Замена хладагентов в действующем оборудовании

Свойства хладагентов

Молекулы синтетических хладагентов имеют высокую химическую стабильность. Они способны существовать в атмосфере Земли десятки и даже сотни лет. В семидесятых годах прошлого века метеозонды, запущенные в Антарктиде, зафиксировали в стратосфере Земли резкое снижение концентрации озона почти на 30 % («озоновые дыры»), там же обнаружили и молекулы синтетических хладагентов. Согласно одной из гипотез, под действием жесткого ультрафиолетового излучения атомы хлора и брома могут отделяться от молекул хладагентов и, поглощая атомарный кислород, разрушать озоновый слой Земли.
В марте 1985 года в Вене по инициативе ООН была принята Конвенция по охране озонового слоя, а в 1987 году в Монреале подписан «Протокол по веществам, разрушающим озоновый слой». В приложения к Монреальскому протоколу попали все хладагенты, в молекулах которых присутствовали атомы хлора и брома. Были определены потенциалы разрушения озонового слоя (ОРП) для хладагентов.
Для обозначения хладагентов установлены международные стандарты, которые классифицируют хладагенты и обеспечивают их унифицированное наименование. Используются следующие основные стандарты:

• ISO/CD 817:2007 — «Хладагенты — обозначение и классификация безопасности»,
• ANSI/ASHRAE 34-2007 — «Обозначение и классификация безопасности хладагентов».

Схема холодильного цикла

Охлаждение воздуха в кондиционере и другом холодильном оборудовании обеспечивается циркуляцией, кипением и конденсацией фреона в замкнутой системе. Кипение происходит при низком давлении и температуре, а конденсация при высоком давлении и температуре.

Такой способ работы называется холодильным циклом компрессионного типа, так как для движения хладагента и повышения давления в системе используется компрессор. Рассмотрим схему компрессионного цикла поэтапно:

1. При выходе из испарителя вещество пребывает в состоянии пара с низким давлением и температурой (участок 1-1).
2. Затем пар поступает в компрессионную установку, которая повышает его давление до 15–25 атмосфер и температуру в среднем до 80 °C (участок 1-2).
3. В конденсаторе хладагент охлаждается и конденсируется, то есть переходит в жидкое состояние. Конденсация производится с воздушным или водяным охлаждением в зависимости от вида установки (участок 2-3).
4. При выходе из конденсатора, фреон попадает в испаритель (участок 3-4), где, в результате снижения давления, начинает кипеть и переходит в газообразное состояние. В испарителе фреон забирает тепло из воздуха, благодаря чему воздух охлаждается (участок 4-1).
5. Затем хладагент движется в компрессор и цикл возобновляется (участок 1-1).

Все холодильные циклы состоят из двух областей — с низким и высоким уровнем давления. За счёт разницы давления происходит преобразование фреона и его движение по системе. При этом чем выше уровень давления, тем выше температура кипения.

Компрессионный цикл охлаждения используется при работе многих холодильных систем. Хотя кондиционеры и холодильники различаются по конструкции и назначению, они работают по единственному принципу.

Хладон

Хладоны пока значительно дороже хлорированных растворителей, и этим в основном сдерживается их широкое применение. Метилхлороформ ( / кип 74 4 С) по ряду свойств сходен с четыреххлористым углеродом, но в 20 раз менее токсичен. Под фирменными названиями Дауклен Б. П., Хлоротен и Джаклен метилхлороформ широко применяется в США, Англии, Канаде. Растворители Ардрокс-667 и Аплайд 8 — 77 состоят из хлорированных углеводородов и эмульгаторов с добавкой ингибиторов и рекомендуются для очистки и обезжиривания деталей с углеродистыми или смолистыми отложениями, а также для снятия старой краски. При использовании их разбавляют водой, что препятствует испарению летучих компонентов.
 

Хладоны и перфторуглероды пожаро — и взрывобезопасны. Температуры самовоспламенения этих веществ 600 — 700 С и выше, области воспламенения отсутствуют, за исключением хладонов 142, 143, содержащих в своей молекуле водород. Фторуглероды, использующиеся в качестве хладагентов, теплоносителей и рабочих тел, инертны в физиологическом отношении, некоторые из них обладают наркотическим действием.
 

Хладоны могут работать в широком диапазоне давлений насыщенного пара.
 

