Что такое циклопентан в холодильнике
Циклопентан: основные характеристики
Циклопентан — это летучая жидкость, находящая широкое применение в качестве вспенивателя при получении жестких полиуретановых пенопластов. Он относится к озононеразрушающим вспенивателям и после вступления в силу с января 1989 года Монреальского протокола пришел на смену фреонам R-11, R-12, R 141b.
Хотя до сих пор многие производители активно используют фреон R 141b для изоляционного пенополиуретана, невзирая на все запретительные акты, потому что это не требует глобального перевооружения производства, да фреон и дешевле.
Этим грешат крупнейшие азиатские производители холодильной техники и некоторые российские при изготовлении продукции на внутренний рынок. Ведь рядовой потребитель разницу не заметит, а культура утилизации материалов пока невысока.
Основные физические свойства циклопентана
Свойства циклопентана определяют особые меры предосторожности при его транспортировке. Необходимо избегать нагрева, т.к. это вещество легко переходит в газообразное состояние. Циклопентан горюч, что требует особых противопожарных мер при транспортировке и переработке.
Проблемы при переходе на циклопентан
Переход на циклопентан обусловлен его экологичностью, хотя по сравнению со своими предшественниками он менее технологичен и имеет:
Снижение прочностных характеристик приводит к необходимости повышать плотность изделий, то есть увеличивать расход материалов.
Переход на циклопентан в качестве вспенивателя требует полного технического переоснащения предприятия и пересмотра технологических циклов. А зачастую и замены соприкасающихся с ППУ материалов, т. к. циклопентан более агрессивен. Поэтому переход на этот вспениватель был в первую очередь осуществлен предприятиями, получившими гранты от международных экологических фондов.
Сравнительные изоляционные характеристики и воздействие на окружающую среду R-11 и циклопентана
Циклопентан
Циклопентан. Описание технологии
Циклопентан — это углеводородный вспенивающий агент, который считается наиболее предпочтительной альтернативой ГХФУ- и ГФУ-вспенивателям.
Физико-химические свойства:
Получение
Основной способ получения циклопентана — восстановление циклопентанона. Также для получения можно использовать перегонку нефти, гидрирование циклопентадиена, реакцию 1,5-дибромпентана с металлическим магнием или цинком при нагревании.
Безопасность для человека и окружающей среды
Обладает нулевой ОРС и ПГП, равным 11.
При наличии источника огня пары циклопентана могут воспламеняться при температуре –37°С. При нагревании до +320°С газ способен самовоспламеняться.
При концентрации в воздухе от 1,4 до 8% циклопентан образует взрывоопасную смесь.
При попадании циклопентана в атмосферу образуется фотохимический смог, в котором проходят реакции, приводящие к выделению тропосферного озона — парникового газа, являющегося третьим по степени влияния на климат.
Применение
Циклопентан применяется в качестве вспенивателя пенополиуретана (ППУ) в холодильном оборудовании.
Из-за способности образовывать фотохимический смог циклопентан не применяют при производстве пенопластов с открытыми ячейками.
В качестве вспенивателя используется чистый (содержание примесей не более 5%) или технический (содержание примесей не более 25%) циклопентан.
Пожаровзрывоопасность вещества требует применения дополнительных мер безопасности на всех этапах хранения, транспортировки и смешивания, что осложняет внедрение этой технологии на небольших предприятиях.
Во избежание пожара или взрыва вместо обычной воздушной среды в складских, промежуточных и расходных емкостях, а также для продувки (инертизации) проемов шкафов холодильников непосредственно перед заливкой пенополиуретана используют азот.
Если объемы потребления циклопентана относительно невелики, то вещество в бочках объемом чуть более 200 литров складируется в специально отведенном для хранения месте на открытом воздухе под навесом, обеспечивающим защиту от осадков. Со склада бочки поступают к станции смешивания, где циклопентан специальным насосом подается для подготовки смеси с полиолом.
Компоненты подаются и смешиваются полностью в автоматическом режиме. Станции смешивания полиола с циклопентаном устанавливаются в специальном помещении с повышенной степенью защиты и оснащают датчиками-газоанализаторами, системами вентиляции и освещения, а также пультом управления всеми системами контроля и обеспечения безопасности.
