Общие сведения
Долгое время в хладагенте R600a (изобутан) не было особой необходимости, и его производили в крайне ограниченных количествах. Сегодня это химическое соединение становится одним из самых популярных холодильных агентов. В первую очередь играет роль то, что с момента первоначального использования этого хладагента серьезно изменились технологии его использования, которые помогли снизить как заправочную дозу (а значит, и предел безопасной концентрации), так и улучшить технические характеристики бытовых холодильных приборов (БХП), в частности - энергопотребление. Для сравнения: в современном 130-литровом холодильнике используется не более 25 г хладагента R600a, а в начале прошлого века в холодильник такого же объема заправляли 250 г изобутана. В этом отношении R600a имеет большие перспективы по сравнению со всеми известными ныне хладагентами (в основном, по экономическим соображениям).
Производить изобутан в необходимых количествах по силам любому нефтеперерабатывающему заводу. Но помимо важных достоинств, R600a имеет существенный недостаток - взрывоопасность, что накладывает определенные ограничения при работе с ним. Кроме того, применению изобутана в холодильной технике способствуют принятые еще в июле 2002 года новые нормативные документы, регламентирующие применение этого вещества, например, ГОСТ Р МЭК 66035-2-24-2001.
По итогам 2005 года около 10% БХП в мире и более 35% в Европе работали на R600a.
Цель настоящей статьи - рассказать об особенностях работы с изобутаном при проведении профилактических и ремонтных работ по БХП. Во всех Руководствах по работе с изобутаном наложены ограничения по допуску к ремонту холодильников лиц, не прошедших обучение правилам работы с хладагентом R600a (вследствие его пожароопасности).
Особенности применения изобутана в качестве хладагента
За рубежом изобутан массово стал использоваться в качестве хладагента в бытовых холодильниках уже в 90-х годах прошлого века. Одними из первых БХП на территории стран СНГ, в которых в качестве хладагента стал использоваться изобутан, были холодильники НОРД.
Особенностью систем, использующих в качестве рабочего тела хладагент R600a, является то, что ввиду исключительно выгодных свойств природного хладагента нет оглядки на уже существующие модели, а разрабатываются принципиально новые изделия. Это вынужденный, но взвешенный шаг - характеристики и свойства ранее применявшихся фреонов сильно отличаются от параметров их современной альтернативы - изобу-тана.
Давайте посмотрим, какие преимущества и недостатки присущи новому хладагенту, по сравнению с традиционными фреонами.
Основные достоинства хладагента R600a
Экологические преимущества R600a
- В нем отсутствуют синтетические компоненты;
- уменьшенный уровень шума БХП;
- не имеет свойств разрушения озонового слоя (коэффициент (ODP = 0);
- низкий потенциал влияния на парниковый эффект (GWP = 0,001). Термодинамические преимущества R600a
- Имеет более высокий (например, чем у R12) холодильный коэффициент, что уменьшает энергопотребление БХП;
- углеводороды (изобутановые и пропан-бутановые смеси) могут быть применены в существующих конструкциях компрессоров. Эксплуатационные преимущества R600a
- Относительно устойчивый газ (расчетный срок службы в составе БХП - более 20 лет);
- является чистым (простым) веществом;
- хорошо растворяется в минеральном масле;
- имеется возможность использования в смесевых хладагентах (С1=R152+R600a; R290/R600a; M1LE=R22/R142b/R600; R218/R600a). Это позволяет добиться параметров смесевого хладагента близких, например, к ранее применявшемуся R12. В свою очередь, такая замена позволяет упростить процесс ретрофита* систем;
- природные углеводороды, как хладагенты, не находили широкого применения в БХП из-за повышенной пожарной опасности.
В современных конструкциях эту проблему решили благодаря уменьшению дозы заправки до таких объемов, которые практически не могут привести к пожару. Доза заправки бытовых холодильников и морозильников столь мала, что даже при внезапной и полной утечке хладагента из агрегата, его концентрация на кухне объемом 20 м3 будет ниже порога горючести в десятки раз. Экономические преимущества R600a
- Масса хладагента, циркулирующего в холодильном агрегате при использовании изобутана, значительно меньше;
- имеются заводы по выпуску изобутана товарного количества (применительно к России, фракции изобутана производят Туйма-зинское и Шкаповское производства);
- самые экономичные холодильники с классами энергопотребления А+ и А++ работают на R600a.
