Вода в системе холодильной установки

Вода в системе холодильной установки

Даже небольшое количество влаги в системе Х.У. может вызвать определенные трудности, которые приходится учитывать конструкторам и преодолевать эксплуатационщикам.

Источниками влаги могут быть:

— Влажный воздух (либо оставшийся после монтажа, либо попавший через неплотности).

— Остатки влаги после гидроиспытаний (при недостаточной ее эвакуации).

— Продукты сгорания газа и флюсов при сварке и пайке соединений.

— Выделение влаги из теплоизоляционных материалов обмоток электродв- игателей.

— При заполнении системы недостаточно осушенным хладагентом и мас- лом (масло, как правило, гигроскопично и при длительном хранении в открытых сосудах может абсорбировать водяной пар из воздуха).

— Недостаточная герметичность конденсаторов водяного охлаждения (про-

пуски влаги через неплотности).

— В период запуска вновь смонтированных установок – влага выделяется из жидкого хладагента (т. к. растворимость воды в хладагенте для ограничен- но растворимых резко снижается при понижении температуры).

Избыток влаги (по сравнению с номинальной растворимостью) находится в жидком хладоне в виде мелких капель. Отсюда возможны следующие негативные явления:

— образование частичек льда влечет забивание проходных сечений дрос- сельных устройств и нарушение циркуляции хладагента;

— активная коррозия металлов (присутствие влаги в хладагенте вызывает образование слабых кислот и оснований)

NH₃ + H₂O коррозия цинка, олова, меди и ее сплавов (за исключением фосфористой бронзы);

R12 + H₂O коррозия сплавов магния ( > 2% Mn) и латуни;

R22 + H₂O коррозия сплавов магния и алюминия;

— в герметичных агрегатах влечет разрушение электрической изоляции об-мотки электродвигателя (при взаимодействии воды и масла образуются кислоты);

— засорение и забивка проходных сечений дроссельных устройств и филь-тров продуктами коррозии;

— дополнительное термическое сопротивление в теплообменных аппаратах от продуктов коррозии;

— образование густых маслянистых осадков (особенно в установках с R22), которые также вызывают засорение фильтров и дроссельных устройств;

— в хладовых установках (из-за присутствия нерастворимой воды) – явле-ние омеднения стальных шлифованных поверхностей приводит к уменьшению зазоров в подшипниках, возникновению неплотностей прилегания клапанов.

Для устранения и недопущения таких явлений предусматривается (для хладонов ограниченно растворимых в воде):

— заправка хладоном с содержанием влаги (R12 обычного качества – не более 0,0020 % по массе; R12 повышенного качества – не более 0.0004% по массе) в соответствии с ГОСТом;

— удаление влаги перед запуском Х.У. и в процессе эксплуатации:

перед запуском – сушка агрегатов в сушильных шкафах, продувка сухим инертным газом (азот или CO₂);

— вакуумирование системы до давления 6…25 Па и выдержка в течение 10…18 часов.

В процессе эксплуатации – химическая сушка при помощи абсорбентов:

— гранулированный силикагель КСМ (до 10 см 3 на 1 кг R12; до 35 см 3 на 1 кг R22);

— синтетические цеолиты (активированный алюмосиликат) NaA – 2МШ и NaA – 2КТ – по сравнению с силикагелем КСМ достигается меньшее содержание влаги и имеет способность к регенерации (цеолит имеет малые поры, которые не забиваются маслом и не загрязняются).

Осушители могут быть совмещены с фильтрами или устанавливаться перед ними (в крупных установках обычно включают в работу периодически), которые в свою очередь устанавливаются на жидкостной линии перед дроссельным вентилем (Рис. 21).

Рис. 21. Включение осушителей в крупных холодильных установках

Для контроля содержания влаги устанавливают индикаторы влаги, принцип действия которых основан на изменении окраски некоторых солей металлов в зависимости от числа молекул воды, присоединенных молекулой соли (т. е. от степени гидратации). Например, безводный бро- мид кобальта – зеленый свет; CoBr₂*H₂O – синий; CoBr₂*2H₂O – фиолетовый; CoBr₂*6H₂O – розовый. Цвет определяется через смотровое стекло. Наличие розовой окраски означает, что абсорбент следует регенерировать.

