Главная
Техническая информация
Промышленный холод
Выбираем жидкостной ресивер


Выбираем жидкостной ресивер и определяем количество хладагента в установке

Во время работы холодильной установки, оснащенной конденсатором воздушного охлаждения, уровень жидкого хладагента не является постоянной величиной. В первую очередь это связано с температурой наружного воздуха и тепловой нагрузкой. При снижении тепловой нагрузки, интенсивность кипения хладагента в испарителе снижается, также как и потребное количество жидкого хладагента для подачи в испаритель. Аналогично этому и при снижении наружной температуры интенсивность конденсации хладагента повышается. В обоих случаях образуется «избыток» хладагента, который имеет свойство накапливаться в ресивере. Если при повышении тепловой нагрузки или наружной температуры потребное количество хладагента возрастает. Взять его можно только из ресивера. Именно он и предоставляет необходимое количество хладагента, которое необходимо для нормальной работы установки. Отметим, что в установках с производительностью 3-5 кВт роль резервной емкости в некоторых случаях выполняет конденсатор. Для установок с более высокой производительностью такое решение будет нерациональным. В установках, где роль расширительного устройства выполняет капиллярная трубка, жидкостной ресивер не устанавливают. В установках различного типа между требуемым объемом холодильного агента и объемом ресивера имеется прямая зависимость, поэтому их расчет проводят совместно. Довольно часто можно встретить примеры приблизительного вычисления холодильного агента. При этом миграция хладагента по холодильному контуру при выключенном оборудовании не учитывается. В результате невозможно точно произвести вычисление размеров ресивера, что нприводит к сбоям в работе холодильных установок. В приведенных ниже алгоритмах были учтены условия эксплуатации чиллер, а также требования безопасности. Холодильные установки, подобранные таким образом, работают без сбоев.

Производим расчет хладагента необходимый для заправки установки

Чтобы определить количество хладагента, которое необходимо для дозаправки установки, используют коэффициент ϕ, который равен соотношению жидкого хладагента VF к полному объему установкиV:

ϕ =VF /V (1)

Общее число хладагента в установке М определяется следующим образом:

М= Ʃi=1n Vii ∙ ρFi+(1- ϕi) ρDi) (2),

где Vi внутренний объем i-ой части установки, м3;

I – порядковый номер n частей установки;

ρFi – плотность жидкого хладагента в i-ой части установки, кг/ м3;

ρDi – плотность пара хладагента в в i-ой части установки, кг/ м3.


Значение плотности выбирают с учетом температуры и давления хладагента из таблиц свойств пара или из диаграмм свойств применяемого хладагента. Чтобы произвести оценку достаточно основываться только по объему жидких составляющих. Коэффициенты ϕi частей, заполненных паром или жидкостью будут равны следующим значениям:



Часть контура

ϕi

Жидкостной трубопровод (от конденсатора до расширительного устройства)

1,0

Всасывающий трубопровод (от испарителя до компрессора)

0

Нагнетательный трубопровод (от компрессора до конденсатора)

0


В испарителе и конденсаторе находится как пар, так и жидкость. Для них имеются опытные величины, которые зависят от конструктивных особенностей и уровня тепловых нагрузок.


Теплообменники воздушного охлаждения


Часть контура

Конденсатор

Испаритель

Максимальная тепловая нагрузка

Минимальная тепловая нагрузка



Теплообменники водяного охлаждения


Часть контура

ϕi

Пластинчатый испаритель (подача охлаждаемой среды снизу)

0,8

Пластинчатый конденсатор

0,25…0,35

Кожухотрубный испаритель (внутритрубное кипение)

0,5…0,6

Кожухотрубный конденсатор (межтрубная конденсация)

0,3…0,4


Следует также учитывать размеры ресивера, поскольку они зависят от схемы холодильного контура. Таким образом, количество хладагента определяют без учета ресивера.


Имеющие сложную конструкцию установки с промежуточными регенеративными теплообменниками, системами регулирования производительности компрессоров, отделителями жидкости рассматривают таким же образом.


Собирают данные объема по отдельным участкам установки, определяют коэффициенты заполнения и данные подставляют в формулу (2). Во время стоянки оборудования накопление хладагента происходит в наиболее холодных частях. Если речь идет о теплообменниках воздушного охлаждения, то это будут открытые части установки. Коэффициент заполнения для этих частей контура будет иметь следующие значения:


Часть контура

ϕi

Конденсатор

1,0

Нагнетательный трубопровод от регулятора давления до конденсатора

1,0

Нагнетательный трубопровод без регулятора давления

0

Жидкостный трубопровод

1,0


Величины, полученные для установок, функционирующих в разных режимах, в том числе и при стоянке, следует сравнить. Максимальная из них Ммакс будет равной требуемому количеству хладагента без ресивера.