Хладон 11 служит рабочим телом в турбокомпрессорных агрегатах относительно малой мощности ввиду его малой холодопро-изводительности при температурах кипения до — 20 С. Хладон 13 применяется для получения температур кипения от — 80 до — 100 С. Чтобы уменьшить потери при дросселировании, давление конденсации снижают за счет другой холодильной машины, работающей на рабочем теле среднего давления.
 

Хладон 142 пригоден для унифицированных поршневых машин при температурах конденсации до 85 С и для мелких агрегатов.
 

Хладоны с неограниченной растворимостью образуют в смазочных маслах однородные растворы, не расслаиваются. Количество хладона, растворенного в масле, в состоянии насыщения зависит от температуры и давления пара над ним.
 

Хладоны, как сказано выше, используются в холодильных установках в смеси с маслами. Максимальная температура холодильного компрессора лимитируется химической и термической нестабильностью этой смеси. В ряде работ показано, что хладоны и масла взаимодействуют друг с другом при умеренных температурах с образованием хлористоводородной, фтористоводородной и органических кислот, хотя те же хладоны и масла могут оказаться стабильными каждый в отдельности при значительно более высоких температурах.
 

Хладон 11 самый нестабильный из хладонов метанового ряда. Начальная температура разложения при одноразовом пропускании через нагретую трубку из нержавеющей стали при времени контакта 1 — 10 с составляет 250 С.
 

Хладон 11 при повышении температуры затем разлагается с образованием четыреххлористого углерода.
 

Хладон 21-перспективный низкотемпературный теплоноситель.
 

Хладон 22 по своим коррозионным свойствам и способности к разложению близок к хладону 11 как в условиях потока, так и в статике.
 

Хладоны являются хорошими растворителями, поэтому многие 1еметаллические материалы в них нестойки.
 

Хладоны 114В2, 13В1 и 12В1 являются летучими галоидирован-ными соединениями, способными эффективно ингибировать процессы горения. Атомы брома повышают огнегасительную эффективность хладона, а атомы фтора — термическую и химическую стабильность.
 

Хладоны химически инертны, не горят, в смеси с воздухом не воспламеняются и не взрываются, термически стабильны. При температуре свыше 400 С ( при соприкосновении с горячими поверхностями или под действием пламени) разлагаются с образованием хлористого и фтористого водорода со следами ядовитого газа — фосгена.
 

Хладоны очень текучи, растворяют обычную резину, смазочные масла, образуя при высоких температурах однородную смесь и вызывая уменьшение вязкости масел.
 

Виды хладагентов

Вот неполный перечень холодильных агентов, использовавшихся на протяжении XIX-XX веков:

• воздух;
• хлористый этил;
• хлористый метил;
• аммиак;
• сернистый ангидрид;
• углекислота;
• закись азота;
• этилен;
• пропан и др.

В 1928 году Томас Мидгли синтезировал дифтордихлорметан CF₂Cl₂, вещество, полученное из метана (СН₄), в молекуле которого четыре атома водорода заменили двумя атомами хлора и двумя атомами фтора. Вещество было названо «фреон-12» (1931 г.).

В 1987 году в мире было произведено 1 млн 300 тыс. тонн разных синтетических хладагентов, полученных замещением атомов водорода атомами хлора, фтора и брома в молекулах предельных углеводородов — метана, этана, пропана и бутана. Эти бесцветные, без запаха, безвредные для человека и химически стабильные вещества позволили достигать температур до −130 ºС. Синтетические хладагенты стали применяться также в качестве пропеллентов, эффективных растворителей, как эффективное средство пожаротушения, для получения пенопластов, полимеров и эластомеров, для ингаляций, в качестве высокоэффективного газового диэлектрика, в качестве тепло- и хладоносителей, флегматизаторов горючих веществ, в лазерах, для синтеза лекарственных веществ, масел, пестицидов, плёнок, средств защиты растений, красителей и т. п.

Хладон

Хладоны также используются при тушении пожаров.
 

Хладоны также используются при тушении пожаров. В связи с массовым применением хладонов ( фреонов) возникла проблема предотвращения их вредного влияния на окружающую среду, поскольку при испарении хладонов происходит их разложение и взаимодействие галогенов, особенно фтора, с озонным слоем.
 

Хладоны — это товарное наименование галогенсодержащих углеводородов, применяемых в основном в холодильных машинах. Талоны классифицируются группой цифр: первая указывает количество атомов углерода в молекуле соединения, вторая — фтора, третья — хлора, четвертая — брома, пятая — йода.
 

