Практическая работа № 7 Техническая диагностика сху

Эксплуатация оборудования в режимах, отличных от оптимальных (например, в условиях повышенных температур окружающей среды), влияет на экономичность и безопасность работы холодильной установки. В статье рассмотрены отклонения от оптимального режима работы установки, описаны условия их выявления и устранения. Данный материал является в большей степени ответом на вопросы, поступающие в редакцию Холодильщик.RU, в частности: "На сколько процентов падает холодопроизводительность моей установки при такой жаре, и что делать?". Статья будет полезна специалистам, занятым на эксплуатации промышленного холодильного оборудования. Регулирование режима работы холодильной установки достигается установлением и поддержанием оптимальных перепадов температур между средами в теплообменных аппаратах, оптимального перегрева пара на всасывающей стороне и определенной температуры на нагнетательной стороне компрессора. Основные показатели работы холодильной установки - холодопроизводительность, расход электроэнергии, удельный расход электроэнергии, расход воды - зависят от температурного режима работы холодильной установки. Наиболее часто встречающимися отклонениями, влияющими на экономичность и безопасность работы холодильной установки, являются:

• пониженная температура кипения хладагента в испарительной системе;

• повышенная температура конденсации пара в конденсаторе;

• повышенная или чрезмерно высокая температура пара на нагнетательной стороне компрессора.

Пониженная температура кипения*. Работа холодильной установки при пониженной температуре кипения, кроме последствий, указанных выше, может вызвать замерзание хладоносителя в испарителе, подмерзание охлажденных грузов, находящихся около охлаждающих приборов, увеличение усушки продуктов, а также ухудшение смазки фреоновых компрессоров. Температура кипения является самоустанавливающимся параметром. Величина ее определяется теплопритоком к испарителю, холодопроизводительностью компрессоров, интенсивностью теплообмена в испарителе и требуемой температурой охлаждаемого объекта. Понижение температуры кипения происходит в том случае, когда при снижении тепловой нагрузки производительность включенных в работу компрессоров оказывается больше производительности охлаждающих приборов. В этом случае надо выключить часть компрессоров. При работе компрессоров с регулируемой производительностью необходимо включить автоматическую систему регулирования холодопроизводительности и следить за исправностью ее работы. Понижение температуры кипения, вызванное ухудшением интенсивности теплообмена в испарителе, объясняется многими причинами. При недостатке хладагента в системе происходит неполное заполнение испарителя, и часть его теплопередающей поверхности не используется. Основными признаками недостаточного количества хладагента являются низкий его уровень в линейном ресивере (или конденсаторе), а также периодическое оттаивание регулирующего вентиля при увеличении степени его открытия. В таком случае система должна быть пополнена хладагентом. Недостаточное количество хладагента в испарительной системе может явиться следствием неправильной регулировки его подачи. В этом случае необходимо обеспечить требуемое заполнение испарительной системы путем большего открытия регулирующего вентиля или соответствующей настройкой приборов автоматики. Снеговая шуба, оседающая на наружной поверхности охлаждающих приборов, а также замасливание их внутренней поверхности значительно ухудшают теплообмен и приводят к пониженной температуре кипения. Проведение периодических оттаиваний охлаждающих приборов позволяет не только освобождать их от снеговой шубы, но и выпускать скопившееся масло. Причиной значительного ухудшения теплообмена воздухоохладителей может быть уменьшение скорости циркулирующего воздуха или полное прекращение его циркуляции из-за зарастания воздухоохладителя или воздуховодов снеговой шубой, неудачной конструкции системы циркуляции воздуха, неисправности вентиляторов или их электродвигателей. При затопленных аммиачных испарителях (кожухотрубные, панельные испарители, коллекторные батареи и т. п.) температура кипения может понизиться в случае скопления в их нижней части большого количества масла, которое, занимая часть аппарата, уменьшает активную теплопередающую поверхность. В аппаратах для охлаждения хладоносителя при недостаточной его концентрации на трубах испарителя происходит намерзание ледяной корочки, которая, являясь термическим сопротивлением, служит причиной понижения температуры кипения. Уменьшение циркуляции хладоносителя из-за значительного засорения трубопроводов, фильтров, выхода из строя насосов, мешалок или их электродвигателей также понижает температуру кипения. Повышенная температура конденсации**. Повышенная температура конденсации приводит к уменьшению холодопроизводительности установки, увеличению потребляемой мощности и снижению технико-экономических показателей ее работы. Температура конденсации является самоустанавливающимся параметром. Величина температуры конденсации, при которой происходит самоустановление, зависит от производительности включенных компрессоров, теплопередающих свойств конденсатора и средней температуры охлаждающей среды. Снижение повышенной температуры конденсации может быть осуществлено способами, описанными выше. В некоторых случаях для снижения температуры конденсации у холодильной установки с воздушными конденсаторами при высоких температурах воздуха целесообразно производить разбрызгивание воды. Повышенная температура конденсации при оборотном водоснабжении может быть вызвана неудовлетворительной работой водоохладительного устройства (градирни). Мероприятия, направленные на улучшение его работы, сводятся к увеличению подачи циркулирующей воды и улучшению ее распределения, а также к увеличению количества воздуха, проходящего через градирню. Повышение давления конденсации может быть вызвано ухудшением теплопередачи в конденсаторах в результате:

