Установление теплового эффекта горения компрессорного масла при утечке рабочего тела из компрессорной системы бытового холодильника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Установление теплового эффекта горения компрессорного масла при утечке рабочего тела из компрессорной системы бытового холодильника

На основе теоретических исследований получено рабочее уравнение для расчета теплового эффекта химической реакции окисления компрессорного масла. Рассчитано тепловыделения при сгорании компрессорного масла. Приведены видеокадры процесса горения изобутано-маслянного аэрозоля. Представлены тепловизионные изображения видимой поверхности пламени горение изобутано-маслянного аэрозоля. Впервые теоретически обоснована и визуализирована степень теплофизического риска при сгорании изобутана и компрессорного масла в случае их утечки из компрессорной системы бытового холодильника и наличия источника пожар.

При разгерметизации циркуляционной системы холодильника, работающего на изобутане, в атмосферу, помимо изобутана, может попадать компрессорное масло и при возможном сгорании газо-воздушной смеси увеличивать количество выделяющейся теплоты. В связи с этим необходимо провести анализ и обобщение данных о свойствах компрессорного масла, как пожароопасного вещества. Для исследования было взято компрессорное масло марки REFOIL-10KC, для компрессоров, работающих с изобутаном. При проведении исследований методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) компрессорного масла, установлено, что в нем отсутствуют ароматические, циклические и непредельные углеводороды, а брутто - состав его может быть выражен формулой предельного углеводорода . Этой формуле отвечает эйкозан. Определим теплоту полного сгорания эйкозана, которое отвечает уравнению.

Стандартные теплоты участников реакции приведены в таблице 1.

Талица 1

компрессорный холодильник тело

,

Молярная масса эйкозана = 282,55 г/моль, или 0,28255кг/моль. Поэтому удельная теплота сгорания составит:

, кДж/кг

Проведем аналогичный расчет теплоты сгораний эйкозана при (табл.1)

, кДж/кг

Теплота сгорания органических соединений в газообразном состоянии может быть рассчитана по уравнению Д.П.Коновалова, которое представляет собой модифицированную формулу (1)

,кДж/моль

где n - число атомов кислорода, необходимое для полного сгорания вещества;

m - число молей образующейся воды;

x - поправка (термическая характеристика), постоянная в пределах гомологического ряда.

Для предельных углеводородов х=0 [1]. Из уравнения химической реакции горения углеводорода следует, что n=61, а m=21.

Следовательно,

кДж/моль

Удельная теплота сгорания равна

кДж/кг

В данном уравнении, очевидно, фигурирует теплота сгорания, когда продукт реакции получается в жидком состоянии, потому что коэффициент 44,4 соответствует молярной теплоте конденсации воды.

Теплота сгорания при воде в парообразном состоянии составит -12456,2 кДж/моль (= -44085кДж/кг).

Сравнение результатов расчета теплоты сгорания компрессорного масла, полученных двумя разными методами показывает их практичное совпадение (-13390 кДж/моль и -13420 кДж/моль при , а для -12460 кДж/моль и -12490 кДж/моль).

Наибольшую взрывопожароопасность представляет одномоментная полная разгерметизация холодильной системы, заправленной изобутаном. Если такая разгерметизация блока испарителей маловероятна, особенно при запенивании его, то разгерметизация линии нагнетания в пределах компрессорно-конденсаторного отделения - вполне прогнозируема, особенно при сервисном обслуживании бытовой холодильной техники. Один из основных тезисов техники безопасности заключается в следующем: любой потенциально опасный фактор должен быть предвиден и всеми возможными средствами предупрежден. Следует отметить, что одномоментная разгерметизация линии нагнетания и технологического патрубка холодильной системы бытового холодильника практически возможна в месте нахождения на ней разрушающегося с течением времени трещиноватого микроповреждения.

По данным работы [3], при спонтанной разгерметизации технологического патрубка компрессора или утечки в линии нагнетания, при дозе заправки 65г, может выделиться около 63 г рабочего тела. В его состав входит 55г изобутана и приблизительно 8,4 компрессорного масла, что составляет около 4% от общей дозы заправки компрессора 210г. Тепловыделение при полном сгорании для изобутана составит 2,05 мДж, для компрессорного масла 0,37 мДж, общее 2,42 мДж (количество теплоты, выделяемое при полном сгорании рабочего тела). Как видно из расчетов, количество теплоты, которое может выделиться при сгорании 8,4г компрессорного масла не столь значительно по отношению к общей теплоте сгорания рабочего тела 0,37/2,42 мДж, что составляет 1/6 от общего количества теплоты сгорания. Следовательно, растворимость изобутана в компрессорном масле влияет на взрывопожароопасность, но не в сторону уменьшения ее, а в сторону существенного снижения нижнего температурного предела воспламеняемости рабочего тела, так как температура самовоспламенения изобутана на воздухе составляет 462оС, а компрессорного масла 144 оС. Этот фактор можно подтвердить экспериментальными исследованиями.

Видеокадры процессов воспламенения и горения рабочего тела при разгерметизации технологического патрубка в условиях действия теплового импульса представлены на рисунке 1, тепловизионные изображения пламени - на рисунке 2. По данным видеосъемки, произошли вспышка и горение в течение 1с смеси рабочего тела с воздухом. На 2-й секунде сформировался горизонтальный факел пламени, который в дальнейшем оторвался от открытого конца разгерметизированного патрубка. Представленные на рисунке 2 тепловизионные изображения пламени горения рабочего тела получены в момент разгерметизации технологического патрубка компрессора и затем через каждые 0,06с, причем термограммы а-в соответствуют видеокадрам 2-4 на рисунке 1. Максимальная величина температуры (оС) на термограммах а, б, в, г составляет, соответственно: 272,33; 514,98; 501,66; 498,23. На основании результатов исследований можно сделать следующий вывод.

Вывод

При разгерметизации технологического патрубка компрессора во время стоянки последнего происходит выброс под давлением изобутано-масляного аэрозоля, при этом под действием теплового импульса электрозажигалки воспламеняются вначале при температуре около 270оС пары компрессорного масла, а затем сгорает аэрозоль. В связи с небольшим количеством изобутана и масла в этом патрубке весь процесс горения оказывается кратковременным. Следовательно, компрессорное масло помимо снижения температурного предела воспламеняемости рабочего тела, также может являться первопричиной воспламенения в компрессорном отделения бытового холодильного прибора.

Рис. 1. Видеокадры, отражающие процессы воспламенения и горения рабочего тела при разгерметизации технологического (заправочного) патрубка компрессора в период его стоянки

Рис. 2. Тепловизионные изображения пламени горения рабочего тела при разгерметизации технологического патрубка компрессора во время его стоянки

Литература

1. Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 8-е, перераб. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. - Л.: Химия, 1983. - 232 с., ил.

2. Никольский Б. П. (гл. ред.) и др. Справочник химика : [справочник] / Б. П. Никольский (гл. ред.) - Л. - М. : Гос. науч.-техн. Изд-во хим. лит., 1962. - Т.1. - 1071с.

3. Ржесик К.А. Повышение надежности и безопасности бытовых холодильников, работающих на изобутане : атореферат дис. канд. тех. наук : 05.05.14 -//Холодильная, вакуумная и компрессорная техника, системы кондиционирования. 2008г. - Одесса.

Размещено на Allbest.ru