+7 495 487-27-87
info@frostsystems.ru
Обратный звонок
+7 495 487-27-87
info@frostsystems.ru

Разрыв испарителя холодильной машины: причины, признаки и защита

Содержание:
  1. Какие испарители разрушаются и как
  2. Замерзание хладоносителя
  3. Сценарии замерзания
  4. Гидравлический удар
  5. Коррозионное и механическое разрушение
  6. Признаки разрушения
  7. Что делать сразу после обнаружения
  8. Защита от замерзания
  9. Диагностическая таблица
  10. Типичные ошибки

Какие испарители разрушаются и как

В холодильных машинах применяются три основных типа испарителей, каждый из которых имеет свою характерную картину разрушения.

  1. Пластинчатый паяный испаритель (Alfa Laval CB, Danfoss XB, SWEP B, GEA WTT, Baode) — наиболее уязвимый тип. Пластины из нержавеющей стали толщиной 0,4–0,6 мм спаяны медью или никелем. Зазор между пластинами — 2–4 мм. При замерзании хладоносителя лёд не имеет куда расширяться: давление внутри каналов скачком возрастает до 100–200 бар. Пластины деформируются, паяные швы рвутся по всей длине. Внешне — незначительное вздутие корпуса или ничего; внутри — массовое нарушение герметичности между каналами хладагента и хладоносителя. Пластинчатый паяный испаритель ремонту не подлежит — только замена целиком.
  2. Кожухотрубный испаритель — стальной кожух с медными или нержавеющими трубками, вальцованными в трубные доски. При замерзании воды внутри трубок лёд раздувает трубку, разрушает вальцовку в трубной доске и продавливает перегородки. При единичном повреждении неисправную трубку можно заглушить (потеря 2–3% поверхности теплообмена допустима). При массовом повреждении нескольких трубок — замена трубного пучка или всего испарителя.
  3. Воздухоохладитель (испаритель прямого расширения) — медные трубки в алюминиевых ламелях. Разрывается значительно реже, чем жидкостные испарители: нет замкнутого контура хладоносителя, нет давления замерзающей воды. Основная причина разрушения — механическое повреждение при неправильной оттайке (скребок, удар) или питтинговая коррозия трубок.

Замерзание хладоносителя: главная причина разрыва

Вода при замерзании расширяется примерно на 9% в объёме. В замкнутом узком канале пластинчатого испарителя расшириться некуда. Давление, развиваемое льдом при расширении в ограниченном пространстве, достигает 100–200 МПа — на два порядка выше рабочего давления хладагентного контура. Ни пайка, ни нержавеющая сталь 0,5 мм толщиной этого не выдерживают.

Пластинчатый испаритель разрушается не от того, что лёд «давит» на стенки снаружи, а от расширения замёрзшей воды внутри узких каналов хладоносителя. При этом разрушение происходит одновременно в десятках точек по всей высоте аппарата.

Температурный критерий: замерзание хладоносителя в испарителе происходит, когда температура кипения хладагента опускается ниже точки замерзания хладоносителя. Для воды — ниже 0 °C. Для 30% раствора этиленгликоля — ниже −15 °C. Уставка защиты по низкому давлению LP должна быть настроена так, чтобы остановить чиллер при температуре кипения не ниже точки замерзания + 3...5 °C запаса.

Для чиллера на воде: LP-уставка соответствует давлению кипения при −3...−4 °C — выше точки замерзания воды. Для 30% MEG: LP-уставка соответствует давлению кипения при −10...−12 °C.

Сценарии замерзания: как это происходит

  • Использование воды без антифриза в системе с отрицательной температурой кипения. Чиллер рассчитан на хладоноситель — гликолевый раствор, но контур заполнили водой. При нормальном расходе температура воды на выходе из испарителя остаётся положительной. Но при снижении нагрузки, падении расхода или неправильной уставке LP-реле температура кипения уходит ниже 0 °C — вода замерзает. Это самый распространённый сценарий разрушения испарителей чиллеров.
  • Снижение концентрации гликоля при подпитке контура водой. Концентрация 30% MEG при смешении с чистой водой в соотношении 1:1 падает до 15% — точка замерзания поднимается с −15 °C до −6 °C. В следующий холодный период при снижении нагрузки температура кипения может опуститься ниже −6 °C — испаритель замерзает.
  • Остановка насоса при работающем компрессоре. Реле протока не установлено или неисправно. Насос хладоносителя отключился из-за перегрева, срабатывания теплового реле или кратковременного пропадания питания. Компрессор продолжает работать — хладагент кипит в испарителе, охлаждая неподвижный хладоноситель. Через 3–5 минут хладоноситель в испарителе замерзает.
  • Засорение фильтра-грязевика перед испарителем. Расход через испаритель резко снижается. Хладоноситель медленно движется по каналам — хладагент успевает его переохладить ниже точки замерзания. Характерная картина: замерзание начинается в средней и нижней части испарителя, куда хладоноситель поступает уже переохлаждённым.
  • Аварийное отключение питания в зимний период. Насос остановился вместе с чиллером. В незащищённом антифризом контуре вода медленно остывает и замерзает в испарителе и трубопроводах за несколько часов при отрицательной температуре воздуха. Особенно опасна ситуация, когда чиллер стоит на улице или в неотапливаемом помещении, а в контуре чистая вода.
  • Неправильная уставка LP-реле. LP-реле настроено слишком низко — компрессор продолжает работать при давлении кипения, соответствующем −10...−15 °C, тогда как в контуре вода. Защита не срабатывает, испаритель замерзает без каких-либо аварийных сигналов.

