 лет использует в своих агрегатах оборудование компании "Данфосс".

Рис.1 Схема каскадной холодильной установки NH3-CO2

Схема каскадной холодильной установки NH3-CO2

Рис. 2 Смотровой глазок Danfoss тип SGN для СО2

Смотровой глазок Danfoss тип SGN для СО2

А. Ю. Михайлов



       2006 г. Copyright Фирма ‛НОРДтел. /495/ 744-06-37