Doświadczenia eksploatacyjne oraz projektowe wskazują, że podczas projektowania i doboru poszczególnych elementów składowych instalacji chłodniczych nie zawsze przeprowadzona zostaje kompletna analiza warunków montażu i pracy instalacji chłodniczej. Prowadzi to do sytuacji, w których na skutek błędnych decyzji na etapie projektowania, instalacja chłodnicza może pracować nieprawidłowo i podlegać szybszemu, niż zakładano zużyciu oraz awariom. Jest to o tyle ważne, że awaria polegająca na rozszczelnieniu instalacji może być bardzo kosztowna (straty w towarze, koszty czynnika chłodniczego i opłat środowiskowych – freony, zagrożenia życia i zdrowia ludzi znajdujących się w pobliżu – amoniak). 

W niniejszym artykule szczególny nacisk został położony na korozję, która jest jedną z głównych przyczyn rozszczelnienia instalacji. Na korozyjne środowisko nie mamy praktycznie wpływu, ale mamy wpływ na prawidłowe zaprojektowanie urządzeń i komponentów tak, aby były odporne na takie środowisko. Zacząć należy jednak od tego, aby prawidłowo określić warunki brzegowe – od tego zależy czy w kolejnych krokach dokonamy prawidłowych wyborów i czy instalacja będzie pracowała prawidłowo przez cały zaprojektowany okres swojego życia. Niebagatelne znaczenie ma również kwestia, czy w przypadku ewentualnej awarii łatwo jest ją usunąć.

W dalszej części publikacji omówione zostaną poszczególne główne komponenty instalacji chłodniczych, dla których prawidłowy dobór materiałów powinien być jednym z głównych etapów prac projektowych. Tym bardziej, że pod uwagę należy brać zarówno odporność na korozję, przewodność cieplną, ciężar, łatwość montażu, cenę, a te czynniki nie zawsze idą ze sobą w parze.

Materiały stosowane w chłodnictwie

Projektując instalację chłodniczą i dobierając główne urządzenia oraz instalację rurową łączącą je należy wziąć pod uwagę wiele czynników, które można pogrupować w następujący sposób: ƒƒ

• czynniki chłodnicze/chłodzące, które nie będą szerzej omawiane, gdyż nie to jest celem tej publikacji, chodzi o ich wpływ na materiały stosowane w komponentach chłodniczych:

            – freony – praktycznie obojętne w stosunku w wszystkich materiałów,

            – amoniak – obojętny dla stali, nie może mieć kontaktu z miedzią i jej stopami,

            – woda – działa korozyjnie na stal,

            – glikole – dobrej jakości (z inhibitorami korozji) są obojętne dla większości materiałów stosowanych w chłodnictwie.

• środowisko/otoczenie:

            – standardowe aplikacje,

            – środowiska korozyjne

            – otoczenie zewnętrzne (np. okolice wybrzeża),

            – procesy produkcyjne (np. wędzenie),

            – przechowywany towar (np. solone ryby),

            – mycie

• własności termiczne/mechaniczne:

            – przewodność cieplna (w wymiennikach ciepła pożądana, w przypadku rurociągów niepożądana),

            – udarność - wytrzymałość mechaniczna na uderzenia (w tym w niskiej temperaturze),

            – wytrzymałość na ciśnienie,

• cena:

            – cena zakupu materiału

            – łatwość obróbki/montażu – cena montażu

W tabeli nr 1 przedstawione są podstawowe materiały stosowne do produkcji komponentów/urządzeń chłodniczych oraz rurociągów z uwzględnieniem ich właściwości.

Jak wynika z tej tabeli, nie ma jednej recepty – jednego materiału, który nadawałby się dla każdej aplikacji, a przy tym był tani i łatwy w montażu.

Chłodnice

W tym punkcie, w kolejnych tabelach (2, 3, 4) przedstawione zostały najczęściej spotykane kombinacje materiałów stosowane na rury, lamele i obudowy chłodnic powietrza w zależności od zastosowanego czynnika chłodniczego i aplikacji, w których mają być użyte.

Skraplacze

W przypadku skraplaczy i chłodnic cieczy mamy do czynienia z dwoma podstawowymi rodzajami urządzeń: ƒƒ

• skraplacze powietrzne/dry-coolery; ƒƒ
• skraplacze natryskowo-wyparne/wieże wyparne.

O ile w przypadku urządzeń wyparnych należy brać pod uwagę specyfikę procesu polegającą na odparowaniu wody natryskiwanej na rurki, generalne zasady doboru materiałów są podobne w obu przypadkach i podobne do tych stosowanych przy doborze chłodnic. W tym przypadku jednak określenie środowiska pracy nie zawsze jest tak jednoznaczne, jak dla chłodnic, gdyż o ile lokalizacja zakładu w pobliżu wybrzeża jest jednoznaczna, o tyle w pobliżu: ƒƒ

• wysypisk i spalarni śmieci, ƒƒ
• zakładów produkcji cementu, ƒƒ
• wylotów z komór wędzarniczych już niekoniecznie.

Jak już sobie odpowiemy na pytanie, czy środowisko jest korozyjne, czy nie, prawidłowy dobór skraplaczy jest stosunkowo prosty, a przykładowe kombinacje pokazane w tabelach nr 5 do 7.