В небольших установках, когда система не может быть хорошо высушена, в систему добавляется 1…2 % метилового спирта (яд. ) от объёма жидкого хладона в системе. Спирт растворяет воду и образует раствор не замерзающий при низких температурах. Однако это хуже, чем сушка, т. к. сохраняется коррозия и возможность загрязнения системы.

Дата добавления: 2020-03-17 ; просмотров: 194 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Вода в аммиачной холодильной установке: последствия и пути решения

В последние годы в мире вообще и странах Северной Европы в частности главной тенденцией в сфере промышленного холода является достижение максимальной экологичности производства. В связи с этим, особое внимание уделяется использованию в холодильных системах природных хладагентов, в т.ч. аммиака, применение которых не наносят вред окружающей среде. Датская компания Данфосс уже почти сто лет является ведущим игроком на рынке холодильного оборудования, выпуская высококачественную холодильную автоматику. Производя собственные исследования, специалисты компании пришли к выводу, что зачастую проблемы при эксплуатации аммиачных холодильных установок возникают не из-за поломки агрегатов или неэффективной конструкции оборудования, а в результате попадания воды в систему.

Так при проверке контрольной группы аммиачных машин не было найдено ни одной, в которой процент содержания воды в аммиаке находился бы в пределах нормы в 0,3%; минимальное зафиксированное значение было отмечено 3%, максимальное – 26%. Очень часто при ремонте не находят истинную проблему выхода из строя оборудования, производя замену узлов, которые очень скоро вновь выходят из строя – таким образом получается замкнутый круг. В результате возникает недоверие к аммиачным холодильным установкам и компаниям, производящим оборудование.

Проблемы в работе аммиачных холодильных установках из-за попадания в систему воды

Из-за структурной близости воды и аммиака эти вещества легко смешиваются, полностью растворяясь друг в друге, и полученный раствор сложно разделить. Из-за повышения концентрации воды в аммиаке хладагент теряет свои свойства, а в функционировании холодильной машины начинаются проблемы:

• Снижение холодильного коэффициента теплообменного оборудования. Из-а превышения допустимо концентрации воды в аммиаке (при норме 0,3%) изменяются термодинамические свойства хладагента, в т.ч. повышается температура его кипения. Холодильная автоматика понижает давление в системе, выравнивая (снижая) температуру кипения, в результате повышается энергопотребление установки (приблизительно на 5% на каждый градус).
• Из-за увеличения примеси воды аммиак становится химически агрессивным и начинает разъедать медные и латунные части установки, в т.ч. трубопроводы, сосуды, клапаны и т.д.
• Появление проблем с аммиачным компрессором , которые возникают вследствие коррозии его внутренних элементов при попадании внутрь воды. Также ухудшается качество масла.

Таким образом, из-за излишней концентрации внутри аммиачных холодильных установок воды увеличиваются эксплуатационные затраты на функционирование системы, а также затраты на ремонт и техническое обслуживание агрегата.

Способы попадания воды в аммиачные холодильные системы

• Способы проникновения воды в аммиачные холодильные системы:
• при конденсации паров от изменения температуры хладагента перед заправкой холодильных установок;
• при проведении работ по техническому обслуживанию аммиачных холодильных машин;
• при повреждении системы вследствие коррозии охладителей;
• из-за разницы парциального давления, когда давление кипения превышает атмосферное;
• при всасывании влажного воздуха на стороне низкого давления системы через сальники и прокладки вентилей в случае их недостаточного уплотнения.

Вода может попадать в холодильный агрегат при техническом обслуживании во время вакуумирования системы охлаждения. Когда хладагент откачивается из системы через заполненную водой емкость, необходимо на линии отвода аммиака устанавливать обратный клапан, который бы препятствовал проникновению воды в холодильную установку.