Хладон 12, а также и Хладон 11 ( CC13F) относятся к классу хлорфторуглеродов — веществ, состоящих из хлора, фтора и углерода. Этот класс включает в себя несколько соединений с различной температурой кипения, что позволяет легко подобрать конкретное вещество для решения разнообразных задач: создания холодильного агрегата или автомобильного кондиционера; очистки поверхности печатных плат для изделий микроэлектроники; аэрозольного распыления косметических или иных средств из аэрозольных баллончиков; вспенивания сырья при изготовлении изделий из пластмасс; пожаротушения и пр. После того как выяснилось, что ХФУ столь губительны для стратосферного озона, было предложено использовать заменители — хлорфторуглеводороды ( ХФУВ) и фторуглеводороды ( ФУВ), имеющие в составе своих молекул атом водорода, химическая связь с которым менее прочная. Эта особенность снижает стойкость соединения, и оно может разрушаться уже в тропосфере, а не только когда попадает в стратосферу.
 

Хладон 30 ( фреон 30, дихлорметан, метиленхлорид) является наркотиком, вызывающим поражение внутренних органов.
 

Хладоны ( фреоны) — насыщенные газообразные или жидкие фторуг-лероды или полифторуглеводороды, часто содержащие атомы хлора, реже брома. Используются в качестве пропеллентов. Разрушающе действуют на озоновый слой земной атмосферы.
 

Хладоны вступают в реакции в огне, образуя другие промежуточные элементы, с которыми свободные радикалы предпочитают вступать в реакцию. Сравнительно небольшие количества хладонов необходимы для пожаротушения, и по этой причине они традиционно считаются очень желательными. Сухие порошки действуют подобным же образом, в некоторых обстоятельствах они более эффективны. Мелкие частицы распыляются в огонь и вызывают прекращение цепи радикалов

Важно, чтобы частицы были невелики и многочисленны. Изготовители многих патентованных марок сухих порошков достигают этого путем селекции такого порошка, который растрескивается, то есть частицы расчленяются на более мелкие частицы, когда они подвергаются высоким температурам пламени.
 

Хладон 12 ( R12, дифтордихлорметан CF2Cb) имеет температуру кипения при атмосферном давлении — 29 8 С, критическую температуру 111 5 С. Пары R12 в 4 2 раза тяжелее воздуха и не имеют запаха. Хладон 12 невзрывоопасен, на воздухе не горит, термически стоек до температуры 400 С. Обезвоженный хладон инертен по отношению к стали, меди и ее сплавам, мало токсичен, хорошо растворяется в масле и плохо в воде. Все хладоны, в том числе R12 обладают способностью проникать через различного рода неплотности и даже поры чугуна. Поскольку R12 бесцветен и не имеет запаха, обнаружить его утечку из системы и ТА трудно. Он хорошо растворяет различные органические вещества, в том числе обычную резину.
 

Хладоны 1301, 1211 и 2402 были определены в качестве озоноразрушающих веществ. Производство этих агентов пожаротушения прекращено в 1994 году по требованию Монреальского протокола, Международного соглашения по защите озонового слоя Земли. Хладон 1301 наиболее часто использовался в стационарных системах пожарозащиты и хранился как сжиженный сжатый газ в баллонах под давлением, как и двуокись углерода.
 

Хладон 114В2 и хладом 13В1 применяются только для противопожарной защиты особоважных объектов при согласовании с заказчиком и органами Госкомсанэпиднадзора РФ в установленном порядке.
 

Хладон 22 ( R22, дифтормонохлорметан CHFiCl) имеет температуру кипения при атмосферном давлении — 40 8 С, критическую температуру 96 С.
 

Хладоны представляют собой химически инертные, не взрывоопасные и не горючие соединения. Хладоны легко прбходят через малейшие неплотности соединений и способны проникать даже через поры обычных чугунных отливок.
 

Свойства

Физические свойства

Фреоны — бесцветные газы или жидкости без запаха. Хорошо растворимы в неполярных органических растворителях, очень плохо — в воде и полярных растворителях.

Химические свойства

Фреоны очень инертны в химическом отношении, поэтому они не горят на воздухе, невзрывоопасны даже при контакте с открытым пламенем. Однако при нагревании фреонов свыше 250 °C образуются весьма ядовитые продукты, например фосген COCl₂, который в годы первой мировой войны использовался как боевое отравляющее вещество.

