Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

1. Хладагент R600a и особенности работы с ним

Общие сведения

Долгое время в хладагенте R600a (изобутан) не было особой необходимости, и его производили в крайне ограниченных количествах. Сегодня это химическое соединение становится одним из самых популярных холодильных агентов. В первую очередь играет роль то, что с момента первоначального использования этого хладагента серьезно изменились технологии его использования, которые помогли снизить как заправочную дозу (и, следовательно, пределы допустимых концентраций), так и улучшить технические характеристики бытовых холодильных приборов (БХП), в частности — энергопотребление.

Для сравнения: в современном 130-литровом холодильнике используется не более 25 г хладагента R600a, а в начале прошлого века в холодильник такого же объема заправляли 250 г изобутана. В этом отношении R600a имеет большие перспективы по сравнению со всеми известными ныне хладагентами (в основном, по экономическим соображениям).

Производить изобутан в необходимых количествах по силам любому нефтеперерабатывающему заводу. Но помимо важных достоинств, R600a имеет существенный недостаток — взрывоопасность, что накладывает определенные ограничения при работе с ним. Кроме того, применению изобутана в холодильной технике способствуют принятые еще в июле 2002 года новые нормативные документы, регламентирующие применение этого вещества например, ГОСТ Р МЭК 66035-2-24-2001.

По итогам 2005 года около 10% БХП в мире и более 35% в Европе работали на R600a. Цель этой статьи — рассказать об особенностях работы с изобутаном при проведении профилактических и ремонтных работ по БХП. Во всех Руководствах по работе с изобутаном наложены ограничения по допуску к ремонту холодильников лиц, не прошедших обучение правилам работы с хладагентом R600a (вследствие его пожароопасности).

Особенности применения изобутана в качестве хладагента. За рубежом изобутан массово стал использоваться в качестве хладагента бытовых холодильников уже в 90-х годах прошлого века. Одними из первых БХП на территории стран СНГ, в которых в качестве хладагента стал использоваться изобутан, были холодильники НОРД.

Особенностью систем, использующих в качестве рабочего тела хладагент R600a, является то, что ввиду исключительно выгодных свойств природного хладагента нет оглядки на уже существующие модели, а разрабатываются принципиально новые изделия. Характеристики и свойства ранее применявшихся фреонов сильно отличаются от параметров их современной альтернативы — изобутана.

Давайте посмотрим, какие преимущества и недостатки присущи новому хладагенту, по сравнению с традиционными фреонами. Основные достоинства изобутана, используемого в качестве хладагента:

Экологические преимущества R600a

— В нем отсутствуют синтетические компоненты;

— уменьшенный уровень шума БХП;

— не имеет свойств разрушения озонового слоя (коэффициент (ODP = 0);

— низкий потенциал влияния на парниковый эффект (GWP = 0,001).

Термодинамические преимущества R600a

— Имеет более высокий (например, чем R12) холодильный коэффициент, что уменьшаетэнергопотребление БХП;

— углеводороды (изобутановые и пропан-бутановые смеси) могут быть применены в существующих конструкциях компрессоров.

Эксплуатационные преимущества R600a

— Относительно устойчивый газ (расчетныйсрок службы в составе БХП — более 20 лет);

— является чистым (простым) веществом;

— хорошо растворяется в минеральном масле;

— имеется возможность использования в смесевых хладагентах (С1=R152+R600a; R290/R600a; М1LE=R22/R142b/R600; R218/R600a). Это позволяет добиться параметров смесевого хладагента близких, например к ранее применявшемуся R12. В свою очередь, такая замена позволяет упростить процесс ретрофита* систем;

* Ретрофит — перевод существующего оборудования для работы с озонобезопасными хладагентами.

