Alfa Laval semi-welded condensers and oil coolers

Abstract

Most Russian enterprises equipped with refrigeration systems currently use exhausted evaporative condensers. To replace them, they often offer similar devices with a slightly updated range of components. However, these devices have a number of fundamental shortcomings.

Full Text

Конденсаторы

На большинстве предприятий России, оснащенных холодильными системами, в настоящее время используют выработавшие свой ресурс испарительные конденсаторы. Для их замены часто предлагают аналогичные аппараты с несколько обновленной номенклатурой комплектующих частей. Вместе с тем данные аппараты имеют ряд принципиальных недостатков.

Во-первых, совмещение функций градирни и конденсатора в одном аппарате при всей кажущейся заманчивости идеи обернулось невозможностью обеспечить высокие значения коэффициента тепло передачи - обычно он составляет не более 280 Вт/(м2 • К), а также привело к значительному увеличению габаритов и аммиакоемкости аппарата, повышению уровня шума.

Во-вторых, испарительные конденсаторы трудоемки в обслуживании, а из-за того, что практически не поддаются очищению от отложений солей, уже через 2 года эксплуатации не справляются с тепловыми нагрузками в связи со значительным снижением - до 140 Вт/(м2-К) - реальных значений коэффициентов тепло передачи.

Рис. 1. Аммиачный конденсатор на базе двух теплообменников МК- I5BWFDR Alfa Laval. Нагрузка - 8 МВт

Полу сварные пластинчатые конденсаторы, выпускаемые подмосковным заводом «Альфа Лаваль Поток», лишены этих недостатков. Сравнительные характеристики полусварных конденсаторов «Альфа Лаваль» (рис. 1) и испарительных конденсаторов приведены в табл. 1.

Полу сварные конденсаторы рассчитаны на следующие рабочие температуры (°C): газообразного аммиака на входе в конденсатор конденсации воды: на входе в конденсатор на выходе из конденсатора

Такие значения температур соответствуют среднему температурному напору 6,7 °C. Очевидно, что при уменьшении этого значения площадь поверхности теплообмена будет увеличиваться нелинейно. Так, при среднем температурном напоре, равном 5,8 °C, площадь поверхности возрастет в 1,19 раза, при 4,1 °C - в 1,52 раза, а при 2,5 °C - в 2,6 раза п<? сравнению с расчетным вариантом. При этом сохранятся все преимущества пластинчатых конденсаторов, но появится возможность либо снизить температуру конденсации, либо уменьшить расход циркулирующей воды.

В представленных в табл. 1 пластинчатых конденсаторах отношение объема аммиачной полости к нагрузке составляет 0, 005...0,0058 л/кВт, что значительно меньше, чем в испарительных и кожухо-трубных конденсаторах (до 1,5 л/кВт). 

Таблица 1

Фирма	Марка конденсатора	Тепловой поток, кВт		Площадь поверхности теплообмена, м2	Занимаемая производственная площадь, м2
		с отложением солей	чистый
Испарительные конденсаторы*
Baltimore (США)	VXMC 250 VXMC 150		1077 646,3	250 150	10,4 7,44
ХЭМЗ (Украина)	ИК 125		400	193	8,03
ПО "Металлист" (г. Самара)	КАИ-125 КАИ-100 КАИ-50		375 275 138	245 180 90	13.6 10 5,3
АООТ "Орелхолодмаш"	ИК 150-600 ИК 100-400		600 400	243 162	13,3 9,1
Hutotechnika (Венгрия)	ТКА-280 ТКА-140	807,5 403	950 475	280 140	17 8,5
ТОО НПФ "Химхолод- сервис»	МИК1-100Н МИК2-200Н МИК-300 МИК4-400Н МИК-500	205 410 615 820 1025		100 200 298,5 400 497,5	2,9 5,2 7,2 10,2 11,8
*Данные по испарительным конденсаторам приведены при температуре конденсации 35 °C и температуре воздуха по влажному термометру 18 °C (см. "Холодильная техника", 1998, № 3,5). **Данные по габаритам градирен не приведены, так как отечественной промышленностью сегодня предлагается широкий спектр градирен и автор не счел возможным остановиться на каком-либо одном типе.

