• Кожухотрубные испарители

Кожухотрубные испарители для чиллеров и холодильных установок

Кожухотрубный испаритель — это теплообменный аппарат, в котором охлаждаемая жидкая среда передаёт тепловую энергию кипящему хладагенту. Такое оборудование применяется в составе чиллеров, промышленных холодильных машин, систем кондиционирования и установок технологического охлаждения.

Кожухотрубные испарители подходят для охлаждения воды, рассола, раствора гликоля и других жидких хладоносителей. Охлаждённый теплоноситель насосом подаётся к производственному оборудованию, фанкойлам, теплообменникам или другим потребителям холода, а затем возвращается в испаритель.

Горизонтальный цилиндрический корпус обеспечивает компактное размещение аппарата внутри чиллера. В зависимости от производительности холодильной машины теплообменник может иметь один или несколько независимых контуров хладагента. Многоконтурное исполнение применяется в установках с несколькими поршневыми или винтовыми компрессорами.

Устройство кожухотрубного испарителя

Основой аппарата служит прочный металлический кожух, внутри которого расположен трубный пучок. Трубы закреплены в трубных решётках, а торцевые коллекторы распределяют хладагент между отдельными каналами. Внутренние перегородки направляют поток охлаждаемой среды поперёк труб и увеличивают интенсивность теплообмена.

Основными элементами кожухотрубного испарителя являются:

• цилиндрический кожух;
• теплообменные трубы;
• трубные решётки;
• трубный пучок;
• распределительные коллекторы;
• перегородки межтрубного пространства;
• патрубки хладагента;
• присоединения со стороны воды или гликоля;
• опоры и элементы крепления.

В аппаратах сухого расширения жидкий хладагент после регулирующего вентиля поступает внутрь труб. Охлаждаемая вода или раствор движется в межтрубном пространстве. Тепло проходит через стенку трубы от более тёплой жидкой среды к кипящему хладагенту.

Прямые трубы упрощают очистку внутренних каналов. Трубный пучок в компактной сварной конструкции может быть неразъёмным, поэтому ремонтопригодность конкретной модели необходимо оценивать по устройству коллекторов, доступности труб и рекомендациям производителя. Нельзя автоматически относить такой аппарат к кожухотрубчатым теплообменникам с плавающей головкой или съёмным пучком.

Принцип теплообмена и испарения хладагента

После конденсатора хладагент находится преимущественно в жидком состоянии. Он проходит через фильтр-осушитель и регулирующий клапан, где его давление снижается, а затем поступает в испаритель.

Внутри теплообменных труб начинается кипение. Хладагент поглощает тепло охлаждаемой среды и постепенно переходит из жидкого состояния в газообразное. На выходе должен формироваться перегретый пар, который поступает во всасывающий патрубок компрессора.

Компрессор поддерживает низкое давление кипения и перемещает пар в сторону конденсатора. В конденсаторе происходит обратный фазовый переход: газообразный хладагент отдаёт тепло и превращается в жидкий. Таким образом, испаритель поглощает тепло, а конденсатор отводит его за пределы холодильной установки.

Недостаточный перегрев на выходе испарителя может привести к попаданию жидкого хладагента в компрессор. Избыточный перегрев, напротив, уменьшает полезную теплообменную поверхность и снижает холодопроизводительность. Поэтому работа аппарата должна быть согласована с настройкой регулирующего вентиля и системой автоматики.

Технические характеристики кожухотрубных испарителей

Главной характеристикой является расчётная холодопроизводительность, выраженная в киловаттах. Однако указанное значение действительно только для определённых условий. При изменении хладагента, температуры кипения или параметров хладоносителя фактическая мощность теплообменника меняется.

При подборе учитывают следующие технические характеристики:

>номинальную и расчётную холодопроизводительность; >тип хладагента; >температуру и давление кипения; >количество холодильных контуров; >температуру среды на входе и выходе; >расход воды или раствора гликоля; >концентрацию гликоля; >допустимое гидравлическое сопротивление; >максимальное рабочее давление; >объём стороны воды и хладагента; >размеры присоединительных патрубков; >материалы кожуха, труб и трубных решёток; >габаритные размеры и массу.

Мощность теплообменника нельзя выбирать только по номинальной мощности компрессора. Для одной холодильной машины необходимо согласовать холодопроизводительность компрессора, испарителя и конденсатора при одинаковых расчётных температурах.

Также учитывают число компрессоров и ступени регулирования. Если установка работает на частичной нагрузке, распределение хладагента по трубам должно оставаться устойчивым. В многоконтурных чиллерах каждый холодильный контур обычно подключается к отдельной секции испарителя.

Охлаждение воды и растворов гликоля

Вода обладает высокой теплоёмкостью и сравнительно небольшой вязкостью, поэтому обеспечивает эффективный теплообмен и умеренное гидравлическое сопротивление. Она используется в системах, где температура жидкости не опускается ниже точки замерзания.

Для низких температур применяют раствор этиленгликоля, пропиленгликоля или специальный рассол. Концентрацию выбирают с учётом минимальной температуры эксплуатации и необходимого запаса от замерзания.

По мере увеличения содержания гликоля:

>возрастает вязкость теплоносителя; >увеличиваются потери давления; >повышается нагрузка на циркуляционный насос; >уменьшается коэффициент теплообмена; >может снижаться холодопроизводительность испарителя.

Поэтому модель, рассчитанную для охлаждения воды, нельзя без дополнительного расчёта применять с концентрированным раствором гликоля. В техническом задании необходимо указывать не только название среды, но и её концентрацию, расчётные температуры и расход.

Особое значение имеет защита от замерзания. Если движение хладоносителя прекращается, а компрессор продолжает работать, вода внутри кожуха может превратиться в лёд и повредить трубы или корпус. В систему управления включают реле протока, датчики температуры и защиту по низкому давлению.