Устойчивы к действию кислот и щелочей.

История названия

В 1928 году американскому химику корпорации «Дженерал Моторс» («General Motors Research») Томасу Миджли (1889—1944) удалось выделить и синтезировать в своей лаборатории химическое соединение, получившее впоследствии название «Фреон». Через некоторое время «Химическая кинетическая компания» («Kinetic Chemical Company»), которая занималась промышленным производством нового газа — Фреон-12, ввела обозначение хладагента буквой R (Refrigerant — охладитель, хладагент). Такое наименование получило широкое распространение и со временем полное название хладагентов стало записываться в составном варианте — торговая марка производителя и общепринятое обозначение хладагента. Например: торговая марка GENETRONAZ-20 соответствует хладагенту R-410A, который состоит из хладагентов R-32 (50 %) и R-125 (50 %). Существует также торговая марка с таким же названием, как и у химического соединения — FREON (Фреон), основным правообладателем которой ранее являлась американская компания «Дюпон» («DuPont»), а теперь компания The Chemours Company (Chemours), созданная на базе одного из подразделений Дюпон. Это совпадение в названии до сих пор вызывает путаницу и споры — можно ли словом фреон называть произвольные хладагенты.

Область применения

Борьба с огнем с помощью воды зачастую оказывалась бесполезной или опасной. Вместо воды сначала применяли углекислоту, затем, с созданием огнетушащих веществ хладонового ряда, стали использовать установки газового пожаротушения с фреонами.

Фреон для пожаротушения

Хладоны применяют для объемного, поверхностного тушения и предупреждения образования взрывоопасной среды. С помощью станционных установок защищают закрытые помещения, огнетушителями – небольшие очаги возгорания.

Хладоны для пожаротушения используют во взрывоопасных помещениях, складах горюче-смазочных материалов и т.д., как пламегасители. Основное их достоинство заключается в щадящем воздействии на материальные ценности, подвергшиеся пожару. Они получили применение в серверных, дата-центрах, воздушных и морских судах, архивах, генераторных и трансформаторных подстанциях. Некоторые запускаются в присутствии людей, что позволяет использовать в музеях, галереях, библиотеках и других публичных местах. Но длительность пребывания человека в зоне действия этих газов ограничивается несколькими минутами, зависит от концентрации вещества. Система пожаротушения хладоном применяется совместно с управлением и контролем доступа. СКУД определяет наличие персонала и дает команды на выход с указанием маршрута эвакуации, последующей блокировкой дверей, систем естественной и принудительной вентиляции.

Правила цифрового обозначения фреонов хладонов

По международному стандарту ISO № 817-74 техническое обозначение фреона (хладона) состоит из буквенного обозначения R (от слова refrigerant) и цифрового обозначения:

• первая цифра справа — это число атомов фтора в соединении;
• вторая цифра справа — это число атомов водорода в соединении плюс единица;
• третья цифра справа — это число атомов углерода в соединении минус единица (для соединений метанового ряда нуль опускается);
• число атомов хлора в соединении находят вычитанием суммарного числа атомов фтора и водорода из общего числа атомов, которые могут соединяться с атомами углерода;
• для циклических производных в начале определяющего номера ставится буква C;
• в случае, когда на месте хлора находится бром, в конце определяющего номера ставится буква B и цифра, показывающая число атомов брома в молекуле.
• в случае, когда на месте хлора находится иод, в конце определяющего номера ставится буква I и цифра, показывающая число атомов иода в молекуле.

Признаки утечки фреона

Хладагент фреон в кондиционерах подвержен утечке в процессе эксплуатации. В течение года использования количество фреона уменьшается на 4–7% естественным образом. Однако при неисправной работе кондиционера или повреждениях внутреннего блока, утечка может произойти и в новом устройстве

Её важно определить на начальном этапе и вовремя

Основные признаки утечки фреона:

• Плохое охлаждение помещения.
• Появление инея на деталях внутреннего и внешнего блока.
• Подтеки масла под кранами.
• Повышенный шум и вибрации устройства при работе.
• Появление неприятного запаха при работе кондиционера.

Если утечка произошла в результате длительного использования, работоспособность кондиционера можно восстановить, заправив его хладагентом. При повреждении деталей и фреоновых трубок, по которым движется цикл, потребуется не только дозаправка, но и вмешательство специалистов по ремонту охладителей.