Systemy chłodzenia sprężarkami azotowymi: konstrukcje chłodzone powietrzem i wodą

Każda sprężarka przetwarza większość energii wejściowej w ciepło. Układ chłodzenia musi odprowadzać to ciepło z cylindrów, obiegów oleju (jeśli występują), chłodnic międzystopniowych i końcowych, utrzymując jednocześnie temperaturę wylotową i temperaturę podzespołów w granicach określonych przez producenta. Urządzenia chłodzone powietrzem oddają ciepło do otoczenia za pomocą żebrowanych wymienników ciepła i wentylatorów; urządzenia chłodzone wodą przekazują ciepło do obiegu wody chłodzącej za pomocą płaszczy, wymienników rurowo-płaszczowych lub płytowych. Każda z tych metod może być niezawodna, jeśli zostanie dopasowana do miejsca instalacji. Dobór należy rozpocząć od maksymalnego obciążenia cieplnego i najwyższej temperatury użytkowej, a następnie porównać dostępne miejsce, hałas, zanieczyszczenie, zużycie energii przez wentylator lub pompę, ryzyko zamarzania, uzdatnianie wody, dostęp do punktów serwisowych oraz konsekwencje utraty chłodzenia.

Zmienne chłodzenia do porównania

wymiennik ciepła chłodzony powietrzem

Żebrowany wymiennik ciepła, który przekazuje ciepło sprężarki do powietrza otoczenia, zazwyczaj za pomocą wentylatora lub wymuszonej wentylacji.

wymiennik chłodzony wodą

Chłodnica, która przenosi ciepło ze sprężonego gazu lub podzespołów sprężarki do układu krążącej wody.

temperatura otoczenia

Temperatura powietrza otaczającego maszynę lub chłodnicę chłodzoną powietrzem. Najwyższa wiarygodna wartość to odpowiedni przypadek projektowy.

jakość wody chłodzącej

Stan chemiczny i fizyczny wody chłodzącej, obejmujący twardość, zawartość ciał stałych, tendencję do korozji i aktywność biologiczną, które mogą mieć wpływ na wydajność wymiennika.

moc wentylatora

Energia elektryczna potrzebna do przepływu powietrza chłodzącego przez wymiennik lub obudowę. Jest częścią energii pomocniczej pakietu.

temperatura podejścia

Różnica temperatur pomiędzy wylotem chłodzonego strumienia a wlotem chłodzącego medium; mniejsze podejście wymaga na ogół większej powierzchni wymiennika lub lepszego przekazywania ciepła.

1. Zacznij od obciążenia cieplnego w najgorszym punkcie pracy

Zapytaj dostawcę sprężarki o odprowadzanie ciepła przez chłodnicę lub zespół przy maksymalnym wymaganym obciążeniu. Uwzględnij najwyższe ciśnienie tłoczenia, najwyższą temperaturę ssania, najniższe ciśnienie ssania, gdy wzrasta współczynnik, oraz przewidywane obciążenie ciągłe. Nie dobieraj wielkości wentylacji wyłącznie na podstawie mocy znamionowej silnika, ponieważ ciepło może uciekać wieloma drogami, a część może być odprowadzana do wody chłodzącej, a nie do pomieszczenia.

W przypadku chłodzenia powietrzem należy ocenić najwyższą temperaturę otoczenia i prawdopodobieństwo recyrkulacji gorącego powietrza wylotowego do wymiennika. W przypadku chłodzenia wodnego należy zastosować najwyższą przewidywaną temperaturę wody wlotowej i minimalny dostępny przepływ. Chłodnica pracująca w łagodny dzień rozruchu może tracić margines bezpieczeństwa w ekstremalnych warunkach sezonowych, chyba że warunki te zostały uwzględnione w doborze.

2. Chłodzenie powietrzem sprzyja prostym rozwiązaniom, ale wymaga dyscypliny przepływu powietrza

Agregaty chłodzone powietrzem pozwalają uniknąć konieczności stosowania pomp wody chłodzącej, systemów uzdatniania, rurociągów i korozji po stronie wody. Mogą być atrakcyjne w odległych lokalizacjach lub tam, gdzie brakuje wody. Ich wydajność jest jednak bezpośrednio związana z temperaturą otoczenia i przepływem powietrza. Brudne żebra, zablokowane żaluzje, słaba wentylacja pomieszczenia lub recyrkulacja gorącego powietrza podnoszą temperaturę na wejściu i mogą zwiększyć temperaturę tłoczenia sprężarki.

Układ ma znaczenie. Zapewnij swobodne wloty i wyloty powietrza, zachowaj minimalny odstęp określony przez producenta i zapobiegaj przedostawaniu się gorącego powietrza z innego urządzenia do chłodnicy. Jeśli sprężarka znajduje się w pomieszczeniu, oblicz wentylację pomieszczenia tak, aby odprowadzane ciepło opuszczało budynek. Hałas i moc wentylatora powinny być uwzględnione w porównaniu cyklu życia, zwłaszcza gdy urządzenia pracują w sposób ciągły.

W celu dostosowania zamówień należy porównać wymagania opisane tutaj z wymaganiami obowiązującymi w danej lokalizacji. sprężarka azotu chłodzona powietrzem Zamiast polegać na ogólnej mocy sprężarki, porównanie jest tutaj powiązane z systemami chłodzenia sprężarek azotowych, chłodzonymi powietrzem i chłodzonymi wodą.

3. Chłodzenie wodne zapewnia kompaktowe przenoszenie ciepła, ale powoduje uzależnienie od sieci.

Konstrukcje chłodzone wodą mogą odprowadzać znaczną ilość ciepła dzięki kompaktowemu wymiennikowi ciepła i są mniej podatne na wpływ temperatury powietrza zewnętrznego. Są one przydatne tam, gdzie istnieje już niezawodny system chłodzenia wodnego. Sprężarka staje się jednak zależna od przepływu, temperatury, ciśnienia i jakości wody. Awaria pompy, zamknięty zawór, zanieczyszczony filtr siatkowy lub przegrzana wieża chłodnicza mogą spowodować awarię sprężarki z powodu wysokiej temperatury.

Określ dopuszczalną jakość wody i monitoruj ją. Kamień ogranicza wymianę ciepła, zawiesiny zatykają kanały, a agresywne substancje chemiczne mogą powodować korozję rur lub osłon. Zapewnij izolację i dostęp do czyszczenia. Jeśli obieg wody może zamarznąć podczas wyłączania, dodaj odpowiedni odpływ, podgrzewacz, glikol lub środki ochrony środowiska, zamiast zakładać, że ciągła praca zawsze zapewni ochronę.

4. Porównaj temperaturę podejścia i margines termiczny sprężarki

Przydatną miarą nie jest to, czy chłodnica jest oznaczona jako powietrze czy woda, ale to, czy jest w stanie osiągnąć wymaganą temperaturę gazu i komponentów w warunkach projektowych. Porównaj oczekiwaną temperaturę na wylocie chłodnicy i podejście do medium chłodzącego w całym zakresie roboczym. Rosnące podejście przy stałym obciążeniu jest przydatnym sygnałem konserwacyjnym, ponieważ wskazuje na zanieczyszczenie, zmniejszony przepływ powietrza, niski przepływ wody lub zanieczyszczenie wewnętrzne.

Chłodzenie międzystopniowe zmienia również pracę wykonywaną na kolejnym etapie. Jeśli chłodnica międzystopniowa nie może przywrócić gazu do zamierzonego stanu ssania, temperatura i moc na załączonym etapie mogą wzrosnąć. Podczas rozruchu należy rejestrować temperaturę na wlocie i wylocie każdej chłodnicy. Wartości te umożliwiają konserwatorom bezpośrednie odróżnienie problemu z chłodzeniem od problemu ze sprężaniem lub zaworami w późniejszym czasie.

5. Uwzględnij obciążenie konserwacyjne, hałas, powierzchnię i energię pomocniczą

Chłodnice powietrza wymagają czyszczenia żeber, kontroli wentylatorów, osłon, łożysk lub silników, w zależności od przypadku, oraz odpowiedniego dostępu wokół powierzchni czołowej wymiennika. Chłodnice wody wymagają filtrów, kontroli strony wodnej, czyszczenia, kontroli korozji i ewentualnie konserwacji wieży chłodniczej lub obiegu zamkniętego poza zespołem sprężarki. Należy porównać cały łańcuch chłodniczy, a nie tylko komponent przymocowany do platformy.

Zestawy chłodzone wodą mogą zmniejszyć hałas i powierzchnię roboczą wentylatorów, ale energia pomp i wież nadal jest uwzględniana w bilansie energetycznym systemu. Zestawy chłodzone powietrzem mogą być prostsze w montażu, ale mogą wymagać dużych kanałów wentylacyjnych lub wentylatorów wewnątrz budynku. Porównanie cyklu życia powinno uwzględniać infrastrukturę energetyczną, rutynowe czyszczenie, uzdatnianie wody, ograniczenia sezonowe oraz konsekwencje dla produkcji wynikające z utraty źródła chłodzenia.

Następnym przydatnym sprawdzeniem jest witryna sprężarka azotu o średniej wydajności Materiał, zwłaszcza gdy ciśnienie, czystość i wymagania dotyczące ciągłej pracy są ze sobą powiązane. Weryfikacja krzyżowa jest tu powiązana z systemami chłodzenia sprężarkami azotowymi, chłodzonymi powietrzem i chłodzonymi wodą.

6. Zaprojektuj alarmy i wyłączniki bezpieczeństwa w przypadku utraty chłodzenia

Monitoruj zmienne wskazujące na stan układu chłodzenia przed wystąpieniem alarmu z powodu wysokiej temperatury. W przypadku chłodzenia powietrzem może to obejmować temperaturę otoczenia lub powietrza wlotowego, stan wentylatora oraz temperaturę na wylocie chłodnicy. W przypadku chłodzenia wodnego należy uwzględnić temperaturę wody na wlocie, przepływ lub różnicę ciśnień (jeśli jest to konieczne) oraz temperaturę gazu na wylocie. Progi alarmowe i alarmy muszą pochodzić z dokumentacji sprężarki i chłodnicy, a nie z wartości ogólnych.

Zleć kontrolowany test utraty chłodzenia tylko wtedy, gdy pozwala na to zatwierdzona procedura. Częściej należy potwierdzić awarię wentylatora lub blokady niskiego przepływu za pomocą symulacji, gdy maszyna jest bezpieczna. Upewnij się, że operatorzy są w stanie zidentyfikować, która chłodnica lub instalacja uległa awarii na podstawie historii alarmów. Ogólny alarm wysokiej temperatury bez pomiarów pomocniczych wydłuża czas rozwiązywania problemów i może prowadzić do wielokrotnych, niebezpiecznych ponownych uruchomień.

Tabela decyzyjna: chłodzenie powietrzem czy wodą

Arkusz weryfikacji projektu

Aby zapewnić długoterminową niezawodność, należy połączyć „Uzyskaj dane dotyczące odprowadzania ciepła przez sprężarkę przy maksymalnym wymaganym obciążeniu” z punktem odniesienia dla wymiennika ciepła chłodzonego powietrzem. Zanotuj ten punkt odniesienia, gdy instalacja jest czysta, stabilna i znana jako sprawna, a następnie uwzględnij temperaturę otoczenia i obciążenie robocze, aby umożliwić normalizację późniejszych odczytów. Koncepcja przeglądu „dostępności mediów na miejscu” powinna mieć zdefiniowany punkt odniesienia dla analizy, nawet gdy wartość bezwzględna nie osiągnęła alarmu. Stopniowe odchodzenie od powtarzalnego punktu odniesienia często daje większe ostrzeżenie niż jeden pojedynczy odczyt. W przypadku zmiany konfiguracji procesu, należy utworzyć nowy udokumentowany punkt odniesienia zamiast porównywać odmienne stany pracy.

Podczas przeglądu inżynieryjnego należy zakwestionować założenie dotyczące „ekstremalnych warunków otoczenia”, śledząc fizyczną ścieżkę związaną z wymiennikiem ciepła chłodzonym wodą i jakością wody chłodzącej. Prześledź drogę gazu, ciepła, siły, sygnału sterującego lub wycieku od źródła do miejsca przeznaczenia i zidentyfikuj każdy komponent, który może wpłynąć na wynik. Następnie wykonaj „Sprawdź najwyższą temperaturę otoczenia dla chłodzenia powietrzem lub najwyższą temperaturę/warunki minimalnego przepływu wody dla chłodzenia wodą” w punkcie, w którym decyzja jest faktycznie podejmowana, a nie przy najdogodniejszym manometrze. Zanotuj każdy spadek ciśnienia, różnicę temperatur, opóźnienie sterowania lub ustalenia z inspekcji wyjaśniające zachowanie. To sprawdzenie oparte na ścieżce zapobiega interpretacji lokalnych pomiarów bez kontekstu systemu.

Uczyń weryfikację „Potwierdź przepływ powietrza w pomieszczeniu, kanały wentylacyjne, odstępy między wentylatorami lub infrastrukturę rurociągów i uzdatniania wody” możliwą do wykorzystania podczas przyszłego badania usterki. Rejestruj temperaturę otoczenia, moc wentylatora, stan sprężarki, stan zapotrzebowania i czas obserwacji w jednym rekordzie. Powiąż ten rekord z założeniem projektowym „odprowadzanie ciepła” i zanotuj, który rysunek, instrukcja, specyfikacja procesu lub skalibrowane narzędzie ustaliły akceptację. Jeśli odczyt jest prawidłowy, staje się on punktem odniesienia. Jeśli jest nieprawidłowy, udokumentuj działania naprawcze i powtórz test w tych samych warunkach. Spójne zapisy zmniejszają pokusę kompensowania niewyjaśnionego problemu poprzez zwiększanie ciśnienia, prędkości, limitów temperatury lub niepowiązanych ustawień.

Zweryfikuj „obciążenie konserwacyjne” na granicy, na której występują jego konsekwencje. Obserwuj jakość wody chłodzącej u źródła i temperaturę na wejściu po stronie odbiorczej, a następnie uzupełnij „Określ dostęp do czyszczenia chłodnicy i przewidywany mechanizm zanieczyszczeń”, gdy przepływ i ciśnienie są stabilne. Zapisz wystarczająco dużo kontekstu, aby odróżnić normalne odchylenia procesu od pogorszenia stanu sprzętu. Jeśli dokładne limity akceptacji zależą od wybranego modelu, skorzystaj z aktualnej dokumentacji producenta lub zatwierdzonej specyfikacji projektu. Nie przenoś wartości z innej sprężarki tylko dlatego, że usługa wydaje się podobna. Zapis od granicy do granicy znacznie przyspiesza późniejsze rozwiązywanie problemów.

Aby zachować te same zasady dla zespołów inżynieryjnych i zakupowych, należy odnieść to wymaganie do lokalizacji sprężarka azotu przemysłowego Informacje. Weryfikacja krzyżowa dotyczy tutaj układów chłodzenia sprężarką azotową chłodzonych powietrzem i chłodzonych wodą.

Zamknij pętlę „Temperatury urządzeń i stan użytkowy, aby można było zdiagnozować utratę chłodzenia”, dokumentując przyczynę, reakcję i akceptację. Zacznij od „hałasu i obciążenia wentylatora”, określ oczekiwane zachowanie mocy wentylatora i wybierz drugą obserwację dotyczącą wymiennika ciepła chłodzonego powietrzem, która może niezależnie potwierdzić ten sam wniosek. Przeprowadź kontrolę bez pomijania zabezpieczeń ani przekraczania zatwierdzonego zakresu roboczego. Jeśli oba sygnały się nie zgadzają, sprawdź dokładność urządzenia, stan zaworów, spadek ciśnienia, zanieczyszczenie, nieszczelność lub logikę sterowania, zanim zdecydujesz, który element wymaga naprawy. Niezależne potwierdzenie jest cenne, gdy wyłączenie lub wymiana byłyby kosztowne.

Granica bezpieczeństwa i weryfikacji

Obwody chłodzące mogą zawierać gorące powierzchnie, sprężony gaz, obracające się wentylatory, urządzenia elektryczne oraz gorącą lub chemicznie uzdatnioną wodę. Przed zdjęciem osłon lub otwarciem wymienników należy odłączyć wszystkie źródła energii. Nigdy nie należy pomijać wyłącznika termicznego, aby utrzymać ciągłość produkcji azotu. Należy przestrzegać ograniczeń dostawcy dotyczących temperatury i przepływu mediów oraz prowadzić odpływy wody chłodzącej lub środki chemiczne do uzdatniania zgodnie z wymaganiami danego miejsca.

Lista kontrolna projektu chłodzenia

1. Uzyskaj dane dotyczące odprowadzania ciepła przez sprężarkę przy maksymalnym wymaganym obciążeniu.
2. Sprawdź najwyższą temperaturę otoczenia w przypadku chłodzenia powietrzem lub najwyższą temperaturę/minimalny przepływ wody w przypadku chłodzenia wodą.
3. Sprawdź przepływ powietrza w pomieszczeniu, kanały wentylacyjne, prześwit wentylatora lub rury wodne i infrastrukturę uzdatniającą.
4. Określ dostęp do czyszczenia chłodnicy i przewidywany mechanizm gromadzenia się zanieczyszczeń.
5. Temperatury i stan użytkowania urządzeń pozwalają na zdiagnozowanie problemu utraty chłodzenia.
6. Rejestruj temperatury wlotowe/wylotowe chłodnicy i podejście do niej podczas rozruchu.

Pytania dotyczące układu chłodzenia

Zasada doboru chłodzenia

Wybierz chłodzenie powietrzem lub wodą, mierząc straty ciepła w najgorszych warunkach pracy, a następnie porównując konserwację, zajmowaną powierzchnię, hałas, zużycie energii pomocniczej i konsekwencje awarii. Niezależnie od wybranej metody, należy uruchomić linie bazowe temperatury, aby oddzielić spadek wydajności chłodnicy od usterek sprężarki.