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制冷剂在物理化学方面都有哪些具体要求?

   2020-05-12 子琪2256
核心提示:当然,完全满足上述要求的制冷剂是不存在的。各种制冷剂总是在某些方面有优势,另一些方面又有不足。使用要求、机器容量和使用条件不同,对制冷剂性质要求的侧重点就会不同,应按主要要求选择相应的制冷剂。

    1.传输性质方面

    ①豁度、密度尽量小,这样可减少制冷剂在系统中的流动阻力以及制冷剂的充注量。

    ②热导率大,这样可以提高热交换设备(如蒸发器、冷凝器、回热器等)的传热系数,减少传热面积,使系统结构紧凑。

    2.物理化学性质方面

    ①无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。毒性通常是根据对动物的试验和对人的影响的资料来确定的。虽然一些氟利昂制冷剂平时其毒性较低,但它们在高温或火焰作用下会分解出剧毒的光气,这一点在使用时要特别注意。各种制冷剂的燃烧性和爆炸性差别很大。易燃的制冷剂在空气中的含量达到一定范围时,遇明火就会产生爆炸。因此,应尽量避免使用易燃和易爆炸的制冷剂。在使用时,必须要有防火防爆安全措施。制冷剂在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比的范围称为爆炸极限。这一范围的下限值越小,表示越易燃;下限值相同,则范围越宽越易燃。

    ②化学稳定性和热稳定性好。制冷剂要经得起汽化和冷凝的循环变化,使用中不变质,不与润滑油反应,不腐蚀制冷机部件,不分解。通常,制冷剂因受热而发生化学分解的温度大大高于其工作温度,因此在正常运转条件下制冷剂是不会发生裂解的,但在温度较高又有油、钢铁、铜存在时,长时间使用会发生变质甚至分解。例如:当温度超过250℃时,氨分解成氮和氢;当含有氧气时,丙烷在460℃时开始分解,660℃时分解43%,830℃时完全分解;R22在与铁相接触时550℃开始分解。

③对大气环境无破坏作用,即不破坏大气臭氧层,无温室效应。要求制冷剂的ODP值和GWP值为零或尽可能小。

    ④对材料的作用。碳氢化合物制冷剂对金属无腐蚀作用。在正常情况下。卤素化合物制冷剂与大多数常用金属材料不起作用。但在某种情况下,一些材料将会与制冷剂发生作用,例如水解作用、分解作用等。制冷剂与金属材料接触时发生分解作用强弱程度的次序(从弱到强)依次为铬镍铁耐热合金、不锈钢,镍,紫铜,铝,青铜,锌,银(分解作用最大)。如含镁超过2%的镁锌铝合金不能用在卤素化合物制冷剂的制冷机中,因为若有微量水分存在时就会引起腐蚀。有水分存在时,氟利昂水解成酸性物质,对金属有腐蚀作用。氟利昂与润滑油的混合物能够水解钢,所以,当制冷剂在系统中与铜或铜合金部件接触时,铜便溶解到混合物中,当和钢或铸铁部件接触时,被溶解的铜离子又会析出,并沉积在钢铁部件表面上,形成一层铜膜,这就是所谓的“镀铜”现象。这种现象对制冷机的运行极为不利,因此,制冷系统中应尽量避免有水分存在。

    对钢铁无腐蚀作用,对铝、铜和铜合金有轻微的腐蚀作用。但若氨中含有水,则对铜和几乎所有的铜合金(磷青铜除外)产生强烈的腐蚀作用。因而,氨制冷机中不适合用黄铜、紫铜和其他铜合金,若考虑到耐磨性一定要用铜合金,就得用磷青铜。

    氟利昂是一种良好的有机溶剂。某些非金属材料如一般的橡胶、塑料等与氟利昂制冷剂会起作用。橡胶与氟利昂相接触时会发生溶解,而塑料等高分子化合物虽不溶解,但却能使之变软、膨胀和起泡“膨润”作用。所以,在选择制冷系统的密封材料和封闭式压缩机的电器绝缘材料时,必须注意不可使用天然橡胶和树脂化合物,而应该选用耐氟材料,如氯丁乙烯、氯丁橡胶、尼龙或其他耐氟的塑料制品。

