Альфа Лаваль Технический справочник по пластинчатым теплообменникам (2001 год)

120

6. Загрязнение и коррозия

ПТО, которые будут работать с потенциально загрязняющей

5.1. Коррозия на стороне хладагента

жидкостью, следует проектировать с запасом производитель"

5.1.1. Хладагенты

ности, чтобы компенсировать ее снижение в результате заг"

Никакие хладагенты, ни углеводороды (в том числе галогени"

рязнения. К сожалению, трудно сказать, каков должен быть этот

рованные), ни аммиак, не вызывают коррозию нержавеющей

запас, так как загрязнение очень часто происходит по принци"

стали или меди (об аммиаке см. ниже). Исключение составля"

пу «все или ничего».

ет производство галогенированных углеводородов, так как

продукты реакции могут содержать небольшие количества кис"

Если жидкость загрязнена крупным мусором, его следует от"

лоты.

фильтровать до ПТО. Тогда ПТО сможет работать бесконечно,

в противном случае он засорится в течение нескольких дней.

Медь и медные сплавы корродируют под действием аммиака,

если концентрация воды в нем превышает несколько млн^"1. См.

Невозможно дать общие рекомендации по увеличению повер"

также раздел 5.3.6, «Вода, содержащая гидразин».

хности для компенсации загрязнения.

С загрязнением в результате образования накипи или роста

микроорганизмов можно бороться упомянутыми выше спосо"

5.1.2. Разложение хладагентов и масел

бами. Общие рекомендации по увеличению поверхности для

В нормальных обстоятельствах хладагенты и масла не вызы"

компенсации такого рода загрязнения также дать нельзя. Кро"

вают коррозию оборудования. Однако при определенных ус"

ме того, прочтите § 4 в главе 2, «Оптимизация», где описано

ловиях фреоны могут разлагаться, и содержащиеся в большин"

влияние запаса по площади на свойства системы при различ"

стве из них хлор и фтор образуют с водородом в высшей сте"

ных условиях.

пени агрессивные соляную и плавиковую кислоты.

Рекомендация 1. Обеспечьте как можно больший перепад

Гидрофторхлоруглероды (HCFC), вероятно, наиболее опасны

давления (т.е. усилие сдвига) на стороне воды.

в этом отношении. Эти фреоны представляют меньшую эколо"

гическую угрозу по сравнению со «старыми» фреонами (CFC),

Внимание! Если главным источником загрязнения является

так как легче распадаются в атмосфере. Причина в том, что в

крупный мусор, сомнительно, стоит ли увеличивать усилие

их состав входят не только углерод, фтор и хлор, но и водород,

сдвига, повышая расход воды. Чем больше воды пройдет че"

необходимый для образования вышеупомянутых кислот, т.е. в

рез теплообменник, тем больше в него попадет сора, который

молекулах HCFC содержатся атомы водорода, а в молекулах

может застрять в аппарате. Однако если загрязнение связано

CFС " нет. Соответственно, HCFC легче разлагаются не только

с образованием накипи или слизи, увеличение силы сдвига

в атмосфере, но и внутри холодильных установок. Их распад

всегда полезно.

происходит более активно в присутствии кислорода.

Рекомендация 2. В теплообменниках с очень высокой темпе"

Вторым условием для возникновения коррозии является при"

ратурой (более 70 °С) охлаждаемой среды и (или) очень высо"

сутствие воды. В отсутствие воды хлористый водород и фто"

кой жесткостью охлаждающей воды (т.е. высокой опасностью

роводород не очень агрессивны, но в водном растворе это

образования накипи) создавайте как можно больший перепад

сильнейшие кислоты - соляная и плавиковая.

давления на стороне охлаждающей воды и снижайте его на сто"

роне охлаждаемой среды. Это снизит температуру стенки со

Третьим условием является высокая температура. В диапазо"

стороны охлаждающей воды и увеличит усилие сдвига, затруд"

не температур, характерном для большинства холодильных

няя отложение накипи.

установок (менее 100 °С), опасность невелика, но в присутствии

катализаторов разложение ускоряется. Окислы никеля, хрома,

Рекомендация 3. Обдумайте использование прямотока вме"

молибдена, ванадия и др. могут действовать как катализато"

сто противотока. В этом случае на участке с максимальной тем"

ры. Образование этих окислов возможно при сварке или пайке

пературой охлаждаемой среды, т.е. на входе, эта среда будет

нержавеющей стали.

контактировать с наиболее холодной охлаждающей средой.

Обычно это обеспечивает более низкую максимальную темпе"

При сварке или пайке труб на стороне хладагента необходимо

ратуру стенки со стороны охлаждающей воды и автоматичес"

принимать меры по предотвращению окисления.

ки ограничивает ее выходную температуру, см. рис. 03.

Второй источник коррозионных агентов - образование

Рекомендация 4. Обычно охлаждающая вода подается через

органических кислот при разложении масел. Этот процесс

нижний патрубок. Именно такую схему следует, по возможнос"

также усиливается в присутствии воды. Минеральные масла

ти, применять, поскольку в противном случае крупные частицы

обычно очень стабильны и не создают проблем в этом отноше"

засоряют каналы.

нии. Некоторые новые синтетические масла содержат молеку"

лы с двойными связями. При определенных условиях эти двой"

Рекомендация 5. Иногда целесообразно установить конден"

ные связи могут быть очень реакционно"способны и образо"

сатор горизонтально или почти горизонтально (пластины дол"

вывать с водой (и кислородом), среди прочих соединений, орга"

жны располагаться вертикально). При этом производитель"

нические кислоты. особенно легко разлагаются синтетические

ность конденсатора не снижается или снижается мало. Одна"

масла на основе сложных эфиров многоатомных спиртов. Но"

ко при таком монтаже песок или другие частицы легче осажда"

вые синтетические масла на основе простых эфиров, кажется,

ются в аппарате. Для предотвращения такого загрязнения ус"

более стабильны. Кроме того, продукты разложения масла

тановите теплообменник в нормальное вертикальное положе"

ухудшают его смазочные свойства.

ние или увеличьте перепад давления.

Третий источник коррозионных агентов - флюс для пай

ки, случайно попавший в холодильный контур и своевременно

5. Коррозия

не удаленный. Назначение флюсов - очищать поверхность ме"

таллов от окислов, поэтому они являются сильными коррози"

Коррозию можно назвать местью природы инженерам, кото"

онными агентами.

рые превращают металлы из химически стабильной окислен"

ной формы, т.е. руды, в простые вещества, которые обычно

Аммиак - особый случай. Синтетические масла на основе

менее стабильны, если находятся в контакте с воздухом или

сложных эфиров многоатомных спиртов энергично реагируют

водой.

с аммиаком, а более стабильные минеральные масла и поли"

алкиленовые гликоли - нет. В силу термодинамических свойств

В теплообменниках холодильных установок приходится учиты"

аммиака его температура на выходе компрессора довольно

вать, в основном, опасность коррозии на стороне воды, глав"

высока, что вызывает опасность разложения масла. Это может

ным образом в конденсаторах, где выше температура и хуже

создать трудности со смазкой или загрязнением теплообмен"

качество воды. Однако возможна также коррозия в испарите"

ников, но не с коррозией. Кислоты, образующиеся при разло"

лях и коррозия на стороне хладагента.

жении масла, эффективно нейтрализуются аммиаком.

6. Загрязнение и коррозия

121

5.1.3. Предотвращение разложения

♦ Окислительная среда, например, присутствие кислорода,

♦ Регулярно проверяйте осушитель.

азотной кислоты, ионов Сu²⁺ или Fe^3+.

♦ Ограничивайте температуру на выходе компрессора.

♦ Ионы хлора, даже в низкой концентрации.

♦ Проверяйте фильтры. Необычно сильное загрязнение мо"

♦ Нарушения пассивной поверхностной пленки, через кото"

жет указывать на разложение масла.

рые могут проникать ионы хлора. Это может быть щель меж"

ду прокладкой и утянутой поверхностью фланца, плохо вы"

♦ При сварке или пайке труб холодильного контура исполь"

полненный сварной шов или соединение внахлестку. Точеч"

зуйте азот для защиты от окисления. Самый простой спо"

ная коррозия происходит на поверхности под отложениями

соб " продувать азотом свариваемые трубы и оборудо"

шлака, накипи или под воздушным пузырем.

вание.

♦ Зоны нарушения пленки должны быть погружены в окисля"

♦ При пайке мягким припоем не допускайте попадания флю"

ющую среду.

са в трубы холодильного контура. Очищайте трубы от флю"

са в случае необходимости.

♦ Низкое значение рН. При рН > 12 опасность локальной кор"

розии пренебрежимо мала (зато высока опасность образо"

5.2. Коррозия в водных растворах

вания накипи).

В случае медных паяных теплообменников из нержавеющей

♦ Застойная жидкость. Это очень важное условие. Например,

стали имеется три аспекта коррозии:

можно было бы использовать нержавеющую сталь для ра"

♦ коррозия нержавеющей стали марки 316 (2,5 % Мо),

боты с морской водой, если бы поверхность контактирова"

♦ коррозия меди,

ла исключительно с проточной водой. Но обычно в аппара"

♦ взаимодействие меди с материалом присоединенного

тах всегда имеются застойные зоны, а при отключении теп"

оборудования.

лообменника вся поверхность подвергается опасности то"

5.2.1. Коррозия нержавеющей стали

чечной коррозии.

Ïàññèâàöèÿ. Коррозионная стойкость нержавеющей стали

♦ Высокая температура. Однако в открытых системах (при

определяется наличием тонкой оксидной пленки на поверхно"

атмосферном давлении) и при условии, что кислород явля"

сти. Эта пленка, в основном - окись хрома, очень легко обра"

ется единственным окислителем, высокая температура (бо"

зуется в окислительной среде, например, в воздухе, и защи"

лее 80 С) понижает концентрацию кислорода, т.е. снижает

щает нижележащий металл от коррозии. Металл, защищенный

риск коррозии.

таким образом, называют пассивированным.

В таких условиях образуются локальные гальванические эле"

Очень важно, чтобы оксидная пленка сохраняла свою целост"

менты, в которых зона повреждения пленки является анодом,

ность, не имела пор, трещин и т.п., в противном случае на не"

а окружающая пассивированная - катодом. Поскольку у анода

защищенных участках будет идти коррозия. Поверхность дол"

площадь намного меньше, чем у катода, плотность тока на нем

жна быть свободна от окалины, остатков шлака и т.д. Если плен"

велика и скорость коррозии может составлять несколько мм в

ка повреждена и условия не благоприятствуют ее образованию,

день.

поверхность металла остается незащищенной и может корро"

зировать.

Развитие щелевой коррозии непредсказуемо, так как зависит

от многих факторов. Она весьма опасна, поскольку в щелях, в

Восстановители - сернистая кислота и сероводород - повреж"

отличие от поверхности металла, с высокой вероятностью скла"

дают и разрушают пассивирующую пленку, в то время как ра"

дываются условия для развития коррозии.

створенные кислород, азотная кислота, ионы Cu ²⁺ и Fe³⁺ спо"

собствуют ее образованию. Эта оксидная пленка обеспечива"

Коррозия под напряжением сходна с точечной и щелевой

ет очень хорошую защиту от окисляющих кислот, таких как азот"

коррозией. Поверхность металла в зоне действия растягиваю"

ная, хромовая, разбавленная серная и т.д. С другой стороны,

щих нагрузок в растворах хлоридов становится анодом галь"

ее стойкость к неокисляющим кислотам, таким как соляная,

ванического элемента. Для развития коррозии под напряже"

очень низкая.

нием требуется более высокая температура, чем обычная для

холодильных установок или тепловых насосов.

Сплошная коррозия. Это коррозия, равномерно охватываю"

щая всю поверхность. Она обычно происходит в кислотах и

5.2.2. Защита нержавеющей стали от коррозии

щелочах. Скорость такой коррозии предсказуема. Если некое

• Коррозия под напряжением и щелевая коррозия редко

оборудование коррозирует за год на глубину 0,5 мм, то за два

встречаются в ППТО. Нагрев при пайке эффективно снима"

года оно коррозирует, скорее всего, на 1 мм. С такой коррози"

ет все внутренние напряжения в материале, а расплавлен"

ей легко справляться. В холодильных установках не должно

ная медь заполняет все трещины.

быть коррозии этого типа.

• В работающих теплообменниках точечная коррозия в нор"

Электрохимическая коррозия. Такая коррозии происходит

ме не развивается. В случае длительного отключения кон"

при контакте двух металлов с различными электрохимически"

денсаторов, работавших на некачественной воде, их необ"

ми потенциалами в электропроводящем растворе. Примером

ходимо промыть чистой водой и либо оставить заполнен"

может послужить находящаяся в морской воде алюминиевая

ными, либо слить из них воду и высушить. Если в аппаратах

лодка, отремонтированная с помощью медной пластины (это

останется немного воды и она будет испаряться, то концен"

случалось в первое время эксплуатации алюминиевых лодок).

трации хлоридов может увеличиться настолько, что возник"

нут условия для точечной коррозии.

