Сложный случай из реальной практики эксплуатации каскадной холодильной установки

В этой статье я хочу разобрать необычный случай, который произошел несколько лет назад на реальном объекте.

Задача

Заказчик установил каскадную холодильную установку на R507A/R23 для поддержания температурного режима в камере минус 60 ⁰С (кипение верхнего каскада минус 25 ⁰С, нижнего каскада минус 70 ⁰С).
В качестве межкаскадного Т/О для снижения заправки был установлен паяный пластинчатый неразборный аппарат.

Воздухоохладитель на нижнем каскаде классический, с обратным продувом, и ТЭНами подогрева электродвигателей вентиляторов.
Компрессоры на обоих каскадах поршневые полугерметичные, температура нагнетания примерно одинаковая, около 80 ⁰С, так как на верхнем каскаде использовался конденсатор водяного охлаждения.
На верхнем каскаде шаговый ЭРВ, на нижнем импульсный, размещённый за пределами «холодной» зоны.

Установка работала нормально, но примерно через полгода эксплуатации Заказчик стал жаловаться на то, что установка стала хуже холодить(

Сервисный специалист, вызванный для диагностики проверил все необходимые параметры, давления, перегрев и переохлаждение, всё было практически в пределах нормы, но по факту установка не додавала холода.

Что было странным, так это работа ЭРВ. На верхнем каскаде шаговый вентиль вместо 70…80% открытия работал на 50…55%, а на нижнем каскаде наоборот пришлось перенастроить частоту и длительность импульсов на почти 100% открытие.

Это немного улучшило ситуацию, но через некоторое время снова возникла та же проблема.

Что по-Вашему могло произойти с установкой?

1. Система недозаправлена хладагентами.

2. Проблема в воздухоохладителе нижнего каскада.

3. Конденсатор водяного охлаждения оказался переразмеренным, либо температура воды на входы оказалась ниже расчётной.

4. Межкаскадный Т/О дал течь и начались перетечки между контурами, что привело к изменению состава фреона в обоих контурах.

Правильный вариант ответа 4.

Анализ возможных причин

Давайте попробуем вместе проанализировать, почему, а главное, что послужило первопричиной?

И для начала отсечём все остальные варианты.

1) Если бы система была недозаправлена хладагентом:

а) В верхнем каскаде заправки системы небольшая, и поскольку используется конденсатор водяного охлаждения и тоже пластинчатый, и даже нет ресивера хладагента, то любая малейшая утечка моментально привела бы к росту перегрева, падению давления всасывания, появлению пузырей в смотровом стекле на жидкостной линии, а самое главное, автоматически привела бы к росту давления конденсации в нижнем каскаде, и как следствие, падению холодопроизводительности;

б) В нижнем каскаде тоже нет ресивера, но там воздухоохладитель имеет объем больше, чем на верхнем, поэтому-то в первый момент перенастройка ЭРВ могла бы дать положительный результат, но на совсем непродолжительное время, очень быстро степень открытия составила бы 100%, и дальше вновь наблюдался бы рост перегрева, падение давление, пузыри в смотровом и падение холодопроизводительности. Так как вызванный специалист не обнаружил никаких отклонений выше нормы, то этот вариант отпадает сам собой,

2) Проблема в воздухоохладителе нижнего каскада.

Что под этим подразумевается?

а) Например В/О недоразмерен, то есть типичная неисправность типа “слабый испаритель”. В этом случае мы снова зафиксировали бы резкое падение давление на всасывании и снижение перегрева вплоть до залива компрессора, но вначале при таких низких температурах всасывающая группа компрессора была бы не просто холодной, а ледяной и вскорости вся бы покрылась бы равномерным слоем льда;

б) Сильное обмерзание В/О вследствие неверной настроенной либо слабой оттайки, или ошибки при выборе шага ребёр. Всё это тоже можно было бы зафиксировать просто визуальным осмотром, но как мы уже с Вами поняли, ничего подобного обнаружено не было!