⑤与润滑油的关系。在大多数制冷机里,工质与润滑油相互接触是不可避免的。各种工质与润滑油之间的溶解程度不同,分为完全互溶、不溶解和部分溶解三种。若制冷工质与油不相溶解,可以从冷凝器或储液器将油分离出来,避免将油带人蒸发器中而降低传热效果。制冷工质与油溶解会使润滑油变稀,影响润滑作用,且油会被带人蒸发器中,应该说工质与润滑油溶解与否各有利弊。

⑥对水的溶解性。不同制冷剂溶解水的能力不同。氨可以溶解比它本身大许多倍的水,生成的溶液冰点比水的冰点低。因此,在运转的制冷系统中不会引起结冰而堵塞管道通路,但会对金属材料引起腐蚀。氟利昂很难与水溶解,烃类制冷剂也难溶解于水。例如,在25℃时,水在R134a液体中只能溶解0.11%(质量分数)。当制冷剂中水的含量超过上述百分数时就会有纯水存在。当温度降到0℃以下时,水就会结冰,堵塞节流阀或毛细管的通道,形成“冰堵”.致使制冷机不能正常工作。

    水与氟利昂制冷剂相遇后会发生水解作用,生成酸性产物,腐蚀金属材料。含有氯原子的制冷剂会水解并生成盐酸,不但会腐蚀金属材料,而且还会降低绝缘材料的绝缘性能。因此,制冷系统中不允许有游离的水存在,而希望制冷剂有一定的吸水性,这样在系统中不易发生冰堵。

    ⑦泄漏性。制冷机工作时不允许有制冷剂向系统外泄漏,因此需要经常在设备、管道的接合面处检查有无制冷剂漏出。氨因有强烈的臭气,人们依靠嗅觉就容易判别是否有泄漏。而且由于氨极易溶于水,因此不能用肥皂水检漏,通常用酚酞试剂和试纸检漏,如有泄漏,试剂或试纸会变成红色。

    氟利昂是无色无臭的物质,泄漏时不易发觉,检漏的方法有卤素喷灯和电子检漏仪两种。卤素喷灯是通过燃烧酒精去加热一块紫钢,空气被吸入喷灯,当空气内含有氟利昂时气流与紫铜接触就会发生分解,并使燃烧的火焰变成黄绿色(泄漏量小时)或紫色(量大时)。用电子检漏仪检漏是一种较精密的方法。仪器中有一对铂电极,空气由风机吸入并流过电极,当空气含有氟利昂时,电极之间的导电率会发生变化,通过电流计可以反映出来。

    ⑧抗电性。制冷剂的抗电性是全封闭或半封闭压缩机的一个重要性能。在这些压缩机中,制冷剂与电动机线圈直接接触,要求有良好的电绝缘性能。通常制冷剂和润滑油的电绝缘性都能满足要求。但要注意.微量杂质和水分的存在均会造成制冷剂的电绝缘性降低。

    ⑨安全性。安全性对操作人员是非常重要的,因为制冷剂在制冷系统中可能发生泄漏,尤其是在制冷机长期连续运转的情况下,制冷剂的毒性、可燃性和爆炸性都是评价制冷剂安全程度的指标,各国都规定了最低安全程度的标准,要求制冷剂对人体健康、食品等无损害。

    ⑩来源充足,制造工艺简单,价格便宜。

    当然,完全满足上述要求的制冷剂是不存在的。各种制冷剂总是在某些方面有优势,另一些方面又有不足。使用要求、机器容量和使用条件不同,对制冷剂性质要求的侧重点就会不同,应按主要要求选择相应的制冷剂。一旦选定制冷剂后,由于它本身性质上的特点,反过来又要求制冷系统在管路设计、机器结构、材料选择及运行操作等方面与之相适应。这些都必须在充分掌握制冷剂性质的基础上恰当地加以处理。

 
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