Термоудары при включении/выключении охлаждения

В случае большого отношения давлений в компрессоре повышается и выходная температура хладагента и масла. Некоторые типы компрессоров, особенно винтовые, сильно нагревают масло. Некоторые хладагенты, например, аммиак, в процессе сжатия перегреваются сильнее, чем другие. Слишком высокая температура масла может привести к его разложению. То есть в системе необходимо охлаждение масла. Охлаждение масла можно выполнять в ППТО. Однако если теплообменник заполнен горячим маслом, и в него внезапно подается холодная вода или хладагент, например, при срабатывании двухпозиционного регулятора, это может привести к термоударам и образованию трещин, особенно между концевой и первой теплообменной пластинами. В КТТО термоудары могут повредить крепление труб в трубной решетке.

ППТО более эффективные охладители масла по сравнению с другими типами теплообменников, поэтому экономически целесообразно использовать для этой цели ППТО, предусмотрев меры защиты от термоударов. Рассмотрим ППТо, на одной стороне которого горячее масло, а на другой — охлаждающая среда. Такой ППТО должен постепенно входить в стационарный рабочий режим, чтобы избежать термоударов.

Что вызывает более сильный термоудар, внезапное изменение температуры масла или охлаждающей среды (воды или хладагента)?

Рассмотрим два крайних случая: двухпозиционное регулирование на стороне масла (рис. 08В) или на стороне охлаждающей среды (рис. 08Е). Когда температура масла достигает верхнего предела, в ППТО внезапно подается поток либо масла, либо охлаждающей среды. Что происходит в ППТО, когда масло или охлаждающая среда замещает прежнее содержимое каналов? Необходимо принимать во внимание два эффекта: изменение энергии и изменение коэффициента теплопередачи.

Изменение энергии в ППТО. Удельная теплоемкость масла в два раза меньше, чем воды, плотность тоже немного меньше, т.е. энергия меньше измененяется при подаче масла, чем при подаче воды. Если охлаждающей средой служит хладагент, при его подаче энергия также изменяется мильнее, чем при подаче масла, поскольку при испарении выделяется большое количество теплоты.

Теплопередача. Масло имеет в несколько раз более высокую вязкость, чем хладагент или вода. Кроме того, у воды гораздо выше теплопроводность, чем у масла. Теплопроводность масла и хладагента приблизительно одинакова, но в хладагенте происходит дополнительный перенос теплоты за счет испарения. Таким образом, при внезапном изменении температуры охлаждающей среды не только сильнее изменяется внутренняя энергия системы, но и теплообмен с пластинами происходит быстрее, т.е. с опасностью повреждения пластин. Из этого следует, что следует избегать термоударов, возникающих при двухпозиционном регулировании расхода, особенно со стороны охлаждающей среды.

"Добавить комментарий"

Маслоотделители

Лучше всего отделить масло непосредственно на выходе компрессора, установив здесь маслоотделитель. Обычно крупные капли масла отделяются системой перегородок, а мелкие -туманоуловителем. Заметьте, что туманоуловитель это не фильтр. Фильтр не пропускает частицы, размер которых превосходит размер ячейки. С другой стороны и перегородки, и туманоуловитель основаны на одном и том же принципе: пар хладагента, проходя через перегородки или проволочную сетку, часто меняет направление.

Капли не могут менять направление с той же скоростью и оседают на перегородках или на проволоке. На твердой поверохности они сливаются в большие капли, которые стекают на дно маслоотделителя под действием силы тяжести. В конечном итоге масло собирается в приемнике на дне сепаратора. В некоторых случаях масло здесь подогревается горячим паром или электронагревателем для испарения хладагента.

Когда уровень масла поднимается достаточно высоко, поплавок открывает клапан и давление нагнетания возвращает масло в компрессор. Некоторые маслоотделители способны вернуть в компрессор более 99% масла, но обычный уровень — около 80%.

Маслоотделитель следует применять во всех случаях, когда масло может задерживаться в испарителе. Вероятность этого тем выше, чем ниже температура. Кроме сепарации масла, маслоотделитель также эффективно подавляет шум. Будьте осторожны, оборудуя маслоотделителем уже существующую холодильную установку. Масло, которое раньше распределялось по всей системе, может переполнить компрессор.

"Добавить комментарий"

Масло в линиях хладагента

На рис. 07 показаны некоторые способы прокладки трубопроводов. Кроме того:

скорость пара должна быть достаточно высокой, чтобы нести капли масла и, возможно, жидкого хладагента;
перепад давления в трубах должен быть по возможности низким (это требование в определенной степени противоречит предыдущему).

"Добавить комментарий"

Масло в конденсаторах

На рис. 05 приводятся сведения о том, как влияют возможные сочетания плотности и растворимости масла на работу конденсаторов и испарителей. Конденсаторы, обычно, малочувствительны к присутствию масла, единственное возможное осложнение — образование пленки масла в аммиачных установках.

