Анализ возможностей сокращения заправки хладагента в централизованных аммиачных системах

По словам Брайана МакМиллана, директора по секционной сборке в компании InterCool USA, анализ методов охлаждения масла и питания испарителя показал, что гликолевые системы отличаются наименьшей заправкой среди всего промышленного холодильного оборудования на аммиаке (R717).

Свои соображения МакМиллан представил на круглом столе подрядчиков, организованном в рамках конференции по природным хладагентам ATMOsphere (ATMO) America Summit 2023.

Базирующаяся в Карролтоне, штат Техас, компания InterCool USA — это подрядчик национального масштаба в области проектирования, монтажа и сервисного обслуживания промышленного оборудования, специализирующийся, прежде всего, на сегментах холодильного хранения, производства продуктов питания и напитков, а также фармацевтической продукции.

Презентация МакМиллана касалась, главным образом, возможностей сокращения заправки хладагента в централизованных аммиачных системах. Он отметил, что в условиях растущей озабоченности вопросами воздействия на окружающую среду и безопасности уменьшение количества аммиака без ущерба для эффективности систем — значительный шаг вперед.

«Уменьшение количества заправляемого аммиака — это не просто пожелание, это уже необходимость»,

— сказал МакМиллан.

Охлаждение масла в винтовом компрессоре

МакМиллан представил сравнительный анализ различных типов охлаждения масла для винтовых компрессоров, включая охлаждение впрыском жидкого хладагента (LIOC), гликолевое/водяное (GOC/WOC) и термосифонное (TSOC) охлаждение.

В первом случае жидкий хладагент расширяется, проходя через вентиль, и превращается в охлажденную жидкость низкого давления. Эта охлажденная жидкость затем впрыскивается непосредственно в компрессор. Соприкасаясь с горячими канавками винта, она испаряется, охлаждая и масло, и всасываемые пары хладагента.

Гликолевое/водяное охлаждение относится к внешнему типу. Отдельный теплоноситель — вода или гликоль — циркулирует через внешний теплообменник. Этот теплообменник отводит тепло от компрессорного масла.

В основе термосифонного охлаждения лежит явление всплытия более теплой жидкости и погружения более холодной. При этом способе горячее масло из компрессора поднимается в маслоохладитель, а затем, охладившись, возвращается обратно в компрессор. Эффект охлаждения достигается за счет испарения хладагента в маслоохладителе.

Что касается количества хладагента в холодильных системах, то в трех исследованных системах охлаждение впрыском потребовало заправки 108,8 кг аммиака, гликолевое/водяное охлаждение не потребовало дополнительного количества аммиака, а термосифон потребовал заправки 181,4 кг аммиака.

С финансовой точки зрения, если взять за условную единицу стоимость охлаждения впрыском жидкого хладагента, стоимость гликолевого/водяного охлаждения составит 1,05 условной единицы. Небольшое увеличение стоимости связано с необходимостью организации отдельного контура для циркуляции воды или гликоля. Термосифонное охлаждение обойдется немного дешевле – его стоимость составит 1,04 условной единицы.

По словам МакМиллана, в целом гликолевая система охлаждения масла показала себя перспективным решением, так она обеспечивает повышение производительности, не требуя дополнительной заправки аммиака в контур высокого давления. 

«Капитальные затраты с гликолевой системой могут быть выше, однако долгосрочные преимущества, как для эксплуатации, так и для безопасности окружающей среды, нельзя недооценивать»,

— добавил МакМиллан.

Анализ способов питания испарителя/воздухоохладителя

МакМиллан также представил сравнение систем с прямым расширением (DX), вторичным теплоносителем (гликолем) и насосной подачей хладагента в испаритель.

«Каждый способ питания испарителя имеет свои преимущества и недостатки», — сказал он.

Однако с точки зрения заправки испарители систем DX и с насосной подачей хладагента содержат значительное количество аммиака, в то время как гликолевая система, несмотря на сложность и более высокую начальную стоимость, по словам МакМиллана «выделяется своей безопасностью для людей и окружающей среды из-за отсутствия аммиака в охлаждаемом объеме».

Для сравнения, испаритель DX, отличающийся компактностью конструкции, содержит 3,9 кг аммиака. Этому решению часто отдают предпочтение из-за небольшого размера трубопровода и простоты, связанной с отсутствием всасывающего стояка и двухфазного потока, и как следствие, меньшим падением давления. К недостаткам метода можно отнести большой размер змеевика, необходимость доохлаждения и распределения жидкости, сложные вентили и элементы управления.

Гликолевая система отличается повышенной безопасностью, так как аммиак в ней не покидает машинного отделения. Недостатками такой системы являются высокая начальная стоимость, сложность настройки, более массивные трубы и теплообменники и пригодность, прежде всего, для низкотемпературного охлаждения.

Испаритель с насосной циркуляцией похож на DX c точки зрения содержания аммиака — 3,91 кг. Эта конструкция отличается высокой эффективностью, но, как и DX-система, предполагает содержание некоторого количества аммиака в испарителе, расположенном в охлаждаемом объеме.