Аммиак — экологически безопасный холодильный агент

Полный текст

Так, в 50-е годы в мире на долю аммиака приходилось 80 % промышленных установок, 30 % торгового холодильного оборудования, 10 % морского рефрижераторного флота. 15 % холодильных установок в системах кондиционирования воздуха.

В 80-е годы аммиак окончательно был вытеснен из морского рефрижераторного флота и заменен на синтетический хладагент R22 (CHCIF2).

Открытие «озоновых дыр» над Южным полюсом в 70-80-х годах неожиданно оказалось связанным с производством и расширением применения фреонов далеко за пределами холодильной техники. Принятый в 1987 г. Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, ограничил производство и применение фреонов, содержащих атомы хлора и брома.

Более серьезные трудности для синтетических хладагентов возникли в связи с обсуждением последствий глобального потепления вначале на Саммите в Рио-де-Жанейро в 1992 г., а затем в Киото в 1997 г. В Киото страны-участницы Саммита 1992 г. приняли Протокол, где к числу «парниковых» газов, ответственных за глобальное потепление, отнесены все без исключения синтетические хладагенты: гидрофторуглеводороды (ГФУ), перфторуглеводороды (ПФУ) и шестифтористая сера.

Парадокс в том, что в Протокол Киото попали все так называемые озонобезопасные хладагенты.

На самом деле эта новость не была из разряда неожиданных: об этом говорил еще в 1994 г. на Международной конференции МИХ в Ганновере Г. Лоретцен (Норвегия). Здесь же, в Ганновере, вошел в обиход термин «природные хладагенты» (natural working fluids), к числу которых наряду с углеводородами, диоксидом углерода, водой, воздухом и гелием был отнесен и аммиак.

С термодинамической точки зрения аммиак после воды - наилучший хладагент. Теплообменные аппараты на аммиаке обеспечивают прекрасные значения коэффициентов теплоотдачи, более эффективные энергетические показатели холодильных машин и установок. Аммиак достаточно подробно изучен. Известны широкодиапазонные высоко надежные таблицы термодинамических свойств аммиака.

Не углубляясь в историю этого вопроса, отметим лишь один 1978 г., когда были опубликованы таблицы Л. Хаара и Дж. Галлахера [8], А.В.Клецкого [3], И.Ф.Голубева и И.И.Перельштейна с соавторами [5]. Работы [3] и [5] имели гриф Государственной службы стандартных справочных данных (ГСССД СССР).

Результаты новейших исследований аммиака отражены в таблицах Р.Тилнер-Ротта, Ф.Хармса-Ватценберга и X.Баера [10], Т.Эдисона и Дж.Зенгерса [9]. В последней работе описываются термодинамические свойства аммиака в области критической точки.

Основные свойства аммиака приведены ниже.

Аммиак прекрасно растворяет воду, нерастворим в минеральных маслах. Масляная пленка в испарителях и конденсаторах аммиачных установок ухудшает коэффициенты теплоотдачи аппаратов. По данным [6], устранение только масляной пленки в аммиачных аппаратах позволяет за год снизить потребление энергии на 12-20 %. Аммиак не совместим с цинком, медью и их сплавами. Пессимисты считают, однако, что при наличии масляной пленки аммиак способен разрушать и сталь (явление «стресс коррозии»). Эффективным решением смазки аммиачных машин стали полигликолевые масла (PAG), растворяющие аммиак. Специальные присадки позволяют этим маслам растворять минеральные масла, снижать свою способность поглощать воду и не создавать эмульсий в аппаратах [7]. Активный поиск масел, растворяющих аммиак, ведет Одесская государственная академия холода (Украина).

Аммиак токсичен, пожаро- и взрывоопасен, обладает резким запахом. По данным [1], предельно допустимая концентрация аммиака в рабочей зоне 20 мг/м3. По ASHRAE Standard, при концентрации аммиака 0,00035 кг/м3 человек еще способен сам выйти из помещения. Запах аммиака при 0 °C ощущается даже при концентрации 5 мг/м3.

По совокупным оценкам многих стандартов, при концентрации аммиака 7000 мг/м3 воздуха наступает мгновенный паралич дыхания. При 25 мг/м3 в помещении можно находиться 8 ч, при концентрации 400-700 мг/м3 - не более 1 ч. Стандарты безопасности уточняются и изменяются, как правило, в сторону ужесточения существующих пределов, в целом не опровергая указанных выше оценок [9, 10].