Готовая смесь подается напрямую к пенозаливочным машинам или же, в зависимости от особенностей производства, в цеховую рабочую емкость объемом от 500 до 1000 литров. Пенозаливочные машины связаны трубопроводом, по которому подается смесь. Трубопровод изготавливается из высококачественной стали. Чтобы полностью избежать протечек, все сварочные работы производятся на месте специалистами высшей категории.
Все части и узлы заливочных машин, контактирующие с циклопентаном, должны иметь взрывобезопасное исполнение. Если степень износа традиционных заливочных машин не слишком высока, их можно приспособить для работы с циклопентаном, переведя электрооборудование во взрывобезопасное исполнение, заземлив основные части установки, оборудовав защитный бокс с системой вентиляции и установив датчики газоанализаторов в местах возможной утечки компонента.
Чтобы уменьшить число и размер зон с повышенным классом пожаро- и взрывоопасности, изолируют все части и узлы линии заливки шкафов и дверей холодильников, где может оказаться чистый или смешанный с полиолом циклопентан. Для этого используются материалы с антистатическими свойствами и специальные боксы с разряженной средой, а также системами доступа и дублируемой системой вытяжной вентиляции на случай аварии.
Основная система вентиляции работает в постоянном режиме, а при обнаружении паров циклопентана и срабатывании системы аварийной безопасности запускается аварийная система вентиляции. Это позволяет избежать превышения нижнего предела взрываемости даже при выбросе чистого или смешанного с полиолом циклопентана, что гарантирует безопасность персонала и производственного оборудования.
Система безопасности включает газоанализаторы, датчики уровня на случай утечки компонента, датчики входных дверей и датчики наличия инертной среды и работоспособности вентиляционного оборудования. Их показания выводятся на один общий или несколько местных пультов управления и контроля. Все сигналы дублируются на специальном пульте управления, устанавливаемом в таком месте, где гарантируется постоянное нахождение оператора.
Для максимальной безопасности система электроснабжения также дублируется: основная и аварийная системы питаются от двух независимых источников питания. Аварийная система запускается автоматически.
Производственные помещения, в которых устанавливается технологическое оборудование по запениванию пенополиуретаном шкафов и дверей холодильников, оборудуются аварийными выходами, системой освещения во взрывобезопасном исполнении и системой аварийной безопасности с учетом требований общих и местных правил и норм.
Взрывоопасность циклопентана требует повышенного уровня ответственности руководства и обслуживающего персонала, поэтому правилам эксплуатации оборудования и систем безопасности и действиям при аварии необходимо обучать персонал всех уровней.
Циклопентан: основные принципы перевооружения
В настоящее время практически все производители холодильной техники в мире отказались от использования фреона 141 b в качестве вспенивающего агента и перешли на циклопентан. Переход на циклопентан выполнялся и на собственные средства предприятий, и в рамках финансирования со стороны Всемирного банка, Глобального экологического фонда (ГЭФ) и соответствующих подразделений ООН, таких как ЮНИДО, ЮНОПС, ПРООН. Цель данного перевооружения — защита озонового слоя Земли и борьба с парниковым эффектом.
Перевод завода по выпуску холодильной техники на циклопентан представляет собой довольно сложную с технической точки зрения задачу, поскольку речь идет об изменении практически всей технологической цепочки. Более того, так как циклопентан взрывоопасен, то на всех стадиях подготовки и реализации данного проекта должно уделяться особое внимание вопросам безопасности.
Ниже мы остановимся подробнее на наиболее важных моментах, связанных с переходом на циклопентан.
Склад хранения циклопентана
В абсолютном большинстве случаев речь идет о емкостях для хранения циклопентана объемом 30–40 кубометров, вынесенных за пределы заводских помещений. В зависимости от географического положения, а также местных норм и требований органов сертификации и контроля емкости могут быть расположены как на поверхности, так и полностью или частично под землей.
Как правило, требуется не менее двух таких емкостей: одна — для непосредственного использования, другая — для аварийного слива циклопентана в случае аварии. К установке подготовки рабочей смеси циклопентан подается соответствующими насосами.
