Обнаружение утечек в холодильных установках — это важная проблема 21 века


 

Регламент ( ЕС) №517/2014, известный также как "F-Gaz 2", был принят 16 апреля 2014 года . Его целью является защита окружающей среды путем сокращения выбросов парниковых газов ( ПГ) с 80% до 95% к 2050 году по сравнению с уровнем 1990 года.

 

 

 

1) Законодательство

 

 В новом  регламенте определяются правила, относящиеся к сдерживанию, использованию, рекуперации и уничтожению фторсодержащих парниковых газов, а также соответсвующие сопутствующие меры. Кроме того, в регламенте определяются условия размещения на рынке определенных продуктов и оборудования , содержащих или использующих фторированные парниковые газы, условия некоторых видов использования фторированных парниковых газов, устанавливаются количественные ограничения размещения на рынке гидрофторуглеродов.

 

Помимо этого, регламентом определяются обязательства по обучению, запреты на использование или продажу фторсодержащих парниковых газов в зависимости от ПГП (потенциала глобального потепления) и области применения, а также по сокращение производимых объемов (выделение квот) и другие обязательства: квалификация, использование обязательного оборудования и предотвращение выбросов путем контроля герметичности установок, в которых используются фторсодержащие парниковые газы.

 

Особенности контроля на герметичность фторсодержащего газа :

 

В статье 4 главы II Регламента (ЕС) №517-2014 указана частота выполнения контроля в зависимости от нагрузки установок в тоннах эквивалента CO2.

 

Нагрузка  ≥ 5 тонн экв..CO2 : как минимум раз в 12 месяцев или раз в 24 месяцев, только если оборудование оснащается системой обнаружения утечек.

 

Нагрузка  ≥ 50 тонн экв..CO2 : : как минимум раз в 6 месяцев или раз в 12 месяцев, только если оборудование оснащается системой обнаружения утечек.

 

Нагрузка  ≥ 500 тонн экв..CO2 : как минимум раз в 3 месяца или раз в 6 месяцев, только если оборудование оснащается системой обнаружения утечек.

 

 

Эксплуатирующие организации должны установить систему обнаружения утечек, предупреждающую оператора или обслуживающую компанию об утечке в установках с объемом хладагента больше или равным 500 тонн эквивалента CO2 (например, 128 кг R-404A)

 

  •  для стационарных систем (охлаждения, кондиционирования, систем тепловых насосов, систем пожаротушения)
  • для паросиловых установок на основе цикла Ренкина и электрических коммутационных систем, установленных после 01.01.2017

 

 

Категория хладагента

Объем хладагента в оборудовании

Частота контроля без системы обнаружения

Частота контроля

с установленной системой обнаружения

ГХФУ

 

 

2 кг ≤ объем < 30 кг

12 месяцев

30 кг ≤ объем < 300 кг

6 месяцев

300 кг ≤ объем

3 месяца

ГФУ, ПФУ

 

 

5 т экв. CO2 ≤ объем <50 т экв. CO2

12 месяцев

24 месяца

50 т экв. CO2 ≤ объем <500 т экв. CO2

6 месяцев

12 месяцев

500 т экв. CO2 ≤ объем

обязательный

6 месяцев

 

 

 

 

В европейских странах к правилам о фторсодержащих газах могут быть добавлены более строгие национальные требования.

 

2) Обнаружение утечек в соответствии с рекомендациями стандарта EN 378

 

Европейский стандарт EN 378 дополняет экологические регламенты и является дополнительной гарантией безопасности людей.

 

Согласно этому стандарту, машинные отделения должны быть оборудованы датчиками, гарантирующими безопасность людей.

 

В случае со взрывоопасными или опасными газами предел обнаружения составляет менее 20% от нижнего предела воспламеняемости, а датчики аммиака должны включать вентиляцию, сигнализацию и отключать внешний источник питания.

