- Главная ♦
- О компании ♦
- Публикации ♦
- СО2 как современный хладагент для промышленного холода
СО2 как современный хладагент для промышленного холода
21.01.2016
Выбирая, какой хладагент использовать при проектировании холодильных систем, нужно учитывать такие важные критерии его применения, как безопасность использования, величину эксплуатационных издержек и экологическую безвредность; немаловажную роль из-за стремительного роста цен на энергоресурсы также играет низкая энергоемкость. Идеальный хладагент для холодильных систем также должен обладать химической стабильностью и высокими термодинамическими характеристиками. Производственным критериям полностью удовлетворяли хлор- и бромсодержащие фреоны, но их использование наносило непоправимый вред окружающей среде, поэтому было законодательно ограничено. Сейчас в системах промышленного холода все чаще рекомендуется использовать альтернативные – «природные» – хладагенты: аммиак, воду, углеводороды (пропан и бутан), а также диоксид углерода.
С точки зрения эффективности применения, адекватной замены запрещенным фреонам, которые бы максимально удовлетворяли запросам холодильной промышленности, так и не было найдено. Аммиак, который сейчас широко используется в крупных промышленных холодильных установках, токсичен и горюч; еще более пожароопасные углеводороды могут использоваться только в небольших холодильных машинах, а вода имеет очень ограниченную область применения. Диоксид углерода (СО2), известный под обозначением R744, является природным веществом и обладает несомненными достоинствами для холодильной промышленности (высокой холодопроизводительностью, нетоксичностью, безопасностью использования, инертностью к материалам, дешевизной и доступностью), а в замкнутых контурах имеет пренебрежительно малый потенциал всемирного потепления. Высокие давления в области рабочих температур с одной стороны налагают специальные требования к конструкции работающего на СО2 оборудования, которые нужно учитывать при проектировании холодоснабжения предприятий, с другой позволяя добиваться повышенной холодопроизводительности. Также эти особенности следует учитывать при транспортировке и хранении углекислоты.
Холодильная автоматика Данфосс и другое оборудование, которое работает на СО2
Инициатива вернуться к использованию СО2 в качестве хладагента принадлежит скандинавским странам: например, датская компания Данфосс уже давно выпускает холодильную автоматику для оборудования, работающего на диоксиде углерода. В основном это стандартные устройства, модифицированные в соответствии с особенностями применения СО2. Швейцарская фирма Alfa Laval в своей линейке холодильного оборудования выпускает воздухоохладители (промышленной и коммерческой серий) и пластинчатые теплообменники, рабочее давление которых подходит для использования СО2. Поршневые и винтовые компрессоры открытого типа, специально разработанные для каскадных систем с использованием СО2, выпускает японская компания MYCOM.
В последние годы в мире наблюдается повышение интереса к работающим на углекислом газе холодильным машинам. Так всемирно известный концерн Nestlé в своих производственных циклах широко пользуется каскадными холодильными установками, работающими на аммиаке и СО2, демонстрируя энергоэффективность их использования. В некоторых странах наблюдается законодательное мотивирование потребителей и производителей: в Нидерландах заметно снизились налоги на работающие на углекислоте установки, а в Скандинавии, наоборот, повысились налоги на использование синтетических хладагентов.
Хоть наибольшая эффективность (вплоть до конкуренции с синтетическими хладагентами) применения СО2 и наблюдается в области субкритических температур (так в Азии широко распространено применение СО2 для рекуперации отведенного тепла и для использования в тепловых насосах), для сверхкритических температур холодильное оборудование может быть успешно оптимизировано. Например, компания Coca-Cola, сочетая использование СО2 и фреона R134a в своих холодильных установках, добилась значительного уменьшения потребления электроэнергии. Установки на СО2 уже используются для оборудования холодильных складов (в 2006 году первая в Украине двухконтурная каскадная система была запущена по проекту финской компании HUURRE), супермаркетов, предприятий пищевой промышленности и других объектов. Эти и подобные примеры показывают, что холодильное оборудование может работать эффективно и без ущерба для окружающей среды благодаря применению природных хладагентов.
Особенности применения углекислоты на нижней ступени в каскадных схемах
Итак, каскадные схемы с амиаком в качестве хладагента верхнего каскада уже более десяти лет применяются в странах Европы, при этом повышается промышленная безопасность из-за снижения количества аммиака в системах и на 10-15% снижается энергопотребление (по сравнению с двуступенчатыми схемами, в которых аммиак используется вместе с вторичным хладоносителем). При этом нижняя ветвь каскадной холодильной машины, которая работает на углекислом газе, может функционировать в режиме непосредственного кипения СО2 в испарителе, принудительной циркуляцией СО2 с насосной подачей хладагента, а также для охлаждения потребителей с использованием СО2 в качестве промежуточного хладоносителя.
Для охлаждения жидкого СО2 при его использовании на нижней ступени каскадных циклов, а также для поддержания давления в установке на приемлемом уровне применяются дополнительные холодильные системы. Также предусматриваются различные способы оттайки, в т.ч. горячим паром, и в этом случае в системах используются линейные ресиверы, которые компенсируют колебания уровня заполнения испарителя жидким СО2 при изменении тепловой нагрузки, а также применяются для освобождения конденсатора от жидкости, омертвляющей теплообменную поверхность.
Также при проектировании и монтаже промышленного холодильного оборудования с использованием СО2 следует предусмотреть дополнительные меры предосторожности против попадания внутрь воды. Проникая внутрь вместе с хладагентом при заправке холодильных установок, при замене вставок фильтров или через сальники из-за разности парциального давления, вода при взаимодействии с СО2 образует угольную кислоту, разъедающую трубы. Поэтому каскадные системы должны комплектоваться фильтрами-осушителями.
Также рекомендуем статьи:
Классификация хладагентов (холодильных агентов)
Инжиниринг холодоснабжения: выбор системы для пищевого производства
Серии поршневых одноступенчатых компрессоров Майком (MAYEKAWA)