• исключения из активного теплообмена части поверхности конденсаторов из-за их переполнения жидким хладагентом (недостаточная емкость линейных ресиверов, переполнение системы или малая подача в испарительную систему);

• наличия в конденсаторе неконденсирующихся примесей (воздух и продукты разложения масла);

• уменьшения поверхности конденсаторов, по причине неправильно проведенного ремонта прохудившихся труб (заглушение их вместо замены новыми);

• ухудшения теплообмена в связи с загрязнением поверхности труб водяным камнем, отложением ила, водорослей;

• ухудшения распределения охлаждающей воды из-за загрязнения форсунок и распределителей у вертикальных, оросительных н испарительных конденсаторов.

В автоматизированных холодильных установках повышенное давление конденсации может быть вызвано дефектами работы водорегуляторов. Повышенная температура пара после его сжатия в компрессоре. Превышение действительной температуры нагнетаемого пара по сравнению с ее оптимальными значениями может явиться следствием повышенного перегрева*** всасываемого пара, чрезмерного понижения температуры кипения, плохого охлаждения и неисправностей компрессора, наличия в системе неконденсирующихся газов. Повышенный перегрев пара на всасывании зависит от недостаточной подачи хладагента в систему, большой протяженности всасывающих трубопроводов и плохого качества их теплоизоляции. Наиболее часто встречаются следующие неисправности компрессора, вызывающие повышенную температуру нагнетания:

• значительный износ цилиндра компрессора, вызывающий большой пропуск пара через поршневые кольца, а также неплотности нагнетательных или всасывающих клапанов;

• недостаточная подача воды в охлаждающую рубашку компрессора или отложение водяного камня на его стенках, ухудшающее теплообмен через стенки рубашки;

• нарушение смазки поверхности цилиндра и разогрев ее из-за повышенного трения поршневых колец о его стенки.

