Оттаивание испарителей

В данной статье рассмотрены периодичность и способы оттаивания испарителей.

Периодичность оттаивания

     Существует необходимость периодического оттаивания воздухоохладителей непосредственного охлаждения, работающих при достаточно низкой температуре, при которой на их поверхности образуется слой инея. Периодичность оттаивания зависит от типа испарителя, установки и способа оттаивания. Большие гладкотрубные испарители, применяемые, например, на пивоваренных заводах, холодильниках и т. д., обычно оттаивают один или два раза в месяц. Оребренные воздухоохладители иногда оттаивают один или два раза в течение одного часа. В некоторых низкотемпературных установках испаритель непрерывно оттаивается орошением рассолом или другой незамерзающей жидкостью.

Периодичность оттаивания также зависит от степени обмерзания испарителя и количества поданной теплоты для оттаивания инея. Степень обмерзания определяется в основном типом установки, сезоном и периодичностью оттаивания. Чем чаще оттаивается испаритель, тем меньше образуется слой инея и тем короче продолжительность оттаивания.

Способы оттаивания

     Способы оттаивания испарителя можно классифицировать на естественное оттаивание и оттаивание с принудительной подачей теплоты (источник теплоты может быть различным). Естественное оттаивание иногда называют оттаиванием при остановке работы оборудования. При этом способе иней оттаивает под действием теплоты воздуха охлаждаемого пространства. При принудительном оттаивании используют теплоту от отдельного источника. Источниками дополнительной теплоты могут быть вода, рассол, электронагревательные элементы и горячий пар хладагента.

При всех способах естественного оттаивания необходимо, чтобы холодильная установка или испаритель были отключены на время, достаточное для повышения их температуры выше температуры таяния инея. Величина повышения температуры и продолжительность отключения испарителя для полного его оттаивания зависят от типа установки и периодичности оттаивания. Однако, в связи с тем что теплота для оттаивания инея поступает из окружающей среды в охлаждаемое пространство, температура в нем должна повыситься примерно до 3 – 4.5 °С. Поэтому естественного оттаивания не происходит, если расчетная температура в охлаждаемом пространстве ниже 1.5 °С.

Простейший способ оттаивания заключается в остановке оборудования вручную, при которой испаритель нагревается и иней оттаивает. Затем холодильную установку вновь включают вручную. Если к одному компрессорно-конденсаторному агрегату подсоединены испарители, размещенные в нескольких камерах или различном торговом холодильном оборудовании, то их можно по одному отключать вручную, перекрыв запорный вентиль на жидкостном трубопроводе данного испарителя. По завершении процесса оттаивания запорный вентиль открывают, и испаритель включается в работу.

При автоматическом оттаивании применяют реле времени для выключения холодильной установки на определенный период через равные промежутки времени. Количество и продолжительность периодов оттаивания задают для каждой установки отдельно. Испарители с естественной конвекцией обычно оттаивают один раз в сутки. Цикл оттаивания, как правило, начинается около полуночи и продолжается в течение нескольких часов. Агрегатированные воздухоохладители нужно оттаивать один раз каждые 3 – 6 ч. Нежелательно, чтобы холодильная установка не работала больше времени, чем это необходимо, и поэтому продолжительность процесса оттаивания должна быть такой, чтобы установка включалась в работу возможно быстрее после оттаивания.

При оттаивании с управлением по времени цикл оттаивания начинается вследствие срабатывания реле времени и оканчивается от реле температуры или давления, которые реагируют соответствующим образом на температуру или давление в испарителе. Продолжительность оттаивания автоматически регулируется, так как температура или давление в испарителе повышаются до уставки включения реле по завершении цикла оттаивания.

Наибольшее распространение получил способ естественного оттаивания путем оттаивания испарителя при остановке оборудования. Ранее указывалось, что оттаивание при остановке оборудования осуществляется посредством настройки реле цикличной работы таким образом, что температура в испарителе в нерабочую часть цикла повышается до 3 – 4 °С, т. е. испаритель за это время успевает оттаять.

Оттаивание испарителя орошением водой

При температуре в испарителе около –40 °С оттаивание осуществляется орошением поверхности змеевиков’испарителя водой. При температуре в испарителе ниже –40 °С вместо воды применяют рассол или другой незамерзающий раствор. Типичная система орошением водой змеевиков испарителя показана на рис. 1.