Пара металлов образует гальванический элемент («батарею»),

где металл с меньшим потенциалом служит анодом, а другой -

• Будьте осторожны при использовании воды низкого каче"

катодом. Анод растворяется, т.е. коррозирует. В принципе этот

ства. Присутствие сероводорода или двуокиси серы усили"

вид коррозии возможен при контакте меди с нержавеющей ста"

вает влияние хлоридов.

лью, но на практике это редко случается в водных растворах. В

• Значения рН должны лежать в диапазоне от 7 до 9. Слиш"

случае плохого качества воды точечная или щелевая коррозия,

ком большое значение рН повышает опасность образова"

вероятно, будет происходить быстрее. Воздухоохладители и

ния накипи.

воздушные конденсаторы часто изготовляются из медных тру"

бок с алюминиевыми ребрами, и в морской атмосфере могут

• Тщательно промывайте теплообменники после чистки хи"

коррозировать. В этих условиях лучше применять теплообмен"

микатами.

ники с медным оребрением.

• Поддерживайте чистоту поверхностей теплообменников.

Точечная и щелевая коррозия это разновидности электро"

Загрязнения и накипь могут содержать коррозионные аген"

химической коррозии. Этим процессам благоприятствуют сле"

ты, а также способствовать появлению трещин или других

дующие условия.

разрушений поверхности, где может развиваться коррозия.

122

6. Загрязнение и коррозия

5.2.3. Коррозия меди

Электрохимическую коррозию можно предотвратить электри"

Медь является инертным металлом и не коррозирует в контак"

ческой изоляцией ППТО от остального оборудования и (или)

те с обычными для теплообменников средами. Тем не менее,

такой компоновкой установки, при которой ниже по потоку от

большинство видов коррозии возможны и для меди.

ППТО нет оборудования из низкоуглеродистой или оцин

кованной стали.

Сплошная коррозия I развивается, главным образом, в кис"

лотах, например, в азотной кислоте, которая просто растворя"

Электрохимическую микрокоррозию невозможно предотвра"

ет медь. Этот вид коррозии в холодильных контурах не встре"

тить электрической изоляцией ППТО. Чтобы исключить элект"

чается, так как там не должно быть кислоты.

роосаждение меди, концентрация коррозионных агентов дол"

жна быть ограничена уровнями, указанными табл. 2. Однако

Сплошная коррозия II развивается в воде, содержащей кис"

электрохимическая микрокоррозия не происходит в оборудо"

лород, т.е. в большинстве типов природной воды. Медь окис"

вании, установленном перед ППТО.

ляется и через пару месяцев покрывается черным слоем окси"

да меди (Cu₂O), который защищает металл от дальнейшей кор"

Предостережение 8! В замкнутом контуре понятия ниже и

розии. В зависимости от качества воды, оксид меди в дальней"

выше по потоку лишены смысла, так что электрохимическая

шем покрывается либо обычным зеленым слоем карбоната

коррозия может происходить в оборудовании, установленном

меди (он держится крепко, поэтому предпочтителен), либо

непосредственно перед ППТО. Однако для электрохимической

сульфата меди (рыхлый слой).

коррозии необходим электрический контакт.

Точечная коррозия в теплой воде развивается в мягкой воде

с низким рН при температуре выше 60 °С. Точки коррозии обыч"

5.3. Типы воды

но покрыты аморфным сульфатом меди, но здесь возможны

5.3.1. Хлорированная вода (вода плавательных бас

различные варианты вплоть до отсутствия слоя солей. Этот вид

сейнов)

коррозии встречается редко.

Особую проблему представляет нагрев хлорированной воды,

например, воды плавательных бассейнов, в конденсаторах теп"

Точечная коррозия в холодной воде развивается главным

ловых насосов. В первую очередь это относится к нержавею"

образом в богатой кислородом воде с температурой ниже 30

щей стали, медь гораздо меньше подвержена коррозии под

°С. Точки коррозии покрыты Cu₂O, под которым лежит белый

действием хлора.

слой CuCl. Зона коррозии обычно покрыта объемистым слоем

зеленого карбоната меди.

Хлор добавляется в воду и превращается в ионы хлорида, кон"

центрация которых постепенно возрастает. Через некоторое

Эрозионная коррозия. При большой скорости потока воды

время она может подняться до такого уровня, при котором ионы

защитный слой Cu₂O эродирует и обнажившаяся поверхность

хлорида совместно со свободным хлором вызвают точечную

меди корродирует.

коррозию, см. рис. 05.

5.2.4. Защита меди от коррозии

Большие общественные бассейны обслуживаются подготов"

♦ Низкая концентрация кислорода. При содержании О₂ менее

ленными инженерами, а вот в малых частных бассейнах каче"

0,1 млн^"1 точечная коррозия не развивается.

ство воды не всегда контролируется надлежащим образом. Чем

♦ Высокая концентрация ионов НСО_3" и Cl^" снижает опасность

больше бассейн, тем стабильнее условия в нем и тем труднее

коррозии.

случайно передозировать гранулы для обеззараживания воды.

♦ Высокая концентрация ионов SO_42" и NO_3" увеличивает

опасность коррозии.

Заметьте, что системы косвенного охлаждения, в которых вода

♦ 6,5 < pH < 9,5

бассейна нагревается циркулирующей горячей водой, а не не"

♦ СО₂ < 44 млн^"1 (1 моль/м³)

посредственно хладагентом, в этом отношении гораздо безо"

♦ Применение поверхностной воды вместо артезианской.

паснее, особенно для малых бассейнов.

Органические вещества в поверхностной воде действуют как

Однако имеются установки, в которых ПТО, обслуживающие

ингибиторы коррозии.

общественные бассейны, ни разу не вскрывались более 10 лет.

♦ Органические вещества, содержащие аммиак или серу, уве

личивают опасность коррозии.

Предостережение 9! Высококачественная нержавеющая

♦ Частица магнетита (Fe₃O₄) увеличивают опасность коррозии.

сталь лишь ненамного более устойчива к сочетанию Cl₂/Cl^".

♦ Отсутствие трещин или неровностей поверхности, отсут"

5.3.2. Растворы хлорида кальция и бромида лития

ствие застойной воды.

Концентрированные растворы хлорида кальция при высоких рН

♦ Слой углерода на поверхности (например, из"за разложе"

и низкой температуре (менее 0 С) не вызывают коррозии не"

ния масла после пайки) увеличивает опасность коррозии.

ржавеющей стали. Если в растворе содержится ингибитор,

5.2.5. Взаимодействие меди с металлом присоеди

например, бихромат или молибденат, это же относится и к

ненного оборудования

меди. Точечная коррозия может происходить, когда холодиль"

Электрохимическая коррозия. Медь является инертным

ная установка отключена, температура повышена и, особенно,

металлом и в случае контакта может вызвать коррозию метал"

если значения рН опустились ниже допустимого, например,

лов с более высоким сродством к кислороду, таких как нелеги"

вследствие неправильной промывки водой. Бромид лития об"

рованная или оцинкованная сталь.

ладает сходными свойствами, но менее агрессивен. Точечная

коррозия развивается очень быстро, и последствия такой кор"

Электрохимическая микрокоррозия. В нормальных услови"

розии в испарителе могут быть чрезвычайно разрушительны.

ях эксплуатации ППТО медь почти не коррозирует. Скорость

коррозии настолько мала, что никак не сказывается за время

Предостережение 10! Будьте очень осторожны, используя

службы теплообменника. Однако растворенная медь затем

растворы хлористого кальция или бромида лития, применяйте

осаждается на нелегированной или оцинкованной стали. Это

только ингибированные фирменные препараты, относительно

явление той же природы, что и широко известное отложение

которых изготовитель сообщает, что они совместимы с медью

меди из солевого раствора на поверхности стального гвоздя.

и нержавеющей сталью.

Медь, отложившаяся на стали или цинке, образует описанный

Поддерживайте рН в пределах от 8,5 до 11,5, но не выше, так

выше гальванический элемент. осевшая медь покрывает боль"

как в противном случае в растворе хлорида кальция образует"

шие площади и может вызывать быструю коррозию стали или,

ся накипь.

что еще важнее, разрушить защитное цинковое покрытие. Это

Обдумайте целесообразность добавки бихромата или молиб"

возможно даже в том случае, если оборудование, содержащее

дената калия в качестве ингибитора.

медь, удалено от стальных деталей.

Используйте эти растворы только в замкнутых контурах в от"

5.2.6. Защита низкоуглеродистой стали и цинка от

сутствие воздуха.

коррозии под действием меди

6. Загрязнение и коррозия

123

100 ˚C

Коррозия

pH > 7

Ориентировочная оценка,

без гарантии!

Нет коррозии

Марки 20/16/16

Alloy 20/16/16

AISI 304

AISI 316

Avesta 254 SMO

ppm Cl-

Рис.03. Влияние концентрации ионов хлора и температуры на развитие точечной и щелевой

коррозии нержавеющей стали

Другие факторы, влияющие на развитие этих типов коррозии:

♦ рН;

♦ скорость воды;

♦ загрязнение - накипь и биологические загрязнения;

♦ Ни в коем случае не производите хлорирование воды на

♦ присутствие СО₂, H₂S, SО₂, соединений железа и т.д.;

входе в теплообменник, место ввода хлора должно быть

♦ состояние поверхности;

максимально удалено.

♦ окислительно"восстановительный потенциал раствора,

который зависит от наличия окислителей, таких

как кисло"

род, гипохлориты, бихромат натрия и т.д.

Таблица 1. Предельные концентрации, не

допускающие коррозии меди.

♦ Соотношение HCO_3"/SO_42" > 1, в противном случае существу"

ет опасность точечной коррозии.

Cl₂

♦ 7,5 < pH < 9,0

♦ Коннцентрация кислорода как можно более низкая, < 0,1

млн^"1.

♦ Аммиак < 0,5 млн^"1в присутствии кислорода

♦ Аммиак < 30 млн^"1в отсутствие кислорода

♦ Такие компоненты как сероводород вызывают коррозию

Cl₂

меди и ухудшают коррозионную стойкость нержавеющей

стали.

См. также таблицу 2, где указаны предельные концентра"

ции для электрохимической микрокоррозии. Обратите вни"

мание, что электрохимическую микрокоррозию нельзя пре"

♦ Вход воды должен находиться рядом с поверхностью, а

дотвратить электроизоляцией различных компонентов кон"

выход - у дна. Это улучшает перемешивание нагретой

тура.

воды и, главное, предотвращает попадания гранул для

хлорирования воды или концентрированного раствора в

Таблица 2. Предельные концентрации, не

теплообменник.

допускающие электрохимической

микрокоррозии в присоединенных трубах из

♦ Предостережение 11! К сожалению, на практике грану"

нелегированной или оцинкованной стали.

лы иногда вносят в воду непосредственно перед входом

в теплообменник. Это улучшает хлорирование, но может

рН

7,5 " 9,0

привести к разрушению теплообменника.

S0_4"

< 100 млн^"1

НСО_з" / SO_42"

> 1,0

♦ Коррозия нержавеющей стали может происходить при

Общая жесткость

4,0 " 8,5 dH

гораздо более низких концентрациях хлоридов, чем ука"

Сl^"

< 50 млн^"1

занные на рис. 04.

P0_43"

< 2,0 млн^"1

♦ Поддерживайте рН как можно более высоким, не ниже 7,5.

NH₃

< 0,5 млн^"1

Свободный хлор

< 0,5 млн^"1

♦ Cl₂ < 0,5 млн^"1(непрерывное хлорирование) на входе в ППТО

Fe³⁺

< 0,5 млн^"1

< 0,5 млн^"1(периодическое хлорирование)

Mn²⁺

< 0,05 млн^"1

♦ Cl^" < 150 млн^"1при температуре 50"60 °С

CO₂

< 10 млн^"1

< 100 млн^"1при температуре 70"80 °С

H₂S

< 50 млрд¹Внимание!

Температура

< 65 °С

Рис. 05. Хлорирование воды в плавательных

Концентрация кислорода

< 0,1 млн^"1

бассейнах

124

6. Загрязнение и коррозия

5.3.3. Деминерализованная или дистиллированная

5.3.6. Вода, содержащая гидразин

вода

Гидразин - N₂H₄ - иногда добавляется в циркуляционную воду

«Можно ли использовать дистиллированную воду?» - та"

(в установках центрального отопления, кондиционирования

кой вопрос часто возникает в связи с ППТО. Медь в микроско"

воздуха, на электростанциях) как ингибитор коррозии стали.

пических количествах всегда растворяется в воде, какой бы

основное действие гидразина заключается в уменьшении кон"

чистой она ни была. Это не сокращает срок эксплуатации и не

центрации растворенного кислорода. Реакция с кислородом

нарушает функции ППТО, однако в некоторых случаях может

протекает по следующему уравнению:

помешать работе установки. Здесь важно знать, почему исполь"

N₂H₄ + О₂ > 2Н₂О + N

зуется деминерализованная вода.

