Обслуживание холодильной машины, работающей на аммиаке, требует строжайшего соблюдения правил охраны труда. Ам миак является доступным и дешевым холодильным агентом.
'Его применяют в поршневых холодильных машинах различного назначения.
Фреоны — это хлорфторзамещенные углеводороды. Исходны ми углеводородами для получения основных фреонов являются метан (СН4) и этан (СгНе). Свойства фреонов меняются в за
висимости от соотношения в них атомов фтора, хлора и водо рода.
Каждый фреон имеет номер, соответствующий его химиче ской формуле: Ф-12, Ф-22, Ф-21 и т.д.
Фреон обладает наименее физиологически вредными свой ствами и не имеет запаха. Его применяют для поршневых ком прессоров любой подачи. Однако фреон чрезвычайно текуч и способен проникать через мельчайшие неплотности. При этом очень трудно обнаружить утечку фреона, так как он не обла дает запахом.
Эта особенность предъявляет большие требования к уплот нениям при монтаже холодильных установок, работающих на фреоне.
Принципиальная схема замораживающей станции, работаю щей по принципу одноступенчатого сжатия хладагента, пока
зана на |
рис. 4.10, а. |
|
Пары хладагента сжимаются в компрессоре 1 до давления |
||
1,2 МПа |
(в |
зависимости от применяемого хладагента), в ре- |
а |
9 |
W |
|
||
Рис. 4.10. Принципиальная схема работы замораживающей станции
160
зультате чего его температура повышается до 100°С. Хладагент с такими параметрами проходит через маслоотделитель 2 и по падает в межтрубное пространство конденсатора 3, в котором непрерывно циркулирует вода. В результате охлаждения пары конденсируются и хладагент переходит в жидкое состояние. При этом давление его примерно остается тем же, а температу ра понижается до 15—25 °С в зависимости от расхода и темпе ратуры охлаждающей воды.
Жидкий хладагент из конденсатора по трубопроводу 4 про ходит через дроссельное устройство 5, а оттуда по трубопрово дам 6 поступает в испаритель 8, где резко снижается давление хладагента до 0,05 МПа. .В результате перепада давления хлад агент испаряется, а его температура понижается до температур минус (30—20) °С. Пары хладагента по мере испарения подни маются по змеевикам испарителя 7 и, пройдя грязеуловитель 9, попадают через трубопровод 10 опять в компрессор. На этом заканчивается непрерывный цикл движения хладагента.
Переход жидкого хладагента в газообразное состояние про исходит в испарителе 8 и трубопроводах 6 я 10 с большим по глощением тепла (например, 1 кг аммиака поглощает 1050—■ 1134 кДж). Это тепло отнимается у хладоносителя 12, который находится в рассольном баке 11 и непрерывно с помощью рас творомешалки 13 циркулирует в межтрубном пространстве испарителя 8. В результате этого хладоноситель охлаждается до отрицательной температуры (20—25) °С.
Охлажденный хладоноситель насосом 14 нагнетается по магистральному трубопроводу 15 и распределителю 16 в каж дую замораживающую колонку 17. Циркулируя по заморажи вающим колонкам, хладоноситель отдает холод окружающим горным породам и замораживает их, а сам нагревается на 1—3°С в зависимости от режима замораживания. Пройдя че
рез колонки, хладоноситель попадает в коллектор 18, а затем |
||
в обратный магистральный трубопровод 19, по |
которому |
он |
поступает для повторного охлаждения в испаритель 8. |
име |
|
Таким образом, при работе замораживающей |
станции |
|
ет место три самостоятельных замкнутых цикла движения: хла дагента, воды в конденсаторе и хладоносителя.