В широком интервале нагрузок может быть использована одна и та же модель (см. табл. 1), но с различным числом пластин. Это означает, что изменение на грузки или смена хладагента вызовут необходимость лишь в изменении числа пластин в пакете.

Полусварные конденсаторы рассчитаны на напряжение от сил вязкости, действующих на стенку по водяной стороне, равное 50 Па (свыше 20 Па), что гарантирует низкую вероятность заиливания аппаратов и меньшее отложение солей на поверхности пластин. Рекомендуется химическая очистка, как правило, не чаще одного раза в 1,5-2 года. Аппараты могут быть подвергнуты полной разборке со 100%-ным доступом к поверхности теплообмена, что удобно для ее механической очистки. От грубых загряз нений в виде песка и других крупных механических примесей может защитить фильтр с ячейками диаметром не более 2 мм.

Рис 2. Никельпаяные теплообменники «Альфа Лаваль» в установке хмодоснабжения супермаркета. В качестве вторичного хладоносителя для замораживания используется СО2

В полу сварном конденсаторе в отличие от испарительных и кожухотрубных контакт охлаждаемой и охлаждающей сред продолжается и после конденсации, что приводит к дополнительному переохлаждению аммиака на 3...5 °C.

Коэффициент теплопередачи в полу- сварных конденсаторах составляет 3700...5400 В т/(м 2 К). К тому же они менее металлоемки по сравнению с испарительными конденсаторами. Длина водяных магистралей может быть больше длины аммиачных магистралей, а следовательно, градирня может быть отнесена дальше от места нахождения персонала, что положительно скажется на условиях работы людей, в частности позволит снизить уровень шума на предприятии.

Особенно интересным представляется использование предлагаемых «Альфа Лаваль» “сухих” градирен, так называемых охладителей жидкости, позволяющих получить чистый контур оборотного водоснабжения.

Дискуссия о целесообразности использования вместо градирни брызгальных бассейнов, которые, кстати, многие рационально используют в качестве источника “ледяной воды” в холодное время года, выходит за рамки данной статьи.

Полу сварные теплообменники хорошо работают и в качестве форконденсаторов, что может обеспечить утилизацию до 18 % общей нагрузки, приведенной в табл.1, путем использования теплоты, отведенной при охлаждении перегретого пара, для нагрева воды до практически значимых температур. Повышенный интерес к энергоэффективным технологиям сегодня заставляет разработчиков и потребителей холодильной техники все больше внимания обращать на возможность сокращения потерь. Форконденсаторы в этом отношении - довольно простое, но эффективное решение.

Низкая металлоемкость полу сварных пластинчатых конденсаторов (масса самого маленького из предлагаемых конденсаторов составляет 390 кг, самого большого - 1500 кг) позволяет изготовлять их основные составляющие из высококачественных материалов, что обеспечивает продолжительный срок эксплуатации без коррозии. Рекомендуемый срок эксплуатации полу сварных теплообменников до замены аммиачных прокладок - 5 лет, водяных прокладок - 10 лет. Ресурс теплообменников в целом практически неограничен, поэтому нередки случаи их использования свыше 30 лет.

Рабочее давление для полу сварных конденсаторов составляет 2,6 МПа, пробное - 3,35, давление разрыва - до 15,1 МПа. Разрешение на применение в аммиачных системах на территории Рос сии имеется.

Маслоохладители

Важным компонентом холодильной установки, существенно влияющим на ее энергетические характеристики и ресурс винтового холодильного агрегата, является маслоохладитель, с помощью которого поддерживают в заданном интервале значений температуру, а следовательно, и вяз кость масла, что улучшает его смазывающие и уплотняющие свойства.

