Як правильно вибрати промисловий охолоджувач

Однією з найвагоміших причин для встановлення охолоджувача є мінімізація часу простоювання: цей пристрій забезпечує безперервний захист, відводячи тепло від коштовного й чутливого до температури технологічного обладнання. Паралельно охолоджувач економить воду й зменшує пов’язані з нею витрати завдяки рециркуляції та повторному використанню води із заводської системи водопостачання. Витрати на охолоджувальну воду швидко накопичуються, особливо коли обладнання працює протягом кількох змін поспіль. Охолоджувач у системі дає змогу уникнути витрат і потреби в контрольованому муніципальному водопостачанні та відведенні стічних вод, а також суттєво економить виробничий бюджет. Крім того, завдяки новітнім розробкам в галузі технологій охолодження капітальні інвестиції можуть окупитися за дуже короткий період експлуатації обладнання.

Коли йдеться про визначення характеристик охолоджувальної установки, вирішальне значення має практичне знання факторів продуктивності охолоджувача, що дає змогу підібрати оптимальний виріб. Необхідно визначити тип технологічної рідини, яка використовуватиметься, температуру охолодження процесу; вимоги до витрати й тиску, робоче середовище, температуру навколишнього середовища, розмір охолоджувача й просторові обмеження в місці розташування.

Основними факторами, про які слід пам’ятати, вибираючи охолоджувальну рідину для технологічного процесу, є її робочі характеристики та сумісність з обладнанням. Характеристики охолоджувальної рідини базуються на її властивостях за певної температурі. Важливими параметрами є питома теплоємність, в’язкість і температури замерзання й кипіння. Існує прямий зв’язок між питомою теплоємністю й холодопродуктивністю. Щоб зберегти цілісність системи й максимізувати час її експлуатації на оптимальному рівні, рекомендовано використовувати суміш етилену або пропіленгліколю з водою (зазвичай із концентрацією в діапазоні від 10 до 50 %), коли бажана температура є низькою або високою. З точки зору сумісності поширеними причинами виходу з ладу систем із неправильно підібраними параметрами є корозія та передчасна деградація ущільнень. Саме тому матеріали конструкції та характеристики рідин є важливим фактором, і рекомендовано додавати в охолоджувальну рідину інгібітор корозії. Однак у нових моделях охолоджувальної техніки бак-накопичувач і гідравлічні компоненти відцентрових насосів виготовляються з нержавіючої сталі, щоб запобігти забрудненню технологічної води частинками іржі, а також підвищити рівень надійності і контролю температури. Аналогічно сучасні повністю алюмінієві мікроканальні конденсатори спроєктовані таким чином, щоб забезпечити тривалий строк експлуатації без корозії, і потребують на 30 % менше холодоагенту порівняно з іншими типами теплообмінників.

Задана температура впливає на холодопродуктивність охолоджувача. Зниження температури збільшує навантаження на охолоджувальну систему, а її підвищення діє навпаки. Існує прямий зв’язок між температурою, на яку налаштовано охолоджувач, і його загальною холодопродуктивністю. Тому важливо перевіряти опубліковані параметри продуктивності охолоджувача на предмет їхньої відповідності запропонованій установці. У той же час, якщо охолоджувач установлюватиметься на відкритому повітрі, не менш важливо забезпечити належний захист від замерзання, що пов’язаний із найнижчою температурою рідини на виході з охолоджувача під час роботи.

Хоча під час визначення характеристик промислової системи охолодження основним фактором є строк експлуатації насоса, розмір і продуктивність насоса також визначають втрати тиску в системі й необхідну витрату.
Тиск. Насос недостатнього розміру зменшить витрату рідини в усьому контурі охолодження. Якщо охолоджувач має механізм скидання внутрішнього тиску, потік перенаправлятиметься в обхід технологічного контуру й повертатиметься в охолоджувач. Якщо механізм скидання внутрішнього тиску відсутній, насос намагатиметься забезпечити необхідний тиск і працюватиме за умов так званого порожнього тиску (ліміту). За таких умов строк експлуатації насоса може суттєво скоротитися; рідина перестає текти й рідина в насосі нагрівається, зрештою випаровується та порушує здатність насоса до охолодження, що призводить до надмірного зношення підшипників, ущільнень і робочих коліс. Для визначення втрати тиску в системі необхідно встановити манометри на вході й виході технологічного контуру, а потім на насосі під тиском отримати значення, що відповідають бажаній витраті.
Витрата. Недостатня витрата (інтенсивність потоку) в технологічному контурі призводить до зменшення теплопередачі, тому потік не відводитиме тепло, як це потрібно для безпеки робочого процесу. Коли температура рідини перевищує встановлене значення, температура поверхні й компонентів також продовжує зростати, доки не досягне певного рівня, який перевищує початкове задане значення. Для більшості систем охолодження детально описані вимоги до тиску й витрати. Визначаючи потребу в тепловідведенні на етапі проектування, важливо врахувати всі шланги, кріплення, з’єднання та перепади висот, що є невід’ємними характеристиками системи. Усі ці елементи можуть значно підвищити вимоги до тиску, якщо не врахувати їх належним чином.