Работа замораживающей станции при одноступенчатом цикле сжатия и использования в качестве хладагента аммиака позволяет понизить температуру хладоносителя минимум до —30°С. Для получения более низких температур используют замораживающие станции, работающие по принципу двухсту пенчатого сжатия хладагента. Принцип работы такой станции показан на рис. 4.10,6. Компрессор низкого давления 1 сжи мает пары хладагента до промежуточного давления, равному 0,4—0,5 МПа. Температура хладагента при этом повышается до 90 °С. С такими параметрами пары хладагента поступают в
промежуточный сосуд 2. В компрессоре высокого давления 6 пары хладагента сжимаются до давления 1,0—1,2 МПа и че рез маслоотделитель 5 поступают в конденсатор 4. В конденса торе хладагент переходит в жидкое состояние и подается на регулирующий вентиль 3, где давление снижается до 0,5 МПа, т. е. до давления в компрессоре первой ступени. Снижение давления до таких пределов позволяет понизить температуру хладагента до минус (8—10) °С. Жидкий хладагент смешивает ся с парами хладагента от компрессора низкого давления. В результате смешения жидкого хладагента и газообразного температура последнего в сосуде 2 снижается до —4°С.
Из промежуточного сосуда одна часть хладагента (газооб
разная) поступает в компрессор высокого давления, а |
вторая — |
ко второму регулирующему вентилю 8, где давление |
вторично |
снижается до 0,05 МПа, что соответствует температуре испа |
|
рения, например аммиака— (50—60) °С, фреона— (60—70) °С. |
|
От регулирующего |
вентиля хладагент |
поступает |
в испари |
тель 7, а оттуда в компрессор низкого давления 1. |
Охлажде |
||
ние хладоносителя |
до отрицательных |
температур |
происходит |
виспарителе 8 благодаря его непрерывной циркуляции.
Вкачестве хладоносителей используют водные растворы солей (обычно хлоридов) хлористого кальция, хлористого маг ния. Хладоносители, представленные водными растворами хло ридов, получили название рассолов. Концентрация рассола должна быть такой, чтобы температура, замерзания его была на 8 “С ниже температуры испарения хладагента. Наибольшее распространение в практике замораживания получил водный раствор хлористого кальция плотностью 1,28 г/см3.
Широкое применение водных растворов солей (рассолов) связано с тем, что они дешевы и легко могут быть приготовле ны в условиях строительной площадки.
Недостатки рассолов: они весьма агрессивны по отношению
кледопородным ограждениям и в случае утечек из колонок,
что зачастую бывает в практике замораживания, приводят к разрушению ранее созданного ледопородного ограждения и, как следствие, прорыву воды через ограждение.
Кроме того, температура замерзания хлористых рассолов выше температуры испарения хладагента при двухступенчатом сжатии, что вызывает опасность их замерзания в испарителях. В связи с этим в настоящее время, ведутся поиски хладоносите лей, которые были бы дешевле, обладали более низкой темпера турой замерзания, чем хлористые рассолы, и были инертны к ледопородным ограждениям.
Представляет интерес применение в качестве хладоносителей дихлорметана (фреон — 30) и керосина. Характеристики этих хладоносителей, по данным ВНИИОМШСа, приведены в табл. 4.7.
|
Хладоноситель |
Плотность, кг/м3 |
Теплоем кость, Дж/(кг-°С) |
Хлори |
1286 |
2,747 |
стый |
|
|
кальций |
|
1155 |
Фреон-30 |
1304 |
|
Керосин |
850 |
1890 |
âiS p
l i *
М о £ Н саШ
0,47
0,158
0,232.
|
Вязкость ди намическая, Па-С |
Температура затвердеваЯШ1, °С |
Коэффици ент объем ного расши рения, °С-1 |
Увеличение объема при максималь-. ном перепа де темпера тур 75 °С. % |
580-Ю-5 - 5 5 |
0,004 |
3 |
|
55*10-5 |
- 9 6 ,7 |
0,0012 |
9 |
265-1О-5 |
—86 |
0,002 |
15 |
Расчеты показывают, что фреон-30 и керосин при прочих равных условиях требуют меньшей поверхности испарения. Однако в связи с малыми теплоемкостью и теплопроводностью они требуют увеличения объемного расхода, а следовательно, увеличения диаметра трубопроводов и мощности двигателей насосов.
