вернуться поделиться

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 (а значит, и предел безопасной концентрации), 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 настоящей 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 в бытовых холодильниках 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. Это вынужденный, но взвешенный шаг — 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 хладагента R600a

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 у R12) холодильный коэффициент, что уменьшает энергопотребление БХП;
  • углеводороды (изобутановые и пропан-бутановые смеси) могут быть применены в существующих конструкциях компрессоров.

Эксплуатационные преимущества R600a

  • Относительно устойчивый газ (расчетный срок 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; M1LE=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;
  • 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 на 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.

* Ретрофит — перевод существующего оборудования для работы с озон безопасными хладагентами.

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 асфиксию (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 R600а

  • 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 CH(CH₃)₃ или С4Н10.

Физические свойства изобутана
Параметр Значения
Молекулярная масса 58,12
Точка кипения при 0,1 МПа, °С -11,70
Плотность вещества при 25°С, г/см³ 0,551
Давление испарения при 25°С, МПа 0,498
Критическая температура, °C 135
Критическое давление, МПа 3,65
Критическая плотность, г/см³ 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 при, л/кг 0,844
Требования к изобутану, применяемые в холодильной промышленности
Параметр Значение (норма) Испытание
Содержание изобутана >/= 99,5 объемн. % DIN 51 619
Остаточные чистые углеводороды </= 0,5 объемн. %
п-гексан < 50 ppm
Олефины < 100 ppm
Доля соединений, содержащих кислород J50 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 </= 1,5 объемн. % 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 51 513
  • DlN 26246

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

Значение температуры Давление, при котором происходит испарение (конденсация), бар
°C
R600a
R134a
R12
+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, способ "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, из различных материалов (позволяет соединять, медные и алюминиевые трубки), что очень сложно при обычных методах пайки).

Вид готового локрингового соединения AL-CU (алюминий-медь)

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.

Рис. 2. Внешний вид специализированных клещей

Муфта LOKRING

Сама муфта в сборе LOKRING выполнена из 2-х 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). 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.

Внешний вид муфты LOKRING

Рис. 3. Внешний вид муфты LOKRING

Номенклатура размеров этих локринговых соединений широка, она позволяет подобрать детали для любых сочетаний диаметров трубок и материалов. Это: переход на капиллярную трубку, различные заглушки (см. рис. 10) и разветвители.

Рис. 4. Пример локринговых переходников для трубок различных диаметров

Жидкий герметизирующий состав LOKPREP

Для более плотного соединения между трубками (внутри соединения LOKRING), используют еще и 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 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 бытовых холодильных приборах (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.

Для того чтобы правильно выполнить соединения LOKRING, используемая длина концов трубок в месте соединения должна быть не менее 18 мм, муфта устанавливается 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. на рис. 7).

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).

  1. Тело трубки
  2. Зачищаемый конец тубки
  3. Наждачная бумага
  4. Основное направление движения наждачной бумаги
  5. Дополнительное перемещение ленты

Рис. 8. Способ 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 (до упора). При этом губки специализированных клещей размещают на краях соединения (см. рис. 10).

Рис. 10

Затем с помощью специального инструмента 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.).

Инструменты для работы с изобутаном

Согласно рекомендаций 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;

Рис. 11. Специализированный течеискатель

  • специализированный электронный течеискатель для R600a (рис. 11);
  • вакуум-заправочная станция, для работы с R600a (рис. 12). Это оборудование должно иметь соответствующий сертификат;
  • электронные весы с точностью ±1...2 гр;
  • сервисный баллон с хладагентом R600a (емкостью 0,4+0,2 кг).

Весы и баллон показаны на рис. 13;

Рис. 11. Вакуум-заправочная станция

  • ножницы для резки капиллярных трубок;
  • прокалывающие клещи с захватом под цеолитовый патрон;
  • прокалывающие клещи с захватом под технологический патрубок;
  • трубоотрезной 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 объёма шланга.

Рис. 13. Электронные весы и баллон с хладагентом R600a

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 R600а.
  3. Необходимо предварительно изучить "Руководство по эксплуатации вакуум-заправочной станции", это избавит от многих неприятностей при нарушениях технологии ремонта.
  4. Использование клапана Шра-дера в системах, работающих на R600a, потенциально опасно, поскольку это устройство может быть негерметично в 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°C. При перевозке они должны быть упакованы в термически изолированных контейнерах.
  6. При утилизации негодного компрессора необходимо принять меры к освобождению его масла от избыточного содержания изо-бутана. 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 не велика, 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 XH9 (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 заправочных работ доза изобутана оказалась неточной, 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 в течение не менее 3 сек. Недопустимо применять течеискатели, предназначенные для фреонов R-12 или R-134a.

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

  • Проводят визуальный осмотр БХП в рабочем и нерабочем состояниях;
  • проверяют герметичность 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 отметить, что признаки утечки R600a 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:

  • пониженная температура на впрыске в испаритель;
  • падение температуры в конце линии испарителя;
  • 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. Газ удаляют 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 и включают вакуумный насос. Вакуумируют систему до давления 5 мБар (или ниже) и 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. Медленно открывают 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 XH9 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 проверяют давление в системе. Если стрелка вакуумного манометра отклоняется в сторону более высокого значения давления, возможно, в системе имеется утечка хладагента - необходимо найти и устранить утечку. Если давление остается стабильным и равным 1 мБар, закрывают вентили насоса и вакуумного манометра.

После этапа глубокого вакуумирования производят заправку системы хладагентом R600а. Процесс заправки показан на рис. 14.

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.

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.

Автор: Александр Чуб (станица Павловская, Краснодарский край)

наверх