 

                                                                                

 

3) Типы обнаружения: прямое обнаружение (портативные детекторы; контроллеры окружающей среды) и косвенное обнаружение (постоянный мониторинг посредством систем экспертного уровня)

 

 

Существует несколько типов обнаружения:

 

  • Прямые методы в первую очередь направлены на контроль герметичности на объекте и используются во время периодических (с помощью портативных устройств) или постоянных (с помощью комнатных контроллеров) проверок. Портативные детекторы позволяют обнаружить утечку.
  • Косвенные методы дополняют этот метод и обеспечивают полный мониторинг работы установки. Установка датчиков, предназначенных для регулярных измерений с алгоритмическими вычислениями, позволяет размещать этот тип системы внутри установки с целью определения ее состояния.

 

Физический контроль установки на соответствие нормам по фторсодержащим газам осуществляется с помощью портативного устройства. Как указано в тексте Европейского Регламента 517-2014, частота контроля может быть уменьшена, если установки оснащены контроллером окружающей среды или системой обнаружения косвенным методом измерения.

 

Таким образом, для того, чтобы уменьшить частоту физических проверок, можно использовать стационарные контроллеры (так называемые «контроллеры окружающей среды» или «стационарные детекторы») и системы обнаружения методом косвенного измерения, установленные в холодильной машине, которые обеспечивают постоянный мониторинг установок и подают предупреждение в случае утечки.

 

Некоторые страны, такие как Франция и Бельгия, одобрили возможность проверки герметичности косвенным методом с помощью систем непрерывного мониторинга косвенными методами (см. параграф 5).

 

Таким образом, 3 метода обнаружения утечек дополняют друг друга: они гарантируют соответствие регламенту F-Gaz 2, способствуя уменьшению утечек и, таким образом, сохранению окружающей среды, гарантируя безопасность людей.

 

 

 

4) Технологии датчиков

 

Существует 3 технологии датчиков: полупроводниковые (или датчики с подогреваемыми диодами), электрохимические датчики и инфракрасные датчики. Выбор датчика зависит от обнаруживаемых газов или жидкостей.

 

a)  Полупроводниковые датчики: для ГФО, ГФУ, ХФУ, ГХФУ

 

 

 

 

Преимущество этой технологии заключается в том, что она самая дешевая. Но, с другой стороны, эта технология чувствительна к температуре окружающей среды, влажности, растворителям, чистящим средствам, углеводородам (пропану) и NOx (оксидам азота).

 

 

 

Полупроводниковый датчик, также известный как датчик на основе оксида металла (MOS), позволяет обнаруживать токсичные продукты, горючие вещества и хладагенты. Этот датчик чувствителен к изменениям концентрации газа (падению концентрации кислорода), влажности и изменениям температуры. У него низкая чувствительность, и он требует калибровки. Это экономичная технология с длительным сроком службы (около 5 лет).

 

 

copyright bacharach

 

 

Принцип обнаружения: на силиконовую поверхность наносится тонкая пленка оксида металла. Каталитическая реакция окисления при контакте с целевым газом и нагретой поверхностью оксида металла меняет электрическое сопротивление и проводимость. Изменение сопротивления коррелирует с измеренной концентрацией газа.

 

B)  Электрохимические сенсоры: обнаружение NH3.

 

 

Датчики этой технологии используются для обнаружения NH3. Это сверхточная технология, обеспечивающая безопасность людей благодаря обнаружению этого токсичного продукта при низкой концентрации.

Данная технология подходит для разных токсичных газов и очень точна при концентрациях с низкими ppm. Данная технология обеспечивает короткое время отклика и подходит для поиска утечки только целевого газа. Следовательно, у этой технологии нет риска перекрестной чувствительности. Эта технология требует калибровки по целевому газу, а срок службы датчиков составляет от 3 до 5 лет.

 

 

Датчик состоит из рабочего электрода, противоэлектрода, контрольного электрода и электролита. Электрохимические датчики работают как батарейки. В присутствии целевого газа химическая реакция на рабочем электроде генерирует небольшой электрический заряд между двумя электродами, пропорциональный концентрации газа.

 

 

 

C) Инфракрасные датчики: обнаружение ГФО , ГФУ, ХФУ, ГХФУ, NH3, пропана, CO2.

