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