Система оттаивания орошением водой может быть автоматизирована, однако она часто имеет ручное управление. Запорный вентиль на жидкостном трубопроводе закрывают, хладагент отсасывается из испарителя, и компрессор останавливается. Вентиляторы испарителя выключаются, чтобы струя воды не попадала в охлаждаемое пространство. Если испаритель имеет жалюзи, то их закрывают, изолируя тем самым испаритель и предотвращая образование тумана в охлаждаемом пространстве. Испаритель орошают водой до полного оттаивания (примерно 4 – 5 мин). Затем подачу воды прекращают, а оставшаяся на испарителе вода стекает в поддон. После чего включают вентиляторы и всю установку.

Для предотвращения замерзания воды в сливном трубопроводе испаритель располагают возможно ближе к наружной стене. Кроме того, трубопровод должен быть достаточно большого диаметра для быстрого слива воды. На сливном трубопроводе вне охлаждаемого пространства устанавливают задвижку, чтобы теплый воздух не мог поступить в охлаждаемое пространство при нормальной эксплуатации установки, В некоторых случаях в поддоне для сбора талой воды устанавливают поплавковый клапан для прекращения подачи воды и предотвращения ее перелива в охлаждаемое пространство, если сливной трубопровод забивается льдом.

Рис. 1 – Система оттаивания испарителя водой: а – при работе в режиме охлаждения; б – при оттаивании; в – при сливе талой воды: 1 – поддон; 2 – испаритель; 3 – коллектор для орошения испарителя водой; 4 – переключающий вентиль; 5 – сливная труба; 6 – труба подачи воды.

     При использовании вместо воды рассола или другого- незамерзающего раствора схемой должно быть предусмотрено его возвращение в резервуар и возможность повторного применения. В некоторых случаях требуются специальные средства для повторного нагревания раствора в резервуаре. Талая вода снижает концентрацию соли в растворе. Поэтому в системе, оттаивания необходимо наличие устройства для выкипания избыточного количества воды и поддержания постоянной концентрации раствора.

Иногда применяют циркуляцию нагретого раствора гликоля через внутреннюю трубу двухтрубного испарителя. Главное преимущество этого способа заключается в том, что гликоль не разжижается талой водой.

Оттаивание испарителя электрообогревом

Оттаивание оребренных воздухоохладителей, часто осуществляют с помощью электрических нагревателей (рис. 2). Для предотвращения замерзания талой воды в поддоне и сливном трубопроводе также размещают электронагреватели.

Рис. 2 – Воздухоохладитель с оттаиванием электрообогревом (нагревательные элементы расположены в трубах).

     Электронагреватели для оттаивания включают и выключают вручную или с помощью реле времени при автоматизации этого процесса. Цикл оттаивания одинаков в любом случае. Он начинается при закрывании электромагнитного вентиля на жидкостном трубопроводе, в результате чего испаритель опорожняется, а затем компрессор останавливается вследствие срабатывания реле низкого давления. Одновременно включаются электронагревательные элементы испарителя, а вентиляторы выключаются, чтобы теплый воздух не поступал в охлаждаемое пространство. После полного оттаивания испарителя электронагреватели отключаются, электромагнитный вентиль на жидкостном трубопроводе открывается, вентиляторы испарителя и вся установка начинают работать.

Оттаивание испарителя горячим паром хладагента

Оттаивание горячим паром хладагента осуществляется несколькими способами, причем во всех применяется горячий пар, нагнетаемый компрессором. Схема простейшего способа оттаивания горячим паром показана на рис. 3. Нагнетательный трубопровод и испаритель соединяют байпасной линией с электромагнитным вентилем. Когда электромагнитный вентиль открывается, горячий пар, нагнетаемый компрессором, поступает, минуя конденсатор, в испаритель в точке после регулятора расхода хладагента. Оттаивание осуществляется горячим паром хладагента, который отдает свою теплоту холодному испарителю и конденсируется.

Этот способ оттаивания горячим паром имеет несколько недостатков. Во время цикла оттаивания количество горячего пара, подаваемого компрессором, ограничено, так как в испарителе остается большая часть жидкости, а меньшее количество хладагента возвращается в компрессор для рециркуляции.

Рис. 3 – Система оттаивания горячим паром хладагента: 1 – компрессор; 2 – испаритель; 3 – ТРВ; 4 – линия горячего пара хладагента; 5 – электромагнитный вентиль; 6 — ресивер.