У компрессоров с обильной циркуляционной смазкой (винтовые и ротационные) температура пара после его сжатия зависит не столько от температуры всасываемого пара, сколько от температуры и количества впрыскиваемого масла. Влажный ход компрессора. Влажный ход компрессора происходит при сжатии влажного пара. Это одна из наиболее опасных ненормальностей работы холодильных установок. Температура жидкого хладагента при сжатии не повышается, поэтому происходит сильное охлаждение сжимаемой смеси, а также цилиндров и всей группы движения компрессора. Первым признаком влажного хода компрессора является резкое снижение температуры конца сжатия. Сильное охлаждение компрессора может привести к замерзанию воды в охлаждающей рубашке и разрыву блока цилиндров. Повышение вязкости масла и уменьшение зазоров приводит к интенсивному износу компрессора. Резкое охлаждение цилиндра с температурой около 130-150 °С до -20 ÷ -30 °С (при попадании в разогретый компрессор порции жидкого хладагента) может служить причиной так называемого теплового удара, в результате которого при наличии трещин в металле разрушается нагнетательная полость компрессора. Если количество жидкого хладагента превышает объем мертвого пространства компрессора, то возникает опасность гидравлического удара. Нагнетательные клапаны поршневого компрессора оказывают значительное сопротивление потоку жидкого хладагента, что приводит к чрезмерному повышению давления в цилиндре компрессора и возникновению разрушающих усилий на шатуннокривошипный механизм. Относительная величина мертвого объема поршневых компрессоров составляет около 2-4%. Геометрическое изменение объема пара винтовых и ротационных компрессоров находится в пределах 2,6-5,0. Поэтому к моменту соединения нагнетательной полости компрессора с выпускным окном объем этой полости составляет примерно 20-40% от первоначального. Кроме того, у винтовых и ротационных компрессоров сечение выпускных окон имеет большую площадь, чем сечение нагнетательных клапанов поршневых компрессоров. Поэтому они менее чувствительны к влажному ходу. Признаки влажного хода компрессора:

• отсутствие перегрева всасываемого пара;

• снижение температуры нагнетаемого пара;

• изменение звука работающего компрессора: звонкий стук клапанов переходит в глухой и в цилиндре появляются стуки;

• обмерзание цилиндров и картера компрессора.

Основные причины, вызывающие попадание в компрессор влажного пара:

• избыточная подача жидкого хладагента в испарительную систему;

• вскипание жидкости в затопленных испарителях при резком снижении в них давления или при резком повышении тепловой нагрузки;

• конденсация пара во всасывающем трубопроводе при длительной стоянке или низкой температуре воздуха и плохой теплоизоляции трубопровода.

Наличие мешков во всасывающих трубопроводах повышает опасность, при скапливании в них жидкого хладагента и масла в компрессор может попасть большая порция жидкости, приводящая к гидравлическому удару. При возникновении влажного хода немедленно закрывают всасывающий вентиль компрессора и прекращают подачу жидкого хладагента в испарительную систему. Приоткрывать всасывающий вентиль следует так, чтобы в компрессоре не было стуков. Если в компрессор попало значительное количество жидкого хладагента и компрессор сильно обмерз, то в некоторых случаях целесообразно приоткрыть байпас, соединяющий всасывающую и нагнетательную линии. В этом случае в цилиндры будет поступать пар с более высокой температурой, чем из всасывающего трубопровода, и компрессор может быть быстрее приведен в рабочее состояние. Закрывать нагнетательный вентиль в этом случае категорически запрещается.

* Температура кипения. Температуру кипения t₀ определяют по мановакуумметру, присоединенному к всасывающему трубопроводу компрессора. При снижении температуры кипения холодопроизводительность установки снижается. Мощность, потребляемая компрессором, а зависимости от температуры кипения - может как увеличиваться, так и снижаться. В условиях, обычных для холодильных установок (t₀ ≤ 10 °С, t_к > 25 °С) с понижением температуры кипения мощность понижается, а в установках кондиционирования воздуха - повышается. Максимумы мощности соответствуют примерно P_k/p₀=3 [1]. Изменение температуры кипения на 1°С в среднем приводит к изменению холодопроизводительности компрессора на 4-5%, изменению потребляемой мощности на 2% и изменению удельного расхода электроэнергии на 2-3%. Температурный напор, т. е. разность между температурой воздуха в охлаждаемом объекте и температурой кипения или хладоносителя, принимается в пределах 7-10 °C. Однако в некоторых случаях экономически оправданными являются как напоры 5 °С (камеры для фруктов), так и 12-20 °С (судовые и бытовые установки). Для испарителей, в которых производится охлаждение жидкостей, разность между средней температурой охлаждаемой жидкости и температурой кипения принимается в пределах 4-6 °С. Наиболее целесообразным с экономической точки зрения является температурный напор для аммиачных испарителей 3-4 °С, для фреоновых 4-5 °С [1]. ** Температура конденсации. Температура конденсации tк определяется по температурной шкале манометра, измеряющего давление в конденсаторе. Увеличение температуры конденсации на 1 °С приводит к снижению холодопроизводительности на 1-2%, увеличению мощности на 1-1,5% и возрастанию удельного расхода электроэнергии на 2-2,5%. Разность между температурой конденсации и средней температурой воды принимается в пределах 4-6 °С, что соответствует температуре конденсации на 2-4 °С, превышающей температуру отходящей из конденсатора воды. Имеется тенденция к снижению температурного перепада; в аммиачных кожухотрубных конденсаторах этот перепад следует принимать равным от 2 до 3 °С. Нагрев воздуха в воздушных конденсаторах принимается равным 5-6 °С, а температурный перепад в пределах от 6 до 9 °С. Меньшее значение этого перепада соответствует большей стоимости электроэнергии, и наоборот. *** Во фреоновых холодильных установках, оборудованных теплообменниками, перегрев пара на всасывающей стороне находится в пределах от 10 до 45 °С. Для низкотемпературных холодильных установок, снабженных несколькими теплообменниками, этот перегрев может быть значительно выше. Перегрев пара хладагента в испарителе в большинстве случаев нежелателен, однако в испарителях с ТРВ (в малых холодильных машинах) устанавливается минимальный перегрев, необходимый для работы ТРВ (3-4 °С) [1].