— природные углеводороды, как хладагенты, не находили широкого применения в БХП из-за повышенной пожарной опасности. В современных конструкциях эту проблему решили благодаря уменьшению дозы заправки до таких объемов, которые практически не могут привести к пожару. Доза заправки бытовых холодильников и морозильников столь мала, что даже при внезапной и полной утечке хладагента из агрегата, его концентрация в кухне объемом 20 м3 будет ниже порога горючести в десятки раз.

Экономические преимущества R600a

— Масса хладагента, циркулирующего в холодильном агрегате при использовании изобутана, значительно меньше;

— имеются заводы по выпуску изобутана товарного количества (применительно к России, фракции изобутана производят Туймазинское и Шкаповское производства);

— самые экономичные холодильники с классами энергопотребления А+ и А++ работают на R600a.

Экологические недостатки R600a

Нет.

Термодинамические недостатки R600a

— Низкая растворимость в воде (0,03 г/л при 20 °С);

— не вступает с водой в химические реакции;

— низкая удельная объемная холодопроизводительность (в 2 раза ниже, чем у R12).

Эксплуатационные недостатки R600a

— Практически не позволяет произвести ретрофит существующего оборудования без значительных изменений в конструкции холодильного агрегата и электрооборудования БХП;

— газ без цвета и запаха, что затрудняет его обнаружение;

— ввиду того, что изобутан тяжелее воздуха, при скоплении внутри помещения он способен вызвать асфикцию (удушающие свойства);

— взрывоопасен, заправку этим хладагентом могут производить только специалисты сервисных центров, прошедших специальную подготовку по работе с R600a. Это свойство накладывает ограничения на ремонт подобных приборов за пределами специализированных мастерских.

Экономические недостатки R600a

— Необходимость применения принципиально нового парка дорогостоящего эксплуатационного и ремонтного оборудования;

— необходимость вести разработки с учетом пожароопасности хладагента.

Свойства и характеристики изобутана

Изобутан (R600a) — газ без цвета и запаха, химическая формула СН(СН3)3 или С4Н10.

Физические свойства изобутана приведены в табл. 1.

Таблица 1. Физические свойства изобутана
Параметр Значения
Молекулярная масса 58,12
Точка кипения при 0,1 МПа,ºС -11,70
Плотность вещества при 25ºС, г/смЗ 0,551
Давление испарения при 25ºС, МПа 0,498
Критическая температура,ºС 135
Критическое давление, МПа 3,65
Критическая плотность, г/смЗ 0,221
Скрытая теплота парообразования, кДж/кг 366,5
Пределы взрывоопасности,% (объемные доли в смеси с воздухом) 1,8...8,5
Эффективность охлаждения, Дж/г (смеси с воздухом) 150,7
Растворимость в масле не ограничена
Объем насыщенной жидкости, л/кг 0,844

 

Требования к изобутану, применяемому в холодильной промышленности приведены в табл. 2.

Таблица 2. Требования к изобутану, применяемому в БХП
ПараметрЗначение (норма)Испытание
Содержание изобутана 99,5 объемн. %  
Остаточные чистые углеводороды £ 0,5 объемн. % DIN 51 619
n-гексан <50 ppm  
Олефины <100 ppm -
Доля соединений, содержащих кислород £ 50 ppm Газовая хроматография
Доля соединений серы < 1,0 ppm -
Высококипящие остатки 50 ppm Метод весового анализа
Щелочное число 0,02 мгКОН/г DIN 51 558
Загрязнения паровой фазы в заполненных сосудах, воздух или другие неконденсируемые газы £1,5объемн.% Газовая хроматография или эквивалентный метод
Загрязнение жидкой фазы, вода £ 10 ppm DIN 51 777-1 (по методу Карла Фишера) или эквивалентному методу
Остаток после испарения <50 мг/кг DIN 51 613 
DIN 26 246

 

При сравнении с хладагентами R12 и R134a, изобутан испаряется и конденсируется при более низких давлениях (при тех же значениях температуры) — см. табл. 3.