Фреон-30 в качестве хладоносителей в настоящее время применяют на ряде химических предприятий страны в установ ках, где водные растворы солей в случае нарушения герметич ности системы приводят к аварии, т. е. в условиях, аналогичных шахтным. Фреон-30 не опасен в пожарном отношении. Недо статками его являются наркотические свойства', высокая прони кающая способность и высокая стоимость. Однако в сложных гидрогеологических условиях при низкотемпературном замора живании пород на большие глубины и при соответствующем качестве монтажа трубопроводов и замораживающих колонок применение фреона-30 экономически может себя оправдать.
В мировой практике шахтостроения были случаи -примене ния в качестве хладоносителя керосина. Так, например, керо син применяли при проходке ствола на калийном месторожде нии в Канаде в 1955 г. для замораживания -пород на глубину 914 м. Керосин совершенно инертен по отношению ко льду, не корродирует металл трубопроводов и аппаратов, вязкость его при низких температурах меньше, чем у хлористого кальция. К отрицательным свойствам керосина следует отнести его по
жароопасность, большой |
коэффициент |
объемного расширения |
(в 6 раз больше, чем у |
хлористого |
кальция) и повышенную |
проницаемость. Температура вспышки паров керосина при вне сении открытого пламени 30—40 °С. При использовании керо сина в систему необходимо включить расширительную емкость на случай продолжительной остановки замораживающей стан ции. Эта емкость должна быть рассчитана на увеличение объе ма при повышении температуры хладоносителя на 10—15 “С.
4.2.2. Оборудование замораживающей станции
Как указывалось выше, замораживающая станция состоит из компрессора, конденсатора, испарителя, вспомогательных сосудов и Запорной аппаратуры.
Основным оборудованием замораживающей станции явля ется компрессор. В качестве паровых холодильных машин при меняют преимущественно поршневые компрессоры. Однако могут применяться ротационные и турбинные компрессоры. По ступеням сжатия различают компрессоры одно-, двух- и трехступенчатые. По направлению движения хладагента в ци линдре компрессоры бывают прямоточные, в которых хладагент движется в одном направлении по отношению к цилиндру от момента всасывания до момента выталкивания, и компрессоры непрямоточные, в которых хладагент меняет свое направление движения, следуя за поршнем. По рабочим полостям их подраз деляют на компрессоры простого действия, в которых хлад агент сжимается только одной стороной поршня, и компрессоры двойного действия, в которых сжатие хладагента осуществляет ся поочередно обеими сторонами поршня. По числу цилиндров компрессоры делят на одно- и многоцилиндровые, по располо жению осей цилиндров — на горизонтальные, вертикальные и с угловым расположением цилиндров (V-образные)'. По скорости вращения вала компрессоры делят на тихоходные и быстро ходные.
Тип компрессора выбирают в зависимости от требуемой хладопроизводительности и основных параметров работы замо раживающей станции: температуры и давления испарения, температуры и давления конденсации, температуры перед регу лирующим вентилем, степени сжатия хладагента в цилиндрах компрессора.
Учитывая, что хладопроизводительность компрессора — ве личина переменная, зависящая от температур и давлений ис парения и конденсации, в холодильной технике различают хладопроизводительность компрессора при нормальных и стан дартных условиях работы компрессора. В первом случае хла допроизводительность компрессора определяют в нормальных условиях при следующих температурных условиях: температура конденсации fK= + 25°C; температура перед регулирующим вентилем /в= +15°С; температура испарения ta= —10°С. Хла допроизводительность в стандартных условиях определяют при условиях: tK= +3Ô°C, /„= + 2 5 °С; tu— — 15°С.
В практике компрессоры используют при весьма разнооб разных температурных условиях в зависимости от имеющейся в наличии охлаждающей воды и заданной температуры испа рения хладагента, которые обычно значительно отличаются от нормальных. Хладопроизводительность компрессора, развивае-