Если объемы потребления циклопентана относительно невелики, возможен более экономичный вариант склада. Циклопентан в бочках объемом чуть более 200 литров складируется в специально отведенном для хранения месте на открытом воздухе, но под навесом, обеспечивающим защиту бочек от осадков. Со склада бочки поступают к станции смешивания, где в условиях, обеспечивающих необходимую безопасность, циклопентан посредством специального насоса подается для подготовки смеси с полиолом.
Естественно, что на всех этапах хранения, транспортировки и смешивания циклопентана должна быть обеспечена надежная система защиты от возможного воспламенения и взрыва.
Смешивание полиола с циклопентаном
Станции смешивания полиола с циклопентаном устанавливаются в специальном помещении с повышенной степенью защиты. Назначением станции, как видно из названия, является замешивание циклопентана в полиол, являющийся одним из двух компонентов в составе полиуретана. Подача и смешивание компонентов осуществляются в полностью автоматическом режиме, после чего смесь поступает либо напрямую к пенозаливочным машинам или же, в зависимости от особенностей производства, в цеховую рабочую емкость объемом от 500 до 1000 литров.
Станции смешивания изолируются от основного помещения специальными защитными боксами, оснащенными датчиками-газоанализаторами, системой вентиляции с двухскоростным режимом, системой освещения во взрывобезопасном исполнении, а также пультом управления всеми системами контроля и обеспечения безопасности.
Система подачи смеси полиола и циклопентана к пенозаливочной технике
Полученная в цехе подготовки смесь полиола с циклопентаном подается к пенозаливочным машинам по системе трубопроводов, соединяющей все пенозаливочные машины. Данный трубопровод изготавливается из высококачественной стали, все сварочные работы производятся на месте специалистами высшей категории с целью полного исключения возможных протечек.
Пенозаливочная техника
Традиционные заливочные машины, как правило, не предназначены для работы с циклопентаном. Для этого используются машины, все части и узлы которых, находящиеся в контакте с циклопентаном, имеют специальное взрывобезопасное исполнение и защиту. Речь, в частности, идет о следующих частях и узлах машины:
С учетом морального и физического износа пенозаливочной техники ее модернизация при переходе на циклопентан зачастую не представляется экономически обоснованной, а иной раз и просто технически возможной. Конечно, в каждом отдельном случае данный вопрос требует отдельного рассмотрения.
Линии теплоизоляции ППУ шкафов и дверей холодильников
Если степень износа оборудования не слишком высока, существует возможность технического перевооружения, включающего в себя перевод электрооборудования во взрывобезопасное исполнение, заземление всех основных частей установки, оборудование защитного бокса с системой вентиляции, установку датчиков газоанализаторов в местах возможной утечки компонента.
При использовании циклопентана в качестве вспенивающего агента вместо обычной воздушной среды в складских, промежуточных и расходных емкостях должен использоваться азот, создающий инертную невзрывоопасную среду.
Азот может поставляться в стандартных баллонах или производиться непосредственно на месте использования. Имеет смысл поставлять азот в баллонах в случае потребления в небольших и средних объемах, в то время как при больших объемах потребления рекомендуется производить азот с помощью специального оборудования и разводить его по системе трубопроводов непосредственно к потребителям. Кроме того, азот используется для продувки («инертизации») проемов шкафов холодильников непосредственно перед заливкой пенополиуретана. Выполняется это с помощью специального азотного клапана, смонтированного непосредственно на заливочной головке или на борту тележки, обеспечивающей загрузку заготовок шкафов холодильников в линию заливки.
При этом автоматически будет выбрана правильная доза азота для продувки шкафа холодильника в зависимости от его модели и объема.
Защитный вентилируемый бокс
Все части и узлы линии заливки шкафов и дверей холодильников, где предполагается наличие циклопентана в чистом виде или в смеси с полиолом, должны быть изолированы с целью предельного сокращения зон с повышенным классом пожаро- и взрывоопасности. Для этой цели используются специальные боксы, внутри которых поддерживается разряженная среда, а в конструкции применяются исключительно материалы, обладающие антистатическими свойствами. Кроме того, боксы имеют аварийные системы доступа и снабжаются системой вытяжной вентиляции, а сама система вентиляции — дублирующим, двухскоростным вентиляционным оборудованием.
