Аппараты парожидкостных холодильных машин

По назначению все аппараты холодильных машин можно разделить на две группы: ос­новные и вспомогательные.

Основные (теплообменные) - это конденсаторы, испарители, конденсаторы-испарители - являются обязательными элементами холодильных машин и определяют принцип ее работы.

Вспомогательные аппараты - не являются принципиально обязательными. Они улучшают эксплуатационные качества ХМ (экономичность, надежность). К ним можно отнести маслоотделители, отделители жидкости, ресиверы, промежуточные сосуды и др.

Испарители      Конденсаторы

Основные аппараты в значительной степени определяют массогабаритные и энергетические показатели холодильных машин. Их доля в общей массе машины составляет 50-70%. Энергетические показатели холодильных машин зависят от величины необратимых потерь энергии в теплообменниках, т.е. от величины температурного напора (АТ) между теплоносителями. Уменьшение АТ ведет к улучшению эксплуатационных показателей, но увеличивает капитальные затраты, и наоборот.

Кроме термодинамического несовершенства потери энергии в теплообменнике еще связаны с гидро- и аэродинамическими сопротивлениями. Чем они больше, тем выше затраты энергии на их преодоление (в насосах, вентиляторах).

Из всего сказанного вытекают общие требования к теплообменным аппаратам при их проектировании и модернизации: высокая интенсивность теплопередачи; малое гидравлическое сопротивление; простота конструкции, технологичность; компактность, малая металлоемкость; дешевизна материалов; удобство монтажа и ремонта и др.

           

Испарители

Классификация испарителей различна, в зависимости от принципа заложенного в ее основу.

По назначению испарители делят:

- для охлаждения жидких хладоносителей (в рассольных системах);

- для охлаждения технологических продуктов (при работе по схеме с непосредственным испарением ХА);

- для охлаждения воздуха;

- для охлаждения твердых сред;

- испарители-конденсаторы.

По характеру заполнения рабочим веществом:

- затопленные;

- незатопленные (оросительные, кожухотрубные с кипением в трубах, змеевиковые с верхней подачей жидкости).

По характеру движения хладоносителя различают испарители двух типов:

а)  с закрытой системой циркуляции, т.е. когда хладоноситель циркулирует по трубкам аппарата. Это кожухотрубные, кожухозмеевиковые испарители;

б)    с открытым уровнем охлаждаемой жидкости. Это вертикальнотрубные и панельные испарители.

Открытая система менее благоприятна из-за повышенной коррозии труб и бака испарителя. Кроме того нужны насосы большого напора для преодоления гидростатического напора.

В химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, как правило, применяют горизонтальные кожухотрубные испарители. В каскадной схеме применяют как горизонтальные, так и вертикальные аппараты.

Принципиального различия между аммиачными кожухотрубными испарителями и аппаратами, работающими на хладонах нет. Отличие состоит в конструкции поверхности теплообмена и материалах, применяемых для изготовления. В аммиачных аппаратах применяются стальные бесшовные гладкие трубы. При работе на хладонах применяют медные трубы с накатанными ребрами. Пучок труб в испарителях шахматный, ромбический.

В испарителях для аммиака, пропана и пропилена на кожухе сверху устанавливается сухопарник (цилиндрическая обечайка со сферическим днищем). Внизу - маслосборник. Верхняя часть кожуха испарителя (примерно 20% объема) - без трубок. Она служит для освобождения паров от жидкости.

В аппаратах для хладонов трубки занимают 50-60% объема кожуха, т.к. заполнение объема хладоном значительно меньше чем аммиаком. Это связано с сильным вспениванием кипящего фреона из-за растворенного в нем масла. Оптимальная высота уровня зависит от среднего температурного напора в аппарате и составляет примерно 0,6 диаметра кожуха.

Панельные испарители имеют меньшее распространение, чем кожухотрубные. Предназначены они для охлаждения хладоносителя (рассола или воды) в открытых системах холодоснабжения. Панельный испаритель марки ИП - это металлический или железобетонный прямоугольный бак. В нем размещаются испарительные секции панельного типа и мешалки для циркуляции хладоносителя. Секции соединены между собой коллекторами. Кипение хладагента происходит в нижнем коллекторе и каналах панелей. Хладоноситель поступает самотеком в бак и омывает поверхности панелей.

Панельные испарители более безопасны, с точки зрения замерзания хладоносителя, по сравнению с кожухотрубными испарителями.

 

Конденсаторы

Конденсатор служит для передачи теплоты холодильного агента охлаждающей (окружающей) среде. В общем случае перегретый пар хладагента в конденсаторе охлаждается до температуры насыщения, конденсируется и охлаждается на несколько градусов ниже температуры конденсации. Энергетиче­ские характеристики холодильной машины сильно зависят от температурных изменений охлаждающей среды.

По роду охлаждающей среды все конденсаторы можно разделить на:

а)  аппараты с воздушным охлаждением;

б)  аппараты с водяным охлаждением;

в)   специальные (конденсаторы-испарители, конденсаторы с охлаждением технологическими продуктами).