Это не единственное действие гидразина. Он восстанавлива"

♦ Иногда в замкнутом контуре используют деминерализован"

ет растворимую окись двухвалентной меди (CuO) до нераство"

ную воду, чтобы избежать образования отложений и корро"

римой окиси одновалентной меди (Cu₂О), которая формирует

зии оборудования. В этом случае использование оборудо"

на поверхности очень стойкую пассивирующую пленку.

вания, содержащего медь, не составляет проблем.

N₂H₄ + 4 CuО > 2Cu₂О + 2Н₂О + N

♦ В некоторых установках, например, для охлаждения лазе"

ров, даже микроскопическое количеств меди может нару"

Заключение 1. Благодаря этим реакциям скорость коррозии

шить нормальное функционирование лазера.

меди в воде, содержащей гидразин, очень мала, почти равна

нулю. Если в воду введено достаточно гидразина для восста"

♦ Возможны и другие применения, например, в фармацевти"

новления всего кислорода и всей окиси двухвалентной меди,

ческой или электрохимической отрасли, для которых при"

то медь практически не переходит в раствор.

сутствие ионов меди может оказаться критичным.

Возможный негативный эффект добавки гидразина в воду зак"

Коррозионные свойства деионизированной воды. Вода с

лючается в опасности образования аммиака (NH₃) и последу"

низким содержанием минеральных веществ имеет очень низ"

ющей коррозии оборудования, содержащего медь. Гидразин

кую буферную емкость, т.е. ее рН легко изменяется.

разлагается при температурах выше 200 " 250 °С, т.е. не встре"

Капля концентрированной соляной кислоты, добавленная в

чающихся в нормально работающих холодильных контурах.

литр деминерализованной воды, имеющей рН 7, уменьшает рН

3 N₂H₄ > N

+ 4NH₃

до 3"4, т.е. вода становится кислой и коррозионной.

К счастью, раствор аммиака растворяет (образуя комплекс)

Та же капля, добавленная в концентрированный раствор хло"

только окись двухвалентной меди (CuO), но не металлическую

рида кальция, также имеющего рН 7, никак не влияет на кис"

медь или окись одновалентной меди (Cu₂O).

лотность воды.

CuO + 4NH₄OH > Cu(NH₃)₄(OH)₂ + 3H₂O

Предостережение 12! После споласкивания оборудования

водой, особенно, следующего за промывкой кислотой, следу"

Окись двухвалентной меди (CuO) образуется при окислении

ет проверить рН воды. Это правило относится ко всем случа"

меди или окиси одновалентной меди (Cu₂O) кислородом.

ям, но имеет тем большее значение, чем меньше растворен"

2Cu + O2 > 2CuO

2Cu₂O + O₂ > 4CuO

ных солей содержится в воде.

Поскольку окись двухвалентной меди (CuO) восстанавливает"

5.3.4. Умягченная вода

ся гидразином до окиси одновалентной меди (Cu₂O), то корро"

Жесткую воду, содержащую много ионов кальция и магния,

зия не происходит даже при концентрации аммиака 20…30 млн^"

необходимо умягчать во избежание отложения накипи.

¹, если в воде нет растворенного кислорода. Если же в воде

Умягчение воды это своего рода «частичная деминирализа"

присутствует кислород (нет избытка гидразина), содержание

ция», при которой удаляются только ионы кальция или магния.

аммиака не должно превышать 0,5 млн^"1. Аммиак вызывает кор"

Это стандартный метод обработки водопроводной воды, под"

розию меди только в присутствии кислорода и воды.

питочной воды для градирен и охлаждающей воды. Такая вода

может применяться для всех типов ПТО.

5.3.7. Растворы, содержащие ингибиторы

Препараты для приготовления теплоносителей - гликоли, хло"

5.3.5. Поверхностная, артезианская или оборотная

рид кальция, ацетаты, формиаты и т.д., содержат ингибиторы

вода

коррозии. Важно использовать эти препараты в надлежащей

♦ Опыт использования медных паяных теплообменников по"

концентрации, поскольку слишком сильное разбавление при"

казал, что водопроводная и почти все типы поверхностной

ведет к тому, что концентрация ингибиторов опустится ниже

воды не вызывают их коррозии.

эффективного диапазона и начнется коррозия. Следуйте ин

струкциям изготовителя. См. также §3.10 в главе 8, «Масла

♦ Большинство случаев коррозии происходит в артезианской

и хладагенты».

и, конечно, в солоноватой воде. Если неизвестно, каковы

коррозионные свойства воды из данного источника, то пе"

ред ее применением обязательно проведите тщательное ис"

5.3.8. Анализы воды

следование, и возможно, коррозионные испытания.

Анализ, который позволит определить, пригодна ли данная

вода для работы с оборудованием, содержащим определен"

♦ Оборотная вода из градирни с плохой подпиточной водой

ные материалы или их комбинации, предполагает, как мини"

может быть коррозионной. Подпиточная вода концентриру"

мум, следующие показатели.

ется в градирне приблизительно в пять раз. Артезианская

вода, содержащая некоторое количество хлоридов и не про"

♦ рНКислотность

являющая коррозионной активности, может стать агрессив"

♦ Сl^" Хлориды

ной после возрастания концентрации хлоридов в пять раз.

♦ S^2"Сульфиды

♦ NH₃/NH₄₊

Соединения аммиака

♦ Предостережение 13! Рассматривая результаты анализа

♦ SOз^2"/SО₄₂

Сульфаты и сульфиты

воды, нужно понимать, относится ли этот анализ к подпи"

♦ Fe³⁺, Fe²⁺, Fe

Соединения железа

точной или циркулирующей воде.

♦ O2 Кислород и другие окислители

♦ СОз^2" Карбонаты

♦ HСОз^1"

Бикарбонаты

♦ Ca²⁺, Mg²⁺

Кальций и магний

♦ Твердые частицы Содержание, размер, вид (волокна,

крупинки, липкие частицы, слизь, и т.д.)

6. Загрязнение и коррозия

125

К сожалению, вода это очень изменчивая субстанция, содер"

ся при гидравлических испытаниях или гелиевом тестиро"

жание в ней коррозионных веществ может изменяться в зави"

вании, но некоторые дефекты, например, шлаковые вклю"

симости от сезона, погоды (дождь, засуха), паводка и т.д.

чения, могут проявиться позднее.

Необходимо выполнить несколько анализов воды, взяв пробы

♦ Дефекты изготовления. Как и дефекты материалов, де"

в разные периоды года и при разных погодных условиях.

фекты изготовления обнаруживаются при испытаниях ППТО.

Иногда образовавшаяся при штамповке трещина в пласти"

Ценность анализа воды, проведенного после утечки предпо"

не заливается медью во время пайки, а затем этот дефект

ложительно коррозионного происхождения, довольно сомни"

может проявиться в случае коррозии меди. Дефект пайки

тельна, особенно если аппарат уже много лет эксплуатировал"

пакета пластин, вероятнее всего, в сочетании с каким"либо

ся. Однократная чистка коррозионной жидкостью может выз"

другим фактором, также может стать причиной протечки.

вать частичную коррозию аппарата. Спустя несколько лет но"

вая чистка, которая привела к временному уменьшению рН,

♦ Превышение испытательного давления и (или) расчет

повышению содержания кислорода или подобным изменени"

ной температуры. Это редкая причина протечек, так как

ям, может вновь запустить процесс коррозии, которая на этот

ППТО выдерживает давление, как минимум в пять раз пре"

раз окажется сквозной.

вышающее расчетное, а температура плавления меди рав"

на 1083 °С.

Разумеется, превышение допустимой концентрации невоз"

можно обнаружить при анализе воды, выполненном спустя не"

сколько лет.

6.2. Поиск протечек

6.2.1. Введение

6. Протечки в ППТО

Большинство протечек в ППТО происходит в результате воз"

действия одного из описанных выше факторов. Это означает,

что в большинстве случаев протечки бывают внутренними, т.е.

6.1. Причины протечек

одна из рабочих сред подмешивается к другой. Не говоря о

♦ Коррозия. Коррозия возможна в любом месте поверхнос"

возможных вследствие этого повреждениях, точное место внут"

ти ППТО, но чаще случается в нижней части аппарата, вбли"

ренней протечки трудно определить. Однако для установления

зи соединительных отверстий. Дело в том, что в соедини"

причины протечки важно найти ее местонахождение.

тельных отверстиях выключенного аппарата может остать"

ся немного жидкости. По мере испарения воды концентра"

Чтобы успешно решить данную задачу, необходимо хорошо

ция коррозионно"активных веществ возрастает. Если в ППТО

знать условия эксплуатации и тщательно исследовать ППТО.

происходит коррозия, то это обычно точечная или щелевая

6.2.2. Изучение системы

коррозия нержавеющей стали.

♦ Проверьте процедуру откачки и температуру в испарителе.

♦ Замерзание. Замерзание происходит на стороне воды в

Регулируется ли давление в конденсаторе? Понижение дав"

точках, где температура стенки ниже температуры замер"

ления в конденсаторе, возможное в зимний период, способ"

зания. В испарителях непосредственного расширения зоны

но вызвать понижение температуры испарения. Имеется ли

наименьшей температуры находятся на некотором рассто"

отдельный регулятор давления в жидкостном ресивере?

янии от входа хладагента, но замерзание чаще происходит

♦ Проверьте процедуру останова и пуска системы и происхо"

вблизи входного патрубка хладагента, так как здесь легче

дящие при этом изменения температуры, если предпола"

образуются застойные зоны.

гаете возможность термоударов. Происходит ли резкая по"

♦ Действие на патрубки чрезмерного вращающего мо

дача холодной среды в горячий ППТО или наоборот? Какая

мента или усилия. Патрубки развальцованы в плите и при"

среда раньше начинает или прекращает поступать в аппа"

паяны к ней, но приложение слишком большой силы может

рат " холодная или горячая или обе одновременно? Стано"

привести к образованию трещин.

вится ли температура ППТО равной входной температуре

одной из сред при останове системы?

♦ Вибрация вследствие работы присоединенного обору

дования может вызвать усталость материала и, как след"

♦ Проверьте, передается ли на ППТО вибрация от другого обо"

ствие, образование трещин в пластинах или в паяных со"

рудования? Как присоединены трубы к патрубкам теплооб"

единениях. Такие повреждения чаще возникают при комби"

менника? Имеются ли на трубах изгибы или сильфоны, спо"

нированном действии вибрации и, например, чрезмерной

собные компенсировать температурное расширение или

нагрузки на патрубки.

вибрации?

♦ Гидравлические удары и другие скачки давления. Вода,

♦ В системе с параллельно соединенными компрессорами

движущаяся в контуре, обладает значительной кинетичес"

или ППТО внезапные скачки давления и температуры могут

кой энергией. Если это движение внезапно прекращается,

происходить при пуске или останове одна из параллельных

например, вследствие быстрого срабатывания запорной

машин. Все ли ППТО имеют собственные регуляторы дав"

арматуры, кинетическая энергия воды должна как"то пре"

ления?

образоваться внутри контура. Это может привести к дефор"

♦ Имеются ли на водяной стороне электромагнитные клапа"

мации или разрыву поверхностей, образующих замкнутое

ны или клапаны с приводом? Не устанавливайте электро"

пространство.

магнитные клапаны за теплообменником. Это может при"

♦ Наиболее вероятное повреждение ППТО " это деформация,

вести к гидравлическим ударам.

а после повторных скачков давления и отрыв концевой пла"

♦ Есть ли в системе клапаны, которые управляют расходом сре"

стины, противоположной входному патрубку воды. Итак, кла"

ды посредством изменения времени открытия? Такой клапан

пан на водяной трубе после теплообменника не должен зак"

может открыться на одну секунду, закрыться на пять, открыть"

рываться быстро. На стороне хладагента это явление ме"

ся на пять и закрыться на одну секунду и т.д. Это приводит к

нее опасно, так как паровая фаза сжимаема и может ком"

неустойчивому режиму по давлению и температуре.

пенсировать скачки давления.

♦ Не повышено ли содержание в воде хлоридов или других

♦ Термоудары. Если холодная вода внезапно поступает в

коррозионных агентов? Помните, что вода пищевого назна"

очень горячий ППТО или наоборот, термические напряже"

чения часто хлорируется.

ния между первой канальной пластиной и концевой пласти"

ной могут вызвать разрыв более тонкой и потому быстрее

♦ По мере расходования хлора он добавляется в воду, в ре"

сжимающейся и расширяющейся канальной пластины.

зультате содержание хлоридов возрастает. Это может при"

вести к точечной коррозии.

♦ Дефекты материалов. Большинство дефектов выявляет"

126

6. Загрязнение и коррозия

6.2.3. Внешний осмотр

вокруг соединительных отверстий в пластинах исключитель"

Снимите тепловую изоляцию и осмотрите ППТО снаружи.

но трудно или даже невозможно растворить.

♦ Имеются ли выпячивания на плите, противоположной вход"

Если ППТО не был разрезан, то в кислоте растворится весь

ному патрубку воды? Это может указывать на гидравличес"

припой, кроме окружающего соединительные отверстия.

кие удары.

Поскольку каждая пластина соединяется с предыдущей у от"

верстия на одной стороне и со следующей пластиной у от"

♦ Имеются ли какие"либо признаки деформации по бокам?