 

Таблица 3.
Значение температуры, ºСДавление, при котором происходит испарение (конденсация), бар
Типы хладагентов
R600aR134aR12
+70 10,91 21,18 18,82
+60 8,72 16,84 15,24
+50 6,86 13,19 12,18
+40 5,32 10,17 9,60
+30 4,05 7,70 7,44
+20 3,02 5,71 5,67
+10 2,21 4,14 4,23
0 1,57 2,92 3,09
-10 1,09 2,01 2,18
-20 0,73 1,33 1,51
-30 0,47 0,85 1,00
-40 0,29 0,52 0,64

 

Как отмечалось выше, хладагент R600a пожароопасен, поэтому при проведении профилактических и ремонтных работ на БХП используется другое оборудование и материалы, чем при работе с обычными хладагентами.

Рассмотрим особенности заправки хладагентом R600a в систему БХП, способе «холодного» соединения трубок по методике LOKRING, перечислим необходимые приборы и инструменты при работе с изобутаном.

Технология соединения трубок БХП по методике LOKRING

Чтобы обеспечить пожаробезопасность при работе с хладагентом R600a в последнее время широкое распространение получила технология «холодного» соединения трубок в составе БХП — LOKRING.

Lokring-соединение (см. рис. 1) гарантирует качественную связь между трубками — с различными диаметрами и из различных материалов. Оно позволяет соединять медные и алюминиевые трубки, что очень сложно при обычных методах пайки.

Вид готового локрингового соединения

Рис. 1. Вид готового локрингового соединения «AL-CU» (алюминий-медь)

Чтобы выполнять Lokring-соединения (локринговые соединения), нужно иметь комплект из соединителей, жидкого герметика-уплотнителя LOKPREP и специализированного приспособления — клещей со сменными губками нескольких типоразмеров (см. рис. 2.).

Внешний вид специализированных клещей

Рис. 2. Внешний вид специализированных клещей

Муфта LOKRING

Сама муфта в сборе LOKRING выполнена из двух колец и, собственно, самой муфты. Две трубки, которые нужно соединить между собой должны быть вставлены в противоположные отверстия муфты. Соединение заранее смонтировано, то есть эти два кольца уже установлены на концах муфты.

Соединение двух трубок происходит за счет сближения этих двух колец, при скольжении по рукаву-муфте (навстречу), пока они не упрутся в центральное неподвижное кольцо ограничителя в середине муфты (рис. 3).

 

Внешний вид муфты LOKRING

Рис. 3. Внешний вид муфты LOKRING

 Особая внутренняя конфигурация колец плотно сжимает муфту и, следовательно — трубки, находящиеся в том же самом рукаве-муфте. Адгезия между трубками и рукавом-муфтой является полной. Малые зазоры вдоль периметра стенок трубок являются визуальным подтверждением, что Lokring-соединение выполнено правильно. Теперь газонепроницаемое соединение создано между трубками, а изменение диаметра трубок является очень малым и не мешает проходу хладагента в системе.

Номенклатура размеров этих локринговых соединений широка, она позволяет подобрать детали для любых сочетаний диаметров трубок и материалов. Это: переход на капиллярную трубку (см. рис. 4), различные заглушки и разветвители.

Пример локрингового переходника для трубок различных диаметров

Рис. 4. Пример локрингового переходника для трубок различных диаметров

 

Жидкий герметизирующий состав LOKPREP

Для более плотного соединения между трубками (внутри соединения LOKRING), используют еще специальный герметик LOKPREP (рис. 5).

 

Варианты упаковки герметика LOKPREP

Рис. 5. Варианты упаковки герметика LOKPREP

Жидкий уплотнитель LOKPREP — анаэробная жидкость, имеющая в своем составе эластичное вещество. Он гарантирует качественное уплотнение между трубками из различных материалов.

Надежность локрингового соединения иллюстрирует рис. 6 — даже при разрыве трубки муфта остается целой.

