Automatyzacja procesu usuwania gazów inertnych z instalacji chłodniczych.

Transkrypt

1 AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA Temat seminarium: Automatyzacja procesu usuwania gazów inertnych z instalacji chłodniczych. MAKOWSKI TOMASZ Sem. IX, SUChiKl

2 1. Źródła gazów nieskraplających się (inertnych) w urządzeniu chłodniczym: wraz z czynnikiem chłodniczym, który jako produkt handlowy moŝe zawierać do 5% powietrza przez nieszczelności (np. połączenia kołnierzowe, wrzeciona zaworów) w urządzeniach pracujących przy podciśnieniu w czasie napraw lub wymiany elementów instalacji w trakcie dopełniania systemu olejem w wyniku reakcji chemicznych oleju i czynnika chłodniczego, spowodowanych wysoką temperaturą i ciśnieniem Gazy te gromadzą się w wysokociśnieniowej części układu. Sprzyjające ich gromadzeniu się warunki to niska temperatura i małe prędkości przepływu czynnika chłodniczego, zatem głównymi miejscami ich nagromadzenia są skraplacze, zbiorniki cieczy, chłodnice międzystopniowe, etc. 2. Skutki gromadzenia się gazów inertnych w urządzeniu chłodniczym. pogorszenie warunków wymiany ciepła w skraplaczu gazy te tworzą swego rodzaju warstwę izolacyjną 2

3 Jak widać na poniŝszym wykresie, nawet niewielka zawartość powietrza, wywołuje bardzo negatywne skutki. Zawartość gazów nieskraplających się na poziomie 0.6% wywołuje spadek współczynnika przejmowania ciepła o połowę (badania przeprowadzane na czynniku R22). 1 0%, 2 0.6%, 3 1.1%, 4 1.8%, 5 2.6%, 6 3.8%, 7-5.4%, 8 6.9% Jak widać, róŝnice te są szczególnie istotne przy małej gęstości strumienia cieplnego, a zatem przy małym obciąŝeniu cieplnym skraplacza. Oczywiście, pamiętać naleŝy takŝe o tym, Ŝe relacje te zaleŝą od rodzaju czynnika, co przedstawia nam poniŝszy wykres. 3

4 wzrost ciśnienia skraplania spowodowane jest to właśnie pogorszeniem wymiany ciepła w skraplaczu, ale takŝe wynika bezpośrednio z prawa Daltona, p km = p k + p p które mówi, Ŝe ciśnienie mieszaniny dwóch gazów, jest sumą ciśnień cząstkowych ich składników. Z podwyŝszonego ciśnienia skraplania wynika szereg negatywnych skutków: o większe zuŝycie energii elektrycznej do napędu spręŝarki o wydłuŝenie czasu pracy spręŝarki o wzrost obciąŝenia łoŝysk spręŝarki o spadek wydajności chłodniczej urządzenia o wzrost temperatury tłoczenia czynnika o wzrost nieszczelności na złączach 3. Wykrywanie obecności gazów inertnych w urządzeniu chłodniczym. O obecności powietrza w instalacji moŝe świadczyć np. wyłączanie urządzenia przez presostat wysokiego ciśnienia. Stopień zapowietrzenia instalacji ustalamy dokonując pomiaru ciśnienia i temperatury czynnika na wylocie ze skraplacza. Następnie odczytujemy z odpowiednich tabel, lub z tarczy manometru (mniej dokładne) ciśnienie nasycenia czynnika przy odczytanej wcześnie 4

5 temperaturze. Wartość tą porównujemy z ciśnieniem odczytanym z manometru. RóŜnica ciśnień, mówi nam o ilości gazów inertnych w instalacji. 4. Sposoby usuwania gazów nieskraplających się z instalacji chłodniczej. NajwaŜniejszą sprawą, jest określenie odpowiednich punktów z których powietrze będzie usuwane. Gazy inertne gromadzą się w ściśle określonych miejscach instalacji. Jak wcześniej wspomniano, są to fragmenty gdzie panuje niska temperatura, a prędkość przepływającego czynnika jest najniŝsza. Dlatego bardzo waŝna jest geometria naszej instalacji i wychwycenie miejsc, w których powietrze moŝe się gromadzić. Dla przykładu, przy doprowadzaniu czynnika do zbiornika przewodem umieszczonym z boku zbiornika, wymagany jest tylko jeden punkt usuwania gazów. Z kolei, gdy doprowadzimy czynnik do zbiornika centralnie, musimy juŝ odpowietrzać go z dwóch miejsc. 5

6 Jak wynika z poniŝszego diagramu, najskuteczniejszą sposobem pozbywania się niechcianych gazów z instalacji jest ciągłe, sekwencyjne, w pełni zautomatyzowane odpowietrzanie metodą chłodniczą. Dawniej gazy te usuwane były ręcznie, metodą na oko poprzez odkręcenie kurka i zamknięcie go w chwili, którą operator uznał za stosowną. W rzeczywistości do atmosfery wydostawała się mieszanina dość bogata w czynnik chłodniczy. Biorąc pod uwagę aspekty ekonomiczne związane z uzupełnianiem instalacji w czynnik, ale takŝe ekologiczne (kategoryczny zakaz emisji substancji kontrolowanych do atmosfery) nie jest to sposób odpowiedni. Dzisiejsze metody, polegają na zassaniu mieszaniny z odpowiedniego punktu i rozdzielenie gazów poprzez wykroplenie czynnika na specjalnej chłodnicy. Gazy inertne, wolne od par czynnika usuwane są do atmosfery. PoniŜszy schemat przedstawia dobrej klasy odpowietrzacz, produkcji amerykańskiej firmy Hansen. 6