Примером могут служить введенные в России с 1 мая 1999 г. Госгортехнадзором новые межотраслевые «Правла устройства и безопасной эксплуатации аммиачных и холодильных установок» (ПБ 09-220-98).

В смеси с воздухом аммиак взрывается при концентрациях от 15 до 28-30 % по объему. Нелишне знать, что при наличии масла в воздухе возникает аэрозоль. Это резко уменьшает порог взрывоопасности, так же как и энергию воспламенения. Наличие масла и воды в при сутствии железа снижает более чем на 250 °C темпера туру термического разложения аммиака, которая составляет 450 °C (в инертной среде). Полезно знать, что продукт разложения аммиака - водород, который взрывается при концентрации всего лишь 4 % к объему воз духа.

Аммиак не прощает неосторожного обращения. Любая авария с аммиаком ведет к серьезным последствиям. Причины происшествий - утечки аммиака, гидравлические удары, разрывы трубопроводов, пожары. По статистике более чем одна треть аварий связана с человеческим фак тором.

В то же время аммиак не разрушает озонового слоя Земли и не способствует глобальному потеплению.

Таблица

В 1990 г. в мире было произведено промышленным способом 120 млн т аммиака. Из этого количества не более 1-2 % использовано в холодильной технике. По оценке специалистов, сегодня эксплуатируется на аммиаке всего около 100 тыс. холодильных установок. Как отметил вице-президент МИХ А.Стера на XX Конгрессе по холоду в Сиднее (сентябрь 1999 г.), аммиачные установки уже вернулись на морские рефрижераторные суда. В Голландии аммиачный чиллер холодопроизводительностью 300 кВт установлен в административном здании (в системе 160 кг аммиака), промышленный аммиачный чиллер на 2,3 МВт работает на пивоварне. В одном из супермаркетов в Дании находятся в эксплуатации две аммиачные установки - на 100 кВт при -4 °C и на 40 кВт при -18 °C. В Великобритании разрешена к применению в супермаркетах аммиачная холодильная установка на 375 кВт. В ее системе 110 кг аммиака. Два аммиачных тепловых насоса на 3,9 МВт работают в Швейцарии. Только за период с 1991 по 1994 г. количество аммиачных чиллеров в системах кондиционирования воздуха увеличилось более чем на порядок [2].

Примеров применения аммиачных холодильных машин в тепловых насосах, супермаркетах, в водоохлаждающих системах, на транспорте и т.д. становится все больше. Но это далеко не повод говорить о безрассудности людей, создающих и применяющих их и тем более дающих разрешение на их применение.

Известная философская аксиома о спирали подтверждается: на новом витке истории аммиака в жизнь вошли принципиально новые конструктивные решения и современные технологические достижения. Создание нового поколения аммиачных холодильных установок идет по пути герметизации, использования новых синтетических масел, применения эффективных пластинчатых теплообменников, резкой минимизации аммиакоемкости систем, совершенствования методов контроля и сигнализации о концентрации аммиака, систем вентиляции, строительства газоизолированных машинных залов и т.д. Называется цифра о достигнутом расходе 70 г аммиака на 1 кВт холодопроизводительности чиллера, установленного в Голландии, и даже о расходе 50 г аммиака на 1 кВт холодопроизводительности.

Переход на аммиак - не дешевое занятие: за безопасность и новые технологии надо платить. Но этот путь, имеющий многочисленные достоинства, перспективен для нашей страны. Аммиак производят в России. Аммиачные компрессоры делают здесь еще с прошлого века. Уже есть заводы, изготовляющие пластинчатые сварные аппараты для аммиака. Есть фирмы, производящие новейшие приборы контроля и сигнализации. За многие годы сложилась сервисная служба и имеются опытные кадры. Более того, инвестиции не уходят из России, создают стабильную занятость, обеспечивают отраслевой «ренессанс», т.е. окупаются и с пользой для страны. Естественно, все это воз можно лишь при грамотной протекционистской поддержке со стороны государства. По примеру некоторых стран можно заблокировать аммиак жесткими правилами и нормативами, а можно дать шанс стране, используя опыт крайне недоверчивой, но многоопытной и прагматичной «старушки» Европы.

Об авторах

О. Б. Цветков

Автор, ответственный за переписку.
Email: info@eco-vector.com

Д-р техн. наук, проф., академик МАХ

Список литературы

Дополнительные файлы