     Более серьезный недостаток этого способа заключается в том, что жидкий хладагент поступает в компрессор (в начале цикла оттаивания или по окончании его) и может вызвать его повреждение.

Эти недостатки можно устранить, установив специальные средства для повторного испарения хладагента, конденсирующегося в испарителе, до поступления его в компрессор.

Рис. 4 – Система оттаивания горячими парами хладагента со змеевиком повторного испарения: 1 – всасывающий трубопровод; 2 – испаритель; 3 – ТРВ; 4 – жидкостный электромагнитный вентиль; 5 – линия слива талой воды; 6 – змеевик подогрева поддона испарителя; 7 – линия горячего пара; 8 – конденсатор; 9 – ресивер; 10 – электромагнитный вентиль горячего пара; 11 – компрессор; 12 – электромагнитный вентиль на всасывающем трубопроводе; 13 – байпасная линия, на стороне всасывания; 14 – змеевик повторного испарения; 15 – редукционный вентиль.

     Змеевики повторного испарения. Оттаивание испарителя горячим паром хладагента можно осуществить путем установки специального змеевика во всасывающем трубопроводе для повторного испарения жидкости (рис. 4). Во время нормального рабочего цикла охлаждения электромагнитный вентиль на всасывающем трубопроводе открыт и пар хладагента из испарителя поступает в компрессор, минуя змеевик повторного испарения; чем предотвращается существенное снижение давления во всасывающем трубопроводе. Через определенные интервалы времени (обычно через 3 – 6 ч) реле времени переключает машину на цикл оттаивания (электромагнитный вентиль на трубопроводе горячего пара открывается, а на всасывающей байпасной линии закрывается). Одновременно выключаются вентиляторы испарителя, а вентилятор змеевика повторного испарения включается. Жидкость, сконденсировавшаяся в испарителе, повторно испаряется в змеевике, и пар всасывается компрессором, где он сжимается и затем снова нагнетается в испаритель. Цикл оттаивания завершается при срабатывании реле времени или реле температуры испарителя. Установка переключается на цикл охлаждения, когда электромагнитный вентиль горячего пара закрывается, а электромагнитный вентиль на линии всасывания открывается, вентилятор змеевика повторного испарения выключается, а вентиляторы испарителя включаются.

Оттаивание многоиспарительных систем. Если два или большее количество испарителей подсоединены к общему компрессорно-конденсаторному агрегату, то их можно оттаивать индивидуально. В этом случае работающий испаритель является аппаратом для повторного испарения хладагента, сконденсировавшегося в оттаиваемом испарителе. Схема такой системы показана на рис. 5.

Рис. 5 – Система оттаивания многоиспарительной установки горячими парами хладагента: 1 – компрессор; 2 – регулятор давления «После себя»; 3, 5, 6, 7, 9, 10, 12, 14, 15, 18 – вентили; 4, 13 – испарители; 8, 11 – ТРВ; 16 – конденсатор; 17 – ресивер.

     Оттаивание реверсивным циклом. При реверсивном цикле (цикле теплового насоса) конденсатор используют в качестве змеевика для повторного испарения хладагента, который сконденсировался в испарителе во время оттаивания. Автоматический регулирующий вентиль служит для дозированной подачи жидкого хладагента в конденсатор при повторном испарении. На рис. 6 приведены схемы оттаивания и охлаждения. Вентили 2, 3, 4 и 5 (рис. 6) можно заменить одним автоматическим четыредходовым вентилем, как показано на рис. 7.

Рис. 6 – Схема ручного оттаивания испарителя реверсивным циклом (в режиме оттаивания вентили 3 и 4 открыты, а вентили 2 и 5 закрыты; в режиме охлаждения вентили 2 и 5 открыты, а вентили 3 и 4 закрыты): 1 – компрессор; 2 – 5 – вентили; 6 – испаритель; 7 – ТРВ; 8, 10 – обратные клапаны; 9 – автоматический регулирующий вентиль; 11 – ресивер; 12 – конденсатор.

Рис. 7 – Схема автоматического оттаивания испарителя реверсивным циклом: а – режим охлаждения; б – режим оттаивания; 1 – ресивер; 2, 6 – обратные клапаны; 3, 7 – регулирующие вентили; 4 – конденсатор; 5 – четырехходовой вентиль; 8 – испаритель; 9 – компрессор.