7 Mieszanina powietrzna, składająca się z powietrza i innych nie dających się skroplić gazów ze znaczną domieszką amoniaku, jest doprowadzana z instalacji chłodniczej poprzez króciec A, filtr 4, oddzielacz ciekłego amoniaku 6, zawór zwrotny 3 do zbiornika wykraplacza wypełnionego w dolnej części ciekłym amoniakiem silnie schłodzonym przez parownik. Po wejściu do kąpieli amoniaku pary amoniaku z mieszaniny prawie natychmiast zostaną wykroplone a oczyszczone powietrze gromadzi się w górnej części naczynia wykraplacza. W miarę przybywania powietrza powoduje ono wypychanie cieczy z wykraplacza i obniŝenie poziomu cieczy i wskutek tego opadnięcie pływaka i otwarcie zaworka upustowego powietrza. Po upuszczeniu określonej ilości powietrza pływak unosi się, zamykając zawór i upust powietrza. Powietrze z odpowietrznika płynie poprzez dyszę 13 w gnieździe zaworu pływakowego, zawór odcinający termostatyczny z dyszą dławiącą 9; zawór zwrotny 2. Zawór zwrotny 2 zabezpiecza przed przedostaniem się wody do odpowietrznika. Ciekły amoniak wykroplony z mieszaniny powietrznej wypychany jest z wykraplacza poprzez filtr z dyszą dławiącą 5b do króćca zasilającego parownik chłodzący wykraplacz. Normalnie parownik pobiera tylko około 5% ciekłego amoniaku z instalacji chłodniczej, a pozostałą ilość z wykroplonego amoniaku z mieszaniny powietrznej. Oddzielacz cieczy 6 zabezpiecza wykraplacz przed zalaniem ciekłym amoniakiem skroplonym w rurociągu mieszaniny powietrznej i przed zmniejszeniem efektywności działania odpowietrznika. Ciecz wydzielona w oddzielaczu jest wypychana poprzez filtr z dyszą dławiącą 5a do króćca zasilającego parownik By zabezpieczyć odpowietrznik przed nadmiernym ciśnieniem wyposaŝony jest on w zawór bezpieczeństwa ustawiony na określone ciśnienie, upuszczający do atmosfery oraz w zawór róŝnicowy ciśnienia (ustawiony na ciśnienie odpowiednio niŝsze) na przewodzie obejściowym z wykraplacza do przewodu ssawnego parownika. Ponadto wykraplacz jest trwale połączony z parownikiem i stroną niskiego ciśnienia instalacji chłodniczej przez stałą dyszę dławiącą 5b. W rozbudowanych systemach chłodniczych, konieczne jest odpowietrzanie instalacji z kilku punktów. JednakŜe, nie moŝemy tego robić jednocześnie, gdyŝ w takim wypadku mieszanina odpływa z urządzenia tylko z punktu o najwyŝszym ciśnieniu, nawet gdy róŝnice ciśnienia są bardzo niewielkie. W pozostałych punktach następowałoby tylko ciągłe zwiększanie stęŝenia powietrza. Dlatego naleŝy pamiętać, aby odpowietrzać instalacje pojedynczo i etapami. 7

8 PoniŜszy schemat przedstawia rozbudowaną instalację, odpowietrzającą z 10 punktów (8 na skraplaczach i 2 na zbiorniku cieczy). Sercem tego systemu jest odpowietrzacz działający na zasadzie wyŝej omówionego. Sterownik steruje pracą zaworów elektromagnetycznych umieszczonych w punktach poboru mieszaniny powietrza i czynnika. Gdy jeden zawór się zamyka, to otwiera się kolejny, umoŝliwiając ucieczkę 8

9 powietrza z instalacji. Czas otwarcia zaworów nastawiany jest indywidualnie, dla kaŝdego punktu poboru. Praca urządzenia jest cykliczna. Gdy po przejściu całego, pełnego cyklu urządzenie stwierdzi brak powietrza w pobieranej mieszance, wyłącza się ono na określony czas. Części składowe instalacji odpowietrzającej: 9

10 LITERATURA: Z. Bonca: Automatyka chłodnicza i klimatyzacyjna. Wydawnictwo Uczelniane WyŜszej Szkoły Morskiej w Gdyni, Gdynia Hajduk T. Bonca Z.: Gazy nie skraplające się w urządzeniu chłodniczym. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna, 2003, nr 3. Bojanowski W.: Czy zawsze warto odpowietrzać instalacje chłodnicze. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna, 2001, nr 8. Bojanowski W.: Automatyczne wielopunktowe instalacje odpowietrzające. Chłodnictwo, 1994, nr 1-2. Grenco B.V.: Usuwanie niekondensujących gazów z instalacji chłodniczej. Chłodnictwo, 1992, nr 6. Witryna internetowa Zakładu Techniki Chłodniczej: 10