верстия на другой стороне, т.е. весь пакет пластин останет"

♦ Прочно ли крепятся патрубки?

ся соединенным. Если же ППТО был разрезан по линии А"

А’, то этот полу"пакет распадается на пары пластин, соеди"

♦ Проверьте, имеются ли признаки коррозии или загрязнений

ненных припоем у левого или правого соединительного от"

на обеих сторонах.

верстия, но каждая пластина в этой паре доступна для даль"

♦ Проверьте, не был ли ППТО поврежден при транспортиров"

нейшего обследования.

ке или монтаже.

Трудность растворения припоя возле соединительных от"

верстий делает практически невозможными внутренние

протечки в результате коррозии меди. Единственный учас"

6.2.4. Определение места протечки

ток, где медь разделяет среды в ППТО, это периметр соеди"

Самый простой метод состоит в том, чтобы заполнить одну сто"

нительных отверстий в пластинах, но сквозная коррозия по

рону ППТО водой, а на другую подать воздух под давлением.

краям пластин и в точках конаткта гофров произойдет го"

Пузырьки воздуха, появляющиеся из одного или двух патруб"

раздо раньше, чем у соединительных отверстий.

ков, указывают на внутреннюю протечку. Для обнаружения

внешней протечки опустите ППТО в воду или нанесите мыль"

♦ Медный припой в точках контактов гофров растворяется за

ный раствор на предполагаемое место протечки.

несколько часов, по краям пластин - за пару дней.

Легко обнаруживаются протечки вблизи патрубка (позиция 1

♦ Перемешивайте кислоту время от времени, чтобы непроре"

на рис. 06Б). Точное расположение других протечек (рис. 06В,

агировавшая кислота поступала к местам, где идет раство"

позиция 2) определить сложнее.

рение.

На рис 06 показан возможный способ определения. Он, одна"

Ñîáëþäàéòå ìåñòíûå ïðàâèëà, ðåãëàìåíòèðóþùèå ïîðÿ-

ко, предполагает, что размер отверстия довольно велик, т.е.

äîê ðàáîòû ñ àçîòíîé êèñëîòîé è åå óòèëèçàöèè. Åñëè òà-

падение давления в нем минимальное. В более сложном слу"

êèõ ïðàâèë íåò, ñëåäóéòå ðåêîìåíäàöèÿì, ïðèâåäåííûì

чае для выявления протечек можно применить гелий или дру"

íà ðèñ. 06 Â.

гой трассер.

6.2.5. Резка ППТО

6.3. Анализ характера повреждений

Когда место протечки определено, ППТО нужно разрезать на

На рис. 06D показаны типичные повреждения.

части для выявления характера разрушения. Прежде чем это

♦ При коррозионных повреждениях пластины, как правило, не

сделать, нужно точно установить местонахождения отверстия.

деформируются.

После того как из ППТО вырезан фрагмент, может оказаться

♦ При замораживании воды пластины разрываются, образуя

трудно или невозможно определить, была ли протечка вооб"

хорошо заметные трещины.

ще, не говоря об ее местонахождении. особенно это относит"

ся к тем случаям, когда для появления пузырей воздух нужно

♦ Выпяченные наружу каналы обычно свидетельствуют о за"

подать под избыточным давлением. Такое возможно, если для

мерзании в них жидкости.

выхода воздуха через трещину ее края должны сначала раз"

♦ Термоудары обычно разрывают пластины в точках контакта

двинуться под действием избыточного давления.

гофров.

Произведите разрезы, как показано на рисю 06 Б, в порядке А,

Труднее всего определить совместное воздействие различных

В (и С, если утечка происходит рядом с патрубком). Режьте теп"

факторов. Например, соединения пластин, ослабленные в ре"

лообменник пилой, постоянно охлаждая и смазывая его. Не

зультате коррозии меди, не выдерживают повышенного дав"

рекомендуется использовать пилы с возвратно"поступатель"

ления.

ным движением, так как они могут деформировать пластины.

В идеальном случае удается вырезать фрагмент с явными при"

знаками повреждения. Это типично для утечек в результате

замерзания, при котором помимо образования трещины де"

формируется несколько каналов.

Иногда место утечки обнаруживается труднее, но обычно уда"

ется вырезать фрагмент, где образовалось отверстие. Если

место утечки явственно видно, переходите к § 6.3, в против"

ном случае припой нужно растворить в азотной кислоте, см.

ниже.

6.2.6. Растворение медного припоя в азотной кис

лоте

Вырезанный фрагмент ППТО погружается в азотную кислоту

для растворения медного припоя. Азотная кислота хорошо ра"

створяет медь (и серебро), но оставляет нетронутой нержа"

веющую сталь. Ниже приводятся советы по выполнению этих

работ.

♦ Вырезанный фрагмент должен быть как можно меньшего

размера. Это не всегда легко сделать, но ППТО должен быть

разрезан, по крайней мере, продольно вдоль линии А"А’, по"

казанной на рис. 06Б. Причина в том, что медный припой

6. Загрязнение и коррозия

127

Воздух

А. Определение координат точки протечки

Б. Резка теплообменника

Одна сторона заполняется водой, а другая подсоединяется

Когда координаты протечки установлены, ППТО нужно раз"

к источнику сжатого воздуха. Расход воздуха через теплооб"

резать для более тщательного обследования.

менник следует тщательно регулировать. Давление воздуха

Чтобы выяснить точную причину нарушения герметичности

нужно измерять с высокой точностью, например, с помощью

теплообменника его нужно разрезать в зоне протечки. Пер"

U"образной трубки, как показано на рисунке.

вый разрез нужно сделать в стороне от предполагаемой точ"

Перепад уровней, измеренный U"образной трубкой в тот мо"

ки протечки, обычно по линии А"А’ (рис. 4В) или по нижней из

мент, когда пузырьки воздуха начинают выходить из ППТО, ра"

возможных линий В"В’.

вен глубине погружения точки протечки. Чтобы учесть эффект

Поиск протечки с помощью резки ППТО - дело не простое.

гистерезиса, измерьте перепад уровней, при котором начи"

Если разрез сделан слишком близко к точке протечки, он

нается и при котором прекращается выделение пузырьков.

разрушит дефект, если сделан дальше чем в 10 мм от про"

Проведите аналогичное измерение, положив ППТО на бок,

течки, то дефект нельзя будет увидеть.

для получения второй координаты.

Проверьте, какие дефекты обнаруживаются в месте разре"

за. Замерзание вызывает сильные деформации, дефекты

других типов могут быть не видны.

В атмосферу

Нашатырный

Кислота

спирт

затем

Вода

Вода + кислота

Замерзание: края трещины раз"

Гидравлический удар

двинуты

В. Растворение ППТО в азотной кислоте

Азотная кислота растворяет медь с образованием NO₂. Это

бурый газ тяжелее воздуха, оказывающий раздражающее

действие. Поэтому сосуд (из стекла, нержавеющей стали или

полиэтилена), в котором идет растворение, нужно располо"

Термоудар со смещением

жить в вытяжном шкафу или вне помещения.

Нормальные каналы

пластин и последующим

Не выливайте азотную кислоту в канализацию. Сначала ее

разрывом пайки и пластин

нужно нейтрализовать щелочью. В отсутствие щелочи можно

использовать известняк, например, мрамор. Можно также

применить для этой цели нашатырный спирт. Однако, см. сле"

Замерзшие каналы

дующий пункт.

Прежде чем нейтрализовать кислоту, разбавьте ее водой. Лей"

те кислоту в воду, но не наоборот. Предварительное разбав"

ление сделает реакцию нейтрализации менее бурной. Нейт"

рализуйте кислоту нашатырным спиртом, пока у раствора не

появится слабый запах нашатырного спирта.

Используйте защитные очки и перчатки. Азотная кислота ос"

тавляет желтые жесткие пятна на коже. Через несколько дней

кожа в этих местах слезает.

Точечная (или щелевая) коррозия

Г. Типы повреждений

Рис. 06 Поиск протечек в ППТО

128

7. Замерзание

7. Замерзание. Защита паяных пластинчатых теплообменников от замерзания.

♦ монтаж;

1. Контроль замерзания в ППТО

♦ тепловой и гидравлический расчет ППТО;

1.1. Процесс образования льда в ПТО

♦ система регулирования и практика эксплуатации.

Для образования льда температура поверхности стенки на сто"

роне воды должна быть ниже 0 °С. На стенке формируется слой

льда. Для этого требуется некоторое переохлаждение, лед не

образуется при температуре, точно равной 0 °С. Если основ"

2. Конструкция, обеспечивающая

ная масса воды имеет температуру существенно выше ноля,

слой льда будет тонким или совсем не образуется. Если тем"

защиту от замерзания

пература основной масса воды близка к нулю, слой льда рас"

тет и может блокировать канал.

ППТО, не предназначенные для хладагентов. В связи с тем,

что канальная пластина гофрирована, между ней и плитой ППТО

При нормальных стационарных условиях температура испаре"

остается свободное пространство. В ППТО, не предназначен"

ния может зайти далеко в отрицательную область, прежде чем

ных для хладагентов, в холодильных ППТО устаревшей конст"

температура стенки опустится ниже 0 °С. Трудно предсказать,

рукции, а также некоторых никелевых ППТО это пространство

где именно это произойдет - на входе воды или в точке самой

открывается в атмосферу. Если углы между гофрами направ"

низкой температуры хладагента, это зависит от температур"

лены вниз, здесь может собираться и замерзать вода, что чре"

ного режима, перепада давления и т.д.

вато повреждением теплообменника. См. рис. 01В и главу 3,

К сожалению, стационарные рабочие условия - понятие чисто

«Конструкция и монтаж», рис. 02.

условное. Турбулентное течение означает флюктуации потока

ППТО для холодильных установок. Между первой канальной

на обеих сторонах. К этому может добавиться неравномерность

пластиной и плитой помещается плоская уплотняющая плас"

распределения расхода по каналам на какой либо из сторон -

тина с загнутым вниз краем, которая герметизирует это про"

естественная, или вызванная загрязнением. В канале может

странство, см. главу 3, рис. 01. Заметьте, что у задней плиты

начаться образование слоя льда. Если это случится, лед стес"

дополнительная пластина не требуется, так как загнутые вниз

няет поток и расход воды в канале снижается, что ведет к еще

края канальной пластины эффективно герметизируют указан"

большему понижению температуры, нарастанию льда и т.д. до

ное пространство.

полной закупорки канала льдом.

Разборные ПТО и уплотненная прокладками сторона

Предостережение 1! Образование льда с разрушением

ПСПТО устойчивы к замерзанию, так как резиновые проклад"

ППТО всегда может произойти, если температура испаре

ки сжимаются и частично демпфируют расширение льда.

ния опускается ниже нуля.

На ПСПТО проводились испытания, в ходе которых температу"

ра испарения понижалась до "20 °С без прекращения подачи

воды. Когда аппарат целиком замерзал с полным прекраще"

1.2. Замерзание водных растворов

нием протока воды, температура испарения вновь повышалась

Для понижения точки замерзания используются водные раство"

до окончательного восстановления циркуляции. Никаких по"

ры гликолей или солей. Это понижение приблизительно про"

вреждений теплообменника не было обнаружено.

порционально концентрации раствора. Если такой раствор за"

СПТО имеют те же свойства в отношении замерзания, что и

мерзает, то ледяные кристаллы, конечно, состоят из чистой

ППТО, и требуют аналогичных мер предосторожности.

воды и имеют температуру плавления 0 °С. Что произойдет, если

температура упадет на короткое время и образуется неболь"

шое количество льда? При последующем возрастании темпе"

ратуры лед не растает, как произошло бы в чистой воде. При

очередном понижении температуры вновь образуется какое"

3. Монтаж, обеспечивающий

то количество льда и т.д.

защиту от замерзания

Предостережение 2! В результате такого гистерезиса в

На рис. 01 приводятся некоторые рекомендации по монтажу.

испарителе может нарастать лед.

ППТО, установленные вне помещения, подвержены действию

К счастью, такой лед содержит включения соли или гликоля, и

температуры наружного воздуха, которая зимой может опус"

потому оказывается рыхлым, в отличие от твердого льда, кото"

каться ниже нуля. Если в этот сезон ППТО не эксплуатируется

рый образуется при замерзании чистой воды.

или эксплуатируется периодически, то на период выключения

из аппарата следует сливать воду. Проще всего сделать это,

если вода подается через верхний патрубок и самотеком вы"

ливается через нижний, см. гл. 3, «Конструкция и монтаж»,

1.3. Предотвращение замерзания

рис. 11. Конечно при условии, что тепловой режим допускает

В ППТО содержится приблизительно вдвое меньше хладаген"

такую схему потока.

та и воды, чем в коаксиальных испарителях той же производи"

тельности. Соотношение с кожухотрубным теплообменником

Кроме того, на входе воды может образоваться воздушный пу"

составляет приблизительно один к трем. В силу этого ППТО

зырь. Этот пузырь нарушает распределение воды по каналам,

обладает меньшей инерцией, что предъявляет особые требо"

в некоторых из них расход может уменьшиться или совсем пре"

вания к системе управления, которая должна иметь значитель"

кратиться поток. Если температура испарения хотя бы немно"

но меньшее время отклика, чем обычно. Хотя это может быть

го ниже нуля, вода в этих каналах может замерзнуть. Такие воз"

преимуществом в некоторых отношениях - малый объем хла"

душные пузыри обязательно нужно выпускать из контура, см.

