Obowiązujące regulacje prawne i obostrzenia dotyczące instalacji chłodniczych wymagają zwiększenia nakładów inwestycyjnych, szczególnie w przypadku dużych ilości napełniania czynnikami. Dlatego też, firma thermofin w celu rozbudowy swojego portfolio produktów wymienników do zastosowania przede wszystkim w sektorze wielkoprzemysłowym przeprowadziła szereg badań mających na celu zoptymalizowanie konstrukcji pod kątem ilości czynnika oraz intensyfikacji wymiany ciepła.

Na potrzeby zbadania lamelowych wymienników ciepła, w 2013 roku firma thermofin GmbH stworzyła odpowiednie stanowisko badawcze (patrz rys. 1). Obok różnych czynników chłodniczych możliwe jest również wykonanie na nim pomiarów z wykorzystaniem amoniaku (R717) dla:

• ƒƒ parownika, suche rozprężenie;
• ƒƒ parownika, tryb pompowy;
• ƒƒ skraplacza;
• ƒƒ parownika z odszranianiem gorącymi gazami.

Rys.1 .

Ze względu na bardzo wysoką entalpię parowania [kJ/kg,] w porównaniu z innymi powszechnie stosowanymi czynnikami chłodniczymi, dla zapewnienia porównywalnej wydajności parownika potrzebny jest bardzo niski przepływ masowy czynnika. Kolejną szczególną cechą amoniaku jest jego wysoki stosunek gęstości cieczy do gęstości gazu (rys. 3).

Rys. 2.

Rys. 3.

Podczas pracy z bezpośrednim wtryskiem, obydwie te właściwości amoniaku zapewniają, że ilość amoniaku w stanie ciekłym na wlocie do rur wymiennika ciepła jest bardzo niska. W celu zagwarantowania wysokiej wymiany ciepła, wymagane jest całkowite zwilżenie ciekłym amoniakiem wewnętrznej powierzchni rury. Przy nie spełnieniu tego warunku będziemy mieli zakłócenia, których skutki możemy zobaczyć na rys. 4.

Rys. 4.

Aby temu zapobiec, możliwe jest podjęcie różnych działań. Na stanowisku badawczym firmy thermofin GmbH zostały w tym celu przeprowadzone różne testy i badania:

• ƒƒ rur wewnętrznie żebrowanych;
• ƒƒ elementów zawirowywujących przepływ w rurach (listwa wirowa i inne);
• ƒƒ różnicowania średnic rur;
• ƒƒ wykorzystania różnych materiałów rurowych, takich jak np. stopy aluminium;
• ƒƒróżnicowania przepływów masowych poprzez np. zmianę różnicy temperatury napędowej lub natężenia przepływu powietrza.

Rys. 5.

Ze względu na dużą różnicę pomiędzy gęstością amoniaku w fazie gazowej i płynnej (patrz rys. 3.), na wylocie z parownika występują wysokie objętości przepływu gazu, które mogą wpływać na stabilność sterowania. W celu zdefiniowania tych wpływów dla różnych trybów pracy, wzięto podczas badań pod uwagę częściowo aspekty konstrukcyjne jak i regulacyjne. Zamiast powszechnie stosowanego rozdzielacza suchego rozprężania, zastosowano rozdzielacz separacyjny. Wysoka różnica gęstości pomiędzy fazą gazową i ciekłą zapewnia bardziej równomierny rozkład amoniaku na różnych odcinkach rur. Jednocześnie można to zbadać za pomocą podłączonego gorącego gazu, eliminując w ten sposób stosowanie dodatkowego orurowania.

Klasyczna regulacja przegrzania za pomocą czujnika temperatury na wylocie z parownika jest uzupełniona o pomiar zawartości gazu za pomocą czujnika jakości gazu.

Rys. 6.

W celu opisania granic parametrów parownika, badano różne zakłócenia wpływu oleju, wody i powietrza w instalacjach amoniakalnych. W zależności od zastosowanego oleju oraz jakości separatora oleju, mogą wystąpić ogromne straty w wydajności parownika. Poniższe zdjęcia pokazują zastosowanie oleju na bazie alkilobenzenu. Pomimo teoretycznego braku mieszalności oleju z amoniakiem, stwierdzono ogromne braki. W separatorze oleju linii cieczowej, nie można go było wystarczająco oddzielić, co spowodowało gromadzenie się w parowniku.

Rys. 7. Mieszanina amoniaku z olejem na wylocie parownika

Wykres na rysunku 8 prezentuje przebieg mierzonych, przez około 2 tygodnie, wydajności tego samego wymiennika ciepła. Przy zasadniczo jednakowych warunkach, można było stwierdzić zmniejszenie przepływu ciepła o ponad 20%, w skutek obecności oleju. Następnie olej zastąpiono olejem na bazie PAO. Tutaj można było zaobserwować wysoką, dobrą separację oleju oraz stabilną wydajność.

Rys. 8.

Podsumowanie

Szczególny priorytet podczas badań otrzymały pomiary z różnymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi. Wszystkie typowe interferencje zbadano pod kątem ich wpływu na parownik. W ten sposób powstaje produkt, który może osiągnąć stabilność przy wysokich gęstościach mocy. Oprócz parowników zalanych, firma thermofin GmbH możne dostarczać klientom również parowniki suche. Są one stosowane w różnych temperaturach parowania, w tym do głębokiego zamrażania.

Dzięki temu, na podstawie zrealizowanych pomiarów stworzono produkt, który gwarantuje wysoki poziom zadowolenia klienta. Parowniki te produkowane są nie tylko na rynek europejski, ale również na rynek światowy.

Eric GERSTENBERGER
– Dział Badań i Rozwoju,
Thermofin GmbH

thermofin GmbH
Am Windrad 1
08468 Heinsdorfergrund
Deutschland
Tel.: +49 (0) 3765/38 00 - 0
Fax: +49 (0) 3765/38 00 - 80 38
e-mail: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.
www.thermofin.de