Попадая в аммиачную холодильную систему, вода накапливается на стороне низкого давления установки в сепараторах и промежуточных охладителях. Таким образом, для определения концентрации воды в аммиаке необходимо производить контрольный забор на стороне низкого давления, где собирается максимальное количество воды (максимальное количество аммиака концентрируется со стороны высокого давления системы).

Способы удаления воды из аммиачных холодильных машин

Проникающий в аммиачную холодильную установку воздух удаляется из системы автоматически через воздуховыпускные клапаны. К сожалению, воду таким образом удалить невозможно: проникающий внутрь агрегата влажный воздух наружу выходит совершенно сухим, отдавая всю содержащуюся в нем влагу аммиаку. Также для удаления воды бессмысленно использовать фильтры-осушители, т.к. они будут слишком дорогими и малоэффективными из-за полной идентичности молекул аммиака и воды.

Для систем с небольшим объемом заправки хладагента (например, для водоохладителей с пластинчатыми испарителями) можно произвести замену заправки, соблюдая все требования техники безопасности. Для систем с течением хладагента под действием гравитации без оттаивания горячим паром применяется продувка испарителей, при которой после испарения аммиака вода остается в жидком остатке в испарителе и сливается в дренаж.

Для удаления воды из промышленных холодильных установок, работающих на аммиаке, используют ректификаторы – оборудование, с помощью которого возможно разделение растворов на практически чистые компоненты, отличающиеся по температуре кипения, с помощью многократных испарений жидкости и концентрации их паров. В промышленных ректификаторах после многократного выпаривания аммиака оставшийся в линейном ресивере отстой, который представляет собой воду с 30-40%-ным содержанием аммиака, удаляется из системы. Для систем с насосной циркуляцией хладагента это единственный способ удаления воды из аммиачной системы.

Специалисты НПП «Холод» в числе прочих предоставляемых услуг при проектировании аммиачной холодильной установки особое внимание уделяет способам удаления воды из аммиачных систем. Также мы осуществляем технологическое обслуживание, а при необходимости и обучения персонала. Мы рекомендуем осуществлять постоянный контроль проникновения воды в аммиачную установку при ее эксплуатации, вовремя производя осушение системы, благодаря чему достигается следующее:

Влияние воды на хладагент

Одним из основных источников влаги в системе холодильной установки является влажный воздух, который или остается в ней при недостаточно тщательном его удалении после вскрытия, или проникает через неплотности. Вода может также оставаться при недостаточно тщательной ее эвакуации после гидравлического испытания системы. Возможно попадание влаги при сварке или пайке соединений, причем источниками влаги являются не только продукты сгорания газа, но и флюс, применяемый при сварке. В герметичных компрессорах имеет значение выделение водяного пара из электроизоляционных материалов обмоток электродвигателя. Влага может оказаться в системе, если заполнение произведено хладагентом и маслом, содержащими повышенное количество влаги. Что касается масел, то они, как правило, гигроскопичны и при длительном хранении в открытом сосуде сорбируют водяной пар из воздуха. Наконец, возможно попадание воды вследствие появления течей в соединениях аппаратов, охлаждаемых водой.

Влияние, оказываемое влагой на работу установки, в значительной степени зависит от степени взаимной растворимости хладагентов и воды. Вещества, обладающие большим химическим сродством с водой, имеют неограниченную взаимную растворимость, например аммиак. Жидкий диоксид углерода ограниченно растворяет воду. Очень ограниченно растворяют воду все хладоны и особенно озонобезопасные. В табл. 7.1 приведены данные по растворимости воды в некоторых хладагентах при различных температурах. Для более наглядного представления о растворимости можно сказать, например, что растворимости воды в R12 при — 10°С в количестве 0,0014% соответствует содержание 14 мг воды в 1 кг жидкого хладагента.

Растворимость воды значительно уменьшается при понижении температуры. Характерно также, что хладоны, содержащие в своей молекуле атомы водорода (R21 и R22), способны растворять значительно больше воды, причем разница становится особенно резкой при низких температурах.