Температура навколишнього середовища. На здатність охолоджувача з повітряним охолодженням розсіювати тепло впливає температура навколишнього середовища. Це пов’язано з тим, що холодильна система використовує різницю температури навколишнього повітря й холодоагенту, щоб забезпечити передавання тепла для процесу конденсації. Підвищення температури навколишнього повітря зменшує різницю температур (ΔT) і, як наслідок, загальну теплопередачу. Якщо в охолоджувачі використовується конденсатор із рідинним охолодженням, висока навколишня температура все одно може негативно вплинути на ключові компоненти, як-от компресор, насос та електроніку. Ці компоненти утворюють тепло під час роботи, і підвищення температури скорочує строк їхньої експлуатації. Типова максимальна температура навколишнього середовища для охолоджувачів без категорії зовнішнього захисту становить 40 °C.
Просторові обмеження. Для підтримання належної температури навколишнього повітря важливо забезпечити достатній простір для його циркуляції навколо охолоджувача. Без належного повітряного потоку рециркуляція повітря в недостатньому об’ємі швидко нагріває його. Це впливає на продуктивність охолоджувача й навіть може призвести до його пошкодження.

Вибір оптимального розміру охолоджувача є дуже важливим. Замалий охолоджувач завжди є джерелом проблем: він не зможе належним чином охолодити технологічне обладнання, а температура технологічної води буде нестабільною. У свою чергу, завеликий охолоджувач не зможе працювати з максимальною ефективністю й виявляється дорожчим в експлуатації. Для визначення оптимального розміру агрегату з урахуванням сценарію застосування необхідно знати витрату й кількість теплової енергії, яку технологічне обладнання додає до охолоджувальної рідини, тобто різницю температури між водою на вході й на виході (∆T). Формула для розрахунку є такою: теплова енергія на секунду (більш відома як потужність) = масова витрата × питома теплоємність × зміна температури (∆T)’. Питома теплоємність води зазвичай береться на рівні 4,2 кДж/(кг·K), але якщо вона містить гліколеві добавки, це значення збільшується до 4,8 кДж/(кг·K). Примітка: 1 K = 1 °C, а густина води дорівнює 1, тобто 1 л об’єму води = 1 кг маси води. Ось приклад застосування формули для визначення необхідної потужності охолоджувача з витратою води 2,36 л/с (8,5 м3/год) з різницею температури 5 °C: теплова енергія на секунду (кДж/с або кВт) = 2,36 л/с (витрата) × 5 °C (∆T) × 4,2 кДж/кг K (питома теплоємність чистої води), необхідна потужність охолоджувача = 49,6 кВт. Крім того, теплове навантаження, яке потрібно охолодити, може бути вже відомим, і тоді формулу можна застосувати в інший спосіб для визначення різниці температур (∆T), якої можна досягти за різних параметрів витрати (тобто з різними розмірами насосу). На вибір типорозміру також можуть вплинути інші фактори, як-от майбутнє розширення установки, вплив високих навколишніх температур або велика висота розташування.

В останньому, вдосконаленому поколінні промислових охолоджувачів основними характеристиками є простота обслуговування, безпека експлуатації, а також інтелектуальне керування та підключення. Наприклад, вони виготовляються із шумопоглинальними кожухами зі ступенем захисту IP54, що дає змогу використовувати охолоджувачі в приміщенні або на відкритому повітрі навіть за навколишньої температурі до –45 °C. Їхня конструкція забезпечує зручний доступ до компонентів — холодильних систем спереду та системи циркуляції охолоджувальної води ззаду. Широкі двері й продумане компонування скорочують час на технічне обслуговування і дають змогу легко проводити перевірки для запобігання несправностям. Нові інноваційні моделі, представлені на ринку, обладнані широким спектром пристроїв безпеки, таких як реле витрати й рівня, термодатчики, датчики тиску, підсистеми підігрівання картера й сітчасті фільтри, що підвищують надійність охолоджувача. Крім того, повністю герметична холодильна система запобігає витоку холодоагенту й не потребує обслуговування. Правила FGAS Великобританії вимагають щорічної перевірки обладнання інженером із сертифікатом FGAS (для великих холодильних систем — двічі на рік). Наявність реле послідовності фаз виключає ризик пошкодження компресора в разі неправильного підключення. У цих нових конструкціях контролер із сенсорним екраном працює за енергоефективними алгоритмами, об’єднує всі датчики охолоджувача в одну систему й видає своєчасні попередження в разі відхилення робочих параметрів від певного рівня. Можливості підключення розширені завдяки функції інтелектуального дистанційного моніторингу, що є стандартною для охолоджувачів потужністю 11 кВт і вище. Це надає оператору дані про агрегат в режимі реального часу в зрозумілому форматі для забезпечення максимальної ефективності.