дагента определенно является достоинством, - но это означа"

рис. 11 в главе 3, «Конструкция и монтаж».

ет, что ППТО менее устойчивы к замерзанию по сравнению с

Если испаритель работает при температуре близкой к точке за"

другими типами теплообменников.

мерзания или ниже, поток воды должен быть тщательно сбалан"

Меры защиты от замерзания можно разделить на следующие

сирован, как по каналам внутри теплообменника, так и между

группы:

параллельно соединенными аппаратами, см. рис. 11 в главе 3,

«Конструкция и монтаж».

♦ специальная конструкция ППТО для холодильных установок;

7. Замерзание

129

ПРАВИЛЬНО

А. Избегайте положений, при которых слив воды не

Б. Не оставляйте воду в ППТО между закрытыми

возможен.

клапанами и не применяйте на трубопроводах нис

ходящих петель.

За исключением специальных маслоуловителей в некоторых

холодильных линиях (см. §1 в главе 3), ни в водяном трубо"

проводе, ни в контуре хладагента не должно быть нисходя"

щих петель.

Внимание! Никогда

не устанавливайте

клапаны в перевер"

нутом положении "

приводом вниз. От"

ложение загрязне"

ний на штоке поме"

шает его вращению.

В. Монтаж ППТО без герметизирующей пластины

При монтаже следующих моделей ППТО:

♦ СВ14

Г. Монтаж для работы при низкой температуре ок

♦ старых моделей

ружающего воздуха

♦ ППТО не для хладагента

Если ППТО, например, теплообменник реверсивного конди"

♦ некоторых никилевых ППТО

ционера, устанавливается вне помещения, его нужно защи"

либо

тить от воздействия низкой температуры окружающей среды:

◊ углы между гофрами первой пластины должны быть повер"

♦ теплоизоляцией аппарата;

нуты вниз

♦ установкой электрического нагревателя малой мощности;

либо

♦ полным сливом воды на время прекращения эксплуата"

◊ открытое пространство должно быть герметизировано си"

ции;

ликоновой резиной.

♦ непрерывной циркуляцией воды.

Е. Нарушение тепловой изоляции

Нарушение или отсутствие тепловой изоляции может стать

причиной замерзания воды. особенно опасно возникнове"

Д. Образование пробки льда

ние двух ледяных пробок в различных точках, так как между

Ледяная пробка и клапан могут образовать замкнутое про"

ними образуется замкнутое пространство, и замерзание

странство. Заметьте, что в ППТО лед держится очень крепко.

воды в нем неизбежно приведет к разрыву теплообменника.

Рис.01 Проектирование и монтаж ППТО в холодильных установках

130

7. Замерзание

усилие сдвига приводят к тому, что температура стенки со сто"

4. Тепловое и гидравлическое

роны воды почти равна температуре испарения.

проектирование

Поскольку основное назначение многоходовых теплообменни"

ков - охлаждение воды до близких к нулю температур хлада"

4.1. Температура стенки и усилие сдвига

гентом, температура которого может быть ниже нуля, - мы рас"

Ïîääåðæèâàéòå òåìïåðàòóðó ñòåíêè ñî ñòîðîíû âîäû êàê

сматриваем их в данной главе, хотя они могут применяться при

ìîæíî áîëåå âûñîêîé. Температура стенки повышается сле"

любой температуре. Каналы на стороне воды образуют либо

дующими средствами:

букву U, либо перевернутую букву U (букву П).

♦ повышение минимальной температуры воды;

U образная схема, см. рис. 03А. Температурный режим для

♦ повышение температуры испарения;

таких теплообменников может быть следующим:

♦ повышение коэффициента теплоотдачи на стороне воды;

Ход

1, противоток

2, прямоток

Вода

°С

> 1

°С

♦ понижение коэффициента теплоотдачи на стороне хлада"

Хладагент

°С

> "1 °С

гента, например, снижением перепада давления.

Предостережение 3! Слишком малый перепад давления при"

ведет к нарушению распределения хладагента и масла и неус"

Влияние такой схемы проявляется по"разному в испарителях

тойчивости потока.

непосредственного расширения и затопленных испарителях.

Ïîääåðæèâàéòå óñèëèå ñäâèãà íà ñòîðîíå âîäû êàê ìîæ-

Испаритель непосредственного расширения. Во втором

íî áîëåå âûñîêèì. Усилие сдвига пропорционально перепа"

ходе хладагент не успевает перегреться. Поэтому на выход

ду давления на каждый метр длины пути потока. Перепад дав"

теплообменника поступает смесь сильно перегретого пара из

ления повышается следующими средствами:

первого хода и влажного пара из второго - не очень удачная

схема.

♦ повышение расхода воды;

Затопленный испаритель. В обоих ходах поступающий хла"

♦ выбор каналов с высоким значением коэффициента q;

дагент контактирует с водой, имеющей одну и ту же темпера"

♦ уменьшение количества каналов за счет большой СРТ;

туру. Преимущество данной схемы в том, что кипение в обоих

ходах начинается одновременно. Фазовый состав хладагента

♦ многоходовая конструкция теплообменника.

на выходе первого и второго хода различается, но для затоп"

ленного испарителя это не имеет большого значения.

4.2. Завышенный или заниженный размер

теплообменника

П образная схема, см. рис. 03В. Температурный режим мо"

жет быть следующим:

Не завышайте размер ППТО, если температура испарения

должна быть постоянной, а выходная температура воды не ре"

Ход

1, прямоток

2, противоток

гулируется. Завышенный размер ППТО ведет к уменьшению

Вода

°С

> 1

°С

выходной температуры воды ниже номинального значения и

Хладагент

°С

< "1 °С

опасности замерзания.

Испаритель непосредственного расширения. В обоих хо"

Не занижайте размер ППТО, если выходная температура воды

дах разность температур на выходе хладагента достаточна,

регулируется изменением давления испарения. Компенсируя

чтобы обеспечить перегрев. Температура воды в средней точ"

недостаточную площадь поверхности теплообмена, регулятор

ке, 5 °С, определяет максимальный перегрев в обоих ходах,

может опустить температуру испарения ниже нуля. Испаритель

который не может значительно варьировать при изменении

большего размера сможет работать с меньшей разностью тем"

условий, например, тепловой нагрузки, т.е. данная схема под"

ператур, т.е. с более высокой температурой испарения и мень"

ходит для испарителей непосредственного испарения. Во вто"

шей опасностью замерзания.

ром ходе разность температур на входе недостаточно велика,

но так как хладагент уже частично испарен, это не столь суще"

4.3. Выбор прямотока или противотока

ственно.

В теплообменниках с противотоком охлажденная среда на вы"

Затопленный испаритель. Разность температур в начале вто"

ходе, где она имеет самую низкую температуру, контактирует с

рого хода не достаточно велика для кипения хладагента, что

входящей охлаждающей средой, которая в данной точке также

делает эту схему непригодной для затопленных испарителей.

имеет самую низкую температуру, т.е. здесь существует наи"

большая опасность замерзания.

Пример. Птицеперерабатывающему заводу в Португалии тре"

бовалась охлажденная вода для мойки и охлаждения тушек.

В теплообменниках с прямотоком, которые обычно менее эф"

Входная температура воды летом достигала +28 °С, требуемая

фективны, в точке, где охлажденная среда имеет минимальную

температура охлажденной воды составляла 1 °С. Хладагент,

температуру, температура охлаждающей среды максимальна,

аммиак, поступал из ресивера низкого давления с температу"

т.е. опасность замерзания уменьшается.

рой "7 °С. Эта температура не могла быть изменена, так как к

ресиверу было подсоединено несколько разных испарителей.

4.4. Многоходовые теплообменники

Расчет показал, что затопленный одноходовой ПСПТО обеспе"

Применение многоходовых по воде теплообменников " эффек"

чивает данный режим, но перепад давления воды оказался

тивный способ повышения температуры стенки на стороне

очень низким и температура стенки со стороны воды была лишь

воды. Он обычно используется при очень большом перепаде

чуть выше -6 °С. Хотя замерзание не повреждает ПСПТО, лед

температур воды, которая должна быть охлаждена почти до

стеснял бы поток в каналах и тем самым понизил бы холодо"

температуры испарения. Типичный температурный режим мо"

производительность.

жет выглядеть так:

Было принято решение использовать двухходовой по воде за"

Вода

28 > 1 °С

топленный ПСПТО, подсоединенный по схеме, показанной на

Хладагент "1 < "1 °С.

рис. 3А. Фактически это два теплообменника, соединенные

Такой температурный режим почти невозможно реализовать в

последовательно по воде и параллельно по аммиаку.

одноходовом теплообменнике. Перепад давления воды дол"

жен быть низким, что приведет к неустойчивости и колебани"

ям потока. Невысокий коэффициент теплопередачи и малое

7. Замерзание

131

Рис. 02. Низкий перепад давления

Рис. 03. Схемы соединения каналов

хладагента

А. Вода (красная линия) проходит по двум ходам, соединен"

Разные типы пластин образуют различные каналы, т.е. для од"

ным в нижней части ПТО. Это значительно увеличивает ско"

ной из сторон имеется выбор из двух типов каналов, отлича"

рость течения воды, т.е. снижает опасность замерзания. Хла"

ющихся перепадом давления. Это можно использовать для

дагент (синяя линия) на входе контактирует с водой, имею"

обеспечения требуемого перепада давления хладагента.

щей разную температуру в разных секциях, а на выходе - с во"

дой, имеющей одинаковую температуру.

Понижение перепада давления хладагента означает также

уменьшение перепада температуры (переход от синей линии

Б. Два хода воды, как и в предыдущем случае, но с верхним

к зеленой). Если разность температур при этом поддержива"

соединением ходов. Хладагент на входе контактирует с во"

ется постоянной, то температура испарения может увеличить"

дой, имеющей одинаковую температуру в разных секциях, а

ся, что повышает температуру стенки и, следовательно, сни"

на выходе - с водой, имеющей разную температуру.Патру"

жает риск замерзания.

бок Т2 обеспечивает дополнительное соединение для слива

воды.

А так как при этом снижается коэффициент теплоотдачи на

стороне хладагента, температура стенки увеличивается еще

В. Теплообменник с двумя контурами хладагента (синий и зе"

больше.

леный). Дальний от входа воды контур хладагента (зеленый)

должен постоянно работать, а в патрубке Т2 устанавливается

реле низкой температуры. Подробности см. в тексте.

Проектируемый испаритель должен отвечать следующим кри"

4.5. ППТО со сдвоенными контурами

териям:

хладагента

В главе «Конструкция и монтаж» описывались три возможных

♦ падение давления на стороне аммиака должно быть одина"

схемы теплообменников с двумя контурами хладагента. Одна

ковым в обеих секциях;

из этих схем, показанная на рис. 3В, имеет тот недостаток, что

♦ запас по холодопроизводительности также должен быть

при отключении одного из контуров хладагента выходящая из

одинаковым.

теплообменника вода представляет собой смесь охлажденной

и не охлажденной воды. Если температура этой смеси регули"

В результате был выбран аппарат M10BW с Н каналами в пер"

руется, например, изменением температуры испарения, это

вой секции и L каналами во второй - довольно необычная ком"

может привести к тому, что температура охлаждаемой воды

бинация (обычные сочетания - это L, L и M, M и H и Н).

опустится ниже нуля, хотя выходная температура будет выше

Этот теплообменник работал, как и ожидалось, без всяких про"

нуля.

блем, не считая периодической чистки стороны воды.

С другой стороны, достоинство такой схемы в том, что она при"

Внимание! ПСПТО - это, пожалуй, единственный тип тепло"

менима для ПТО любого типа, паяных или разборных. Для бе"

обменника, который можно использовать для данного режи"

зопасного применения данной схемы нужно принять следую"

ма. Низкая температура аммиака означает, что если в силу не"

щие меры.

предвиденных обстоятельств поток воды прекратится, вода в

♦ Установить в патрубке Т2 реле низкой температуры, кото"

теплообменнике замерзнет.

рое отключает компрессор при слишком низкой темпера"

туре воды. Это реле будет контролировать температуру воды

на выходе из секции R2.

♦ Контур R1 всегда должен работать, т.е. управление произ"

водительностью установки должно производиться включе"

нием"отключением контура R2.

Заметьте, что очень трудно контролировать температуру воды

на выходе секции R1, так как она немедленно смешивается с

водой из секции R2. Управление производительностью отклю"

чением контура R1 невозможно реализовать.

132

7. Замерзание

производительностью, чтобы увеличить продолжительность

5. Система управления и практика

откачки.

эксплуатации

♦ Электромагнитный клапан и регулирующий вентиль долж"

На рис. 4 показаны различные методы защиты от замерзания

ны быть установлены как можно ближе к испарителю, чтобы

теплообменников холодильной установки. Конечно, не все их

минимизировать объем жидкости.