Основная система вентиляции работает в постоянном режиме, в случае же появления паров циклопентана и срабатывания системы аварийной безопасности к ней подключается и вторая, аварийная, система вентиляции. Благодаря этому даже в случае выброса смеси с циклопентаном или циклопентана в чистом виде низший взрывной предел LEL (Low Explosion Limit) не будет превзойден ни при каких обстоятельствах, что гарантирует безопасность персонала и производственного оборудования.
Система обеспечения безопасности
Система аварийной безопасности предполагает наличие датчиков газоанализаторов, датчиков уровня на случай возможной утечки компонента, датчиков входных дверей и датчиков наличия инертной среды и работоспособности вентиляционного оборудования.
Показания всех этих систем слежения выведены на один общий или несколько местных пультов управления и контроля.
Сами пульты управления системой безопасности оснащены двойной системой электропитания — основной и аварийной, переключение с первой на вторую производится в автоматическом режиме. При этом обеспечивается поддержание в активном режиме всех аварийных и вентиляционных систем в момент отключения электроэнергии.
Все аварийные сигналы дублируются на специальном пульте управления, устанавливаемом в таком месте, где гарантируется постоянное нахождение оператора. Таким образом обеспечивается своевременное оповещение службы безопасности о наступлении аварийной ситуации даже в ночные часы и в праздничные и выходные дни.
Система электроснабжения
С целью гарантии максимального уровня безопасности предусматривается двойная, основная и аварийная, система электроснабжения на основе двух независимых источников питания. При этом подключение аварийной системы энергоснабжения произойдет автоматически, что, с одной стороны, подстрахует работу основной в случае выхода ее из строя, а с другой — исключит даже малейшую возможность отключения оборудования и в первую очередь оборудования системы безопасности от источника энергоснабжения.
В случае отсутствия двух независимых линий подачи электроэнергии необходимо обеспечить наличие специального источника питания, который будет автоматически введен в действие в случае отключения электроэнергии от основного источника.
Производственные помещения
Производственные помещения, в которых устанавливается технологическое оборудование по запениванию пенополиуретаном шкафов и дверей холодильников, оборудуются системой аварийного выхода, системой освещения во взрывобезопасном исполнении и системой аварийной безопасности в полном соответствии с требованиями общих и местных правил и норм.
Обучение персонала
Включение в технологический цикл такого взрывоопасного вещества, как циклопентан, предполагает повышенный уровень ответственности со стороны как руководящего, так и обслуживающего персонала предприятия.
В этой связи важным компонентом проекта становится обучение персонала всех уровней правилам эксплуатации оборудования и систем безопасности, а также действиям в условиях наступления аварийной ситуации.
Проектная, нормативная и разрешительная документация
Компания — поставщик оборудования обязана предоставить предварительный проект мероприятий по переводу оборудования на циклопентан. При этом данный проект, как правило, выполненный на основе зарубежных норм, непременно должен быть адаптирован к требованиям действующих российских правил, что подразумевает непременное подключение российских проектных учреждений и организаций, имеющих соответствующие разрешения и лицензии.
Кроме того, все помещения, задействованные под хранение, смешивание и заливку систем с циклопентаном, должны соответствовать требованиям российских, общих и местных, правил и норм.
Преимущества циклопентана
Переходя на циклопентан, предприятие получает целый ряд преимуществ, таких как существенное повышение качества и класса энергопотребления выпускаемой холодильной техники, освоение современных технологий, не усугубляющих парниковый эффект, возможность экспорта выпускаемой техники за пределы России, а также сотрудничества и совместной деятельности с основными мировыми производителями.
«Каннон» в свете перехода на циклопентан
Компания «Каннон» одной из первых в мире встала на путь освоения циклопентана в качестве вспенивающего агента. Она стала пионером в деле разработки основных принципов перехода на циклопентан и работы с ним. Сотни предприятий в мире перешли на эту технологию при непосредственном участии «Каннон».
Лидирующее положение в этом деле «Каннон» сохраняет и в России, а также в других странах бывшего Советского Союза. Ниже приводится список предприятий, которые были переведены на циклопентан с помощью «Каннон»:
На всех этих предприятиях оборудование, переведенное на циклопентан и снабженное необходимыми системами безопасности, надежно работает уже много лет. При этом за всю историю эксплуатации не было выявлено ни одного случая аварийной опасности.