 

Технология обнаружения инфракрасных датчиков очень избирательна. Она позволяет обнаруживать широкий спектр хладагентов, при этом совершенно нечувствительна к другим продуктам и имеет продолжительный срок службы. Технология позволяет обнаруживать ГФО , ГФУ, ГХФУ , ХФУ, NH3, пропан (R-290) и CO2.

 

 

 

 

Инфракрасный датчик очень избирателен и имеет очень низкую перекрестную чувствительность к другим газам. Эта технология нечувствительна к загрязняющим веществам (силикон, свинец и т. д.) и позволяет выполнять автоматическую калибровку. У технологии быстрое время отклика, и она обеспечивает обнаружение при очень низкой пороговой концентрации (чувствительность 1 ppm). Это технология обеспечивает сверхточное обнаружение, имеет немного более высокую стоимость, а средний срок службы датчика составляет от 5 до 7 лет.

 

 Датчик состоит из источника света, противопомехового фильтра, датчика и камеры, в которой после аспирации рассеивается искомый газ. Только зеленый цвет светового луча фильтруется и анализируется путем измерения его интенсивности. В случае присутствия газа интенсивность зеленого цвета в световом излучении заметно снижается

 

5) Устройства и описание средств обнаружения

 

Переносные детекторы:

 

В случае утечки подается звуковой и световой сигнал, а также включается индикация на экране. Такой тип детектора позволяет точно определить место утечки.

Перед каждым использованием проводится проверка калибровки устройства с помощью продукта mini-check, который имитирует откалиброванную утечку R-134a объемом 5 г/год.

 

Обнаружение пузырьками:

После поиска утечки портативным детектором проводится определение источника утечки на трубах с помощью аэрозольного продукта, такого как «Престобул», который позволяет найти источник утечки по образованию пузырьков.

 

 

 

Контроллеры окружающей среды:

Стационарный детектор утечки, который также называют контроллером окружающей среды, представляет собой детектор утечки хладагента. В зависимости от модели это может быть независимый датчик-передатчик с аварийной сигнализацией, который можно использовать либо как автономный детектор, либо подключать к системе управления (например, BMS) через Modbus. Обычно они оснащаются одним или несколькими реле, которые используются для включения внешнего защитного оборудования, такого как клапан, вентилятор, общая аварийная сигнализация и т. д. Они требуют установки датчиков (которые также называют «зондами»), учитывающих особенности установок и специфические характеристики газов. Они выбираются и адаптируются к обнаруживаемым средам.

 

Размещение датчиков:

Датчики  должны быть защищены от брызг воды и потенциальных опасностей, вдали от сквозняков или вентилируемых мест (зон с интенсивным и сильным движениям воздуха), зон вытяжки (вентилятора), а также вдали от систем радиочастотной идентификации или передатчиков, используемых в этих системах.

 

 

 

Интегрированное прогнозирование — DNI: разрешение в Бельгии + энергоэффективность

 

При средней скорости утечки от 20% до 25% в год холодильные установки, установленные в крупных розничных продуктовых магазинах или на предприятиях, требуют постоянного контроля на герметичность. Это необходимо как для обеспечения непрерывности процессов, так и для улучшения их производительности и соблюдения нормативных экологических требований.

 

DNI (интеллектуальный детектор уровня, NDLR) компании Matelex — это запатентованная система обнаружения утечек, в которой используются косвенные измерения. Этот метод основан на принципе постоянного анализа рабочих параметров установки. В DNI используется специальный алгоритм и соответствующая метрология, которые анализируют так называемую «нормальную» работу установки посредством постоянного анализа ее работы. Система определяет отклонения от этой нормальной работы, что позволяет обнаружить утечку.

 

В системе DNI, которая совместима со 120 газами и разными типами резервуаров высокого давления (вертикальными, горизонтальными, наклонными), для измерения уровня жидкости в резервуаре используется принцип сообщающихся сосудов без значительных изменений в установке. Медная колонна 1ʺ 5/8, адаптированная к геометрии резервуара, взвешивается с помощью тензодатчика. Защита колонны позволяет использовать этот метод на открытом воздухе.