Пример прочности локрингового соединения

Рис. 6. Пример прочности локрингового соединения

Выбор соединений LOKRING

В зависимости от материалов трубок, которые надо соединять, возможен выбор между двумя различными вариантами соединений LOKRING:

  1. Из алюминия (маркировка AL), позволяет выполнить соединения из следующих материалов: алюминий — алюминий, алюминий — медь, алюминий—сталь.
  2. Из латуни (маркировка MS), позволяет выполнить соединения из следующих материалов: медь — медь, сталь — медь, сталь — сталь.
Методика выполнения локринговых соединений

Известно, что в БХП имеются трубки, выполненные из разных материалов (например из меди и алюминия). Как их соединить? Для этого и служат локринговые соединения.

Примечание. Прямое соединение меди и алюминия недопустимо, так как в этом случае возникает эффект гальванической коррозии (она проходит более интенсивно, если на соединение попадает влага).

Избежать этого эффекта можно, если использовать соединения LOKRING.

Необходимо заметить, чтобы правильно выполнить соединения LOKRING, используемая длина концов трубок в месте соединения должна быть не менее 18 мм и муфту устанавливают только на прямых участках этих трубок.

При выполнении операции обрезки трубок необходимо использовать специализированный трубоотрезной инструмент. Обрезка трубок, выполненная этим инструментом, очень чиста, без заусенцев на торцевой кромке трубок (см. рис. 7).

 

Использование специализированного трубоотрезного инструмента

Рис. 7. Использование специализированного трубоотрезного инструмента

При выполнении локринговых соединений многое зависит от качественной подготовки соединяемых трубок. Для этого необходимо очистить, обезжирить и удалить следы загрязнений с концов трубок.

Чтобы удалить царапины на концах трубок, зачищают их наждачной (абразивной) бумагой, как показано на рис. 8.

 

Рис. 8Способ зачистки трубки с помощью наждачной бумаги

После зачистки трубок наносят небольшое количество жидкого уплотнителя LOKPREP на их концы, как это показано на рис. 9. Очень важно, чтобы уплотнитель не попал внутрь трубки.

 

Рис. 9

Затем вставляют оба конца трубок в муфту (до упора).

Размещают губки специализированных клещей на краях соединения (см. рис. 10).

Рис. 10

Затем сжимают кольца муфты до момента, когда они достигнут центрального ограничительного (упорного) кольца. На рис. 10 показан процесс соединения трубки с локринговой заглушкой. Выполняя эту операцию, необходимо предварительно выровнять кольца. После этого нужно подождать приблизительно 3—4 минуты, чтобы дать «застыть» герметику.

После этого можно проводить другие работы на БХП (вакуумирование и др.).

Инструмент для работы с изобутаном

Согласно рекомендациям по работе с изобутаном, необходимо иметь следующие инструменты и оборудование:

— установка холодной сварки технологических патрубков или комплект соединительных муфт LOKRING;

— сервисный баллон с азотом, редуктором и шлангом;

— специализированный электронный течеискательдля изобутана (рис. 11);

 

Рис. 11. Специализированный течеискатель для изобутана

— вакуум-заправочная станция, для работы с R-600a (рис. 12). Это оборудование должно иметь соответствующий сертификат;

 

Вакуум-заправочная станция

Рис. 12. Вакуум-заправочная станция

— электронные весы с точностью ±1 ...2 г;

— сервисный баллон с хладагентом R-600a (емкостью 0,4+0,2 кг). Весы и баллон показаны на рис. 13;

Электронные весы и баллон с хладагентом R-600a

Рис. 13. Электронные весы и баллон с хладагентом R-600a

— ножницы для резки капиллярных трубок;

— прокалывающие клещи с захватом под цеолитовый патрон;

— прокалывающие клещи с захватом под технологический патрубок;

— труборезный инструмент;

— пережимные технологические клещи;

— шланг с захватом, имеющий игольчатый клапан. Особенность такого шланга состоит в малой величине внутреннего диаметра, чтобы максимально снизить потери хладагента при отключении шланга от баллона или уменьшить величину ошибки при определении заправочной дозы с учетом внутреннего объема шланга.