* Ретрофит - перевод существующего оборудования для работы с озонобезопасными хладагентами.
Таблица 1. Физические свойства изобутана
Параметр | Значения |
Молекулярная масса | 58,12 |
Точка кипения при 0,1 МПа, °C | -11,70 |
Плотность вещества при 25°C, г/см3 | 0,551 |
Давление испарения при 25°C, МПа | 0,498 |
Критическая температура, °С | 135 |
Критическое давление, МПа | 3,65 |
Критическая плотность, г/см3 | 0,221 |
Скрытая теплота парообразования, кДж/кг | 366,5 |
Пределы взрывоопасности, % (объемные доли в смеси с воздухом) | 1,8...8,5 |
Эффективность охлаждения, Дж/г (смеси с воздухом) | 150,7 |
Растворимость в масле | не ограничена |
Объем насыщенной жидкости при, л/кг | 0,844 |
Таблица 2. Требования к изобутану, применяемому в БХП
Параметр | Значение (норма) | Испытание |
Содержание изобутана | >99,5 объемн. % | |
Остаточные чистые углеводороды | <0,5 объемн. % | DIN 51 619 |
n-гексан | <50 ppm | |
Олефины | <100 ppm | - |
Доля соединений, содержащих кислород | J50 ppm | Газовая хроматография |
Доля соединений серы | <1,0 ppm | - |
Высококипящие остатки | 50 ppm | Метод весового анализа |
Щелочное число | 0,02 мгКОН/г | DIN 51 558 |
Загрязнения паровой фазы в заполненных сосудах, воздух или другие неконденсируемые газы | <1,5 объемн. % | Газовая хроматография или эквивалентный метод |
Загрязнение жидкой фазы, вода | <10 ppm | DIN 51 777-1 (по методу Карла Фишера) или эквивалентному методу |
Остаток после испарения | <50 мг/кг | DIN 51 613 DIN 26 246 |
Таблица 3
Значение температуры, °С | Давление, при котором происходит испарение (конденсация), бар | ||
Типы хладагентов | |||
R600a | R134a | R12 | |
+70 | 10,91 | 21,18 | 18,82 |
+60 | 8,72 | 16,84 | 15,24 |
+50 | 6,86 | 13,19 | 12,18 |
+40 | 5,32 | 10,17 | 9,60 |
+30 | 4,05 | 7,70 | 7,44 |
+20 | 3,02 | 5,71 | 5,67 |
+10 | 2,21 | 4,14 | 4,23 |
0 | 1,57 | 2,92 | 3,09 |
-10 | 1,09 | 2,01 | 2,18 |
-20 | 0,73 | 1,33 | 1,51 |
-30 | 0,47 | 0,85 | 1,00 |
-40 | 0,29 | 0,52 | 0,64 |
Экологические недостатки R600a
Нет.
Термодинамические недостатки R600a
- Низкая растворимость в воде (0,03 г/л при 20°С);
- не вступает с водой в химические реакции;
- низкая удельная объемная хо-лодопроизводительность (в 2 раза ниже, чем у R12). Эксплуатационные недостатки R600a
- Практически не позволяет произвести ретрофит существующего оборудования без значительных изменений в конструкции холодильного агрегата и электрооборудования БХП;
- газ без цвета и запаха, что затрудняет его обнаружение;
- ввиду того что изобутан тяжелее воздуха, при скоплении внутри помещения он способен вызвать асфикцию (удушающие свойства);
- взрывоопасен,заправку этим хладагентом могут производить только специалисты сервисных центров, прошедших специальную подготовку по работе с R600a. Это свойство накладывает ограничения на ремонт подобных приборов за пределами специализированных мастерских. Экономические недостатки R600а
- Необходимость применения принципиально нового парка дорогостоящего эксплуатационного и ремонтного оборудования;
- необходимость вести разработки с учетом пожароопасности хладагента.