В системе холодильной установки вода может находиться не только в жидком, но и в парообразном состоянии, причем предельное содержание влаги в паровой фазе хладонов, не имеющих в своем составе атомов водорода, значительно больше, чем в жидкой. Так, в паре R12 может находиться в состоянии насыщения водяного пара больше по массе, чем растворяется воды в жидком хладагенте при той же температуре. У водородосодержащих хладонов содержание влаги (в единице массы) в паровой фазе меньше, чем в жидкой. Если количество воды в хладоне превышает предельное содержание ее в жидкой и паровой фазах, т. е. когда и в жидкой фазе растворено предельное количество воды и паровая фаза насыщена водяным паром, то избыточная свободная вода находится в жидком хладоне в виде мелких капель.

Одной из причин неполадок, связанных с наличием в системе влаги, является замерзание нерастворенной воды при дросселировании хладагента. Особенно большое значение имеет это явление в малых автоматизированных установках, в которых образовавшиеся частицы льда при малых диаметрах отверстий вентилей, сопел, капиллярных трубок забивают проходное сечение дроссельных устройств и нарушают режим работы установки.

Присутствие воды в хладагентах способствует коррозии металлов. Даже небольшие примеси воды способствуют образованию слабых кислот или щелочей, обладающих определенной химической активностью. Так, при наличии воды аммиак вызывает коррозию цинка, алюминия, меди и ее сплавов (за исключением фосфористой бронзы), R12 — коррозию латуни и сплавов магния (при его содержании более 2%), R22 — коррозию сплавов магния и алюминия. В герметичных агрегатах происходит постепенное разрушение электрической изоляции обмоток электродвигателя. Кроме уменьшения долговечности машин явление коррозии вызывает и другие последствия. Продукты коррозии смываются хладагентом и забивают отверстия дроссельных устройств, забивают фильтры. На теплопередающих поверхностях продукты коррозии образуют слой, представляющий собой дополнительное термическое сопротивление, и тем самым ухудшают теплопередачу. Присутствие воды в системе способствует образованию и выделению густых маслянистых осадков, желеобразных и твердых, засоряющих фильтры дроссельных устройств.

В хладоновых установках в присутствии нерастворенной воды может возникнуть специфическое явление, называемое омеднением стальных поверхностей. При наличии в системе медных частей, соприкасающихся с хладоном, растворенном в масле, медь вступает в химическую реакцию с раствором и выпадает в виде слоя на стальных неоКисленных поверхностях. В частности, слой меди образуется на шейках вала, уменьшая зазор в подшипниках, на клапанных пластинах, вызывая нарушение герметичности. По этим причинам предъявляются высокие требования к содержанию влаги в хладагентах с ограниченной растворимостью воды, причем эти требования повышаются для установок, работающих при низких температурах. Согласно техническим условиям на поставку количество воды в хладагенте не должно превышать допустимого значения.

Гранулированный сорбент засыпают в сетчатый цилиндр, препятствующий уносу гранул и задерживающий механические загрязнения. Это устройство называют фильтром-осушителем при небольшой вместимости (до 2 дм3) и осушителем (осушительным патроном) при большей вместимости.

Осушитель устанавливают на жидкостном трубопроводе до регулирующего вентиля. В малых автоматизированных установках осушитель 1 может быть постоянно включен в работу (рис. 7.13, а), а в средних и крупных установках (рис. 7.13, б) осушитель 1 включают в работу периодически, главным образом, в первые 10-15 дней после первоначального пуска установки, а затем по мере надобности при появлении признаков наличия влаги в системе. Поэтому осушитель 1 включают в обводной мост с запорными вентилями. Силикагель и синтетические цеолиты являются довольно хрупким материалом, разрушающимся в процессе работы. Твердые частицы адсорбента вызывают абразивный износ деталей компрессора. Поэтому после осушителя ставят фильтр тонкой очистки 2. Формованные цилиндры из цеолита БФ-60, БФ-120 разрушаются значительно меньше, чем насыпная масса из гранул.

