Жидкостные ресиверы. Типы и назначения

В больших системах конденсат, как правило, скапливается в резервуаре — жидкостном ресивере (ЖР), см. рис. 06. Последний иногда называют ресивером высокого давления (ВД), в отличие от отделителя жидкости в затопленной системе, который называют, соответственно, ресивером низкого давления (НД). Существуют два основных типа ЖР.

A. Буферный жидкостный ресивер. В обычных условиях конденсат идет в обвод ресивера. Ресивер компенсирует изменения расхода при обычных изменениях нагрузки установки. Как правило, он подключен к входу конденсатора через линию уравнивания давления (УД), см. ниже.

B. Проходной жидкостный ресивер. Конденсат постоянно проходит через этот сосуд. Он удобен для сбора хладагента из других частей установки. Как правило, он не требует линии УД.

Жидкостный ресивер выполняет следующие функции:

Сбор или выпуск хладагента при вариациях нагрузки, поскольку при этом меняется объем хладагента в различных компонентах системы.
При отключении какого-либо компонента системы, например, для технического обслуживания, содержащийся в нем хладагент может быть собран в ресивере.
Подача хладагента под постоянным давлением к регулирующему вентилю.
В затопленном испарителе регулирующий вентиль управляется, как правило, по уровню жидкости в сепараторе. Можно использовать для той же цели жидкостный ресивер, поскольку у него более стабильная поверхность жидкости. Недостаток заключается в том, что можно управлять только одним регулирующим вентилем (испарителем).
Отделения жидкости от пара при охлаждении горячего компрессорного масла в небольшом ППТО. Последний менее подвержен термоударам, если используется теплый хладагент ВД, а не хладагента НД.

"Добавить комментарий"

Ограничения перепадов давлений в ПТО

Конденсация в ПТО часто ограничивается перепадом давления со стороны паров либо со стороны воды. Количество пластин определяется лишь необходимостью поддерживать определенный перепад давления. Ограничение перепада давления со стороны паров обычно имеет место для пара низкого давления. Со стороны воды указанные ограничения обычно действуют для очень высокой СРТ. Таким образом, это не относится к обычному конденсатору холодильной машины.

Пример. Вода нагревается от 50 до 90°C насыщенным паром с температурой 150°C. Чтобы получить нужный перепад давления на стороне воды, конденсатор требуется увеличить в размерах на 500%. Поскольку теплообменник всегда работает с запасом 0%, конденсатор саморегулируется одним из следующих способов.

Полное давление паров падает до достижения нужной низкой СРТ, это давление может быть отрицательным. В таком случае слив и выпуск газов из конденсатора невозможны. Когда в аппарате соберется достаточное количество конденсата или инертных газов, давление возрастет вновь, но работа может быть неустойчивой.
СРТ понижается путем дросселирования воды, что ведет к нежелательному кипению воды.

Вполне возможно использовать ПТО в качестве конденсатора паров, однако необходим тщательный анализ рабочих условий.

"Добавить комментарий"

Параллельное соединение конденсаторов

На рис. 05 показаны четыре параллельно соединенных конденсатора. Учтите, что номинально одинаковые конденсаторы на практике могут сильно отличаться. По-разному распределяются пары, увлекаемое потоком пара масло с наибольшей вероятностью попадает в первый конденсатор, охлаждающая вода может содержать неодинаково распределяющиеся твердые включения, расход воды в первом конденсаторе может быть больше, чем в последнем, и т.д. Это приводит к неодинаковым перепадам давления, которые должны компенсироваться следующими способами.

Созданием столба жидкости на выходе, как показано на рис. 05. Увеличенный перепад давлений в конденсаторе компенсируется столбом жидкости на нисходящем участке.
С помощью клапанов, которые создают дополнительные перепады давлений в конденсаторах с малым гидравлическим сопротивлением. Однако трудно сбалансировать надлежащим образом различные перепады давлений. Эффективная разность температур также должна быть уменьшена, что увеличит площадь поверхности теплообмена. Преимущество вышеописанной системы в том, что она саморегулирующаяся.

"Добавить комментарий"

Переохлаждение конденсата

Как правило, конденсат в конденсаторе переохлаждается на несколько градусов. Если требуется большее переохлаждение, оно должно выполняться в отдельном переохладителе, а не в конденсаторе, поскольку единственным способом охлаждения конденсата существенно ниже температуры насыщения в самом конденсаторе является регулирование уровня конденсата, см. рис. 04. В принципе, можно охлаждать конденсат и в конденсаторе, особенно, в случае восходящего потока, как показано на рисунке, но:

Неконденсирующиеся газы, нерастворимое легкое масло, продукты распада могут скапливаться на поверхности раздела пар/жидкость. См. рис. 04.
Температура конденсата зависит от его уровня, который может регулироваться клапаном на выходе, но одновременно изменяется поверхность конденсации. Поскольку коэффициент теплопередачи конденсации существенно выше коэффициента теплопередачи переохлаждения, небольшое изменение переохлаждения может означать значительное изменение площади конденсации. Таким образом, простым регулированием уровня конденсата невозможно управлять температурой без изменения производительности.
Можно поддерживать уровень постоянным, а температуру конденсата регулировать изменением расхода воды, но это тоже повлияло бы на процесс конденсации.
Невозможно управлять производительностью конденсатора изменением уровня конденсата или расхода воды, так чтобы одновременно не изменилась температура, однако это, как правило, менее существенно.
Динамическая характеристика при понижении уровня конденсата более крутая, чем при его повышении. Понижение уровня, т.е. слив, происходит почти мгновенно, в то время как повышение — более медленно, поскольку для этого должна сконденсироваться существенная часть хладагента. Это может вызвать проблемы при управлении.
Уровень конденсата может отличаться в зимний и летний периоды, и избыток хладагента должен храниться в жидкостном ресивере. Это увеличивает общий объем хладагента в системе, т.е. ее стоимость.
Регулятор уровня конденсата должен располагаться после конденсатора, но как можно ближе к нему. В противном случае общий объем хладагента увеличится на объем участка трубы между конденсатором и клапаном, это увеличит еще и время подъема уровня конденсата.
Ни в коем случае нельзя производить в конденсаторе охлаждение конденсата аммиака или воды. Большие латентная теплота и удельная теплоемкость в сочетании с высокой теплопроводностью и малой вязкостью приводят к очень высокой теплопередаче и быстрому изменению температуры, что может вызвать термическую усталость. Как правило, конденсат аммиака или воды должен отводиться из аппарата насколько возможно быстро и полно.
Для снижения опасности термической усталости не допускайте переохлаждения конденсата (не позволяйте конденсату скапливаться в конденсаторе), если разность входных температур пара HC, HFC или HCFC и воды меньше 40…50 К.

Заключение. Следует избегать управления температурой конденсата в конденсаторе. Можно осуществлять управление производительностью, с учетом приведенных выше соображений и ограничений, если сопутствующие этому изменения температуры конденсата допустимы.

"Добавить комментарий"

Неконденсирующиеся газы

Когда в конденсаторе конденсируется пар, содержащий инертный газ, происходит следующее, см. рис. 03:

a) По мере конденсации слой пара у стенки обогащается инертным газом. Эта газовая пленка действует как барьер для пара. Пар не имеет прямого доступа к холодной поверхности конденсации; прежде он должен пройти через слой инертного газа.

b) Парциальное давление пара уменьшается, и парогазовую смесь приходится охлаждать сильнее, чтобы она оставалась насыщенной и чтобы происходила конденсация.

c) Объемный расход парогазовой смеси и коэффициент теплопередачи снижаются.

d) Если инертный газ не отводится из аппарата, давление будет возрастать до тех пор, пока реле высокого давления не отключит компрессор.

На практике это означает, что малые количества неконденсирующихся (инертных) газов могут значительно уменьшить коэффициент теплопередачи и сРт или даже полностью нарушить работу установки.

Хотя неконденсирующиеся газы, как правило, не должны присутствовать в холодильном контуре, иногда они все же туда попадают. Возможные причины:

разложение хладагента, особенно, аммиака, или масла;
неисправный вакуумный насос;
некачественное вакуумирование установки при пуске;
негерметичность испарителя, работающего при разрежении;
особые условия в установках без рециркуляции конденсата, см. следующий пример.

Пример. Установка с СПТО, в котором конденсировался пропан, часто отключалась из-за срабатывания реле высокого давления. Предположение, что причина в неконденсирующихся газах, не подтвердилась, так как анализатор показывал 100% пропана. Более детальное исследование показало, что эта система не была настоящей холодильной установкой. Источником паров пропана были резервуары с жидким пропаном (на коммерческой резервуарной станции), из которых происходило неизбежное испарение. Эти пары сжимались, ожижались и возвращались в резервуары.

После опустошения резервуара его заполняли инертным газом, как правило, азотом. Соответственно, пары пропана, подлежащие сжатию, содержат азот. Более того, анализатор был предназначен для определения бутана, но показания пересчитывались на пропан по формуле X % бутана = Y % пропана. К сожалению, таким способом невозможно определить различия между 100% и, скажем, 99,9% пропана. Анализатор азота подошел бы лучше, на нем можно было бы определять очень существенную разницу между 0% и 0,1%.

Проблема была решена установкой системы выпуска инертного газа. Неконденсирующиеся газы могут очень существенно влиять на производительность системы. Особенно остро эта проблема стоит для конденсаторов с регулируемым уровнем конденсата. Такие конденсаторы, фактически, являются ловушкой неконденсирующихся газов.