Технология проведения заправочных работ

Предостережения
  1. Запрещается начинать ремонт холодильной техники, заправленной хладагентом R600a, если нет уверенности в точности установленной причины неисправности.
  2. Не разрешается применять открытое пламя или другие источники воспламенения вблизи холодильных установок, заправленных хладагентом R600a.
  3. Необходимо предварительно изучить «Руководство по эксплуатации вакуум-заправочной станции», это избавит от многих неприятностей при нарушениях технологии ремонта.
  4. Использование клапана Шрадера в системах, работающих с R600a, потенциально опасно, поскольку это устройство может быть негерметично условиях низкого вакуума.
  5. Хладагент R600a не должен храниться в зарядных сосудах, когда-либо использовавшихся для других типов хладагентов, например, R12 и R134a. Баллоны (колбы) с R600a не должны нагреваться выше 50 ºС. При перевозке они должны быть упакованы в термически изолированных контейнерах.

При утилизации негодного компрессора необходимо принять меры к освобождению его масла от избыточного содержания изобутана. В противном случае (например, при нагреве и одновременно с этим воздействии тряски или вибрации), возможно выделение изобутана в полость компрессора.

Технологические особенности работы с изобутаном

  1. Измерение заправочной дозы изобутана выполняют с помощью весов. Поскольку при заправке изобутаном заправочная доза невелика, следовательно, точность весов должна составлять ±1 г.
  2. Если при выполнении ремонтных работ на БХП компрессор не заменяется, то следует удалить изобутан из масла, имеющегося в агрегате. Для этого достаточно включить компрессор примерно на 1 минуту.
  3. При выполнении работ на БХП применяют трехслойный фильтр дегидратации типа ХН9 (или аналогичный).
  4. «Ремонтная» заправочная доза изобутаном при всех видах ремонта БХП (кроме замены компрессора) должна быть на 3 г меньше технологической дозы.
  5. Если в процессе проведения заправочных работ произведено заполнение системы ошибочной (неточной) дозой изобутана, наиболее оптимально произвести вакуумирование системы заново, а затем повторить заправку.
  6. Не допускать, чтобы холодильный агрегат находился в «открытом» состоянии (без избыточного давления) более 15 минут.
  7. Утечку хладагента контролируют на стороне всасывания при неработающем компрессоре, а на стороне нагнетания — во время работы компрессора, проверяя каждый стык не менее 3 с. Недопустимо применять течеискатели, предназначенные для фреонов R-12 или R-134а.

Краткая технология проведения ремонтов на БХП с изобутаном

Ниже приведено упрощенное описание проведения ремонта БХП, предназначенных для работы с R600a. Сам процесс ремонта и заправки БХП строится по следующим принципам:

Точное определение дефекта БХП

— В первую очередь необходимо произвести визуальный осмотр БХП (в рабочем и нерабочем состояниях);

— производят проверку герметичности системы с помощью электронного течеискателя для горючих газов (в нерабочем и рабочем состояниях холодильного агрегата);

— проверяют давление в системе через технологический патрубок при помощи игольчатого захвата.

Необходимо заметить, что признаки утечки на стороне высокого давления совпадают с признаками в системах, работающих на традиционных хладагентах.

Что же касается утечки на стороне низкого давления, то в этом случае происходит всасывание окружающего воздуха в систему. При этом давление в системе возрастает как со стороны высокого, так и со стороны низкого давления. Парциальное давление хладагента падает, изменяется температура кипения. Основными признаками подобного дефекта являются:

а) пониженная температура на впрыске в испаритель;

б) падение температуры в конце линии испарителя;

в) повышенные давление и температура на линии нагнетания.

При поиске утечек желательно ввести несколько большее количество хладагента, нежели указано в паспортных данных на данный конкретный тип БХП. Повышенное давление в системе более эффективно поможет локализовать место утечки. Для поиска утечки можно применять как специализированные течеискатели для горючих газов, так и использовать нанесение мыльных растворов (в доступных для этого местах).

