Хладагент R717: описание и свойства

Хладагент R717 - бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), ядовит.
Химическое название R717 - Аммиак (нитрид водорода).

Общее описание R717

Химическая формула NH3 (аммиак). Относится к группе ГФУ (HFC). Из "натуральных" хладагентов R717 стоит на одном из первых мест в качестве альтернативы R22 и R502. Производство аммиака в мире достигает 120 млн. т, и лишь малая часть его (до 5%) используется в холодильной технике.

Пары аммиака легче воздуха, он хорошо растворяется в воде (один объем воды может растворить 700 объемов аммиака, что исключает замерзание влаги в системе). Массовая доля влаги в аммиаке не должна превышать 0,2%.

По термодинамическим свойствам аммиак - один из лучших хладагентов: по объемной холодопроизводительности он значительно превышает R12, R11, R22 и R502, имеет более высокий коэффициент теплоотдачи, что позволяет применять в теплообменных аппаратах трубы меньшего диаметра при заданной холодопроизводительности. Из-за резкого запаха аммиака появление течи в холодильной системе легко обнаруживается обслуживающим персоналом. Именно по этим причинам R717 нашел широкое применение в крупных холодильных установках. Хладагент R717 имеет низкую стоимость.

Один из недостатков аммиака - более высокое значение показателя адиабаты (1.31) по сравнению с R22 (1.18) и R12 (1.14), что приводит к значительному увеличению температуры нагнетания. В связи с этим предъявляют жесткие требования к термической стабильности холодильных масел, используемых в сочетании с аммиаком в течение длительного времени при эксплуатации установки. Конденсатор должен иметь развитую поверхность теплообмена, в результате чего возрастает его металлоемкость.

Аммиак имеет чрезвычайно высокое значение теплоты парообразования, вследствие чего сравнительно мал массовый расход циркулирующего хладагента (13... 15% по сравнению с R22). Это благоприятное качество для крупных холодильных установок, но затрудняет регулировку подачи аммиака в испаритель при малых мощностях.

Дополнительные сложности при создании холодильного оборудования вызывает высокая активность аммиака по отношению к меди и медным сплавам, поэтому трубопроводы, теплообменники и арматуру выполняют из стали. Из-за высокой токсичности и горючести аммиака сварные соединения тщательно контролируют. Вследствие высокой электропроводности R717 затруднено создание полугерметичных и герметичных компрессоров. Вместе с тем для промышленных холодильных установок мощностью более 20кВт аммиак - лучшая альтернатива.

На аммиаке работают многие тепловые насосы. Так, в Норвегии работает тепловой насос мощностью 200 кВт. В системе циркулирует около 30кг аммиака, использованы полугерметичный компрессор и пластинчатые теплообменные аппараты. Предусмотрены система контроля утечки аммиака и эффективная вентиляция.

Аммиачные водяные охладители-чиллеры с пластинчатыми аппаратами фирмы "Alfa-Laval", разработанные фирмой "York Refrigeration", характеризуются минимальным количеством заправленного хладагента. Так, в высокотемпературных охладителях HTLS заправка хладагента составляет 3.7...8.5 кг при холодопроизводительности соответственно 60... 140 кВт и потребляемой мощности 14...35 кВт, в среднетемпературных MTLS - 3.1...6 кг при холодопроизводительности 32...63 кВт и потребляемой мощности 12...24 кВт, в низкотемпературных LTLS - 2.6...4.5 кг при холодопроизводительности 9... 19 кВт и потребляемой мощности 7...17 кВт.

В тепловых насосах типа HPLS заправка хладагента равна 3...6,7 кг при холодопроизводительности соответственно 37...87 кВт и потребляемой мощности 12...31 кВт.

Рассмотренные охладители и тепловые насосы имеют небольшие габаритные размеры (длина 1170мм, ширина 800мм, высота 1550мм).

Ожидается применение аммиака в малых холодильных машинах для коммерческих установок.

Используемые в настоящее время масла не растворяются в аммиаке, поэтому в схему холодильной машины приходится включать маслоотделители, что увеличивает ее стоимость. В последние годы ведутся интенсивные исследования по разработке растворимого в аммиаке масла и созданию холодильного оборудования с "сухим" испарителем. Растворимость масла в аммиаке исключает образование пленки масла на теплообменных поверхностях, что повышает коэффициент теплоотдачи с 2700 до 9100 Вт/(м2·К).

Достигнутый в последние годы прогресс в разработке растворимых в аммиаке R717 холодильных масел может кардинально изменить тенденции в развитии холодильного машиностроения.