По принципу отвода теплоты конденсаторы с водяным охлаждением делятся на проточные, оросительные и испарительные. Два последних типа называют также конденсаторами с водовоздушным охлаждением.

К проточным относятся горизонтальные и вертикальные кожухотрубные, пакетно-панельные, элементные и пластинчатые конденсаторы.

От конденсаторов требуется высокая эффективность работы. От нее зависит экономичность холодильной машины. Так, например, понижение температуры конденсации на 1 градус (с 30 до 29 °C) для холодильной машины с поршневыми компрессорами, работающих при средних температурах холода (t0=-10:-15 °C) приводит к уменьшению удельного расхода энергии примерно на 1,5 %. Такой же эффект достигается охлаждением жидкого хладагента на 1 °С ниже tK.

В химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности наибольшее распространение получили три типа конденсаторов:

1) горизонтальные и вертикальные кожухотрубные аппараты водяного охлаждения. В межтрубном пространстве конденсируется хладагент, а в трубах циркулирует вода. При температуре воды tw1=25-28 °C температура конденсации принимается обычно 35-40 °C. Подогрев воды в среднем составляет Atw=4-8 °C;

2) аппараты воздушного охлаждения общепромышленного назначения типа АВГ и АВЗ (с горизонтальным и зигзагообразным расположением секций оребренных теплообменных труб). Хладагент конденсируется в трубках, а нагнетаемый вентиляторами воздух обдувает внешнее оребрение труб. Температура конденсации в летний период может составлять Тк=50-54 °С;

3) горизонтальные или вертикальные кожухотрубные аппараты, в которых теплота отводится испаряющимся хладагентами другого контура каскадных холодильных машин. Это конденсаторы-испарители.

Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы с гладкими трубами марки КТГ применяются для конденсации водой аммиака, пропана, пропилена и других углеводордов.

Горизонтальные кожухотрубные с ребристыми трубами марки КТР применяются для конденсации хладонов. Трубки медные, отношение наруж­ной поверхности трубок к внутренней (коэффициент оребрения) составляет примерно 3,5.

Сокращение потребления воды на промышленных предприятиях является важной проблемой. А холодильные установки являются значительными потребителями воды. Поэтому в настоящее время на ведущих предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности осуществляется переход к воздушному охлаждению конденсаторов.

Преимущества воздушного охлаждения:

а)  меньшее загрязнение теплообменных поверхностей;

б)  исключение опасности замерзания системы;

в)  простота обслуживания;

г)   меньшая коррозия и удешевление эксплуатации.

Недостатки: уменьшение теплоотдачи со стороны охлаждающей среды влечет увеличение габаритов, металлоемкости, повышение давления конденсации и, как следствие, увеличение энергозатрат.

Серийные аппараты разделены на категории А и Б: А - для безопасных и нетоксичных сред; Б - для взрывопожароопасных сред и токсичных продуктов.

Аппараты АВЗ отличаются от АВГ большей компактностью и меньшей металлоемкостью.

 

Промежуточные сосуды и охладители конденсата

Охладители конденсата предназначены для переохлаждения жидкого хладагента перед поступлением его на испарение в технологических аппаратах или испарителях холодильных установок. Чем больше переохлаждение, тем выше холодопроизводительность холодильной машины. По крайней мере оно должно быть таким, чтобы не было парообразования перед регулятором уровня жидкого хладагента в испарителе (для надежной работы регулятора)

Промежуточные сосуды для турбокомпрессорных агрегатов - это горизонтальные кожухотрубные многоходовые теплообменные аппараты. Охлаждение жидкого хладагента (в трубном пучке) осуществляется за счет испаряющегося хладагента в межтрубном пространстве. Образующийся пар отсасывается в промежуточную ступень компрессора через сухой отделитель жидкости. При этом происходит неполное промежуточное охлаждение сжимаемых паров хладагента в турбокомпрессоре.

Охладители конденсата конструктивно аналогичны промежуточным сосудам;

В поршневых и винтовых холодильных машинах промежуточные сосуды применяют при многоступенчатом сжатия для полного промежуточного охлаждения паров ХА между ступенями. Это достигается их барботажом через слой жидкого хладагента в сосуде.

Конструктивно - это вертикальные сварные цилиндрические аппараты. Они бывают: со змеевиком и без змеевика. В змеевике осуществляется переохлаждение конденсата хладагента перед отправлением его потребителям холода. Если промежуточный сосуд без змеевика, то переохлаждение конденсата осуществляется в специальном теплообменнике, аналогичном аппаратам турбокомпрессорных ХМ.

 

Отделители жидкости (сепараторы)

В схемах холодильных установок они служат для защиты компрессора от гидравлического удара. Предназначены для отделения паров хладагента поступающих из испарителя (или промежуточного сосуда) от капель жидкости.