можно или нужно использовать одновременно.

♦ Если возможно, отключайте компрессор по перегреву. Это

Установка, в которой вода охлаждается до температуры, близ"

можно осуществлять автоматически или вручную. Опреде"

кой к нулю, нуждается в более сложной системе защиты, чем

лите зависимость перегрева от давления в испарителе при

та, где температура испарения всегда выше нуля.

откачке, установите давление, при котором отмечается за"

метный перегрев, и используйте это значение давления как

5.1. Откачка хладагента из испарителя

уставку для отключения компрессора.

Если при останове системы в испарителе остается жидкий хла"

дагент, существует опасность, что при следующем пуске он

Альтернативы методу откачки

может попасть в компрессор и вызвать его поломку. Поэтому

♦ Производить откачку из ППТО не рекомендуется и не тре"

при останове системы из испарителя откачивается хладагент.

буется. В них помещается так мало хладагента, что при ис"

Эта процедура опасна тем, что температура хладагента опус"

парении всей жидкости температура понизится всего на

кается ниже точки замерзания охлаждаемой жидкости, т.е. ис"

1"2 К.

паритель может быть поврежден.

♦ Установите байпасную линию между выходом из компрес"

сора и входом испарителя. Это же устройство позволит пре"

Последовательность операций при откачке

дотвратить слишком низкую температуру при пуске (см. рис.

1. Закрывается электромагнитный клапан, установленный

4 L и M).

перед регулирующим вентилем. Сигналом для закрытия элек"

♦ Электромагнитный клапан в байпасной линии открывается,

тромагнитного клапана обычно является снижение тепловой

когда электромагнитный клапан в линии подачи хладагента

нагрузки, т.е. уменьшение температуры воды (см. рис. 4 F).

закрывается. Горячий пар из компрессора испаряет жидкий

2. Компрессор продолжает работать и откачивает пары хла"

хладагент, оставшийся в испарителе, и поддерживает в нем

дагента из закрытого на входе испарителя, понижая в нем дав"

требуемую температуру.

ление и температуру.

♦ После закрытия электромагнитного клапана компрессор ра"

Соотношение между температурой (давлением) и объемом

ботает в течение заданного времени, т.е. производится сво"

жидкого хладагента в испарителе зависят от того, происходит

его рода «полуоткачка».

ли при этом теплообмен.

♦ Без теплопередачи. Давление и температура теоретичес"

ки могут понижаться до абсолютного нуля, в то время как в

5.2. Реверсивные системы

испарителе присутствует жидкий хладагент. Это означает,

В момент реверсирования потока хладагента, когда конденса"

что до какой бы заданной температуры ни продолжалась от"

тор становится испарителем, а испаритель - конденсатором,

качка, все равно сохраняется опасность, что в испарителе

давление значительно понижается. Этот случай описан подроб"

осталась жидкость.

но в главе «Приложения».

♦ С теплопередачей. Температура может понижаться, ос"

таваться постоянной или увеличиваться в зависимости от

соотношения скорости теплопередачи и скорости всасы"

5.3. Хладагенты с температурным глайдом

вания паров.

См. рис. 4 H, а также главу 7, «Масла и хладагенты». Обрати"

те внимание, что для предотвращения замерзания необходи"

Так, если скорость теплопередачи достаточно велика, откачка

мо контролировать именно температуру, а не давление.

может сопровождаться повышением температуры в отсутствии

жидкой фазы.

На практике передача теплоты хладагенту происходит всегда,

и жидкая фаза исчезает в какой"то точке несколько ниже на"

чальной температуры; однако ни при какой температуре нельзя

с полной уверенностью утверждать, что в испарителе присут"

ствует либо отсутствует жидкий хладагент.

3. Когда давление опускается до заданного значения, реле

низкого давления отключает компрессор, а через некоторое

время и циркуляционный насос воды (см. рис. 4 G).

Критерий отключения

Компрессор обычно отключается, когда давление опускается

до заданного значения. Как уже было сказано, при этом не мо"

жет быть абсолютной уверенности, что в испарителе отстут"

ствует жидкость.

Было бы лучше измерять перегрев в нижней точке или в другой

точке, где жидкая фаза остается дольше всего. Если опреде"

лен перегрев, это означает, что жидкая фаза отсутствует, т.е.

перегрев послужил бы верным критерием для отключения ком"

прессора.

Рекомендации по откачке

♦ Поток воды через испаритель не должен прекращаться.

♦ Компрессор должен работать с минимальной возможной

7. Замерзание

133

Внимание! Для хладагентов

с температурным глайдом.

Выключение

Реле вре"

компрессора

мени

НД

НТ

НР

НД

НТ

Внимание! Это рас"

НТ

стояние должно быть

Внимание! Образование пленки льда в испарителе

минимальным.

может привести к увеличению выходной температуры.

Рис. 04. Защита холодильной установки от замерзания

Компрессор отключается при следующих условиях.

L и М. Подача горячего пара по байпасной линии с управле"

нием по низкому давлению или по времени. Служит для ис"

А. Срабатывание реле низкого давления на выходе хладаген"

парения оставшегося жидкого хладагента при отключении и

та из испарителя. В этой точке давление в системе минималь"

для поддержания необходимой температуры в испарителе

но. Непосредственный контроль температуры невозможен,

при пуске, останове и откачке.

так как пар перегрет, поэтому измеряется соответствующее

давление.

N. На каждый испаритель устанавливается собственный ре"

гулятор давления.

B. Срабатывание реле низкой температуры на выходе воды.

P и Q. Регуляторы давления в жидкостном ресивере (P) и в

C. Большое падение давления на стороне воды.

конденсаторе (Q).

D. Низкий расход воды.

Холодильные установки обычно проектируют в расчете на лет"

E. Невыполнение требования: циркуляция воды должна на"

ние условия эксплуатации. осенью температура воздуха и ох"

чинаться до включения компрессора и продолжаться некото"

лаждающей воды понижается, это приводит к понижению тем"

рое время после его отключения.

пературы конденсации. С понижением отношения давлений

в компрессоре его производительность увеличивается. По"

F. Завершение откачки (см. текст).

нижение давления конденсации означает уменьшение дви"

G. Срабатывание реле низкого давления на входе компрес"

жущей силы, действующей в регулирующем вентиле. Т.е. рас"

сора.

ход хладагента через регулирующий вентиль уменьшается, а

производительность компрессора увеличивается.

H. При использовании хладагентов с большим температур"

ным глайдом, например, R 407 C, у которого глайд приблизи"

Компрессор всасывает больше пара, чем образуется в испа"

тельно равен 6 °С, входная температура может быть на не"

рителе. Давление в испарителе падает, расход хладагента че"

сколько градусов ниже температуры насыщения на выходе из

рез регулирующий вентиль и количество образующегося пара

испарителя. В этом случае контроль процесса по выходной

увеличиваются. Этот процесс продолжается до достижения

температуре или, еще хуже, по выходному давлению, может

нового равновесного состояния, при котором температура ис"

привести к значительным ошибкам.

парения может оказаться слишком низкой. Во избежание это"

го необходимо регулировать давление в жидкостном реси"

Â ñëó÷àå õëàäàãåíòà ñ áîëüøèì òåìïåðàòóðíûì ãëàéäîì

вере.

ïðîöåññ íåîáõîäèìî êîíòðîëèðîâàòü ïî òåìïåðàòóðå íà

âõîäå â èñïàðèòåëü.

R и S. Байпасная трубка небольшого диаметра для естествен"

ного слива воды из аппаратов с верхней подачей (R), и обыч"

Кроме того, рекомендуется принять следующие меры.

ный слив (S). В условиях низкой температуры окружающего

J. Установить на выход воды петлю, поднимающуюся выше

воздуха из неработающих аппаратов необходимо сливать

входа. Это обеспечит постоянное заполнение испарителя

воду.

водой даже при низком расходе.

Т. Водяной фильтр должен быть установлен на всех установ"

K. Смонтировать электромагнитный клапан и регулирующий

ках, в которых вода может оказаться загрязненной.

вентиль как можно ближе к испарителю, чтобы уменьшить

U. Фильтр воды на входе в испаритель нужно использовать

объем хладагента, остающегося в испарителе при его зак"

очень осторожно. Загрязнение фильтра или каналов может

рытии.

вызвать неравномерное распределение воды по каналам и

способствует опасеости замерзания. Отдельный фильтр -

это, вероятно, более удачное решение.

134

8. Масла и хладагенты

Давление пара. В растворимых маслах понижается давление

8. Масла и хладагенты

испарения масла. Это явление слабо сказывается на работе

установки, кроме конечного этапа испарения в испарителях

непосредственного расширения. Чтобы полностью испарить

хладагент, смесь хладагента с маслом нужно нагреть до тем"

1. Масло в холодильных системах

пературы, которая существенно превышает входную темпера"

туру нагревающей среды. Так как это невозможно, капли мас"

1.1. Масло в компрессоре

ла содержат некоторое количество не испаренного хладаген"

Основное назначение масла в холодильных установках - смаз"

та. Нужно сказать, что этот эффект очень мало сказывается на

ка движущихся частей компрессора. Другая важная функция

расчетной площади испарителя.

масла - создание уплотнения между движущимися частями,

Разность плотности. Разность плотности нерастворимого

которое препятствует перетечке хладагента из зоны высокого

масла и хладагента имеет большое значение. Нерастворимое

давления в зону низкого давления. В идеале масло должно ос"

масло с большей плотностью, чем у хладагента, собирается на

таваться в компрессоре. Однако какое"то количество масла

дне и может быть слито снизу.

всегда уносится горячим паром в линию нагнетания и поступа"

ет в различные компоненты холодильного цикла.

Нерастворимое масло с меньшей плотностью, чем у хладаген"

та, собирается на поверхности и в принципе может быть слито

Слишком большой унос масла из компрессора создает двоя"

отсюда. Но поскольку уровень хладагента в большинстве слу"

кий отрицательный эффект:

чаев меняется, трудно подобрать удачное положение отвер"

♦ масло, попавшее в другие компоненты холодильной уста"

стия слива масла.

новки, снижает их производительность или иным образом

Смазывающая способность. Хлорированные углеводороды

нарушает их работу;

в сочетании с маслом обладают прекрасной смазывающей спо"

♦ недостаток масла в компрессоре нарушает смазку и комп"

собностью, особенно в машинах с алюминиевыми частями. В

рессором может заклинить.

этом отношении можно пожалеть, что скоро они будут выведе"

ны из обращения.

Имеется несколько способов ограничить унос масла из комп"

рессора и обеспечить его возврат.

Переход на новый хладагент может привести к разрушению

компрессора, если для этого хладагента не будет выбрано под"

ходящее масло в точном соответствии с рекомендациями из"

готовителя компрессора.

1.2. Система масло хладагент

Растворимость. Растворимость масла в хладагентах может

Гигроскопические свойства. Некоторые синтетические мас"

быть различной - от полной растворимости до нулевой. Важ"

ла гигроскопичны, поэтому при заправке системы необходи"

ным промежуточным состоянием этой системы является об"

мо проявлять осторожность, чтобы масло не поглотило влагу

разование двухфазных смесей «масло, растворенное в хлада"

из окружающего воздуха.

генте» и «хладагент, растворенный в масле» (см. рис. 01).

Гигроскопичные масла обладают тем преимуществом, что сни"

Распределение хладагентов в масле. Растворимость хла"

жают риск образования льда в ТРВ.

дагентов в масле зависит от свойств масла и хладагента. Ка"

Большой недостаток этих масел - относительно высокая ра"

кое"то определенное масло может очень хорошо растворять

створимость неорганических соединений, например, тех, ко"

один хладагент и очень плохо растворять другой. Если это мас"

торые образуются при износе оборудования. Это увеличивает

ло контактирует одновременно с обоими хладагентами, оно

вероятность загрязнения испарителя со стороны хладагента.

содержит эти хладагенты в различной концентрации. Это еще

недостаточно изученое явление, особенно важное для зеотроп"

Масла на алкидной основе особенно гигроскопичны, более

ных хладагентов, т.е. для хладагентов с температурным глай"

современные масла на основе сложных эфиров и сложных эфи"

дом (см. рис. 01).

ров полиатомных спиртов в этом отношении лучше.

Миграция пара. Если пар хладагента контактирует с чистым

растворимым маслом, он будет растворяться в масле. Если

количество хладагента достаточно велико, масло постепенно

1.3. Масло в испарителях

будет разбавлено, см. рис. 03.

Присутствие масла в испарителе создает две проблемы.

Химическая активность. Длинные цепи углеводородов в ми"

♦ Обычно хладагент течет снизу вверх. Поэтому масло может

неральных маслах химически инертны. В противоположность

задерживаться в каналах.

этому, различные функциональные группы, присоединенные к

♦ При низкой температуре масло обладает высокой вязкос"

углеродной цепочке в синтетических маслах, такие как группы

тью, и капли масла прилипают к поверхности теплообмен"

простого и сложного эфира, гидроксильная и окси"группа и

ника.