Кожухотрубные теплообменники и другие типы аппаратов

Кожухотрубные теплообменники применяются не только как испарители, но и как конденсаторы, маслоохладители и аппараты для передачи тепла между двумя жидкими средами. Однако внутреннее устройство и расчёт каждого типа различаются.

Кожухотрубный конденсатор предназначен для конденсации паров хладагента. Использовать его вместо испарителя можно только в том случае, если такое применение прямо предусмотрено производителем.

Пластинчатый теплообменник состоит из пакета профилированных пластин. Он отличается компактностью и малым внутренним объёмом, но имеет более узкие каналы и предъявляет повышенные требования к чистоте среды. Кожухотрубный аппарат обычно выбирают при большом расходе жидкости, высокой производительности или необходимости нескольких холодильных контуров.

Также существуют:

>затопленные испарители; >испарители термосифонного типа; >теплообменники «труба в трубе»; >аппараты с U-образными трубами; >кожухотрубчатые аппараты с плавающей головкой; >вертикальные и горизонтальные теплообменники.

Эти конструкции имеют другой принцип распределения рабочих сред и не являются прямыми аналогами испарителя сухого расширения. Например, в затопленном аппарате хладагент кипит в кожухе и окружает трубы, по которым движется вода. В испарителе сухого расширения схема потоков организована иначе.

Кожухотрубчатые аппараты широко применяются на предприятиях нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, однако холодильные испарители для чиллеров имеют собственное назначение. Они не предназначены для технологического выпаривания газообразных фракций, если такое применение не предусмотрено техническим заданием и документацией изготовителя.

Хладагенты для кожухотрубных испарителей

Испаритель должен соответствовать конкретному хладагенту. При расчёте учитывают его давление, плотность, температуру кипения, массовый расход и совместимость с материалами теплообменного аппарата.

В холодильных машинах могут применяться различные HFC-, HCFC- и HFO-хладагенты. В разговорной речи их часто называют фреонами, однако для подбора необходимо указывать точное обозначение рабочего вещества.

Возможность работы с аммиаком определяется материалом труб и исполнением аппарата. Стандартные медные элементы несовместимы с аммиаком, поэтому для таких систем требуется специальный кожухотрубчатый испаритель из подходящих материалов.

Нельзя заправлять установку другим хладагентом без перерасчёта. Замена рабочего вещества влияет на холодопроизводительность, давление, настройку регулирующего вентиля, количество контуров и температуру нагнетания компрессора.

Подбор кожухотрубного испарителя

Для корректного подбора необходимо заполнить опросный лист или передать специалистам техническое задание. Расчёт по одному значению мощности может привести к недостаточной производительности или чрезмерным потерям давления.

Для подбора потребуются:

• назначение холодильной машины;
• требуемая холодопроизводительность;
• тип и количество компрессоров;
• используемый хладагент;
• температура кипения;
• перегрев пара на выходе;
• тип охлаждаемой среды;
• концентрация гликоля или рассола;
• температура среды на входе и выходе;
• расчётный расход;
• допустимый перепад давления;
• количество холодильных контуров;
• максимальное рабочее давление;
• ограничения по габаритам и монтажу.

Если испаритель подбирается для замены, дополнительно нужны маркировка старой модели, чертёж, размеры патрубков и фактические рабочие параметры установки. Совпадения только по длине корпуса и диаметру присоединений недостаточно.

После расчёта проверяют скорость движения среды, гидравлическое сопротивление, распределение хладагента и запас теплообменной поверхности. Правильно подобранный аппарат обеспечивает заданную температуру воды, устойчивое кипение и безопасную работу компрессора.

Монтаж и обслуживание теплообменного оборудования

Горизонтальный испаритель устанавливают на прочное основание с учётом массы корпуса и находящейся внутри жидкости. Трубопроводы не должны передавать на патрубки механическую нагрузку. Необходимо предусмотреть пространство для обслуживания коллекторов, арматуры и очистки труб.

На стороне хладоносителя устанавливают:

• циркуляционный насос;
• механический фильтр;
• запорную арматуру;
• реле протока;
• манометры;
• датчики температуры;
• воздухоотводчик;
• сливной патрубок;
• защиту от замерзания.

Перед первым запуском гидравлический контур промывают и удаляют из него воздух. Холодильный контур испытывают на герметичность, вакуумируют и заправляют расчётным количеством хладагента.

В процессе эксплуатации контролируют температуру воды, давление кипения, перегрев хладагента и перепад давления со стороны хладоносителя. Рост гидравлического сопротивления или снижение холодопроизводительности могут свидетельствовать о загрязнении поверхности труб.

Периодическая промывка поддерживает расчётную эффективность теплообмена. Состав моющего раствора выбирают с учётом материалов кожуха, труб и уплотнений. Использование агрессивных реагентов без проверки совместимости может вызвать коррозию и разгерметизацию аппарата.

Продажа и поставка кожухотрубных испарителей

В каталоге представлены кожухотрубные испарители различной холодопроизводительности для чиллеров и холодильных установок. Оборудование можно подобрать для охлаждения воды, раствора гликоля или рассола на коммерческом и производственном объекте.

Перед заказом необходимо уточнить технические характеристики и проверить соответствие модели рабочему режиму. При отсутствии готового решения испаритель подбирается по параметрам холодильной машины, количеству компрессоров и характеристикам хладоносителя.

Продажа теплообменного оборудования может сопровождаться консультацией по подбору, присоединению и комплектации. Вместе с испарителем при необходимости подбираются регулирующие вентили, элементы автоматики, датчики, насосы и другие компоненты холодильной установки.