Расчет кожухотрубного конденсатора

При выборе хладагента руководствуются его термодинамическими, теплофизическими, физико-химическими и физиологическими свойствами. Важное значение имеет также его стоимость и доступность. Хладагенты не должны быть ядовиты, не должны вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека.

Хладон-12 (R-12) имеет химическую формулу CHF₂C1₂ (дифтордихлорметан). Он представляет собой газообразное бесцветное вещество со слабым специфическим запахом, который начинает ощущаться при объемном содержании его паров в воздухе свыше 20%. Хладон-12 обладает хорошими термодинамическими свойствами

Хладон-22 (R-22), или дифтормонохлорметан (CHF₂C1), так же как и хладон-12, обладает хорошими термодинамическими и эксплуатационными свойствами. Отличается он более низкой температурой кипения и более высокой теплотой парообразования. Объемная холодопроизводительность хладона-22 примерно в 1,6 раза больше, чем хладона-12.

Аммиак (NH₃) — бесцветный газ с удушливым сильным характерным запахом. Аммиак имеет достаточно высокую объемную холодопроизводительность. Производство его основано главным образом на методе соединения водорода с азотом при высоком давлении с наличием катализатора. Аммиак применяют и для получения низких температур (до -70°С) при глубоком вакууме. Теплота парообразования, теплоемкость и коэффициент теплопроводности у аммиака выше, а вязкость жидкости меньше, чем у хладонов. Поэтому он имеет высокий коэффициент теплоотдачи.

Основные типы конденсаторов

Конденсаторы  аммиачных холодильных машин.

Горизонтально-кожухотрубные  конденсаторы. В этом типе конденсатора имеется стальной сварной кожух, закрытый по концам решетками, в которых развальцованы или заварены трубы диаметром от 20 до 50 мм. Внутри труб протекает охлаждающая вода, а в пространстве между кожухом и трубами происходит конденсация паров.

Трубные решетки закрываются крышками с перегородками, меняющими направление движения воды. Пары поступают в кожух сверху, сконденсированный аммиак отводится снизу кожуха или из приваренного к нему горшка. Вода входит внизу конденсатора через крышку и совершает по трубам обычно 7 ходов, выходя вверху крышки. Для установки конденсатора у кожуха его имеются опорные лапы.

Горизонтально-кожухотрубные  конденсаторы больших размеров имеют  штуцеры для отвода масла, указателя  уровня жидкости, предохранительного клапана и для удаления воздуха. В верхней части одной из крышек находится кран для спуска воздуха, а в нижней части — кран для спуска воды.

Такие кожухотрубные  конденсаторы применяются для холодильных  машин малой и большой производительности.

Вертикально-кожухотрубные  конденсаторы. Этот тип конденсаторов применяется для машин большой производительности. Вертикальный цилиндрический кожух его закрыт с торцов трубными решетками, в которых развальцованы или приварены трубы обычно диаметром 57 X 3,5 мм. Пары аммиака подводятся в верхней части кожуха, а жидкий аммиак вместе с маслом стекает вниз. Штуцеры для отвода жидкого аммиака и масла располагаются на высоте около 100 мм от нижней трубной решетки. Имеется также указатель уровня жидкого аммиака, вентиль для спуска воздуха и предохранительный клапан.

В верхней части конденсатора над трубной решеткой располагается  устройство для равномерного распределения  воды в трубы в виде обичайки с  вырезами.

Такой конденсатор устанавливается  вне машинного отделения на фундаменте в виде бетонного бака, из которого стекающая вода отводится в канализацию или на градирню.

Элементные  конденсаторы. Этот тип конденсаторов состоит из нескольких одинаковых элементов, представляющих собой кожухотрубные конденсаторы с малым числом труб.

Такие элементы имеют  обычно по 14 труб и соединяются между собой на фланцах. Диаметры труб 38 х 3,5 мм и кожуха 245 х 6,5 мм.

Охлаждающая вода проходит снизу вверх параллельно по всем элементам. В каждом элементе вода движется последовательно по двум трубам, для  чего крышки таких многопроходных элементов имеют соответствующие перегородки.

Каждая секция элементного  конденсатора снабжена ресивером для  стока жидкого аммиака.

Оросительные  конденсаторы.Этот тип конденсаторов представляет собой систему трубчатых змеевиков, устанавливаемых на поддоне и орошаемых сверху водой. Охлаждающая вода при этом отепляется и частично испаряется. Такой конденсатор для усиления испарения располагают на открытом месте вблизи машинного отделения.

Современная конструкция  оросительного конденсатора отличается нижним подводом паров и освобождением поверхности теплопередачи от образующегося конденсата. 
Вследствие этого масло, попадающее вместе с парами аммиака, оседает почти полностью на стенках нижних труб. В нескольких местах по высоте конденсатора отводится сконденсировавшийся жидкий аммиак в ресивер.

Оросительные конденсаторы с промежуточным отводом жидкого  аммиака имеют по высоте обычно 14 труб диаметром 57 X 3,5 мм. Соединения изогнутых  по концам труб производится сваркой  под углом.

Конденсация паров происходит, главным образом, в верхних трубах: они почти не загрязнены маслом и свободны от конденсата. Охлаждающая вода из бачка, расположенного над змеевиками поперек их, распределяется по желобам для орошения змеевиков.

Отеплявшаяся вода стекает  в поддон и насосом снова подается в бачок и желоба для орошения змеевиков. В бачок к такой циркуляционной воде добавляется свежая вода, а избыток воды из поддона удаляется через перелив.

Отеплившуюся воду для  снижения расхода воды направляют обычно на градирню, объединенную с конденсатором или расположенную отдельно.

Испарительные конденсаторы. В конденсаторах этого типа происходит смачивание водой гладких или ребристых змеевиков с одновременным продуванием воздуха. Теплота конденсации отводится циркулирующей водой, которая передает ее воздуху за счет испарения воды. Такие конденсаторы устанавливаются и в закрытых помещениях. Отличаются они малым расходом воды. С учетом уноса брызг расход воды не превышает 10% от расхода воды в обычных типах конденсаторов. Испарительные конденсаторы применяются для холодильных машин малой производительности и для транспортных установок при недостатке охлаждающей воды, например для поездов-рефрижераторов.

Конденсаторы  фреоновых холодильных машин. Кожухотрубные конденсаторы этих машин отличаются тем, что в них применяются медные трубы, оребренные со стороны фреона, ввиду низких значений коэфициента теплоотдачи от фреона к стенке. Трубам придают малую кривизну для ослабления термических напряжений.

Кроме горизонтально-кожухотрубных  конденсаторов существуют и кожухозмеевиковые конденсаторы, которые вместо пучка труб в решетках имеют в кожухе змеевик с пропуском концов его через торцовую стенку кожуха с одной его стороны.

Обычно змеевик для  охлаждающей воды выполняется из медных труб диаметром 16—18 мм с витыми ребрами из медной или латунной ленты толщиной 0,25 мм при расстоянии между ребрами 3—6 мм. Кожухозмеевиковые конденсаторы применяются при чистой воде или при наличии фильтров.

Конденсаторы воздушного охлаждения применяются для холодильных агрегатов-автоматов производительность» до 5000 ккал/час и представляют собой обычно плоские змеевики из медных труб с ребрами. Для стока сконденсированного фреона под змеевиками устанавливается ресивер. Улучшение теплообмена достигается обдуванием ребристых змеевиков воздухом.

Конденсаторы с конвекционным  охлаждением воздуха (без вентилятора) выполняют для некоторых типов  домашних шкафов-электрохолодильников. Такие конденсаторы состоят из двух сваренных между собой стальных листов, в которых предварительно выдавливают канавки для конденсации в них паров фреона. Листовые конденсаторы, располагаемые с задней стороны электрохолодильника, отдают тепло воздуху в значительной части излучением, большая поверхность листов играет роль ребер.

Конденсаторы  с водяным охлаждением

Конденсаторы  с водяным охлаждением часто  применяются при производстве холодильного оборудования. Наиболее компактны и менее металлоемки кожухотрубные и кожухозмеевиковые аппараты. Масса горизонтальных кожухотрубных конденсаторов составляет 40-45 кг на 1 м² поверхности теплообмена. 
Горизонтальный кожухотрубный конденсатор для аммиака (типа КТГ) показан на рис. 72, а. Он состоит из стального цилиндрического кожуха, внутри которого расположены трубы небольшого диаметра. К кожуху с двух сторон приварены трубные решетки с развальцованными в них внутренними трубами. Конденсатор с двух сторон имеет чугунные крышки с перегородками внутри. Крышки скреплены с кожухом болтами. 
В конденсатор охлаждающая вода подается снизу через штуцер, расположенный в крышке конденсатора, затем проходит по внутренним трубкам и выходит через верхний штуцер. Благодаря перегородкам в крышках конденсатора вода, проходя по Трубам, совершает последовательно несколько ходов. В каждом ходе перегородкой может быть отсечено по 5, 10 труб и более, что позволяет увеличить скорость движения воды в конденсаторе и коэффициент теплоотдачи, а также уменьшает расход охлаждающей воды.

 

Пары аммиака, поступающие сверху в межтрубпое пространство, соприкасаясь с холодной поверхностью горизонтальных водяных труб, конденсируются, и жидкость стекает в нижнюю часть кожуха. Из конденсатора жидкий аммиак отводится к линейному ресиверу или непосредственно к регулирующему вентилю.

В нижней части  конденсатора приварен маслоотстойник, из которого периодически выпускают масло. В верхней части кожуха установлены предохранительный клапан, штуцер для паровой уравнительной линии с ресивером и штуцер для отвода паро-воздушной смеси к воздухоотделителю. Последний ставят как можно дальше от штуцера, через который поступают пары аммиака (пар подают в одном конце кожуха, паро-воз-душную смесь отводят в другом конце).   
В горизонтальных кожухотрубных аммиачных конденсаторах холодильных установок коэффициент теплопередачи 900- 1000 Вт/(м²-К). Интенсивность теплопередачи достигается большой скоростью движения воды (1,5-2 м/с) и достаточно хорошим отводом конденсата с теплопередаю-щей поверхности труб. Трубы в аммиачных конденсаторах применяют стальные цельнотянутые диаметром 25Х ХЗ мм. 
Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы для фреона (тип К.ТР) отличаются от аммиачных тем, что в них внутренние трубы применяют как стальные, так и медные, и тем, что они со стороны фреона оребрены. Ребра применяют в виде стальных листов, надетых на трубы, или накатные. 
На рис. 72,6 дан фреоновый конденсатор КТР-12 с накатными ребрами (рис. 72, в). Теплопередающая поверхность со стороны фреона равна 12 м². Коэффициент теплопередачи, отнесенный к ребристой поверхности, 460-580 Вт/(м²-К). Коэффициент оребрения 3,5. Для фреоновых конденсаторов маслоотстойник не нужен, так как фреон-12 хорошо растворяет масло, и оно циркулирует вместе с фреоном, а нижняя часть конденсатора, где собирается образовавшаяся жидкость, служит ресивером. Предохранительный клапан 7 в случае повышения давления до 1 -1,2 МПа перепускает п.а.р в испаритель или непосредственно в атмосферу. Спускной клапан 6 при резком значительном повышении давления и температуры выпускает фреон наружу и этим исключает возможность взрыва. Такие конденсаторы применяют в машинах холодопроизводи-те.мыюстью 15-80 ст. кВт. 
В настоящее время горизонтальные кожухотрубные конденсаторы выпускают поверхностью от 2 до 300 м². 
Трубы кожухотрубных конденсаторов очищают от водяного камня металлическими щетками «ершами», насаженными на гибкие стальные штоки. Менее трудоемок способ очистки труб от водяного камня промывкой труб 15-25%-ным раствором соляной кислоты с добавкой ингибитора марки ПБ-5, нейтрализующей кислотное воздействие на металл и таким образом предохраняющей трубки конденсатора от разъедания. 
Наряду с кожухотрубными применяют также кожухозмеевиковые конденсаторы. Их выпускают двух видов: с одной трубной решеткой и с отъемной крышкой или с кожухом, заваренных с обеих сторон

Кожухотрубные конденсаторы обычно применяют в холодильных машинах большой мощности, а остальные типы - для менее мощных установок. 
Кожухотрубный конденсатор - стальной цилиндр, с обоих концов цилиндра установлены стальные решетки, к которым крепятся головки с патрубками для подключения к системе водяного охлаждения. В эти решетки запрессованы медные трубки, по которым протекает вода. Трубки чаще всего делаются из меди и имеют диаметр 20 мм и 25 мм. Снаружи они оребрены для повышения теплообмена. 
В верхнюю часть стального кожуха поступает горячий пар хладагента из компрессора. Он омывает трубки с холодной водой и заполняет пространство между кожухом и трубками. В нижней части располагается патрубок отвода жидкого хладагента. 
Холодная вода поступает по трубкам снизу и выходит сверху. 
Пар хладагента охлаждается при контакте с холодной водой, конденсируется и скапливается на дне кожуха. В некоторых случаях конденсатор содержит участок дополнительного охлаждения. Он расположен на дне конденсатора и состоит из пучка трубок, отделенных от остальных трубок перегородкой. Вода, только что поступившая в конденсатор и имеющая минимальную температуру, в первую очередь проходит через участок дополнительного охлаждения конденсатора. 
Вода, охлаждающая хладагент в кожухотрубных конденсаторах, берется обычно из системы оборотного водоснабжения. Температура конденсации хладагента примерно на 5 градусов выше, чем температура выходящей воды. Для передачи 1кВт тепла от хладагента проточной воде расход воды составляет около 170 литров в час.

 

 

 

 

2. Структура расчета конденсатора

 

В данном разделе  приведен алгоритм расчета параметров кожухотрубного конденсатора холодильной  машины .

      

Литература

компрессионный холодильник  хладагент

1. Бурдо О.Г. , Калинин Е.Ф.  «Прикладное моделирование процессов  переноса технологических систем».

2.Цуранов О.А. Крысин  А.Г. «Холодильная техника и  технология.» учебник:ООО «Лидер»  2004г.

3.ЛошутинаН.Г. Верхова  Т.А. Суедов В.П. «Холодильные  машины и установки.» учебник:Колос,2007г.

4.Мещеряков Ф.Е. «Основы холодильной технологии.» Пищевая промышленность 1984г.