другие, делают эти масла химически активными в присутствии

воды и кислорода. Проблема осложняется тем, что некоторые

В этом параграфе, а также на рис. 05 обсуждаются моменты,

металлы и оксиды металлов, попадающие в контур в результа"

важные для решения этих проблем.

те износа оборудования и при сварке, являются очень хоро"

♦ Независимо от плотности масла, капли двигаются по кана"

шими катализаторами. При разложении масла образуются во"

лам, постоянно меняя направление и наталкиваясь на стен"

дород, углеводороды, кислоты, смолы, асфальты и другие про"

ки. Каналы действуют как своего рода деэмульгаторы, пре"

дукты, которые создают различные проблемы - от накопления

вращая капли масла в пленку.

неконденсирующихся газов в конденсаторах до загрязнения

испарителей.

♦ Свойства пленки определяются вязкостью масла. Масло с

низкой вязкостью иногда течет по каналам в виде тумана,

Кроме того, хладагент может взаимодействовать с неправиль"

иногда - в виде слоя жидкости на стенке. Масло с высокой

но выбранным маслом. Лучший пример такого рода - аммиак,

вязкостью прилипает к поверхности, образуя относительно

который активно реагирует с синтетическими маслами на ос"

неподвижный слой. Важный, но плохо изученный фактор это

нове сложных эфиров многоатомных спиртов (РОЕ). Другой

влияние сил поверхностного напряжения на загрязнение

пример - хладагент R134A, нестабильный при контакте с ми"

испарителя маслом.

неральными маслами или с остатками соединений хлора, ко"

торые могут присутствовать в масле, если прежде холодиль"

♦ Нерастворимое масло загрязняет всю поверхность нагре"

ная установка работала на хладагенте R12.

ва в испарителях обоих типов - и непосредственного рас"

ширения, и затопленных.

8. Масла и хладагенты

135

Фаза пара

Одна фаза

Фаза жидкого

хладагента

Фаза хладагента

Фаза масла

Две фазы

Хладагент 1

Хладагент 2

Хладагент 3

Масло, %

Рис. 01. Распределение масла между

Рис. 02. Распределение хладагентов между

двумя фазами

фазами

Частично растворимое масло распределяется между двумя

Три компонента этого зеотропного хладагента имеют различ"

фазами, в одной из которых основным компонентом являет"

ную растворимость в масле и различную летучесть. Перво"

ся хладагент - «фаза хладагента», а в другой - масло - «фаза

начально концентрация всех трех компонентов одинакова, но

масла». Состав каждой фазы при данной температуре можно

после установления равновесия хладагент 3 присутствует в

определить по кривой растворения.

более высокой концентрации в масле и в газообразной фазе.

Если температура превышает определенную точку, где кри"

Если количество масла велико, то состав, а, следовательно,

вые пересекаются, существует только одна фаза независи"

и давление паров этой зеотропной смеси, существенно из"

мо от содержания масла.

меняется.

А. Масло легче хладагента (R502). Слив масла сверху, из точ"

ки, близкой к поверхности раздела фаз.

Чистое масло

Чистый хладагент

Раствор хладагента в мас"

ле

В сосуде не осталось жид"

кого хладагента

В. Масло тяжелее хладагента (аммиак). Слив масла сверху

со дна сосуда, предпочтительно из нижней точки.

С. Полностью растворимое масло. Слив масла невозможен

Рис. 03. Миграция хладагента

(или не нужен). Поскольку жидкость подается в испаритель,

Когда клапан открыт, хладагент растворяется в масле. Миг"

где хладагент испаряется, концентрация масла в ресивере

рация хладагента из правого сосуда в левый продолжается

возрастает.

до тех пор, пока не испарится весь хладагент или пока не об"

разуется насыщенный раствор хладагента в масле. Подоб"

Рис. 04. Разность плотности

ная миграция возможна, если отключенный компрессор со"

Обычно в термосифонных установках, особенно аммиачных,

единен с испарителем, в котором остался жидкий хладагент.

применяются системы масло " хладагент типа В, так как не"

Масло при этом теряет смазывающую способность.

растворимое тяжелое масло очень легко сливается из реси"

вера.

Термосифонные холодильные установки плохо приспособ"

лены к использованию систем типа А или С. В случае систем

типа А трудно выбрать уровень для отверстия слива масла, в

случае систем типа С необходим специальный испаритель

возврата масла.

136

8. Масла и хладагенты

♦ Растворимое масло загрязняет только зону перегрева в ис"

ния на метр длины потока нет абсолютного нижнего преде"

парителях непосредственного расширения.

ла, но постарайтесь, чтобы эта величина была больше 5 кПа/

м (длина канала измеряется по расстоянию между центра"

♦ Затопленные испарители не загрязняются растворимым

ми соединительных отверстий).

маслом. Если ожидаются серьезные проблемы из"за загряз"

нения маслом, можно выбрать именно такую конструкцию,

♦ Имейте в виду, что большой перепад давления означает вы"

хотя при этом потребуется испаритель возврата масла (см.

сокую входную температуру, а это снижает разность темпе"

гл. 1, «Применения», § 16).

ратур между средами.

♦ При низком расходе пара через каналы испарителя непос"

♦ Если можно ожидать проблем с удалением масла из испа"

редственного расширения усилие сдвига может оказаться

рителя, постарайтесь максимально увеличить разность

недостаточным для подъема капель масла. В этом случае

температур, так как это позволит уменьшить количество

масло - растворимое или нет - собирается в испарителе.

пластин (каналов), т.е. увеличить перепад давления с обе"

Оно может налипать на поверхность теплообменника или об"

их сторон.

разовать масляную пробку в каналах.

♦ Большой перепад давления на стороне хладагента означа"

♦ Для решения этой проблемы можно, во"первых, поддержи"

ет большой перепад и на стороне охлаждаемой жидкости.

вать скорость пара включением"выключением испарителя.

Если это неприемлемо, часть жидкости можно пропускать

через байпас.

♦ Во вторых, обдумайте возможность применения регулиру"

емого байпаса горячего газа для управления производи"

♦ Если в качестве испарителей непосредственного расшире"

тельностью испарителя непосредственного расширения.

ния используются ППТО, то движение масла улучшается при

Один из примеров показан в гл. 4, «Испарители и сепара

наличии распределителей потока (см. гл. 4, «Испарители

торы», на рис. 24. Возможны различные варианты данной

и сепараторы», рис.18).

схемы, а изготовители клапанов производят специальные

♦ ПСПТО нужно оборудовать распределительной трубкой, в

клапаны такого назначения.

которой диаметр отверстий увеличивается от входа к выхо"

♦ Управление с помощью байпаса горячего пара имеет сле"

дув, см. рис. 06.

дующее преимущество: когда расход хладагента через ис"

♦ В ПСПТО, применяемых в качестве испарителей непосред"

паритель уменьшается из"за снижения тепловой нагрузки,

ственного расширения, тяжелое масло отводится через

подача горячего пара из компрессора компенсирует это сни"

входной патрубок (см. рис. 06).

жение расхода.

♦ Второй положительный эффект байпаса горячего пара со"

стоит в повышении температуры, что помогает смывать мас"

1.4. Масло в конденсаторах

ло из испарителя.

На рис. 05 приводятся сведения о том, как влияют возможные

♦ Простейшим решением является инжекция горячего пара с

сочетания плотности и растворимости масла на работу конден"

помощью электромагнитного клапана. То же устройство мо"

саторов и испарителей. Конденсаторы, обычно, малочувстви"

жет применяться и при откачке хладагента (см. гл. 7, «За

тельны к присутствию масла, единственное возможное ослож"

мерзание», рис. 04 L и М). Учтите, что это не управление

нение - образование пленки масла в аммиачных установках.

производительностью, а лишь способ удаления масла и

жидкого хладагента из испарителя.

♦ Третий возможный способ удаления масла - уменьшение

1.5. Масло в линиях хладагента

его вязкости за счет более высокой температуры на сторо"

На рис. 07 показаны некоторые способы прокладки трубопро"

не охлаждаемой среды.

водов. Кроме того:

♦ Однако лучше всего предотвратить попадание масла в ис"

♦ скорость пара должна быть достаточно высокой, чтобы не"

паритель. Если вы предполагаете, что в установке могут воз"

сти капли масла и, возможно, жидкого хладагента;

никнуть проблемы с распределением масла, установите

хороший маслоотделитель.

♦ перепад давления в трубах должен быть по возможности

низким (это требование в определенной степени противо"

♦ Кроме того, термосифонный испаритель обязательно дол"

речит предыдущему).

жен быть оборудован системой слива масла (см. гл. 1,

«Приложения», рис. 10 и гл. 4, «Испарители и сепарато

ры», рис. 07).

1.6. Маслоотделители

♦ В испарителях непосредственного расширения отвод мас"

ла обычно не требуется.

Лучше всего отделить масло непосредственно на выходе ком"

прессора, установив здесь маслоотделитель. Обычно крупные

♦ Исключением являются аммиачные установки с нераство"

капли масла отделяются системой перегородок, а мелкие -

римым маслом, в противном случае масляные пробки мо"

туманоуловителем.

гут вызвать проблемы в ТРВ. Масло нужно отводить из ре"

сивера высокого давления, т.е. прежде чем оно попадет в

Заметьте, что туманоуловитель это не фильтр. Фильтр не про"

ТРВ. Возможен также отвод масла из ресивера низкого дав"

пускает частицы, размер которых превосходит размер ячейки.

ления.

С другой стороны и перегородки, и туманоуловитель основа"

ны на одном и том же принципе: пар хладагента, проходя че"

♦ Наиболее важный параметр, от которого зависит движение

рез перегородки или проволочную сетку, часто меняет направ"

масла через испаритель, это усилие сдвига у стенки. Вмес"

ление.

то него можно использовать величину, которую проще рас"

считать, - падение давления на метр длины потока. Скоро"

Капли не могут менять направление с той же скоростью и осе"

сти потока пара не достаточно для оценки, так как движение

дают на перегородках или на проволоке. На твердой поверох"

масла в значительной степени зависит от гидравлического

ности они сливаются в большие капли, которые стекают на дно

диаметра и формы канала, а так же от физических свойств

маслоотделителя под действием силы тяжести.

масла и хладагента, особенно от вязкости.

В конечном итоге масло собирается в приемнике на дне се"

♦ В пластинчатых теплообменниках масло может переносить"

паратора. В некоторых случаях масло здесь подогревается го"

ся при скоростях в десять раз меньших, чем в вертикальных

рячим паром или электронагревателем для испарения хла"

соединительных трубах. Для допустимого падения давле"

дагента.

8. Масла и хладагенты

137

Нерастворимое масло

Растворимое масло

Îáùàÿ èíôîðìàöèÿ. На практике применяется только

Îáùàÿ èíôîðìàöèÿ. Масло ухудшает физические свой"

одна система этого типа, которая к тому же скоро выйдет

ства раствора масла в хладагенте, особенно вязкость, в

из употребления, - R502 / минеральное масло (при низких

результате снижается коэффициент теплопередачи. Не"

температурах R22 растворяется в масле с образованием

большое количество масла (менее 1%) может даже улуч"

двух фаз: «масло в хладагенте» и «хладагент в масле»).

шить теплообмен при кипении.

Загрязнение образующейся пленкой масла может стать

Èñïàðèòåëü íåïîñðåäñòâåííîãî ðàñøèðåíèÿ. На пос"

проблемой, особенно при очень низких температурах. В

леднем этапе испарения, на котором весь хладагент при"

конденсаторах она может улучшить теплообмен, создавая

сутствует в газовой фазе, масло может налипать на повер"

условия для капельной конденсации, см. главу 5, «Конден

хность нагрева. Это является проблемой при низких тем"

саторы и жидкостные ресиверы», § 1. В испарителях

пературах (менее 20 °С) и большой вязкости масла, осо"

пленка блокирует центры парообразования и ухудшает теп"

бенно для хладагента R22, так как масло только частично

лообмен. См. главу 4, «Испарители и сепараторы», § 1.2.

растворяется в нем при низких температурах. Масло мо"

жет скапливаться на выходе из испарителя и стекать об"

Èñïàðèòåëü íåïîñðåäñòâåííîãî ðàñøèðåíèÿ. По"

ратно в аппарат. Современные ППТО с распределем по"

скольку масло течет над хладагентом, оно входит в кана"

тока оличаются лучшим уносом масла из испарителя (см.

лы и покидает их с потоком хладагента. Большое количе"

главу 4, «Испарители и сепараторы», рис. 18, о ПСПТО

ство масла с высокой вязкостью (при низких температу"

см. также рис. 06 в этой главе).

рах) может нарушить работу ТРВ. Данную проблему мож"

но решить установкой маслоотделителя и периодической

Используйте хороший маслоотделитель и, возможно, уп"

промывкой испарителя горячим газом (см. главу 4, «Ис

равление с помощью байпаса горячего пара (см. главу 4,

парители и сепараторы», рис. 24).

«Испарители и сепараторы», рис. 24 или главу 7, «За

мерзание», рис. 04 L& M).