Гидравлический удар в контуре хладоносителя

Гидравлический удар в контуре хладоносителя — отдельный сценарий разрушения, не связанный с замерзанием. Возникает при резком изменении скорости потока жидкости в замкнутом трубопроводе.

Причины гидравлического удара в контуре хладоносителя:
  • Быстрое закрытие запорной арматуры — если оператор резко закрыл кран на подаче, столб жидкости ударяет в закрытый клапан. Давление в точке удара может в 5–15 раз превышать рабочее. Для пластинчатого испарителя с рабочим давлением 10 бар удар при 80–100 бар — разрушение паяных швов.
  • Внезапный пуск насоса в заполненном трубопроводе — особенно при наличии воздушных пробок. Воздух сжимается как пружина и выстреливает столб жидкости.
  • Воздух в контуре — воздушная пробка в верхней точке трубопровода при движении жидкости схлопывается, создавая локальный удар.
Защита от гидравлического удара: гибкие антивибрационные вставки перед испарителем, плавный пуск насоса (частотный преобразователь), автоматические воздухоотводчики во всех верхних точках контура, запорная арматура с плавным закрытием (шаровые краны заменяют на дросселирующие при автоматическом управлении).

Коррозионное и механическое разрушение

Коррозионное разрушение пластинчатого испарителя через питтинговую коррозию нержавеющей стали от хлоридов рассматривается подробно в отдельной теме — коррозия чиллеров. Механизм: питтинг прорастает сквозь пластину (толщина 0,5 мм), образуя свищ. Хладагент проникает в хладоноситель или наоборот. Визуально — отсутствие видимых повреждений, обнаруживается только по признакам межконтурной утечки.

Механическое разрушение при монтаже или транспортировке: чрезмерная затяжка резьбовых соединений патрубков деформирует корпус и нарушает пайку ближайших пластин. Падение или удар при монтаже. Вибрационное разрушение при длительной работе без антивибрационных вставок: цикличная нагрузка постепенно разрушает паяные швы в зонах максимальной амплитуды.

Признаки разрушения испарителя

Межконтурная утечка хладагента в хладоноситель:
  • Давление хладагентного контура постепенно падает без видимых внешних утечек
  • В хладоносителе появляются масляные пятна на поверхности или запах хладагента
  • Давление в контуре хладоносителя нестабильно — пузырьки газа (хладагент испаряется в контуре хладоносителя)
  • При анализе масла компрессора обнаруживается вода (хладоноситель попал в контур хладагента)
  • Компрессор уходит в LP-аварию — хладагент уходит в контур хладоносителя, давление в хладагентном контуре падает
Межконтурная утечка хладоносителя в хладагент:
  • Давление в контуре хладоносителя постепенно падает, подпитка не удерживает давление
  • Влажный ход компрессора — вода или гликоль попали во всасывающую линию
  • Масло в компрессоре эмульгируется (белый или серый цвет при сливе)
  • Компрессор останавливается с HP-аварией — испаритель «залит» хладоносителем вместо хладагента
Разрыв после замерзания:
  • Течь хладагента немедленно после размораживания — свищи образовались, пока испаритель был заморожен, и открылись при таянии
  • Невозможно набрать давление при опрессовке азотом
  • Визуально: незначительное вздутие или деформация торцевых пластин (у пластинчатого)

Что делать сразу после обнаружения

Шаг 1. Остановить чиллер — немедленно, без попыток продолжить работу.
Шаг 2. Эвакуировать хладагент — до начала любых работ на испарителе. Хладагент откачивается в баллон на станции регенерации. Открывать контур без эвакуации — нарушение требований ТР ТС 010/2011 и прямая опасность для персонала.
Шаг 3. Слить хладоноситель из вторичного контура. При наличии гликоля — слить в чистую ёмкость для анализа и повторного использования или утилизации.
Шаг 4. Подтвердить разрушение опрессовкой испарителя сухим азотом: подать давление 15–20 бар в хладагентный контур испарителя, наблюдать за падением давления. Если давление держится — испаритель цел, искать утечку в другом месте. Если падает — испаритель разрушён.
Шаг 5. Оценить масштаб — для кожухотрубного испарителя: осмотр трубных досок, определение количества повреждённых трубок. Единичное повреждение — глушение трубки, работа с потерей 2–3% производительности. Массовое повреждение — замена испарителя.
Шаг 6. Устранить причину до установки нового испарителя — иначе история повторится. Проверить концентрацию гликоля, наличие и работоспособность реле протока, уставку LP-реле, состояние насоса и фильтра.
Шаг 7. Промыть контур хладоносителя перед установкой нового испарителя. Продукты коррозии и загрязнения из старого испарителя при наличии засорят новый за один сезон.
Шаг 8. После установки — опрессовка хладагентного контура азотом, тройное вакуумирование до 50 Па, заправка хладагента по массе. Пуско-наладочные работы с контролем температуры хладоносителя на входе и выходе испарителя, давления кипения, тока компрессора.