 

Анализ собранных метрологических данных о весе/давлении/температуре в режиме реального времени и с учетом термодинамических данных используемого хладагента позволяет сигнализировать о наличии утечек локально (сухой контакт на GTC) или удаленно (онлайн-контроль Sentinelle, уведомления по электронной почте). Целью постоянного мониторинга является заблаговременное обнаружение утечек, позволяющее операторам оперативно принять соответствующие меры.

 

Для обеспечения точности измерений проводится ежегодная поверка, которая заключается в замене цепи измерения веса/давления и калибровке датчиков температуры с учетом импеданса кабелей и погрешности датчиков PT100.

Различается 2 типа аварийной сигнализации, обеспечивающих непрерывный мониторинг и обратную связь с охлаждающими установками.

 

  • Сигнализация низкого уровня: аналогична фиксированным уровням «Kubler», присутствующим на большом количестве резервуаров. DNI позволяет осуществлять постоянный настраиваемый мониторинг низкого уровня в резервуаре. Настройка позволяет корректировать порог срабатывания и быстро получать предупреждения при значительном и быстром снижении уровня хладагента.
  • «Статистическая» сигнализация: алгоритмический анализ, для работы которого требуется определенный период обучения. Обучение — 7-дневный период, в течение которого проводится анализ измерений. Обучение позволяет определить контрольные уровни установки. Используемые алгоритмом контрольные уровни в реальном времени сравниваются со средними данными, благодаря чему «статистические» аварийные сигналы становятся более надежными благодаря адаптации анализа в реальном времени для каждой холодильной установки.

Система мониторинга экспертного уровня Sentinelle выводит значения, зарегистрированные DNI, в виде подробных кривых, что позволяет проводить визуальный и задокументированный анализ работы установки. Кроме того, предлагается множество других анализов, позволяющих повысить производительность установок и снизить их негативное воздействие на окружающую среду путем сокращения прямых и косвенных выбросов парниковых газов.

 

Помимо прямого негативного воздействия на окружающую среду в результате утечки хладагента, использование Matelex также способствует снижению косвенных воздействий, связанных с потребляемой энергией. Анализы, проведенные DNI и Sentinelle, позволяют предотвратить избыточное потребление энергии при слишком низком уровне хладагента в баллоне.

 

Наконец, помимо обнаружения утечек, энергетический модуль, добавленный к DNI, позволяет в реальном определять энтальпический цикл установки посредством дополнительных измерений. Например, рабочие циклы компрессоров анализируются с целью оповещения о рисках преждевременного износа, который приводит к риску выхода из строя компрессора, а также улучшает управление ими (сокращение коротких циклов, мониторинг частоты пусков и т. д.).

 

Этот подробный и исторический анализ предназначен для улучшения параметров установок установщиками с целью оптимизации работы установок.

 

6) Как обеспечить успешность программы обнаружения?

 

  • Правильная установка оборудования подготовленными и квалифицированными установщиками.
  • Техническое обслуживание оборудования и ежегодное обслуживание.
  • Выполните проверку правильности работы устройств и установите соответствующие пороги срабатывания сигнализации (калибровочный комплект, приложение для смартфона), чтобы избежать последующих потерь хладагентов.
  • Тестирование и калибровка с нужным газом
  • Проверка работы датчиков и сигнализации.

 

Калибровка обеспечивает точность датчика. В некоторых европейских странах она в обязательном порядке должна проводиться каждый год.

 

 

7) Преимущества обнаружения утечек:

 

- Уменьшение количества используемого хладагента = экономия финансовых средств

- Снижение выбросов парниковых газов = положительное влияние на экологию

- Снижение потребления энергии = экономия финансов и положительное влияние на экологию

- Улучшение рабочих характеристик установок благодаря хорошей герметичности и достаточному объему хладагента

- Соответствие нормам и регламентам (EN 378, F-GAZ II, ASHRAE и др.) = безопасность

- Предотвращение утечек = защита людей и улучшение комфорта = безопасность и здоровье

- Сохранение товаров и оборудования = Экономия и безопасность

 

 

Эта статья была подготовлена совместно компаниями Climalife и Matelex — двумя ключевыми игроками в области энергоэффективности.