Исследование IIAR. Может ли в CO2-системах образовываться сухой лед?

Международный институт IIAR, расположенный в США, реализует трехлетний проект, цель которого — определить, может ли углекислый газ (R744) образовывать сухой лед в трубопроводах транскритических холодильных систем, когда он выпускается через предохранительный клапан.

Проект, осуществляемый в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Беркли, был представлен Эриком Смитом, вице-президентом и техническим директором IIAR, на конференции IIR-Gustav Lorentzen, посвящённой природным хладагентам, которая проходила с 12 по 14 августа в Мэрилендском университете.

«Существует предположение, что если система CO2 выпускает хладагент через предохранительный клапан, может возникнуть вероятность образования сухого льда в трубопроводе предохранительного клапана, тем самым сводя на нет эффект предохранительного клапана», — сказал Смит в пленарной речи 12 августа. «Наша цель — выяснить, произойдет это или нет».

Проект изучает, «может ли — и при каких условиях — [сухой лед] образовываться в трубопроводах и каковы наилучшие практики»,

— сказал Смит, добавив, «возможно, мы обнаружим, что твердый CO2 никогда не образуется в сбросе, и все будет в порядке».

Исследователи будут использовать «реальное оборудование» для сбора данных, в дополнение к вычислительной гидродинамике (CFD), сказал Смит. Проект будет учитывать давление, температуру, теплопередачу и геометрию трубопроводов, чтобы определить «соответствующие размеры предохранительных клапанов CO2 и трубопроводов».

Этот и другие проекты разрабатываются исследовательским комитетом IIAR для создания или обновления руководств, стандартов и справочников IIAR.

Новые исследовательские проекты

Смит также представил исследовательские проекты IIAR, завершенные за последние несколько лет, в том числе:

Гидравлический удар, вызванный конденсацией.

Это явление, вызванное вхождением потока горячего газа в трубу, содержащую холодный жидкий хладагент, привело к «нескольким катастрофическим выбросам» аммиака (R717), сказал Смит, добавив, что это может произойти с любым хладагентом. Целью проекта было «понять, сколько горячего газа можно подавать для процесса размораживания». Он рассматривал, как медленно должен открываться клапан с электроприводом, чтобы предотвратить гидравлический удар, вызванный конденсацией, и какого размера должен быть соленоидный клапан, чтобы смягчить последствия. Результаты проекта будут добавлены в Справочник по холодильным трубопроводам IIAR.

Оптимальная скорость во всасывающей магистрали.

Этот проект помог определить оптимальную скорость насыщенного аммиака во всасывающей магистрали в системе с неполным выкипанием жидкости, чтобы «избежать реверсирования потока жидкости и связанных с этим потерь [энергии]», - сказал Смит. IIAR подготовило положение в Руководстве по холодильным трубопроводам и компьютерному программированию, чтобы помочь проектировщикам выбрать подходящие трубопроводы и избежать использования труб большого размера. Это может сэкономить 10% мощности компрессора, отметил он.

Рассеивание аммиака в холодильных камерах.

«Мы обнаружили, что аммиак рассеивается очень быстро; в помещении площадью 2 787 кв. м аммиаку может потребоваться три секунды, чтобы достичь обнаруживаемых концентраций», — сказал Смит. «Исследование порадовало многих конечных пользователей, потому что в конечном итоге нам не потребовалось больше детекторов, чем было необходимо».

Рассеивание аммиака в атмосфере.

В исследовании рекомендуется, чтобы аварийные вытяжные вентиляторы создавали скорость пара 762 м/мин для выброса аммиака в атмосферу и минимизации последствий за пределами площадки. Также говорится, что выпускные коллекторы должны быть направлены вверх в атмосферу.

Рекомендации по установке изоляции.

В исследовании были рассмотрены лучшие методы изоляции трубопроводов для повышения энергоэффективности и защиты оборудования.

Оценка массы выбросов хладагента.

В результате исследования был создан инструмент, позволяющий конечному пользователю быстро определить, сколько аммиака высвобождается при утечке и нужно ли сообщать об этом в местное или федеральное агентство.

Проекты, которые IIAR планирует провести:

• Исследование долговечности внутренних предохранительных клапанов.

• Аналитический метод для определения перепада давления двухфазного потока через регулирующие клапаны.

• Инфильтрация через дверцу морозильной камеры (в сотрудничестве с ASHRAE).

• Относительные риски аммиачных систем по сравнению со стандартными рисками.

• Исследование данных об отказах для проведения анализа уровней защиты (LOPA).

Смит также предоставил обновленную информацию о некоторых стандартах и ​​обучении IIAR:

• В 2024 году IIAR опубликовал стандарт IIAR-9 для аммиачных систем, в котором изложены минимальные требования к безопасности.

• Стандарт для крупномасштабных углеводородных систем находится на втором общественном рассмотрении и, как ожидается, будет опубликован летом 2025 года.

• В настоящее время разрабатывается онлайн-курс по системам CO2.

В 2023 году IIAR, базирующийся в Александрии, штат Вирджиния, изменил свое официальное название с Международного института аммиачного охлаждения, которое использовалось с момента его основания в 1971 году, на Международный институт естественного охлаждения. Это изменение отражает расширенное внимание IIAR ко всем природным хладагентам, включая CO2, углеводороды и аммиак, как в промышленном, так и в коммерческом сегментах.