Как выбрать правильный промышленный чиллер

Одной из наиболее убедительных причин для установки чиллера является минимизация времени простоя за счет непрерывной защиты, которую обеспечивает чиллер, отводя тепло от дорогостоящего и чувствительного к температуре технологического оборудования. В то же время чиллер экономит воду и сокращает сопутствующие расходы за счет рециркуляции и повторного использования воды из собственной системы водоснабжения предприятия. Стоимость охлаждающей воды становится значительной статьей расходов, особенно если производственное оборудование работает несколько смен в день. При установке чиллера в систему этих расходов можно избежать, как и потребности в контролируемой подаче воды из муниципальной водопроводной сети и сбросе сточных вод. Чиллер также способствует значительной экономии производственного бюджета. Кроме того, благодаря новейшим разработкам в области технологий чиллеров, окупаемость капиталовложений может быть достигнута в течение очень короткого периода работы оборудования.

При выборе параметров чиллера для обеспечения оптимальной работы необходимо знать факторы, влияющие на его производительность. Требуется определить тип рабочей жидкости, которая будет использоваться, температуру охлаждения процесса, требования к расходу и давлению, условия эксплуатации, температуру окружающей среды, необходимый размер чиллера и пространственные ограничения места установки.

Основными факторами, которые следует учитывать при выборе подходящих охлаждающих жидкостей для технологического процесса, являются их рабочие характеристики и совместимость с оборудованием. Характеристики охлаждающей жидкости зависят от ее свойств при заданной температуре. Соответствующими параметрами являются удельная теплоемкость, вязкость и точки замерзания/кипения. Существует прямая зависимость между удельной теплоемкостью и охлаждающей способностью. Для поддержания целостности системы и обеспечения оптимальной производительности в течение длительного времени рекомендуется смешивать раствор этилен- или пропиленгликоля с водой (обычно в диапазоне от 10 до 50%), когда требуются низкие или высокие температуры уставки. С точки зрения совместимости, риск коррозии и преждевременного износа уплотнений характерен для систем неправильного размера. Именно поэтому материалы конструкции и состав жидкостей являются важным фактором, а в охлаждающую жидкость рекомендуется включать ингибитор коррозии. Однако в последних моделях чиллеров резервуар для хранения и гидравлические части центробежных насосов изготавливаются из нержавеющей стали для предотвращения загрязнения технологической воды частицами ржавчины, а также обеспечения более высокого уровня надежности и контроля температуры. Аналогичным образом, современные, полностью алюминиевые микроканальные конденсаторы обеспечивают длительный срок службы без коррозии и требуют на 30% меньше хладагента по сравнению с другими типами теплообменников.

Заданная температура влияет на охлаждающую способность чиллера. Снижение температуры приводит к увеличению нагрузки на охлаждающую систему и наоборот. Существует прямая зависимость между температурой уставки чиллера и его общей охлаждающей способностью. Поэтому важно сверять опубликованные данные по производительности чиллера на соответствие предлагаемой установке. В то же время, если чиллер предназначен для работы на открытой площадке, важно определить требуемый уровень защиты от замерзания, т. е. самую минимальную температуру жидкости на выходе во время работы чиллера.

В то время как основным фактором при определении конфигурации промышленной системы охлаждения является срок службы насоса, потеря давления в системе и необходимый расход должны изначально определяться размером и производительностью насоса.
Давление: насос меньшего размера снижает расход жидкости во всем контуре охлаждения. Если чиллер оснащен внутренним клапаном сброса давления, поток будет направлен в обход процесса и вернется в чиллер. Если внутренний сброс давления отсутствует, насос попытается обеспечить необходимое давление и будет работать при давлении с перекрытым сливом (или предельном давлении). В этом состоянии срок службы насоса может быть значительно сокращен; жидкость перестает поступать, а жидкость в насосе становится горячей, в конечном итоге испаряется, ухудшая охлаждающую способность насоса, что приводит к чрезмерному износу подшипников, уплотнений и крыльчаток.Для определения потери давления в системе необходимо установить манометры на входе и выходе технологического процесса, а затем подать давление насоса для получения значений при требуемом расходе.
Расход: неподходящий для процесса расход приведет к неправильной теплопередаче, и поток жидкости не будет удалять тепло в достаточной мере для обеспечения безопасности процесса. По мере повышения температуры жидкости выше заданного значения температура поверхности/компонента также будет расти до достижения постоянной температуры, превышающей начальное значение уставки.Для большинства систем чиллеров требования к давлению и расходу подробно описаны. При определении необходимого удаления тепловой нагрузки в процессе проектирования важно учитывать все шланги, фитинги, соединения и изменения высоты, являющиеся неотъемлемой частью системы. Эти дополнительные факторы могут значительно увеличить требования к давлению, если их размеры не будут соответствовать требованиям.