Объем ресивера

Основное назначение ресивера — это предотвращение сбоев в работе холодильной установки, которые могут возникнуть по причине тепловой нагрузки и из-за воздействия температуры окружающей среды. Необходимо предварительно выяснить будет ли использоваться ресивер для приема всего объема хладагента, имеющегося в установке во время ремонтных работ или же для компенсации изменений в результате различных условий эксплуатации (изменение температуры окружающей среды, частичная нагрузка).


Промежуточным решением в данной ситуации могут послужить установки с системой регулирования давления конденсации и магистралью перепуска пара высокого давления, минуя конденсатор. Основная задача – это использовать как можно меньший по объему ресивер, с целью снизить количество хладагента в системе. Вместе с этим мы уменьшим затраты на его приобретение и вероятность экологического вреда в случае аварии. Если ресивер окажется слишком большим, то это не создаст трудностей в работе установки, но потребует значительных затрат на его приобретение и заправку хладагентом. Малый ресивер может вывести из строя установку.


После определения количества хладагента, за исключением ресивера, следует приступить к расчету его объема.


Установки с конденсаторами водяного охлаждения и охладителями жидкости довольно компактны. Необходимое количество хладагента указано в прилагающейся к ним документации. Из-за небольшой длины трубопроводов перемещение в них холодильного агента во время остановки компрессора не может достигнуть критических пределов. Таким образом, в агрегатах данного типа используют ресиверы небольшого размера или их вовсе не устанавливают.


В силу определенных обстоятельств холодильные установки с теплообменниками воздушного охлаждения используют без ресивера. Их оснащают конденсатором с резервной производительностью или же считают, что на протяжении всего периода работа установки будет стабильной. Но в этом случае необходимо точно расчитать количество хладагента для данной системы.


Если в установке предусмотрен пластинчатый конденсатор, имеющий небольшой внутренний объем относительно своей производительности, то необходимо предусмотреть буферный объем (расширение трубопровода после конденсатора). Следует указать наименьшую и наибольшую рабочую температуру, а также определить разницу объемов, за исключением газонаполненных секций:


V= Ʃni=1=1ViφilρFmax-ρFminliρFрасчетная (3)


Чтобы учесть допуски заполнения объема компенсационного ресивера берут двойное значение от рассчитанной разницы объемов:


Vкомп=2∆V (4)

Если речь идет о компактных холодильных установках, оборудованных конденсатором воздушного охлаждения, который расположен непосредственно возле компрессорно-конденсаторного агрегата, то длина жидкостной магистрали и трубопровода нагнетания не будет превышать 5 м. Это же касается и установки с малым компенсационным ресивером, объем которого исчисляется по формулам (3) и (4). В некоторых случаях считается, что объем компенсационного ресивера прямопропорционален степени удаленности конденсатора от испарителя.


Если запуск установки производится при низких температурах воздуха, то в жидкостном трубопроводе и компенсационном ресивере будет находится только пар. И понадобится много времени, чтобы эти части заполнились жидкостью. В это время давление всасывания будет малым для того, чтобы установка начала нормально функционировать. В этот период важно проследить за тем, чтобы клапан регулятора давления на всасывании был обязательно перекрыт. Этот период должен быть как можно короче, поскольку в этот период компрессор маслом не будет обеспечиваться. Решить данную проблему можно. Для этого необходимо регулировать давление в конденсаторе при помощи воздушного потока, который будет направлен на конденсатор. Скорость вентилятора и расход воздуха регулируются при помощи механических дефлекторов. Эти методы используются целью создания высокого давления конденсации как можно в более сжатые сроки.


Необходимый объем ресивера будет зависеть от выбранного способа регулирования давления конденсации. Основным критерием выбора между малым и большим компенсационным ресивером является допустимая продолжительность времени перекрытия регулятора давления на всасывании.


Согласно формул (3) и (4) определяют объем компенсационного ресивера. Пусковой период сокращается если установлен ресивер большого объема. Период пуска будет максимально коротким, если расчет ресивера производился согласно схеме установки регулирования давления в конденсаторе с помощью регуляторов давления. Если его используют с применением магистрали перепуска в обход конденсатора, то следует сохранять 10-15% остаточного заполнения, чтобы при понижении температуры окружающей среды пуск установки был надежным. При этом коэффициент заполнения ϕ ресивера будет равен следующим значениям:


Часть контура

ϕi

Ресивер

0,1

Ресивер с резервуаром допустимых изменений количества хладагента

0,25

Ресивер с остаточным заполнением, который не используют для приема всего объема хладагента

Предположим, что используемый нами ресивер, способен компенсировать только разницу объемов во время работы установки. Он должен вмещать 10% объема остаточного заполнения (аналогично уже рассмотренному случаю), но не использоваться для приема всего хладагента. При данном режиме эксплуатации заполнение хладагентом должно составлять 100%, поэтому его нельзя перекрывать относительно конденсатора. Определяют объем такого ресивера по формуле:


Vpec=Mмакс-Ммин0,9ρFрасч (5),

Ммакс – максимальное расчетное количество хладагента, кг;

Ммин – минимальное расчетное количество хладагента, кг;

0,9ρFрасч – плотность жидкого хладагента при расчетной температуре, км/м3.