Защита от замерзания: что должно быть в системе

  • Реле протока (flow switch) — обязательный элемент любого чиллера. Датчик протока на подающей или обратной линии хладоносителя подаёт сигнал на контроллер при снижении расхода ниже минимального. Контроллер немедленно останавливает компрессор. Без реле протока замерзание испарителя при остановке насоса — вопрос нескольких минут. Типичные модели: Danfoss RT Series, Watts FS, Afriso.
  • Датчик температуры хладоносителя на выходе из испарителя с аварийной уставкой. Уставка аварийной остановки: температура хладоносителя на выходе из испарителя ≥ точка замерзания + 3 °C. Для воды: уставка +3 °C. Для 30% MEG: уставка −12 °C. Контроллер чиллера должен останавливать машину при достижении этой уставки.
  • Правильная настройка LP-реле с учётом фактического хладоносителя. LP-уставка рассчитывается по давлению насыщения хладагента при температуре на 3–5 °C выше точки замерзания хладоносителя. Для R410A на воде: давление насыщения при −3 °C ≈ 7,5 бар — это минимальное допустимое давление всасывания.
  • Контроль концентрации гликоля рефрактометром при каждом ТО. Результат фиксируется в сервисном журнале. Концентрация должна обеспечивать температуру замерзания на 5–8 °C ниже минимальной рабочей температуры кипения хладагента.
  • Слив воды из контура на зимний период — для сезонного оборудования без антифриза. Полный слив воды из испарителя, трубопроводов и насосной станции. Контроль открытием дренажных кранов в нижних точках контура.
  • Резервный насос — при отказе основного насоса резервный должен автоматически запускаться за 1–3 секунды. За это время температура хладоносителя в испарителе не успевает упасть до критических значений.

Диагностическая таблица

Типичные ошибки

  • Заполняют контур чиллера чистой водой вместо гликолевого раствора. Вода дешевле, её легче достать, и при положительных температурах чиллер работает нормально. Первый же ночной мороз при остановленном насосе — разрыв испарителя. Любая система, где хладагент кипит ниже 0 °C, должна работать только с антифризом.
  • Не проверяют концентрацию гликоля при подпитке. Контур подтравливает — доливают воду из шланга. Через год концентрация упала с 40% до 20%. Точка замерзания поднялась с −24 °C до −8 °C. При очередном пуске в холодный день — замерзание. Рефрактометр должен быть обязательным инструментом при каждом ТО.
  • Не устанавливают реле протока. «Насос надёжный, зачем реле». Реле протока стоит 3–10 тысяч рублей. Новый пластинчатый испаритель — 80–300 тысяч. Аргументов против реле протока не существует.
  • Запускают чиллер сразу после замерзания, не убедившись в целостности испарителя. Испаритель ещё частично заморожен, но давление появилось — кажется, что всё нормально. При оттаивании свищи открываются, хладагент уходит в контур хладоносителя, компрессор получает влагу в масло. Правило: после любого замерзания — обязательная опрессовка испарителя азотом до запуска компрессора.
  • После замены испарителя не промывают контур хладоносителя. Продукты коррозии, шлам и загрязнения из старого испарителя переходят в новый. Через один сезон новый испаритель засорён, теплообмен снижен, давление кипения падает, начинается новый цикл замерзания. Промывка — обязательный этап, не опция.
  • Неправильно настраивают LP-реле для чиллера на воде. Уставку берут из таблицы для гликолевого контура — −15 °C соответствует определённому давлению. Но в контуре чистая вода с точкой замерзания 0 °C. Чиллер останавливается «слишком поздно» — к моменту срабатывания LP вода уже замерзает. Уставка LP рассчитывается под конкретный хладоноситель с запасом 3–5 °C выше его точки замерзания.
Frostsystems диагностирует разрушение испарителей холодильных машин, выполняет опрессовку, замену пластинчатых и кожухотрубных испарителей, промывку контуров хладоносителя, настройку защитной автоматики — Москва и Московская область.

Не знаете с чего начать?

Оставьте ваши контактные данные и инженер разберется в вашей проблеме и предложит пути решения.