При проектировании промышленных охлаждающих систем, которые для поддержания давления конденсации в зимний период используют регуляторы давления в ресивере [1, схемы 27-33; 2, Application example 3.1.3], очень часто в расчет не принимается влияние подпружиненного обратного клапана, устанавливаемого на трубопроводе слива жидкости из конденсатора в линейный ресивер. Проектировщики забывают об определенных требованиях к условиям его работы.

Зачастую использование подпружиненных обратных клапанов в охлаждающих системах не вызывает каких-либо проблем, но при установке на жидкостных линиях между конденсатором и линейным ресивером (с целью предотвращения обратного тока жидкости при повышении давления в линейном ресивере при работе «зимнего» регулятора давления) они могут стать причиной сильного падения производительности всей системы. Причиной тому достаточно высокая разница давлений (примерно от 0,25 до 2 psi (от 1723 до 13788 Па) для широко используемых рыночных моделей), которую необходимо создать на подпружиненном обратном клапане для того, чтобы преодолеть усилие запирающей пружины и открыть его. А поскольку конденсатор и линейный ресивер объединены уравнительной линией, и давление пара в том и другом примерно одинаковое, единственная сила, способная противодействовать пружине – гидростатическое давление столба жидкости над клапаном. Какова же должна быть высота этого столба? Если ваша система хорошо спроектирована и отрегулирована, потери давления в конденсаторе и его запорной арматуре незначительные, то потери на участке «конденсатор – линейный ресивер» можно принять равными 1 psi (6894 Па) плюс оценочные потери на обратном клапане. Например, если разница давлений для открытия обратного клапана составляет 2 psi (13788 Па), общие потери давления на участке «конденсатор – линейный ресивер» можно полагать равными 3 psi (20682 Па), а значит, столб жидкого аммиака на входе в обратный клапан должен создавать как минимум такое же давление. Чтобы определить необходимую высоту столба жидкости, можно воспользоваться следующей формулой:

h=P/(p*g), где

Р – давление, Па

p – плотность жидкого аммиака, кг/м3

g – ускорение свободного падения, м/с2

Об эффективности работы дренажных линий конденсаторов

Если подставить в эту формулу плотность жидкого аммиака при температуре конденсации +35 °С, то получается, что для создания давления 1 psi (6894 Па) нужен столб жидкости высотой 1,2 метра. Это значит, что для рассматриваемой системы необходимо как минимум 3,6 метра разницы высот между жидкостным патрубком конденсатора и входным патрубком обратного клапана.  И это для хорошо спроектированной системы. Заниженные диаметры трубопроводов и арматуры, неэффективная разводка трубопроводов увеличивают потери давления. Есть ли в вашей охлаждающей системе такая разница высот между выходом из конденсатора и местом установки обратного клапана? Если нет, то, вполне возможно, ради преодоления силы клапанной пружины столбу жидкости придется подняться выше выходного патрубка конденсатора, затапливая теплообменную секцию. Последствия очевидны: вы теряете часть теплообменной поверхности конденсатора, а, следовательно, его производительность.

Решение этой проблемы, само собой, заключается в снижении потерь давления на участке «конденсатор – линейный ресивер». И самым слабым звеном здесь является именно обратный клапан. Существует вариант использования проектах обратных клапаны со слабыми пружинами, с давлением открытия ≈0,25 psi (1723 Па). Одно только это решение позволит вам уменьшить высоту столба жидкости примерно на 2 метра. Также следует устанавливать обратный клапан как можно ниже, перед гидрозатвором (если вы используете гидрозатворы на линии слива жидкости из конденсатора).

Об эффективности работы дренажных линий конденсаторов

Для большей ясности рассмотрим пример. Если у некоторой охлаждающей системы потери давления на участке «конденсатор – линейный ресивер» составляют 3 psi (20682 Па), необходимо обеспечить примерно 3,6 метра разницы высот между выходным патрубком конденсатора и входным патрубком обратного клапана. Представим, что у нас есть всего лишь 3 метра разницы высот. В этом случае, при равных давлениях пара над поверхностью жидкости как в линейном ресивере, так и в конденсаторе (благодаря уравнительной линии), чтобы достигнуть давления на входе в клапан, необходимого для его открытия, столб жидкости должен вырасти еще на 0,6 метра.  Так как теплообменные секции конденсаторов представляют собой блоки горизонтальных труб высотой всего 1-2 метра, их затопление на высоту 0,6 метра будет стоить нам 33-66% теплообменной поверхности, залитой жидкостью и выключенной из процесса конденсации. Кроме того, в системах с периодически подтапливаемыми конденсаторами существует явление «снарядного» опорожнения, когда накопленный конденсат в какой-то момент времени выталкивается в линейный ресивер, быстро увеличивая уровень в нем. Сильные и резкие колебания уровня жидкости в линейном ресивере – явный признак работы охлаждающей системы с подтоплением конденсаторов. Замена обратного клапана (или хотя бы его пружины) на линии слива жидкости из конденсаторов в линейный ресивер, в результате которой перепад давления на открытом клапане падает с 2 psi до 0,25 psi (с 13788 Па до 1723 Па), в рассматриваемом примере может снизить необходимую высоту столба жидкости перед обратным клапаном приблизительно до 1,5 м, что вдвое ниже располагаемых 3 метров.

Подтопление вызывает не только перерасход электроэнергии вентиляторами конденсаторов, но и снижает их способность отводить теплоту, что более существенно. Если вы подозреваете, что ваши конденсаторы не выдают свою полную производительность, возможно, прежде чем покупать дополнительные аппараты, следует проверить уравнительную линию и линию слива жидкого хладагента в линейный ресивер исходя из соображений, изложенных ранее.

Проблема не всегда заметна с первого взгляда, зато гораздо заметней суммы, которые приходится платить за, казалось бы, небольшой огрех в выборе обратного клапана для вашей охлаждающей системы. К счастью, доступность на рынке обратных клапанов со слабой пружиной позволяет избежать подобной проблемы.

 

  1. Danfoss. Стандартные холодильные машины. Справочное пособие. Версия 2.0 (RU.SCH.001.A2.50)
  2. Danfoss. Industrial Refrigeration ammonia and CO2 applications. Application Handbook (DKRCI.PA.000.C5.02 / 520H1623)