Теплотехническая величина	Расчетная формула или способ определения, еденица измерения	Числовое значение и сравнение реальной и нормально-допустимой величин	Числовое значение и вектор отклонения реальной величины
Давление всасывания компрессора (Рвс)=(Р0).	Измеряется на всасыв. линии компрессора, бар.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Давление нагнетания компрессора (Рн)=(Рк).	Измеряется на нагн. линии компрессора, бар.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Температура всасывания компрессора (Твс)=(Т1)	Измеряется на всасыв. линии компрессора, ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Температура нагнетания компрессора (Тн)=(Т2)	Измеряется на нагн. линии компрессора, ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Температура ХА перед ТРВ (Т5)	Измеряется на жидкостной линии перед ТРВ, ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Температура забортной воды на входе в конд. (tw1).	Измеряется на линии подачи забортной воды в конденсатор, ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Температура забортной воды на выходе из конд.( tw2).	Измеряется на линии выхода забортной воды из конденсатора, ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Температура кипения хол.агента ( Т0).	Измеряется на ребре испарителя, ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Температура воздуха в холодильной камере (tкам)	Измеряется в воздушном пространстве камеры, ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Давление кипения (Р0).	Из построенного цикла Р0=f(T0) , бар.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Давление конденсации (Рк).	Из построенного цикла Рк=f(Tк); Tк= tw2+3, бар.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Температура кипения (T0).	Из постр. цикла Т0=f(Р0), ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Температура конденсации (Tк).	Из постр. цикла Тк=f(Рк), ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Величина перегрева перед компрессором	SH .= t1- t7, ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Величина переохлаждения за конденсатором	SC .= t4- t5, ˚С.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Удельная массовая холодопроизводитель-ность.	q = h7 - h6 , кДж/кг.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Удельная объемная холодопроизводитель-ность.	qv=q0/v1, кДж/м3.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Удельная работа сжатия в компрессоре	Aw =h2-h1, кДж/кг.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Массовая подача хладагента	G0=3600·Q0/q0 = α Pвал. / l, кг/час.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Часовой объем пара хладагента всасываемого компрессором	V=G0·1, м3/час.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Часовой объем описанный поршнями компрессора	Vh=V0/м3/час.	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Степень сжатия в компрессоре	Рк / Р0	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Коэффициент подачи компрессора	=[1-C(Pк/P0 -1)]·T0 /Tк C=0,015…0,05	- ≥ ≤ -	- ↑↓
Холодопроизводительность	Q0 = G0 · q0, кВт.	- ≥ ≤ -	- ↑↓

Таблица 1.  Определение изменений теплотехнических характеристик реального цикла СХУ

Далее приведены отклонения lg P-h диаграммы от нормы на основных элементах СХУ и причины этих отклонений (неисправностей):