Более того, зная, что переход на альтернативные виды вспенивателей неизбежен, компания «Каннон» на протяжении последних 10–12 лет поставляла своим российским заказчикам дозировочно-заливочное оборудование, конструктивные особенности которого позволяют перейти на циклопентан наименее трудоемким и затратным способом.
Как работает холодильное оборудование?
Содержание
Содержание
Вы никогда не задумывались, почему в холодильнике — холодно, и что общего у морозильного шкафа и кондиционера? В этом материале разбираемся, как работает холодильное оборудование.
Замечали, что, когда вы выходите из душа, вам всегда прохладно? Дело в том, что влага при испарении поглощает тепло. А при конденсации, наоборот, тепло выделяется. На этих явлениях и основан принцип действия паровых компрессорных холодильных машин– в них по замкнутому кругу двигается специальная жидкость (хладагент). Хладагент испаряется в испарителе и конденсируется в конденсаторе. При этом испаритель охлаждается, а конденсатор греется.
Чтобы хладагент испарялся и конденсировался в нужных местах, в холодильном контуре должны присутствовать еще два элемента – компрессор и дросселирующее устройство.
Компрессор сжимает газообразный хладагент в конденсаторе, где он под действием высокого давления переходит в жидкую форму, выделяя тепло. А дросселирующее устройство (капиллярная трубка или терморегулирующий вентиль) затрудняет движение хладагента и поддерживает высокое давление в конденсаторе. После дросселя давление в контуре намного ниже, и попавший туда хладагент начинает испаряться внутри испарителя, поглощая тепло. Далее он, уже в газообразном виде, снова попадает в компрессор, и цикл повторяется.
Многие холодильные установки комплектуются дополнительными элементами.
Фильтр-осушитель устанавливается перед дросселирующим устройством. Его задачей является извлечение из хладагента воды и механических частиц. При его отсутствии капилляр может засориться или замерзнуть.
Терморегулятор (термостат) выключает компрессор при достижении необходимой температуры.
Ресивер повышает эффективность холодильной установки. Без терморегулирущего вентиля (с капиллярной трубкой) скорость выработки холода является постоянной. И, если она будет слишком большой, компрессор будет часто включаться–выключаться, а если слишком маленькой — охлаждение будет идти слишком долго. Использование ТРВ позволяет изменять скорость охлаждения в больших пределах, но требует наличия ресивера для компенсирования колебаний расхода хладагента.
Различные датчики температуры и давления, управляемые электроникой регуляторы давления и клапаны используются для повышения эффективности устройства и поддержания специфических режимов работы.
Из холода в жар
Чаще всего холодильная машина используется именно для охлаждения — испаритель расположен в охлаждаемом объеме, а конденсатор вынесен в окружающую среду. Так работают кондиционеры, холодильники и морозильники. Но холодильный контур не только поглощает тепло на испарителе, но и выделяет его на конденсаторе. Нельзя ли использовать холодильную машину «наоборот» — для обогрева, расположив конденсатор в обогреваемом помещении, а испаритель вынеся наружу?
Еще как можно. Холодильная машина использует электроэнергию не для непосредственного нагрева (как ТЭН), а для переноса тепла, поэтому эффективность ее выше, чем у обычного электронагревателя. Многие современные кондиционеры могут работать «наоборот», используя теплообменник внутреннего блока как конденсатор, а теплообменник внешнего блока – как испаритель. В таком режиме на 1 кВт потребленной мощности кондиционер может произвести 2–6 кВт тепла. Греть комнату кондиционером может быть значительно выгоднее, чем электрообогревателем!
В местах с более холодным климатом в последнее время все большую популярность получают тепловые насосы – паровые компрессорные холодильные машины, у которых испаритель помещен под землю на глубину, большую глубины промерзания. Поскольку там всегда сохраняется положительная температура, эффективность теплового насоса не зависит от времени года. Такие устройства намного экономичнее электрических обогревателей и могут использоваться для отопления жилища круглый год при любой температуре. К сожалению, высокая стоимость тепловых насосов пока препятствует их популярности.