Свойства и характеристики изобутана
Изобутан (R600a) - газ без цвета и запаха, химическая формула CH(CH3) 3 или С4Н10.
Физические свойства изобутана приведены в табл.1.
Требования к изобутану, применяемому в холодильной промышленности приведены в табл. 2.
При сравнении с хладагентами R12 и R134a, изобутан испаряется и конденсируется при более низких давлениях (при тех же значениях температуры) - см. табл. 3.
Как отмечалось выше, хладагент R600a пожароопасен, поэтому при проведении профилактических и ремонтных работ на БХП используется другое оборудование и материалы, чем при работе с обычными хладагентами.
Рассмотрим особенности заправки хладагентом R600a в систему БХП,способе "холодного" соединения трубок по методике LOKRING, перечислим необходимые приборы и инструменты при работе с изобутаном.
Технология соединения трубок БХП по методике LOKRING
Чтобы обеспечить пожаробезо-пасность при работе с хладагентом R600a в последнее время широкое распространение получила технология "холодного" соединения трубок в составе БХП - LOKRING.
Lokring-соединение (см. рис. 1) гарантирует качественную связь между трубками - с различными диаметрами, из различных материалов (позволяет соединять, медные и алюминиевые трубки), что очень сложно при обычных методах пайки).
Рис. 1. Вид готового локрингового соединения "AL-CU" (алюминий-медь)
Чтобы выполнять Lokring-соеди-нения (локринговые соединения), нужно иметь комплект из соединителей, жидкого герметика-уплотнителя LOKPREP и специализированного приспособления - клещей со сменными губками нескольких типоразмеров(см. рис. 2).
Муфта LOKRING
Сама муфта в сборе LOKRING выполнена из 2-х колец и, собственно, самой муфты.
Рис. 2. Внешний вид специализированных клещей
Две трубки, которые нужно соединить между собой должны быть вставлены в противоположные отверстия муфты. Соединение заранее смонтировано, то есть эти два кольца уже установлены на концах муфты.
Соединение двух трубок происходит за счет сближения этих двух колец, при скольжении по рукаву-муфте (навстречу), пока они не упрутся в центральное неподвижное кольцо ограничителя в середине муфты (рис. 3). Особая внутренняя конфигурация колец плотно сжимает муфту и, следовательно - трубки, находящиеся в том же самом рукаве-муфте. Адгезия между трубками и рукавом-муфтой является полной. Малые зазоры вдоль периметра стенок трубок являются визуальным подтверждением, что Lokring-соединение выполнено правильно. Теперь газонепроницаемое соединение создано между трубками, а изменение диаметра трубок является очень малым и не мешает проходу хладагента в системе.
Рис. 3. Внешний вид муфты LOKRING
Номенклатура размеров этих ло-кринговых соединений широка, она позволяет подобрать детали для любых сочетаний диаметров трубок и материалов. Это: переход на капиллярную трубку, различные заглушки (см. рис. 10) и разветвители.
Рис. 4. Пример локрингового переходника для трубок различных диаметров
Жидкий герметизирующий состав LOKPREP
Для более плотного соединения между трубками (внутри соединения LOKRING), используют еще и специальный герметик LOKPREP (рис. 5).
Рис. 5. Варианты упаковки герметика LOKPREP
Жидкий уплотнитель LOKPREP - анаэробная жидкость, имеющая в своем составе эластичное вещество. Он гарантирует качественное уплотнение между трубками из различных материалов.
Надежность локрингового соединения иллюстрирует рис. 6 - даже при разрыве трубки муфта остается целой.
Рис. 6. Пример прочности локрингового соединения
Выбор соединений LOKRING
В зависимости от материалов трубок, которые надо соединять, возможен выбор между двумя различными вариантами соединений LOKRING:
1. Из алюминия (маркировка AL), позволяет выполнить соединения из следующих материалов: алюминий - алюминий, алюминий - медь, алюминий - сталь.
2. Из латуни (маркировка MS), позволяет выполнить соединения из следующих материалов: медь - медь, сталь - медь, сталь - сталь.
Автор: Александр Чуб (станица Павловская, Краснодарский край)