3) Конденсатор водяного охлаждения переразмерен либо температура воды на входе ниже расчётной.

Это уже интереснее) Действительно, в этом случае переохлаждение после конденсатора было бы просто великолепным (что кстати тоже вышло бы за пределы нормы), и да, ЭРВ стал бы открываться не на 70…80%, а на 50…55%, то есть система подстроилась бы под эту ситуацию. В нижнем каскаде при этом наблюдалось бы абсолютно нормальная работа контура, что, безусловно, никоим образом не могло бы повлиять на снижение холодопроизводительности. Таким образом и этот вариант ответа тоже отпадает,

4) И наконец правильный вариант ответа - Межкаскадный Т/О дал течь и начались перетечки.

Попробуем разобрать этот вариант ответа максимально подробно.

В случае перетечек состав фреонов изменился бы в обоих контурах. При этом, важно понимать, что во-первых перетечки были микроскопическими, и поэтому длительное время никак особо не оказывали влияние на работу системы, ну а во-вторых, их влияние в каждом из контуров оказалось разным!

При попадании R23 в R507 он становился как бы более “низкотемпературным” и более эффективным, следовательно и ЭРВ стал открываться меньше, чем это требовалось в случае “чистого” фреона.

Да, может возникнуть мысль о том ,ЧТО В ЭТОМ СЛУЧАЕ ДОЛЖНО БЫЛО бы сильно вырасти давление конденсации, но…, ещё раз повторюсь, утечки были микроскопическими, а конденсатор водяного охлаждения оказался в состоянии скомпенсировать это за счёт некоторого увеличения расхода охлаждающей воды и, наличие запаса. Дело в том, что конденсатор водяного охлаждения подбирается, как правило, на стандартные температурный режим, а именно в этот период вода оказалась холоднее, что и позволило скомпенсировать изменение состава фреона в верхнем каскаде. Вспоминаем, что ответ №3 мы исключили, так как если бы не было бы перетечек, то это только улучшило бы работу системы и никоим образом не могло бы привести к общему снижению холодопроизводительности системы!

На нижнем каскаде картина была бы в точности диаметрально противоположной, и как раз для компенсации изменения состава фреона ЭРВ импульсного типа и пришлось перенастроить почти на 100% открытие. И это позволило бы на какое-то время скомпенсировать проблему заполнения воздухоохладителя, но затем эта проблема вновь повторилась бы, что собственно и произошло на объекте!

Почему это случилось?

А вот теперь, самое интересное. Правильный ответ мы с Вами разобрали, но, наверное, почти у всех возникал вопрос, а почему это случилось?

Поскольку это был реальный случай из моей реальной практики, то я дам некоторые пояснения.
Паяный теплообменник был выпаян из контура и при его дефектации были обнаружены прям совсем микроскопические микротрещины в пластинах, что и стало приводить к перетечкам между контурами.
Теплообменник был отправлен на дефектацию, и заменён по гарантии, и в дальнейшем успешно проработал несколько лет. Но почему, спросите Вы?

От производителя пластинчатого Т/О мы получили чёткие рекомендации, что суммарный температурный перепад на аппарате НЕ ДОЛЖЕН превышать 60…65К, в нашем случае было даже больше 100 ⁰С, пары на нагнетании около +80 ⁰С, а кипение верхнего каскада -25 ⁰С.

Мы установили дополнительный вентилятор обдува на головку бока цилиндров компрессора нижнего каскада для снижения температуры нагнетания, а также установили байпасную линию на регенеративный Т/О для того, чтобы пары фреона R23 не перегревались бы дополнительно на всасывании. Да, это немного снизило общую холодопроизводительность, но мы скомпенсировали это перенастройкой режима, то есть снижением температуры конденсации нижнего каскада за счёт увеличения расхода охлаждающей воды через конденсатор верхнего каскада. Ну а электронные ТРВ легко были перенастроены на новый режим)

Вот такой вот реальный случай из практики!