Температура окружающей среды. Способность чиллера с воздушным охлаждением рассеивать тепло зависит от температуры окружающей среды. Это связано с тем, что система охлаждения использует перепад температуры окружающего воздуха/хладагента для теплопередачи в процессе конденсации. Повышение температуры окружающего воздуха снижает разность температур (ΔT) и, соответственно, снижает общую теплопередачу. Если чиллер использует конденсатор с жидкостным охлаждением, высокая температура окружающей среды может оказывать негативное воздействие на ключевые компоненты, такие как компрессор, насос и электроника. Эти компоненты вырабатывают тепло во время работы, а повышенная температура сокращает срок их службы. В качестве ориентира, стандартная максимальная температура окружающей среды для чиллеров, не предназначенных для работы вне помещений, составляет 40 °C.
Пространственные ограничения: чтобы поддерживать надлежащую температуру окружающего воздуха, важно обеспечить достаточное пространство для циркуляции воздуха вокруг чиллера. При отсутствии надлежащего потока рециркуляция недостаточного объема воздуха приводит к его быстрому нагреванию. Это влияет на производительность чиллера и может привести к его повреждению.

Выбор чиллера правильного размера является критически важным решением. Чиллер меньшего размера всегда будет проблемой, так как не сможет должным образом охлаждать технологическое оборудование и температура технологической воды не будет стабильной. И наоборот, слишком большой чиллер никогда не сможет работать с максимальной эффективностью и будет более дорогостоящим. Для определения правильного размера оборудования для конкретных условий применения необходимо знать расход и тепловую энергию, которую технологическое оборудование добавляет в охлаждающую среду, т. е. изменение температуры между водой на впуске и выпуске, выраженное как ∆T. Формула расчета: тепловая энергия в секунду (более известная как мощность) = массовый расход × удельная теплоемкость × изменение температуры (∆T)'. Удельная теплоемкость воды номинально выражается как 4,2 кДж/кг K, но если она содержит процентную долю гликолевых присадок, то это значение увеличивается до 4,8 кДж/кг K. Примечание: 1K = 1 °C, а плотность воды = 1, т. е. 1 л объема воды = 1 кг массы воды. Ниже приведен пример применения формулы для определения правильной мощности чиллера в кВт для работы с расходом воды 2,36 л/с (8,5 м3/ч) при изменении температуры 5 °C: тепловая энергия в секунду (кДж/с или кВт) = 2,36 л/с (расход) X 5 °C (∆T) X 4,2 кДж/кг K (удельная теплоемкость чистой воды), требуемая мощность чиллера = 49,6 кВт. Кроме того, тепловая нагрузка, для которой требуется охлаждение, может быть уже известна. В этом случае формулу можно изменить для определения разницы температур (∆T), которой можно достичь при различных значениях расхода (достижима путем выбора разных размеров насоса). На выбор размера могут влиять и другие обстоятельства. Планирование будущего расширения предприятия, воздействие высоких температур окружающей среды или расположение на большой высоте может потребовать выбора установки другого размера.

Для последнего поколения промышленных чиллеров простота технического обслуживания, безопасность эксплуатации, интеллектуальное управление и возможности подключения являются основными особенностями конструкции. Например, их конструкция включает шумопоглощающие кожухи со степенью защиты IP54, которые позволяют чиллерам работать в помещении или вне помещения даже при температуре окружающей среды до -45 °C. Они разработаны специально для обеспечения простого доступа к установленным компонентам – холодильным системам в передней части и блоку циркуляции охлаждающей воды в задней части. Широкие дверцы корпуса и продуманное расположение компонентов сокращают время технического обслуживания и позволяют легко выполнять осмотр для предотвращения поломок. Современные инновационные модели, представленные на рынке, оснащены широким диапазоном защитных устройств и функций, таких как датчики расхода и уровня, температурные датчики, датчики давления, подогрев картера и сетчатые фильтры, которые обеспечивают надежную работу чиллера. Кроме того, полностью герметичная холодильная система предотвращает утечку газообразного хладагента и не требует технического обслуживания. Согласно правилам FGAS Великобритании технический специалист, сертифицированный FGAS, должен проводить ежегодную проверку холодильных систем (для крупных систем – раз в два года). Наличие реле последовательности фаз устраняет риск повреждения компрессора из-за неправильной проводки. В новых моделях контроллер с сенсорным экраном работает с энергоэффективными алгоритмами, объединяет все датчики чиллера в единую систему и выдает своевременные предупреждения в случае отклонения от рабочих параметров. Возможность полного подключения достигается благодаря встроенной функции интеллектуального дистанционного контроля на чиллерах мощностью 11 кВт и выше. Это позволяет пользователю получать данные оборудования в режиме реального времени в понятном формате для обеспечения оптимальной эффективности.