3.2.2 Конденсаторы с водяным охлаждением — УКЦ

Конденсаторы с водяным охлаждением по своему конструктивному исполнению подразделяются на следующие основные группы:

* _кожухо — трубные конденсаторы;_
* _конденсаторы типа «труба в трубе»;_
* _пластинчатые конденсаторы._

Конденсаторы первой группы чаще всего используются на установках средней и большой мощности, другие же — на установках средней и малой мощности.

+_Кожухо — трубные конденсаторы._+

Рисунок 15

В верхней части кожуха располагается патрубок подвода горячего парообразного хладагента, поступающего из компрессора. В нижней части установлен патрубок отвода жидкого хладагента.

Горячий парообразный хладагент омывает трубки и заполняет свободное пространство между трубками и кожухом.

Холодная вода подаётся по трубкам снизу и выходит через верхнюю часть кожуха.

Горячий парообразный хладагент соприкасается с трубками, по которым циркулирует холодная вода, остывает, конденсируется и скапливается на дне конденсатора. Вода, поглощая теплоту от хладагента, выходит из конденсатора с более высокой температурой, чем на входе в конденсатор. Участок «дополнительного охлаждения», если таковой предусмотрен, состоит из пучка трубок, расположенных на дне конденсатора и отделённых от остальных трубок металлической перегородкой. В таком случае поступающая в конденсатор холодная вода в первую очередь проходит через участок «дополнительного охлаждения».

Трубки конденсатора изготавливаются из меди и имеют номинальный диаметр _20_ и _25 мм_. С внешней стороны трубки имеют оребрение, которое позволяет повысить эффективность теплообмена между хладагентом и находящейся внутри трубок водой.

Обычно в конденсаторах используется вода из системы оборотного водоснабжения.

Температура конденсации хладагента примерно на _5 ºС_ выше температуры воды на выходе из конденсатора. Например, при температуре воды на выходе из конденсатора _35 ºС_ температура конденсации хладагента _R-22_ составляет примерно _40 ºС_. В этих условиях перепад температуры воды в конденсаторе не превышает _5 ºС_.

Для передачи _1 кВт_ тепла от хладагента к проточной воде требуемый расход воды составляет около _170 л/ч_.

+_Конденсаторы типа «труба в трубе»._+

Эти конденсаторы представляют собой выполненную в виде спирали трубку, внутри которой соосно расположена другая трубка. Хладагент может перемещаться по внутренней трубке, а охлаждающая жидкость по внешней трубке, либо наоборот (смотри Рис. 16).

+_Схема конденсатора типа «труба в трубе»._+

Кожухо — трубные конденсаторы выполняются в виде стального цилиндрического кожуха, с обоих концов которого приварены стальные трубчатые решётки. В них запрессовываются медные трубки. К трубным решёткам крепятся головки с входным и выходным патрубками для подключения к системе водяного охлаждения (смотри Рис.15).

+_Схема кожухо — трубного конденсатора с водяным охлаждением._+

Рисунок 16

Вся конструкция может быть выполнена из меди, либо внутренняя трубка может быть медной, а внешняя — стальной.

Как внешняя, так и внутренняя поверхности могут иметь оребрение, увеличивающее эффективность теплопередачи. Два потока жидкостей движутся навстречу друг другу. Вода поступает снизу и выходит сверху, хладагент перемещается в противоположном направлении.

Рисунок 17

Этот тип конденсатора используется в автономных установках кондиционирования воздуха и установках малой мощности. В связи с тем, что конденсатор этого типа представляет собой неразъёмную конструкцию, очистка трубки, по которой циркулирует вода, может проводиться только химическим путём.

В этом типе теплообменника циркуляция жидкости происходит между пластинами, которые расположенными «ёлочкой» (смотри Рис. 17). Пластины теплообменника выполнены из нержавеющей стали.