Наиболее совершенными из кожухотрубных теплообменных аппаратов являются маслоохладители типа МОХ. (см. “Холодильная техника” 2000, № 3).

Поэтому автор поставил задачу - сравнить пластинчатые теплообменники именно с данным классом кожухотрубных теплообменных аппаратов, с тем что бы предметно показать основные пре имущества первых.

Для сравнения использованы опубликованные данные по результатам испытаний маслоохладителей МОХ. Температура масла ХА-30 на входе в теплообменник составляла 85 °C, на вы ходе 55 °C, температура охлаждающей воды на входе 25 °C. Объемные расходы масла 120 л/мин, а воды 225 л/мин.

Результаты сравнения приведены в табл. 2.

Таблица 2

Параметры	МОХ 36-300-1,5 (для А 350)	МОХ 36-300-1,5 (для А 350)	NB51-67M	M6MWFGR (52 Н)	NB51-53M	M6MWFGR (40 Н)
Термодинамические параметры
Тепловой поток, кВт	120	90	122	122	90,5	90,5
Перепад давлений по маслу, МПа	0,05	0,08	0,057	0,0124	0,502	0,0117
Конструктивные параметры
Диаметр, мм	325	219	-	-	-	-
Фронтальные габариты, мм			112x526	320x920	112x512	320x920
Длина, мм	2100	2600	190	690	157	690
Масса, кг	280	180	17,3	174	14,1	163

Маслоохладители серии NB (см. рис.2) - никельпаяные, т.е. пластины аппарата соединены посредством пайки в вакуумной индукционной печи. Такой аппарат компактнее полу сварного, но не может быть разобран; возможна только его химическая очистка. Имеется разрешение на применение никельпаяных теплообменников в аммиачных системах в России. Во фреоновых системах никель- паяный маслоохладитель может быть успешно заменен на аналогичный меднопаяных (СВ 51). Никельпаяный маслоохладитель обеспечивает в данном случае коэффициент теплопередачи 916 Вт/ (№’ К), объем масляной полости не более 2 л.

Полусварной маслоохладитель М6- MWFGR, выпускаемый Болшевским заводом (Московская обл.), одинаково успешно может быть использован и в аммиачных, и во фреоновых системах. Коэффициент теплопередачи аппарата 520 Вт/(м2*К), объем масляной полости не более 8 л.

В последнее время в качестве масло охладителей для фреоновых систем компании «Гран» и «Эйркул» широко применяют воздушные охладители жидкости «Альфа Лаваль».

Техническое обслуживание и очистка

Техническое обслуживание и очистка пластинчатых теплообменников намного проще, чем испарительных конденсаторов и кожухотрубных теплообменников.

Основная проблема при работе водяных конденсаторов и маслоохладителей - отложение солей на поверхности теплообмена из системы оборотного водоснабжения.

Ранее было сказано, что пластинчатые теплообменники рассчитывают таким образом, чтобы напряжение от сил вяз кости превышало некоторое значение, определенное опытным путем. Это обеспечивает менее благоприятные условия для отложения солей, чем в аппаратах иного типа. Интересно, что гидродинамические условия внутри пластинчатого аппарата таковы, что в нем не откладываются соли даже при таких тяжелых нагрузках, как утилизация водяного пара высокой температуры (до 200 °C).

Вместе с тем очевидно, что при длительной эксплуатации отложение солей будет увеличиваться.

Специалистами компании «Альфа Лаваль» на основании опыта эксплуатации пластинчатых теплообменников в странах с жесткой водой и при отсутствии водоподготовки сделан вывод о том, что даже в неблагоприятных условиях очистку пластинчатых теплообменников можно проводить не чаще 1 раза в 1-1,5 года, а в случае нормированного содержания солей в воде - не чаще 1 раза в пять лет. Кстати, вода, применяемая в Москве и Московской области, относится скорее к последней категории.