Согласно расчетам из каталога производителей выбираем ресивер, который максимально подходит по объему V*pec. Для определения количества хладагента, которое необходимо заправить в установки используем соотношение (2):

Мобщмакс+ V*pecрес х ρF20+(1- ϕрес)х ρD20) (6),


где:

ρF20плотность жидкого хладагента при температуре 20С;

ρD20плотность хладагента, находящегося в парообразном состоянии при температуре 20С;

V*pecрабочий объем ресивера по каталогу.


Ресивер с остаточным заполнением, используемый для принятия всего объема хладагента

Чаще всего используемые на практике ресиверы способны вмещать в себя весь объем хладагента, который заправляется в систему. Они могут перекрываться на входе (со стороны конденсатора) и на выходе (со стороны испарителя). В таких ресиверах предусматривают следующее:


- остаточное заполнение жидким хладагентом остается на уровне 10-15% от полного объема (установка работает на максимальную производительность);


- газовую подушку, которая равна 10% от полного объема (установка выключена и хладагент находится в ресивере). Количество хладагента, находящегося в системе, определяется следующим образом:


М=Ммакс+Vтребх (ϕ х ρFмин+(1- ϕ)х ρDмин) (7),

где:

ρFминплотность жидкого хладагента при минимальной температуре окружающей среды, кг/м3;

ρDминплотность парообразного хладагента при минимальной температуре окружающей среды, кг/м3;

М – текущее значение количества хладагента, кг.

В результате для требования по вмещению газовой подушки будет справедливо следующее равенство:

0,9Vтреб=F20 (8)

Далее значение М из формулы (7) подставляем в формулу (8) и получаем следующее:


Vтреб=Mмакс0,9ρF20-ϕ х ρFмин+(1- ϕ)х ρDмин

Далее подбираем объем ресивера по каталогу и завершаем расчет хладагента по формуле (6).

Отметим, что подбираемый нами ресивер должен отвечать требованиям Правил Ростехнадзора ПБ 03-576-03, если его объем более 0,025м3.


Если на входе и выходе ресивер оборудован запорными вентилями, то необходимо устанавливать дополнительные перепускные устройства, которые не допустят превышение избыточного давления жидкости.


Мы рассмотрели алгоритмы, позволяющие рассчитать не только внутренний объем ресивера, но и определить необходимое число хладагента, с учетом его миграции при выключении компрессора в участок холодильного контура, который расположен за пределами корпуса установки. Если согласно расчетам окажется, что потребное количество хладагента во время стоянки будет больше необходимого в рабочем режиме, то устанавливают ресивер способный вмещать избыток хладагента. Ресивер, имеющий регуляторы давления в конденсаторе, должен быть заполнен хладагентом минимально, на случай его миграции в период стоянки.

 

"Комментарии"  

 
0 # Константин 20.04.2015 00:27
1.1.3. Правила не распространяютс я на:

– сосуды атомных энергетических установок, а также сосуды, работающие с радиоактивной средой;

– сосуды вместимостью не более 0,025 м3 (25 л) независимо от давления, используемые для научно-эксперим ентальных целей. При определении вместимости из общей емкости сосуда исключается объем, занимаемый футеровкой, трубами и другими внутренними устройствами. Группа сосудов, а также сосуды, состоящие из отдельных корпусов и соединенные между собой трубами с внутренним диаметром более 100 мм, рассматриваются как один сосуд;

– сосуды и баллоны вместимостью не более 0,025 м3 (25 л), у которых произведение давления в МПа (кгс/см2) на вместимость в м3 (литрах) не превышает 0,02 (200);

для R134 при 16 бар* 24 л=384, а у R410 еще больше
Получается, что для почти для каждой холодильной установки нужно паспорт Ростехнадзора делать и должны быть его плановые инспекции?
"Ответить" | "Ответить с цитатой" | "Цитировать"
 
 
0 # Pavel 11.08.2015 15:02
Паспорт быть должен, но регистрацию делаем не на все сосуды, а только те что необходимо регистрировать это все что больше 300 л
"Ответить" | "Ответить с цитатой" | "Цитировать"
 

"Добавить комментарий"


"Обновить"

<< Методика подбора и расчета воздушного конденсатора   Контроль наличия масла в компрессоре (маслоотделителе) >>

 

Menu