Çàòîïëåííûé èñïàðèòåëü. Не рекомендуется применять

с этой системой, так как масло трудно отводить с поверх"

Çàòîïëåííûé èñïàðèòåëü. Поскольку жидкий хладагент

ности хладагента. В случае хладагента R22 эффективный

омывает всю поверхность, загрязнение маслом не состав"

испаритель возврата масла (см. главу 1, «Применения»,

ляет проблемы, но если не принять специальных мер, мас"

§ 16) препятствует образованию легкой фазы с высокой

ло постепенно концентрируется в контуре испаритель -

долей масла, причем выход для подачи смеси в испари"

отделитель жидкости, а его уровень в компрессоре пони"

тель возврата масла может располагаться в любом удоб"

жается. Поэтому установка оборудуется специальным ис"

ном месте.

парителем для возврата масла (см. главу 1, «Примене

ния», § 16).

Êîíäåíñàòîð. Масло не создает проблем, если конден"

сат полностью сливается из конденсатора. Масло при

Êîíäåíñàòîð. Никаких проблем не возникает. Масло уда"

этом отводится вместе с конденсатом. Однако если ка"

ляется с конденсатом

кое"то количество конденсата остается в конденсаторе

(см. главу 5, «Конденсаторы и жидкостные ресиверы»,

рис. 04, 05 и 11А), масло собирается над конденсатом и

препятствует теплообмену.

Îáùàÿ èíôîðìàöèÿ. Применяется только одна промыш"

Îáùàÿ èíôîðìàöèÿ. См. выше.

ленная система такого типа, но зато очень важная: амми"

Применяются две промышленные системы такого типа:

ак " масло (минеральное или синтетическое на основе

аммиак " полиалкиленгликолевое масло (PAG) и угле"

полиальфаолефинов "РАО).

водород (пропан, пропен, бутан) " минеральное масло.

О влиянии масляной пленки см. выше.

Внимание! Масло на основе сложных эфиров много"

атомных спиртов растворимо в аммиаке, но активно с

Èñïàðèòåëü íåïîñðåäñòâåííîãî ðàñøèðåíèÿ. Масло со"

ним реагирует.

бирается у дна и его можно отводить через нижнее отвер"

стие на входе испарителя, см. рис. 06. Его можно также от"

Èñïàðèòåëü íåïîñðåäñòâåííîãî ðàñøèðåíèÿ. В отли"

водить из ресивера высокого давления и только оставшееся

чие от HCF, аммиак обычно применяется в больших испа"

небольшое количество - через вход испарителя.

рителях, такиз как сварные и полусварные ПТО. Больший

размер соединительных отверстий может вызвать нерав"

В такой установке необходим хороший маслоотделитель

номерное распределение аммиака по каналам. Поэтому

и возможно, промывка горячим паром (см. главу 4, «Ис

на входе устанавливается специальная распределитель"

парители и сепараторы», рис. 23).

ная трубка (см. рис. 06).

Çàòîïëåííûé èñïàðèòåëü. При наличии хорошей систе"

Углеводороды применяются в таких же ППТО, как и фрео"

мы возврата масла, в которой масло отводится из нижней

ны, и при этом возникают те же проблемы с маслом (см.

точки контура испаритель - отделитель жидкости, пробле"

выше).

мы загрязнения маслом не возникает (см. главу 1, «При

менения», рис. 10 и главу 4, «Испарители и сепараторы»,

Çàòîïëåííûé èñïàðèòåëü. См. выше. Для аммиака, воз"

рис.03 и 07, а также § 3.4.7 и § 3.6).

можно, лучше использовать нерастворимое масло.

Внимание! Некоторые масла (полиальфаолефины) плохо

Êîíäåíñàòîð. См. выше.

отводятся из каналов. Здесь необходимо накопление

практического опыта.

Êîíäåíñàòîð. Никаких проблем не возникает. Масло те"

чет вместе с конденсатом. При наличии конденсата в кон"

денсаторе масло тоже не создает проблем, так как оно

отводится снизу.

138

8. Масла и хладагенты

Когда уровень масла поднимается достаточно высоко, попла"

Таким образом, при внезапном изменении температуры охлаж"

вок открывает клапан и давление нагнетания возвращает мас"

дающей среды не только сильнее изменяется внутренняя энер"

ло в компрессор.

гия системы, но и теплообмен с пластинами происходит быст"

рее, т.е. с опасностью повреждения пластин. Из этого следует,

Некоторые маслоотделители способны вернуть в компрессор

что следует избегать термоударов, возникающих при двухпо"

более 99 % масла, но обычный уровень " около 80 %.

зиционном регулировании расхода, особенно со стороны ох"

Маслоотделитель следует применять во всех случаях, когда

лаждающей среды.

масло может задерживаться в испарителе. Вероятность этого

тем выше, чем ниже температура. Кроме сепарации масла,

маслоотделитель также эффективно подавляет шум.

2.2. Термоудары в системах с

Будьте осторожны, оборудуя маслоотделителем уже существу"

параллельными компрессорами

ющую холодильную установку. Масло, которое раньше распре"

Другим источником быстрых температурных изменений явля"

делялось по всей системе, может переполнить компрессор.

ется включение и отключение одного из параллельных комп"

рессоров. Это может привести к флуктуации давления и, сле"

довательно, температуры, напрямую или косвенно, если сра"

батывает двухпозиционный регулятор.

2. Охлаждение масла

Испарители непосредственного расширения, вместимость

которых по хладагенту не велика, особенно чувствительны к

2.1. Термоудары при включении/выключении

таким изменениям. Затопленные системы имеют большую

охлаждения

инерцию и, следовательно, менее чувствительны. См. рис. 09

В случае большого отношения давлений в компрессоре повы"

и главу 4, «Испарители и сепараторы», § 6.7.

шается и выходная температура хладагента и масла. Некото"

рые типы компрессоров, особенно винтовые, сильно нагрева"

ют масло. Некоторые хладагенты, например, аммиак, в процес"

2.3. Управление охладителями масла

се сжатия перегреваются сильнее, чем другие. Слишком вы"

Несколько примеров двухпозиционного управления охладите"

сокая температура масла может привести к его разложению.

лями масла показаны на рис. 08. Двухпозиционные клапаны на

То есть в системе необходимо охлаждение масла.

рис. 08 B и E можно заменить клапанами с плавным регулиро"

Охлаждение масла можно выполнять в ППТО. Однако если теп"

ванием расхода через байпас. В этом случае жидкость - масло

лообменник заполнен горячим маслом, и в него внезапно по"

или охлаждающая среда - постоянно проходит через масло"

дается холодная вода или хладагент, например, при срабаты"

охладитель, а ее расход плавно регулируется, что обеспечива"

вании двухпозиционного регулятора, это может привести к тер"

ет поддержание постоянной температуры масла.

моударам и образованию трещин, особенно между концевой

Иногда в качестве охлаждающей среды используется испаря"

и первой теплообменной пластинами. В КТТО термоудары мо"

ющийся хладагент (см. рис. 08 А и 09). Чтобы компенсировать

гут повредить крепление труб в трубной решетке.

флуктуации давления в случае нескольких компрессоров, каж"

ÏÏÒÎ áîëåå ýôôåêòèâíûå îõëàäèòåëè ìàñëà ïî ñðàâíå-

дый охладитель масла должен иметь собственный регулятор

íèþ ñ äðóãèìè òèïàìè òåïëîîáìåííèêîâ, ïîýòîìó ýêîíî-

давления. Уставка этих регуляторов определяется температу"

ìè÷åñêè öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ýòîé öåëè

рой масла на выходе и задается вручную или автоматически

ÏÏÒÎ, ïðåäóñìîòðåâ ìåðû çàùèòû îò òåðìîóäàðîâ. Рас"

(см. рис. 09).

смотрим ППТО, на одной стороне которого горячее масло, а

на другой - охлаждающая среда. Такой ППТО должен посте"

пенно входить в стационарный рабочий режим, чтобы избежать

2.4. Охлаждающая среда в охладителях

термоударов.

масла

Что вызывает более сильный термоудар, внезапное измене"

Вода, как охлаждающая среда, имеет следующие преимуще"

ние температуры масла или охлаждающей среды (воды или

ства и недостатки.

хладагента)?

♦ Вода обычно доступна и дешева.

Рассмотрим два крайних случая: двухпозиционное регулиро"

вание на стороне масла (рис. 08В) или на стороне охлаждаю"

♦ В месте установки компрессора воды может не быть, или ее

щей среды (рис. 08Е).

качество может быть сомнительным.

Когда температура масла достигает верхнего предела, в ППТО

♦ Если подача воды прекращается, компрессор может выйти

внезапно подается поток либо масла, либо охлаждающей сре"

из строя.

ды. Что происходит в ППТО, когда масло или охлаждающая сре"

♦ Чем холоднее вода, тем больше риск термоударов в масло"

да замещает прежнее содержимое каналов? Необходимо при"

охладителе.

нимать во внимание два эффекта: изменение энергии и изме"

нение коэффициента теплопередачи.

Хладагент, как охлаждающая среда, имеет следующие пре"

имущества и недостатки.

♦ Изменение энергии в ППТО. Удельная теплоемкость мас"

ла в два раза меньше, чем воды, плотность тоже немного

♦ Хладагент всегда доступен на месте установки компрессо"

меньше, т.е. энергия меньше измененяется при подаче мас"

ра и его подача прекращается только при остановке комп"

ла, чем при подаче воды. Если охлаждающей средой слу"

рессора.

жит хладагент, при его подаче энергия также изменяется

♦ Монтаж и эксплуатация такой системы сложнее.

мильнее, чем при подаче масла, поскольку при испарении

выделяется большое количество теплоты.

♦ Теплопередача. Масло имеет в несколько раз более высо"

кую вязкость, чем хладагент или вода. Кроме того, у воды

гораздо выше теплопроводность, чем у масла. Теплопровод"

ность масла и хладагента приблизительно одинакова, но в

хладагенте происходит дополнительный перенос теплоты за

счет испарения.

8. Масла и хладагенты

139

Распределительная трубка

Пар аммиака

Масло в компрессор

Распределительная трубка должна

Масло и жидкий аммиак

иметь ряд отверстий, диаметр кото"

Пар высокого давления

рых увеличивается по мере удаления

от входа. Отверстия не должны быть

обращены вниз, чтобы не перемеши"

Маслосборник

Нагрев

вать масло.

Рис. 06. Отвод нерастворимого масла из аммиачного испарителя непосредственного

расширения

1. Масло следует сливать из нижней точки входа в испари"

4. Когда маслосборник переполнен маслом, аммиак в него

тель.

больше не поступает и температура маслосборника повыша"

ется (если температура испарения отрицательна, то на стен"

2. Масло и аммиак стекают по трубе D в маслосборник. Здесь

ках перестает образовываться иней).

аммиак испаряется либо за счет температуры окружающей

среды, либо с помощью электронагревателя, либо с помощью

5. После этого нормально открытые клапаны С и D закрыва"

змеевика с горячим паром хладагента.

ются, а нормально закрытые клапаны А и В открываются. В

результате пар высокого давления выдавливает масло обрат"

3а. Пары аммиака возвращаются на вход испарителя по тру"

но в компрессор. Клапан D должен быть закрыт прежде, чем

бопроводу С.

С, чтобы удалить остаток паров аммиака.

3б. Вместо этого пар можно было бы подавать на выход испа"

6. Если выбрано решение 3б, то шаг 5 может быть пропущен.

рителя, но для этого требуется точная регулировка клапана С.

Вход в магистральный трубо"

Конденсат может стекать обратно

провод выполняется сверху

из нижнего патрубка этого двух"

Обдумайте возмож"

ходового конденсатора.

для предотвращения об"

ность прокладки ли"

ратного потока в нера"

Петля, предотвращающая

нии всасывания с ук"

ботающий испаритель.

обратный поток масла и

Вход в магистральный трубопро"

лоном к компрессору.

жидкого хладагента из вы"

вод выполняется сверху для пре"

соко расположенного кон"

дотвращения обратного потока

денсатора в компрессор.

в неработающие конденсаторы.

Конденсаторы

Обращенные вниз петли в холодильном кон"

Масло"

туре ни в каких иных случаях не допускаются.

подъем"

ные петли

Рис. 07. Линии пара испаритель компрессор конденсатор

Выходящая из испарителя смесь пара и масла поступает в

Если конденсатор расположен значительно выше компрес"

маслоотделитель. Капли масла, слишком крупные, чтобы под"

сора, хладагент может конденсироваться в паропроводе при

ниматься с паром на вертикальном участке, собираются в мас"

отключении установки. Жидкий хладагент и масло затем сте"

лоподьемной петле. В результате скорость пара на этом уча"

кают в компрессор. Во избежание этого на горизонтальном

стке увеличивается, и он разбивает масло на мелкие капли,

участке линии нагнетания нужно сделать U"образную петлю.

которые уносятся паром.

Как и в предыдущем случае, вход в магистральный трубопро"

Чтобы предотвратить обратный поток масла и жидкого хлада"

вод нужно выполнить сверху.

гента в неработающий испаритель, выход испарителя должен

присоединяться к магистральному трубопроводу сверху.

Альфа Лаваль Технический справочник по пластинчатым теплообменникам (2001 год) - часть 7