Отделители жидкости условно делят на сухие и питающие. Сухие выполняют только одну функцию - защищают компрессоры от жидкости. Питающие выполняют две функции - это защита компрессора и питание жидким хладагентом испарителей или других потребителей холода (технологических ап­паратов).

Все отделители - это пустотелые объемные аппараты вертикального и горизонтального типа. Характеристики таких сепараторов приводятся в каталогах производителей. Выпускаются отделители и с объемной насадкой.

Отделение паров ХА от капель и брызг происходит за счет разности плотностей. Этому способствует снижение скорости пара и изменение направления движения. Считают, что скорость в отделителе пара не должна превышать 0,5 м/с. Есть эмпирические формулы, по которым определяются допустимые скорости для различных ХА и других конкретных условий работы аппарата

 

Маслоотделители

Пары хладагента выходя из компрессоров (винтовых и поршневых) уносят с собой частицы масла, как в виде капель (размером от 5 до 50 мкм), так и в виде пара. Применение маслоотделителей позволяет повысить эффективность теплообменных аппаратов в установках, работающих на ограниченно растворяющихся в маслах хладагента (R717, R22 и др.), так как при этом уменьшается масляная пленка, оседающая на теплопередающей поверхности.

Для освобождения паров хладагента от нерастворенного масла и служат маслоотделители. Они бывают разных типов, работают на разных принципах:

1) барботажные (промывочные) типа ОММ (отделитель масла модернизированный) - для аммиака. Они обеспечивают эффективное отделение масла от паров хладагента при барботаже их через слой жидкого аммиака. Пары масла при этом конденсируются.

Конструктивно - это сварные вертикальные цилиндры с коническими решетчатыми отбойниками. До насыщения маслом ОММ работают хорошо - улавливают до 97%, но необходимо своевременно масло сливать;

2) инерционные. К этому типу относятся маслоотделители:

а)  с тангенциальным вводом пара. Они используются там, где хладагентами служат пропан, пропилен, этан и этилен. Для увеличения эффективности маслоотделения пары хладагента следует предварительно охладить. На выходе паров из отделителя размещается слой из колец Рашига;

б)   центробежные или циклонные маслоотделители. В них отделение масляных капель под действием центробежных сил сочетается с отделением капель при резком изменении направления движения потока. Эффективность таких маслоотделителей достигает 80 %.

8-                            с водяным охлаждением хладагента. Такие маслоохладители применяют в холодильных машинах работающих на хладонах R12, R134а, R22 и др. Водой охлаждаются пары фреонов на 20 градусов выше их температуры конденсации. Капельки сконденсировавшегося масла вместе с потоком попадают в отбойный слой из колец Рашига.

По конструкции все маслоотделители представляют собой вертикальные цилиндры с соответствующей начинкой.

 

Ресиверы

В холодильных установках ресиверы служат емкостью для жидкого хладагента. В зависимости от функций различают ресиверы линейные, дренажные, циркуляционные и защитные:

а)   линейные ресиверы размещаются между конденсатором и регули­рующим вентилем (дросселем) и служат для компенсации различия уровня хладагента в испарительном оборудовании при изменении тепловой нагрузки. Кроме того они освобождают конденсатор от жидкости, омертвляющей теплообменную поверхность, создают необходимый запас хладагента на случай утечки и служит гидравлическим затвором, препятствующим перетеканию в испарители пара высокого давления.

Это горизонтальные цилиндрические сварные сосуды с патрубками, указателем и сигнализатором уровня, манометром, предохранительным кла­паном и маслосборным горшком;

б)   дренажные ресиверы предусмотрены для сбора жидкого хладагента из сепараторов, слива его из аппаратов и трубопроводов (при оттаивании испарителей или ремонте), с последующим возвратом его в систему;

в)    циркуляционные ресиверы применяют в насосно-циркуляционных схемах питания испарительных систем жидким хладагента. Они служат резервуаром, в котором постоянно содержится запас жидкого хладагента в количестве, обеспечивающем непрерывную работу циркуляционного насоса, подающего жидкость в испарители;

г)   защитные ресиверы вместе с отделителем жидкости устанавливаются на всасывающем трубопроводе между испарителем и поршневым ком­прессором. Служит для защиты компрессора от гидравлического удара. Иногда функции отделителя жидкости и защитного ресивера совмещают.

Кроме перечисленного, в состав вспомогательного оборудования ХМ входят: воздухоотделители, маслосборники, грязеуловители, фильтры, емкость для сбора паров (обычно одна на станцию), гидравлические затворы, осушители жидкого хладагента и др.


Перейти в другие разделы:

Общие сведения о системах холодоснабжения, холодильных машинах и установках
Компрессоры холодильных машин
Аппараты парожидкостных холодильных машин
Абсорбционные холодильные агрегаты
Классификация систем холодоснабжения
Виды и свойства хладоносителей
Выбор хладагента для холодильной системы
Фреон и другие хладагенты - теплофизические характеристики
Количество просмотров 2908

Медиа-партнеры