"1 комментарий"

Масло в испарителях

Присутствие масла в испарителе создает две проблемы.

Обычно хладагент течет снизу вверх. Поэтому масло может задерживаться в каналах.
При низкой температуре оно обладает высокой вязкостью, и капли прилипают к поверхности теплообменника.
Независимо от плотности, капли двигаются по каналам, постоянно меняя направление и наталкиваясь на стенки. Каналы действуют как своего рода деэмульгаторы, превращая капли масла в пленку.
Свойства пленки определяются вязкостью. Масло с низкой вязкостью иногда течет по каналам в виде тумана, иногда — в виде слоя жидкости на стенке. Масло с высокой вязкостью прилипает к поверхности, образуя относительно неподвижный слой. Важный, но плохо изученный фактор это влияние сил поверхностного напряжения на загрязнение испарителя.
Нерастворимое масло загрязняет всю поверхность нагрева в испарителях обоих типов — и непосредственного расширения, и затопленных.
Растворимое масло загрязняет только зону перегрева в испарителях непосредственного расширения.
Затопленные испарители не загрязняются растворимым маслом. Если ожидаются серьезные проблемы из-за загрязнения маслом, можно выбрать именно такую конструкцию, хотя при этом потребуется испаритель возврата масла.
При низком расходе пара через каналы испарителя непосредственного расширения усилие сдвига может оказаться недостаточным для подъема капель масла. В этом случае масло — растворимое или нет — собирается в испарителе. Оно может налипать на поверхность теплообменника или образовать масляную пробку в каналах.
Для решения этой проблемы можно, во-первых, поддерживать скорость пара включением-выключением испарителя.
Во вторых, обдумайте возможность применения регулируемого байпаса горячего газа для управления производительностью испарителя непосредственного расширения. Возможны различные варианты данной схемы, а изготовители клапанов производят специальные клапаны такого назначения.
Управление с помощью байпаса горячего пара имеет следующее преимущество: когда расход хладагента через испаритель уменьшается из-за снижения тепловой нагрузки, подача горячего пара из компрессора компенсирует это снижение расхода.
Второй положительный эффект байпаса горячего пара состоит в повышении температуры, что помогает смывать масло из испарителя.
Простейшим решением является инжекция горячего пара с помощью электромагнитного клапана. То же устройство может применяться и при откачке хладагента. Учтите, что это не управление производительностью, а лишь способ удаления масла и жидкого хладагента из испарителя.
Третий возможный способ удаления — уменьшение его вязкости за счет более высокой температуры на стороне охлаждаемой среды.
Однако лучше всего предотвратить попадание масла в испаритель. Если вы предполагаете, что в установке могут возникнуть проблемы с распределением, установите хороший маслоотделитель.
Кроме того, термосифонный испаритель обязательно должен быть оборудован системой слива масла.
В испарителях непосредственного расширения отвод масла обычно не требуется.
Исключением являются аммиачные установки с нерастворимым маслом, в противном случае масляные пробки могут вызвать проблемы в ТРВ. Масло нужно отводить из ресивера высокого давления, т.е. прежде чем оно попадет в ТРВ. Возможен также отвод масла из ресивера низкого давления.
Наиболее важный параметр, от которого зависит движение масла через испаритель, это усилие сдвига у стенки. Вместо него можно использовать величину, которую проще рассчитать,— падение давления на метр длины потока. Скорости потока пара не достаточно для оценки, так как движение масла в значительной степени зависит от гидравлического диаметра и формы канала, а так же от физических свойств масла и хладагента, особенно от вязкости.
В пластинчатых теплообменниках масло может переноситься при скоростях в десять раз меньших, чем в вертикальных соединительных трубах. Для допустимого падения давления на метр длины потока нет абсолютного нижнего предела, но постарайтесь, чтобы эта величина была больше 5 кПа/ м (длина канала измеряется по расстоянию между центрами соединительных отверстий).
Имейте в виду, что большой перепад давления означает высокую входную температуру, а это снижает разность температур между средами.
Если можно ожидать проблем с удалением масла из испарителя, постарайтесь максимально увеличить разность температур, так как это позволит уменьшить количество пластин (каналов), т.е. увеличить перепад давления с обеих сторон.
Большой перепад давления на стороне хладагента означает большой перепад и на стороне охлаждаемой жидкости. Если это неприемлемо, часть жидкости можно пропускать через байпас.
Если в качестве испарителей непосредственного расширения используются ППТО, то движение улучшается при наличии распределителей потока.
ПСПТО нужно оборудовать распределительной трубкой, в которой диаметр отверстий увеличивается от входа к выходу, см. рис. 06.
В ПСПТО, применяемых в качестве испарителей непосредственного расширения, тяжелое масло отводится через входной патрубок (см. рис. 06).