Удаление газа и предварительное вакуумирование до 5 мБар

Для этого подсоединяют шланг к игольчатому захвату. Другой конец шланга выводят в вытяжную систему. Затем устанавливают захват на цеолитовый патрон и приводят его в рабочее состояние. Вентиль захвата при этом должен быть закрыт.

Следующим этапом открывают вентиль захвата. Удаление газа производится до момента выравнивания давления в системе с атмосферным давлением. При этом весьма полезно запустить компрессор, чтобы ускорить операцию по освобождению системы от газа. В случае, если прокалывающее устройство подключено к заправочному патрубку компрессора, операция извлечения газа из системы должна быть выполнена с остановкой компрессора (при этом необходимо избегать всасывания воздуха в систему). После этого закрывают вентиль и отсоединяют шланг.

Затем соединяют шлангом захват (установлен на осушительном патроне) с вакуумным насосом, включают вакуумный насос. Вакуумируют систему до давления 5 мБар или ниже, закрывают все вентили.

Продувка азотом (N2)

Подсоединяют трубопровод от баллона с азотом (N2) к ручному вентилю игольчатого захвата на технологическом патрубке компрессора. Продувают холодильный агрегат, открыв ручной вентиль игольчатого захвата на фильтре-осушителе. Вентиль на станции заправки открывают медленно. Рабочее давление следует настроить на редукторе давления, привинченному к баллону с азотом (N2). Давление должно быть не более 6 Бар.

Затем отрезают капиллярную трубку специальным отрезным инструментом, продувают азотом холодильный агрегат и проверяют свободное прохождение газа через систему.

После устранения причин возникновения утечек устанавливают новый фильтр-осушитель.

В моделях бытовой холодильной техники, работающих на хладагенте R600a, используют трехслойный фильтр дегидратации типа ХН9 или ему подобные.

Не допускают, чтобы холодильный агрегат находился в открытом состоянии (без избыточного давления) более 15 минут. Инструменты и запасные части должны быть подготовлены заранее и находились в непосредственной близости от места проведения работ.

Окончательное (глубокое) вакуумирование

Подготавливают и подсоединяют к системе БХП заправочную станцию. Трубопровод всасывания подсоединяют к технологическому патрубку компрессора (или к игольчатому захвату).

Открывают вентиль вакуумного насоса, включают вакуумный насос станции и доводят вакуум в системе до 1 мБар. Время вакуумирования должно составлять не менее 20 минут. После этого закрывают вентиль вакуумного насоса и выключают сам насос. Через несколько минут производят проверку давления в системе. Если стрелка вакуумного манометра отклоняется в сторону более высокого значения давления, то, возможно, в системе имеется утечка хладагента — необходимо найти и устранить утечку.

Если давление остается стабильным (равным 1 мБар), закрывают вентили насоса и вакуумного манометра.

После этапа глубокого вакуумирования производят заправку системы хладагентом R600a.

Процесс заправки показан на рис. 14.

Процесс заправки системы хладагентом R600a

Рис. 14. Процесс заправки системы хладагентом R600a

 

После заправки проверяют все стыки холодильного агрегата электронным течеискателем.

Утечку хладагента контролируют в следующих местах: на стороне всасывания — при неработающем компрессоре, на стороне нагнетания — во время работы компрессора (время проверки каждого стыка не менее 3 с).

В заключение убеждаются в правильности работы холодильного агрегата, проверяют, чтобы испаритель полностью обмерзал.

После использования заправочного оборудования обязательно продувают все шланги азотом. Убеждаются, что закрыт вентиль вакуумного манометра.

В заключении отметим, что правильное выполнение операций по ремонту БХП с хладагентом R600a позволит в дальнейшем избежать ситуаций, связанных с неисправной работой холодильной техники.