+_Общий вид пластинчатого конденсатора._+

Внутри теплообменника создаются два независимых контура циркуляции — хладагента и охлаждающей воды. Эти два потока движутся навстречу друг другу. Пластинчатые теплообменники имеют очень высокие теплотехнические характеристики, что обусловило их большое распространение в установках средней и малой мощности. Высокая эффективность этих теплообменников сочетается с компактными размерами и малой массой, небольшими перепадами температур между двумя жидкостями. Это повышает эффективность установки за счёт меньшего количества требуемого хладагента.

Пластинчатые теплообменники используются не только в качестве конденсатора, но и в качестве испарителя.

В Таблице 4 приводятся наиболее часто встречающиеся значения температуры воды, используемой в конденсаторах, и соответствующие значения температуры конденсации хладагента.

+_Температуры воды на входе в конденсатор и температуры конденсации._+

table(table).
|_. Температура воды на входе, ºС|_. Температура конденсации, ºС|
| 16| 32 ÷ 38|
| 24| 38 ÷ 40|

Максимально допустимые при испытаниях значения давления в конденсаторах с водяным охлаждением приведены в Таблице 5.

+_Максимально допустимые значения давления в конденсаторах с водяным охлаждением._+

table(table).
| Максимальное давление в рабочем режиме со стороны контура хладагента, кПа| 2 450|
| Максимальное давление в рабочем режиме со стороны контура воды, кПа| 1 000|

Коэффициент загрязнения характеризует термическое сопротивление, вызванное отложением осадка, содержащегося в воде, на внутренних стенках теплообменника. В результате снижается теплопередача.

Проблема загрязнения трубок является большим препятствием при использовании теплообменников в регионах с повышенными показателями жёсткости воды.

Согласно стандарту _ARI Standart 590_ характеристики холодильных машин должны соответствовать коэффициенту загрязнения конденсатора:

p= (Согласно стандарту ARI Standart 590 характеристики холодильных машин должны соответствовать коэффициенту загрязнения конденсатора)!

Для других коэффициентов загрязнения необходимо скорректировать характеристики холодильных машин. В Таблице 6 указаны коэффициенты коррекции эффективности холодильных машин для разных коэффициентов загрязнения.

Следует отметить, что приведённые в Таблице 6 коэффициенты обычно используются для корректировки холодо и тепло производительности установок большой мощности.

+_Коэффициенты коррекции показателей холодо производительности установки в зависимости от коэффициента загрязнения._+

Для установок малой и средней мощности в качестве исходной точки принимаются чистые пластины конденсатора и испарителя, а значения поправочных коэффициентов соответствуют указанные в Таблице 7.

+_Коэффициенты коррекции показателей холодо производительности установки малой мощности в зависимости от коэффициента загрязнения._+

table(table).
|_. Коэффициент загрязнения, (м 2 × ºС / Вт)|_. Поправочный коэффициент холодильной машины|_. Поправочный коэффициент потребляемой мощности компрессора|
| чистые трубки| 1,00| 1,00|
| 4,4 × 10 -5 | 0,98| 0,99|
| 8,8 × 10 -5 | 0,96| 0,99|
| 17,6 × 10 -5 | 0,93| 0,98|

В технической документации на оборудование обязательно приводится методика пересчёта характеристик в зависимости от коэффициента загрязнения.

В Таблице 8 указаны коэффициенты загрязнения, соответствующие различным типам используемой воды.

+_Типичные коэффициенты загрязнения для различных типов воды._+

table(table).
|_. Тип воды|_. Коэффициент загрязнения, (м 2 × ºС / Вт)|
| Вода из водонапорной башни (необработанная)| 17,6 × 10 -5 |
| Вода из реки (озера)| 17,6 × 10 -5 |
| Вода из скважины| 17,6 × 10 -5 |
| Морская вода (открытое море)| 0,044 × 10 -5 |

С целью сокращения загрязнения до минимально возможного уровня рекомендуют устанавливать скорость потока воды, превышающий _1 м/с_. Рекомендуется также периодически производить очистку трубок механическим либо химическим путём.