     Оттаивание способом «Термобанк». При оттаивании испарителя горячим паром (способом «Термобанк») используют водяной бак для сохранения части теплоты, содержащейся в нагнетаемом в конденсатор паре хладагента во время работы установки в цикле охлаждения. Эта теплота расходуется на повторное испарение хладагента, сконденсировавшегося в испарителе при оттаивании.

Рис. 8 – Оттаивание способом «Термобанк»: а – режим охлаждения; б – режим оттаивания: 1 – змеевик повторного, испарения; 2 – электромагнитный вентиль горячего пара; 3 – испаритель; 4 – компрессор; 5 – ресивер; 6 – конденсатор; 7 – нагревательный змеевик; 8 – водяной бак; 9 – регулятор давления всасывания; 10 – электромагнитный вентиль на линии всасывания.

     При работе установки в цикле охлаждения (рис. 8, а) нагнетаемый компрессором пар поступает сначала через нагревательный змеевик, находящийся в водяном баке, а затем подается в конденсатор. Часть теплоты, которая отводится в конденсаторе, поглощается водой в баке. Во время цикла охлаждения всасываемый пар проходит, минуя регулятор давления всасывания и бак, чем предотвращается снижение давления во всасывающем трубопроводе и перегрев всасываемого пара в водяном баке. В нагревательном змеевике имеется байпасная трубка, регулирующая температуру воды в баке. Размер байпасной трубки таков, что при повышении температуры воды в баке большая часть нагнетаемого пара подается в конденсатор, минуя нагревательный змеевик.

При образовании слоя инея определенной толщины холодильная, установка переключается на цикл оттаивания (рис. 8, б) электрическим реле времени, которое включает электромагнитный вентиль на линии горячего пара, отключает электромагнитный вентиль на линии всасывания и останавливает вентиляторы испарителя. Горячий пар нагнетается в испаритель, оттаивая его. Хладагент в испарителе конденсируется и, поступает через регулятор давления всасывания, в змеевик повторного испарения, погруженный в воду, находящуюся в баке. В баке происходит теплообмен между водой и хладагентом, который полностью испаряется в змеевике повторного испарения. Отводимая таким образом от воды в баке теплота интенсифицирует процесс оттаивания, а хладагент отсасывается компрессором в виде пара. Во время этого процесса вода, имеющаяся в баке, замерзает на наружной поверхности змеевика повторного испарения.

Оттаивание осуществляется в течение 6 – 8 мин. Через несколько минут после периода оттаивания при закрытом электромагнитном вентиле горячего пара жидкий хладагент, оставшийся в змеевике и всасывающем трубопроводе, испарится. Реле времени переключает холодильную установку на режим охлаждения. При возобновлении процесса охлаждения в результате прохождения горячего пара через нагревательный змеевик температура воды в баке повышается.

Рис. 9 – Оттаивание испарителя горячим паром с использованием отделителя жидкости: а – схема: 1 – термореле оттаивания; 2 – отделитель жидкости; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – жидкостный трубопровод; 5 – холодильный агрегат; 6 – электромагнитный вентиль; 7 – линия слива талой воды; 8 – ТРВ; 9 – поддон испарителя; 10 – испаритель; б – отделитель жидкости: 1 – патрубки для присоединения жидкостного трубопровода; 2 – теплообменник; 3 – корпус; 4 – дозирующая трубка.

     Система оттаивания испарителя горячим паром с использованием отделителя жидкости. В схеме на рис. 9 показан аппарат «Вапот», который является главным в системе оттаивания горячим паром. Он представляет собой отделитель жидкости специальной конструкции. Отделитель, смонтированный на всасывающем трубопроводе, улавливает жидкий хладагент, сконденсировавшийся в испарителе, и по спускной трубке определенного диаметра непрерывно подает дозированное количество жидкости в компрессор вместе со всасываемым паром. Эта жидкость испаряется под действием теплоты сжатия, и пар поступает в испаритель. Отделитель жидкости, таким образом, является непрерывным источником теплоты для оттаивания испарителя и исключает одновременно возможность возврата большого количества жидкости в компрессор. Теплообменник в аппарате «Вапот» не влияет на цикл оттаивания. Холодильная установка переключается на оттаивание при срабатывании реле времени, которое включает электромагнитный вентиль горячего пара и останавливает вентиляторы испарителя. Реле температуры испарителя прекращает цикл оттаивания и переключает установку на режим оттаивания.