Виды компрессоров
Поршневые компрессоры устанавливаются в основном в холодильниках и морозильниках. В большинстве моделей поршень приводится в движение обычным электродвигателем, двигающим поршень через шатунно-кривошипный, кулачковый или кулисный механизм.
Существуют также электромагнитные (линейные) поршневые компрессоры. В них цилиндр расположен внутри катушки, создающей электромагнитное поле, которое приводит в движение поршень.
Поршневые компрессоры способны создавать высокое давление, обеспечивая большой перепад температур на испарителе и конденсаторе. Кроме того, обычный поршневой компрессор имеет достаточно простую конструкцию, не требующую высокой точности изготовления деталей, соответственно стоят они недорого. Однако недостатков у поршневых компрессоров тоже хватает:
Поэтому поршневой компрессор можно повторно запускать только через несколько минут после остановки, когда давление в системе выровняется. Защитой от повторного пуска снабжены далеко не все модели, поэтому холодильное оборудование рекомендуется подключать через реле времени с задержкой включения в 5–10 минут.
Ротационные компрессоры (иногда называемые роторными) создают давление за счет изменяющегося зазора между вращающимся ротором и корпусом компрессора.
Существуют различные модификации этого вида компрессоров — с эксцентричным ротором, с подвижными лепестками, с качающимся ротором, спиральный и т. п.
Все они обладают небольшими габаритами, низким уровнем шума и увеличенным ресурсом за счет снижения количества подвижных деталей. К недостаткам этого вида можно отнести сложность изготовления (ротор и корпус должны быть изготовлены с высокой точностью) и низкое максимальное давление. Такие компрессоры чаще используются в климатической технике, для которой не требуется создавать очень низкую температуру.
Ротационными и поршневыми список компрессоров не исчерпывается — существуют еще центробежные, винтовые, кулачковые и другие. Но в бытовой технике они используются реже.
Вне зависимости от вида компрессор может быть неинверторным (стандартным) или инверторным. У обычных компрессоров скорость вращения двигателя постоянна, для поддержания заданной температуры он периодически включается и выключается. В инверторных компрессорах двигатель подключен через частотный преобразователь (инвертор), с помощью изменения частоты напряжения меняющий скорость вращения электродвигателя. Такой компрессор поддерживает заданную температуру выставлением нужной скорости вращения. Инверторные компрессоры дороже, но экономичнее, эффективнее и имеют больший ресурс.
Типы хладагентов
Чем ниже температура кипения хладагента, тем более низкую температуру можно получить на испарителе холодильной машины. Однако, понизить температуру в морозильнике, просто поменяв фреон на более «холодный», скорее всего, не выйдет — хладагенты с низкой температурой кипения требуют большего давления для конденсации. Компрессор, рассчитанный на фреон с высокой температурой кипения, просто не сможет создать такое давление. Поэтому при замене хладагента следует придерживаться рекомендаций из инструкции, и не заправлять хладагент с характеристиками, сильно отличающимися от рекомендованных.
В бытовых устройствах чаще всего используются следующие хладагенты:
Фреон R22 (хладон 22, хлордифторметан) до недавних пор часто использовался в холодильных и морозильных установках. Обладает достаточно низкой температурой кипения (-40,8°С), при утечке возможна дозаправка системы. Однако из-за вреда, наносимого окружающей среде (разрушение озонового слоя) R22 в последнее время используется редко, а во многих странах вообще запрещен.
R600a (изобутан) все чаще используется в холодильной технике вместо менее экологичного R134. Его преимуществами являются низкое давление конденсации и высокая удельная теплота парообразования – холодильники, использующие этот фреон, дешевле и экономичнее. Однако из-за высокой температуры кипения (-12°С) заправленную им технику нельзя использовать на улице при отрицательных температурах.
Следует также помнить о том, что каждый тип фреона требует использования определенного вида масла для смазки деталей компрессора. Обычно тип (а иногда и марка масла) приводятся в сопроводительной документации к фреону. Использование других масел может привести к поломке компрессора.
Как видно, ничего сложного в холодильной технике нет, а понимание принципов ее работы может значительно продлить жизнь технике, позволить сэкономить на электроэнергии и уберечь от неправильных действий, могущих привести к поломке прибора.