Należy przy tym mieć na uwadze, że skraplacze natryskowo- wyparne/wieże wyparne wymagają dostarczenia wody uzdatnionej zgodnie z wymaganiami producenta. Zasilenie urządzeń wodą o niewłaściwych parametrach może być bardziej niekorzystne dla takiego urządzenia, niż atmosfera korozyjna otoczenia. Bardzo ważna jest również pasywacja tych urządzeń w pierwszym okresie pracy.

Rurociągi chłodnicze

W przypadku rurociągów chłodniczych generalna zasada, to dobór w zależności od czynnika chłodniczego i ceny, a zabezpieczenie rurociągów w przypadku korozyjnej atmosfery jest stosunkowo łatwo zrealizować, gdy nie zależy nam na dobrym współczynniku przenikania ciepła (tak jak to ma miejsce w przypadku wymienników ciepła – chłodnice /skraplacze), a wręcz przeciwnie.

Generalnie zasady doboru materiałów przedstawiono poniżej.

Miedź

Znajduje zastosowanie we wszystkich instalacjach poza amoniakalnymi. Jej podstawowe cechy to łatwość montażu (a co za tym idzie niska cena montażu), niska masa, bardzo dobra odporność antykorozyjna, więc nie trzeba stosować dodatkowych zabezpieczeń antykorozyjnych. Ze względu na wysoką cenę miedzi, zalety te przestają mieć znaczenie przy dużych średnicach, gdzie dużego znaczenia nabiera grubość ścianki, konieczna do spełnienia warunków wytrzymałościowych. Z tego względu nie stosuje się rur o średnicach powyżej 108 mm i instalacje wykonuje się z rur i kształtek z innych materiałów – najczęściej ze stali czarnej.

Przy stosowaniu rur miedzianych warto pamiętać o właściwej grubości i jakości izolacji, którą należy dobierać nie tylko ze względu na temperaturę czynnika chłodniczego płynącego w rurociągu, ale też wilgotność pomieszczenia, w którym rurociąg jest zamontowany. Co prawda wilgoć, która przeniknie do rury miedzianej nie grozi korozją miedzi, ale woda wyciekająca z nasiąkniętej pianki kauczukowej może nastręczyć wiele problemów w pomieszczeniu, przez które przebiegają rurociągi. Stąd bardzo ważne jest stosowanie pianek do zastosowań chłodniczych (o zamkniętych porach) i wysoka jakość montażu (jakość połączeń), aby uniknąć wnikania wilgoci między izolację i rurę, zamarzania jej i degradacji izolacji przez lód. Należy również pamiętać o odpowiednim zabezpieczeniu pianki kauczukowej, gdy jest narażona na czynniki zewnętrzne (ptaki, promieniowanie UV), gdyż nie jest na nie odporna.

Stal czarna

(...)

Stal nierdzewna

(...)

Tworzywo sztuczne

(...)

Rozdzielnie zaworowe

(...)

Rys. 5. Izolacja rozdzielni zaworowych z pianki poliuretanowej wtryśniętej do płaszcza z blachy

Wnioski

Temat prawidłowego doboru materiałów dla instalacji chłodniczych jest tematem bardzo szerokim i nie ma jednej prostej odpowiedzi, z jakich materiałów wykonywać instalacje chłodnicze i jak dobierać komponenty i urządzenia. W niniejszym artykule przedstawiłem ogólny zarys tego tematu i podstawowe wytyczne. Należy przy tym pamiętać, że większość wytycznych wynika, z oprócz ogólnie znanych zagadnień technicznych, z indywidualnych doświadczeń operatorów instalacji chłodniczych. W związku z tym, reasumując, należy pamiętać, że: ƒƒ

• Inwestora nie zawsze interesuje, co i w jaki sposób jest zrobione – kupuje gotowe rozwiązanie i oczekuje określonych efektów (temperatura w pomieszczeniach i bezawaryjność) przy jak najniższej cenie. Potencjalni wykonawcy mogą to wykorzystać – szczególnie gdy najważniejsza jest cena i w sposób niedostateczny zapewnić odpowiednią odporność na korozję; ƒƒ
• warto zabezpieczyć odpowiednie wymagania już na etapie ofertowania – co prawda wszystkich wymagań się nie opisze w dokumentach przetargowych, ale można: – poprosić zewnętrzną firmę o przygotowanie dokumentacji przetargowej oraz nadzorowanie etapu ofertowania i przetargu – w takim wypadku zaproponowane zostaną konkretne rozwiązania – np. wymóg nierdzewnych chłodnic, które wszyscy oferenci muszą spełnić; – ogólnie opisać oczekiwania w zapytaniu ofertowym i wymagać opisania rozwiązań przez poszczególnych oferentów; ƒƒ
• warto wskazać potencjalnemu projektantowi/firmie wykonawczej czynniki, które nie są oczywiste, o których projektant/ wykonawca może nie wiedzieć – np. lokalizacja wysypiska śmieci w pobliżu zakładu; ƒƒ
• bardzo ważny jest monitoring parametrów pracy i stanu instalacji. Stosunkowo łatwo i szybko można zidentyfikować nieszczelność przy instalacjach amoniakalnych (zapach), wodnych i glikolowych (plamy wycieku). W przypadku freonu nie jest to już takie łatwe i o awarii często operator dowiaduje się po braku odpowiedniej temperatury w przestrzeni chłodzonej, gdy cały czynnik chłodniczy wyciekł już z instalacji.

Rafał MATERA
– Członek Zarządu,
Dyrektor ds. Operacyjnych,
MONTOSTAL Sp. z o.o.