Основные рекомендации по использованию пластинчатых теплообменников сводятся к следующим:

• установить фильтр на входе воды в теплообменник с ячейками диаметром не более 1,5...2 мм;
• применять промывку обратным потоком в случае засорения теплообменника крупными частицами;
• шире использовать средства, предлагаемые компанией «Альфа Лаваль», для химической промывки аппарата без его разборки, так как при частой разборке сокращается срок эксплуатации прокладок (допускается до 7 разборок).

Рис. 3. Устройство для без разборной мойки *Алъфа-СИП*

Причин тому две - маленький внутренний объем теплообменника и высокая турбулизация потока в каналах.

Для химической промывки пластинчатых теплообменников компания «Альфа Лаваль» предлагает:

• моющие машинки (рис. 3), представляющие собой бак с электронагревателем и насосом. Электронагреватель служит для повышения температуры раствора, а насос - для его прокачки через теплообменник и связанное с ним оборудование. Машинки можно приобрести в компании «Альфа Лаваль Поток» или из готовить самостоятельно;
• моющие и пассивирующие растворы.

Моющие растворы, созданные компанией «Альфа Лаваль»:

• «Альфа Каус» - щелочной жидкий раствор на основе каустической соды.

Особенно эффективен для очистки пластинчатых теплообменников и связанного с ним оборудования от отложений биологического происхождения, а также от красителей, жиров и масел. Поставляется в пластиковой 25-литровой канистре.

Дозировка 10...30 % (100...300 г/л), температура 50...70 °C. Не рекомендуется для очистки меднопаяных теплообменников. «Альфа Фосс» - кислотный жидкий раствор на основе ортофосфорной кис лоты. Особенно эффективен для очистки пластинчатых теплообменников и связанного с ним оборудования от металлических окислов, ржавчины, извести и других отложений неорганического происхождения. Поставляется в 25-литровых канистрах. Нормальная дозировка 5...25% (50...,250 г/л), температура 40...60 °C. После мойки рекомендуется применение пассивирующего раствора «Альфа Пасс».

Нельзя использовать для очистки меднопаяных теплообменников, кислотный порошковый продукт на основе сульфановой кислоты с добавлением ингибитора коррозии. Применяют для растворения известковых и других неорганических отложений как в разборных, так и в паяных теплообменниках. Поставляется пакетах по 1 кг. Нормальная дозировкам л воды на 1 кг, температура 40...60 °C  - сильный вилочной порошковый продукт для нейтрализации использованных моющих жидкостей «Альфа-Фосс», «Альфа Скейл» перед сливом в сток. Для этого отработанную моющую жидкость необходимо слить в пластмассовую емкость и определить уровень pH. Порошок добавляют, пока кислотность раствора достигнет pH 6,5...9. Требуется примерно 300 г порошка для нейтрализация использованных смесей. Поставляется в пакетах по 300 г.

«Альфа Пасс» -щелочной очищающий раствор, предназначенный для устранения коррозии (пассивации) металлических поверхностях и сопредельном оборудовании после кислотной мойки. Поставляется в 25-литровых пластиковых канистрах. Дозировка 5 % (50 г/л), температура комнатная. При очистке крупных систем рекомендуется выдержка 30 мин. Перед пуском в производство оборудование следует промыть. Компания «Альфа Лаваль Поток» имеет развитую службу сервисного обслуживания, поэтому все работы могут быть выполнены специалистами. Ha сегодня в Москве и в ряде крупных регионов имеются партнеры, способные оперативно выполнить работы по промывке пластинчатых теплообменников. Вместе с тем простота технологии делает промывку пластинчатых теплообменников доступной для обслуживающего персонала холодильной установки. 

Таким образом, сравнение основных технических и эксплуатационных характеристик пластинчатых полу сварных теплообменников с кожухотрубными масло охладителями и испарительными конденсаторами показывает, что использование пластинчатых теплообменников (в частности, полу сварных) позволяет создавать качественно новые холодильные системы, имеющие ряд существенных преимуществ перед традиционными - они более компактны, проще и надежнее в эксплуатации, имеют меньшую емкость по хладагенту.