Физические свойства R717

Параметр Значение
Химическая формула NH3
Молярная масса, г/моль 17.03
Температура плавления (p=101 кПа), °С -77.73
Температура кипения (p=101 кПа), °С -33.34
Критическая температура, °С 132.25
Плотность при нормальных условиях, кг/м3 0.6942
Теплота испарения, кДж/кг 13.6789
Потенциал разрушения озона (ODP) 0
Потенциал глобального потепления (GWP) 0

Взрывоопасен в соединении с воздухом при объемной доле 16...26.8% и наличии открытого пламени.

Температура воспламенения с воздухом 651°С.

Применение R717

R717 нашел широкое применение в крупных холодильных установках.

Экологические характеристики и пожароопасность R717

ODP=0; GWP=0;  ПДК в воздухе 0.02 мг/дм3, что соответствует объемной доле 0,0028%. R717 - газ с резким удушливым запахом, вредный для организма человека.

Взаимодействие R717 с другими материалами

Минеральные масла аммиак почти не растворяет. На черные металлы, алюминий и фосфористую бронзу не действует, однако в присутствии влаги разрушает цветные металлы (цинк, медь и ее сплавы).

Дополнительные сложности при создании холодильного оборудования вызывает высокая активность аммиака по отношению к меди и медным сплавам, поэтому трубопроводы, теплообменники и арматуру выполняют из стали.

Масла для R717

Используемые в настоящее время масла не растворяются в аммиаке, поэтому в схему холодильной машины приходится включать маслоотделители, что увеличивает ее стоимость. В последние годы ведутся интенсивные исследования по разработке растворимого в аммиаке масла и созданию холодильного оборудования с "сухим" испарителем.

Характеристики R717 на линии насыщения

Темпе-ратура, 0C Давление, 105Па Удельный объем Плотность Удельная энтальпия, кДж/кг Удельная теплота парообра-зования,
кДж/кг
Удельная энтропия, кДж/(кг*К)
абсолют-ное манометри-ческое жидкости, дм3/кг пара, дм3/кг жидкости, кг/дм3 пара, кг/м3 жидкости пара жидкости пара
-50 0,408 -0,605 1,424 2,625 0,702 0,380 276,58 1691,37 1313,79 1,0995 7,4396
-40 0,717 -0,296 1,449 1,551 0,690 0,664 320,55 1707,56 1387,01 1,2921 7,2410
-34 0,979 -0,034 1,465 1,159 0,682 0,862 347,11 1716,78 1369,67 1,4044 7,1316
-33 1,030 +0,017 1,467 1,105 0,681 0,904 351,54 1718,28 1366,74 1,4228 7,1140
-30 1,195 +0,182 1,475 0,9625 0,677 1,038 364,88 1722,70 1357,82 1,4779 7,0622
-20 1,901 +0,888 1,504 0,6228 0,664 1,605 409,56 1739,69 1327,13 16576 6,9001
-10 2,908 +1,895 1,534 0,4177 0,651 2,394 454,60 1749,40 1294,80 1,8315 6,7519
0 4,294 +3,281 1,566 0,2890 0,638 3,460 500,00 1760,71 1260,71 2,0000 6,6154
10 6,150 +5,137 1,601 0,2053 0,624 4,870 545,79 1770,50 1224,71 2,1636 6,4889
20 8,574 +7,561 1,639 0,1493 0,610 6,697 592,01 1778,65 1186,64 2,3226 6,3705
30 11,67 +10,65 1,680 0,1107 0,595 9,033 638,77 1785,01 1146,24 2,4778 6,2589
40 15,55 +14,53 1,726 0,08345 0,579 11,983 686,21 1789,40 1103,19 2,6296 6,1525
50 20,33 +19,31 1,777 0,06378 0,562 15,678 734,56 1791,58 1057,02 2,7789 6,0499
60 26,14 +25,12 1,834 0,04929 0,545 20,288 784,13 1791,22 1007,09 2,9268 5,9497
70 33,12 +32,10 1,900 0,03841 0,526 26,034 835,38 1787,87 952,49 3,0745 5,8502
80 41,40 +40,38 1,973 0,03009 0,506 33,233 888,96 1780,84 891,88 3,2238 5,7493
90 51,14 +50,12 2,071 0,02359 0,482 42,390 945,89 1769,08 823,19 3,3772 5,6440
100 62,5 +61,50 2,183 0,01842 0,458 54,288 1007,80 1750,79 742,99 3,5388 5,5299
110 75,75 +74,73 2,349 0,01418 0,425 70,521 1077,76 1722,47 644,71 3,7158 5,3984
120 91,07 +90,05 2,594 0,01050 0,385 95,238 1163,06 1675,37 512,31 3,9257 5,2288
130 108,88 +107,86 3,185 0,006589 0,313 151,768 1298,69 1563,51 264,82 3,2532 4,9101

 

Комментарии

Ваше имя:

E-mail:  (на сайте не показывается)

Введите код с картинки: