Обвязка воздухоохладителя: схемы прямого кипения и хладоносителя, арматура и типичные ошибки монтажа

Воздухоохладитель может работать по двум принципиально разным схемам, которые предъявляют совершенно разные требования к обвязке.

• Прямое кипение (DX — Direct Expansion): хладагент поступает непосредственно в трубки воздухоохладителя, кипит там и отбирает тепло у воздуха камеры. Обвязка включает хладагентные трубопроводы, ТРВ или ЭРВ, соленоидный клапан, обратный клапан. Применяется для одиночных камер и небольших групп камер с одним компрессорным агрегатом. Это основная схема для торгового холодильного оборудования, холодильных камер с моноблоком или ККБ.
• На хладоносителе (чиллерная схема): воздухоохладитель охлаждается водой, гликолевым раствором или рассолом, которые поступают от центрального чиллера. Обвязка включает трубопроводы теплоносителя, регулирующий клапан (двух- или трёхходовой), запорную арматуру, воздухоотводчик. Применяется на крупных объектах с множеством камер и центральным холодоснабжением. Обе схемы могут существовать на одном объекте.

Типовая схема прямого кипения для воздухоохладителя холодильной камеры включает следующие элементы в порядке от жидкостной линии до всасывающей:
Жидкостная линия (от ресивера или ККБ к воздухоохладителю):

1. Запорный шаровой кран на входе жидкостной линии (для изоляции при обслуживании)
2. Фильтр-осушитель (если не установлен централизованно)
3. Смотровое стекло с влагоиндикатором
4. Соленоидный клапан (электромагнитный вентиль) — перекрывает подачу жидкости при останове
5. ТРВ или ЭРВ — дросселирующий и регулирующий орган
6. Жидкостный распределитель (при нескольких секциях испарителя)
7. Воздухоохладитель (испаритель)

Всасывающая линия (от воздухоохладителя к компрессору):

1. Обратный клапан (при параллельной работе нескольких испарителей — обязателен)
2. Запорный шаровой кран
3. Всасывающий трубопровод с уклоном к компрессору

Соленоидный клапан (электромагнитный вентиль, EVR по классификации Danfoss) устанавливается на жидкостной линии перед ТРВ. При остановке компрессора клапан закрывается — жидкий хладагент не поступает в тёплый испаритель и не скапливается в нём, не перетекает обратно по жидкостной линии в ресивер при тепловом расширении.

Без соленоидного клапана при останове компрессора хладагент медленно перетекает из тёплых зон контура в холодный испаритель через открытый ТРВ (ТРВ не перекрывает контур полностью). При следующем пуске компрессора испаритель «залит» жидкостью — гидроудар или длительный влажный ход.

Тип клапана подбирается под хладагент и диаметр трубопровода. У Danfoss (EVR), Alco Controls (EMERSON E-series), Sanhua — нормально закрытый тип (NC): при обесточивании закрыт, при подаче напряжения открыт. Монтаж строго по стрелке направления потока на корпусе клапана. Перепутать направление — клапан откроется против разницы давлений и будет постоянно подтравливать или разрушит шток.

Место монтажа соленоида: горизонтально или вертикально с катушкой вверх. Монтаж катушкой вниз — конденсат попадает в катушку, катушка перегорает.

ТРВ монтируется непосредственно перед входом в воздухоохладитель — расстояние от ТРВ до входного коллектора испарителя минимально. Длинная жидкостная трубка после ТРВ нагревается и вскипает — вместо жидкости в испаритель поступает парожидкостная смесь, эффективность падает.

Направление подачи хладагента в воздухоохладитель — критический момент, который часто игнорируется:
Подача сверху (нисходящий поток): жидкий хладагент движется сверху вниз по трубкам испарителя, пар выходит снизу. Обеспечивает надёжный возврат масла — масло стекает вниз вместе с жидкостью. Несколько хуже использует поверхность нижних рядов (там скапливается жидкость). Применяется для большинства торговых и промышленных воздухоохладителей как базовый вариант.

Подача снизу (восходящий поток): жидкость движется снизу вверх, пар выходит сверху. Лучше использует поверхность испарителя (затопленный принцип), выше коэффициент теплопередачи. Сложнее обеспечить возврат масла — при недостаточном расходе хладагента масло скапливается в нижней части испарителя.

Термобаллон ТРВ крепится на всасывающем трубопроводе в 100–150 мм от выходного коллектора испарителя. Хомут — плотно к чистой обезжиренной трубе. Затем термобаллон изолируется вместе с трубопроводом от воздуха камеры: без изоляции термобаллон измеряет температуру воздуха камеры, а не пара хладагента — ТРВ постоянно открыт, влажный ход компрессора.

Обратный клапан на всасывающей линии обязателен в двух случаях: при нескольких воздухоохладителях от одного агрегата (предотвращает перетекание хладагента из работающего испарителя в остановленный по всасывающему коллектору) и при горизонтальном всасывающем трубопроводе с уклоном «от компрессора» (предотвращает стекание конденсата масла в испаритель при останове). Марки: Danfoss NRV, Alco NV, Sanhua DV.

Распределитель жидкости (дистрибьютор) устанавливается между ТРВ и входом в воздухоохладитель при многосекционном испарителе с параллельными контурами. Без распределителя жидкость поступает неравномерно: одни контуры переполнены (влажный ход), другие недополучают хладагент (высокий перегрев). Тип распределителя подбирается под количество контуров и расход хладагента — Danfoss PHD, Sporlan Distributor.

Капилляры от распределителя к входным патрубкам испарителя должны быть одинаковой длины: разная длина создаёт разное гидравлическое сопротивление, баланс нарушается.

Правильный монтаж всасывающей линии — условие надёжного возврата масла в компрессор. Масло в холодильном контуре частично растворяется в хладагенте и циркулирует вместе с ним. При недостаточной скорости пара в всасывающем трубопроводе масло оседает на стенках и накапливается в нижних точках — компрессор работает в условиях масляного голодания.

Уклон горизонтальных участков: не менее 1:200 в сторону компрессора — масло стекает самотёком к компрессору. Уклон «от компрессора» — масло скапливается в ловушках у испарителя.

Скорость пара: минимальная для подъёма масла по вертикальному трубопроводу вверх — 8–10 м/с для R404A при средних температурах. При скорости ниже 6 м/с масло не поднимается. Для обеспечения минимальной скорости при переменной нагрузке агрегата на вертикальном подъёмнике большой высоты применяют двойной подъёмник: два параллельных трубопровода разного диаметра. При малой нагрузке работает только меньший трубопровод — скорость в нём достаточная. При полной нагрузке открывается больший трубопровод. Актуально для систем с большим диапазоном регулирования (от 25% до 100%).

Маслосборник (нефтеловушка) — петля из трубопровода в нижней точке вертикального подъёма всасывающей линии. Собирает масло и выдаёт его порциями при каждом цикле пуска, когда скорость пара выше. Устанавливается у основания каждого вертикального участка высотой более 3–4 м.

При схеме с хладоносителем (вода или гликоль от чиллера) обвязка воздухоохладителя принципиально иная — нет хладагентной арматуры, всё оборудование работает при давлении теплоносителя (1–4 бар):
Подающая линия (от чиллера к воздухоохладителю):

1. Запорный шаровой кран
2. Регулирующий клапан (двухходовой или трёхходовой с приводом) — регулирует расход теплоносителя и тем самым холодопроизводительность воздухоохладителя
3. Виброкомпенсатор (при наличии насоса непосредственно у воздухоохладителя)
4. Воздухоохладитель (водяная секция)

Обратная линия: 5. Запорный кран 6. Балансировочный клапан 7. Термометр и манометр

Воздухоотводчик — в верхней точке воздухоохладителя или его обвязки обязателен. Завоздушивание контура — основная причина ложных аварий по расходу и неравномерного охлаждения.

Трёхходовой клапан позволяет байпасировать воздухоохладитель: при закрытом положении теплоноситель идёт в обход, температура воздуха в камере повышается. Это позволяет управлять производительностью без изменения расхода через основной насос — гидравлика системы остаётся стабильной. Двухходовой клапан проще и дешевле, но при закрытии нарушает гидравлический баланс системы — требует байпасного клапана или насоса у воздухоохладителя.

При подключении нескольких воздухоохладителей к одному компрессорному агрегату каждый воздухоохладитель должен иметь:

• Индивидуальный соленоидный клапан — для независимого управления подачей хладагента
• Индивидуальный ТРВ — для независимого регулирования перегрева каждого испарителя
• Обратный клапан на всасывающей линии — для предотвращения перетекания хладагента между испарителями через общий коллектор

Гидравлическая балансировка жидкостных линий важна при разной длине трасс от ресивера до каждого воздухоохладителя. Если потери давления в жидкостной линии к дальнему воздухоохладителю значительно выше, чем к ближнему — хладагент доходит до дальнего ТРВ с недостаточным переохлаждением, кипит в жидкостной линии и ТРВ не справляется с регулированием. Решение: увеличить диаметр жидкостной линии к дальним потребителям или установить балансировочные дроссели на ближних.