Удосконалення робочих характеристик повітряних конденсаторів аміаку за наявності неконденсованих газів (стр. 4 из 6)
Отримані дані дозволили встановити, що значення об'ємної частки НКГ в лінійному ресивері досить коректно визначаються, використовуючи наступну залежність:
, (13)де Ра– парціальний тиск насиченої пари холодоагенту, відповідний температурі аміаку, що поступає в лінійний ресивер, Мпа; Р – загальний тиск парогазової суміші в лінійному ресивері, Мпа; Ратм – атмосферний тиск, Мпа.
На базі АСУТП був створений програмний регулювальник, який за значеннями тиску в ресивері і температури рідкого аміаку, що поступає в ресивер, використовуючи залежність (13), визначає значення об'ємної частки НКГ в лінійному ресивері. Ця величина була призначена як регульований параметр продувальному клапану, через який здійснюється видалення НКГ.
Метою другої частки експериментального дослідження було встановлення загальних закономірностей впливу НКГ на роботу системи конденсації. Для визначення характеристик парорідинної суміші по довжині труб повітряного конденсатора за наявності НКГ в трубну дошку дослідного конденсатора були встановлені два додаткові термометри опору, які вимірювали температуру парорідинної суміші усередині труби. З їх допомогою вимірювалися температури парорідинної суміші на різних місцях апарату (t-01 – після першого проходу 12 м, t-03 – після другого проходу 24 м). Вимірювалися також тиск нагнітання, тиск в лінійному ресивері і інші технологічні параметри, що характеризують режим роботи установки. Дані вимірів фіксувалися за допомогою АСУТП з частотою 4 секунди.
На рис. 4 наведені значення об'ємної частки НКГ оV, значення відносної насиченості парогазової суміші цо у лінійному ресивері, температур в конденсаторі t-01, t-03, температури аміаку на вході в ресивер t-04 і температури навколишнього повітря tос впродовж 12 годин. Протягом першої години відбувається конденсація чистої пари аміаку. При цьому температури на різних ділянках конденсатора – t-01, t-03 не дужевідрізняються. Далі відбувається надходження НКГ в систему конденсації. Об'ємна частка НКГ в лінійному ресивері зростає до 30%, а значення температур t-03 і t-04 зменшуються на 4-5°С, що приводить до зменшення температурної різниці між аміаком, що конденсується, і зовнішнім повітрям.
Рис. 4 Параметри роботи конденсатора
При наступному надходженні НКГ їх об'ємна частка в лінійному ресивері збільшується до 42%, а температури t-03, t-04 знижуються до температури навколишнього повітря 19-21°С. Це свідчить про те, що на деякій відстані по довжині горизонтальних труб конденсаторів температурна різниця зменшується настільки, що конденсація аміаку повністю припиняється. Значна частка активної поверхні конденсаторів (близько 50%) залишається незадіяною.
Момент початку видалення НКГ зображений на рис. 4 вертикальною лінією на відмітці часу 08:30, що позначає відкриття продувального клапана. У міру видалення НКГ з системи температурна різниця стабілізується.
Перевищення температури рідкого аміаку, що надходить до лінійного ресиверу t-04, значень температур t-01, t-03 пояснюється тим, що рідкий аміак при виході з конденсатора нагрівається потоком перегрітої пари, що входить в конденсатор. Це удалося виявити за допомогою фотознімка передньої панелі конденсатора в інфрачервоному випромінюванні, використовуючи тепловизор «ThermaCAMP60» (FLIRSystems, Швеція, діапазони температур для вимірів: від -40°С до + 120°С або від 0°С до + 500°С, точність вимірів ±2°С або ±2% від показань). На ньому видно, що структура потоків в конденсаторі реалізована так, що камера входу перегрітої пари аміаку в конденсатор і виходу конденсату, температури яких дуже сильно відрізняються (на 40-60 °С) є суміжними, та між ними відбувається теплообмін.
Загальний вплив температури навколишнього середовища, загального тиску і об'ємної частки НКГ на ефективність роботи конденсаторів можна оцінити, використовуючи величину відносної насиченості парогазової суміші. Вона характеризує ступінь насиченості парогазової суміші неконденсованими газами при відомій температурі і тиску суміші і дорівнює відношенню фактичної об'ємної частки НКГ в парогазової суміші оVдо максимально можливої об'ємної частки НКГ оVmax, яка може утворитися в суміші при її максимальному охолоджуванні до температури середи, що охолоджує:
або 
, (14)де Рk, Рk0– парціальний тиск насиченої пари аміаку, при фактичній температурі парогазової суміші та при температурі навколишнього повітря. Величина цо набуває значень від 0 до 1.
Дані про роботу установки протягом 24 годин в умовах значного надходження НКГ представлені на рис. 5.
Рис. 5 Характеристики холодильної системи під впливом НКГ на протязі доби
В даному випадку видалення НКГ з системи не проводилося протягом тривалого часу. На рис. 5а представлений графік значень відносній насиченості парогазової суміші, її значення дорівнюють одиниці при об'ємній частці НКГ 57%. В той же час в роботу включається максимальна кількість вентиляторів, досягається пікове навантаження на конденсатори при незмінних параметрах холодильного циклу, здійснюваного установкою. Подальше надходження НКГ спричиняє підвищення тиску нагнітання компресора на 29% – з 1.7 до 2 Мпа (рис. 5г) і зменшення холодопродуктивності установки на 26%, яке відбивається в зменшенні кількості аміаку, що приймається в сховища (рис. 5в).
Максимальне значення концентрації НКГ складає 64% за об'ємом. Змінювання температури навколишнього повітря не перевищує 5°С (рис. 5б) і значного впливу на ефективність роботи конденсаторів вона не надає. На відмітці часу 17:00 відбувається видалення НКГ і робочий режим холодильної установки стабілізується.
Достовірність результатів і експериментальних досліджень перевірялася порівнянням з теоретичними даними, отриманими в результаті розрахунку параметрів конденсації пари аміаку у присутності НКГ за допомогою розробленої математичної моделі за початковими даними і умовами експериментальної частки дослідження.
Отримані за допомогою розрахунку по математичній моделі значення теплового навантаження на конденсаторну систему Qk, менше експериментальних значень: на 8-10% при роботі системи без НКГ, на 10-12% при роботі системи за наявності 56% НКГ в ресивері.
В ході експериментів були виявлені періодичні змінення тиску у конденсаторах, оборотів газотурбінного двигуна, що є приводом компресора, температури рідкого аміаку на вході в лінейний ресивер та деякі інші параметри.
Було встановлено, що коливання виникають при пониженні температури навколишнього середовища, тобто при збільшенні температурної різниці між парою аміаку, що конденсується, і зовнішнім повітрям, та за наявності НКГ. Період коливань може складати від 10 до 30 хвилин.
Однією з умов виникнення коливань в системі окрім високої різниці температур є наявність НКГ (10-20% за об'ємом). Подібні результати були отримані також і іншими дослідниками.
У четвертому розділі приведені розроблені автором номограми, що дозволяють визначити вміст холодильних агентів в суміші з повітрям залежно від тиску суміші і її температури, а також вибрати спосіб видалення НКГ, що забезпечує найменші енерговитрати і втрати холодоагенту.
Розглянуті конструкції найбільш поширених повітровідділювачів що застосовуються в холодильних установках: кожухозмійовикового типу, повітровідділювач системи Кобулашвілі, автоматизовані повітровідділювачі АВ-2, АВ-4, повітровідділювачі виробництва фірм HansenTechnologies, Gea-Grasso, YorkRefrigeration. Вказані недоліки системи відділення НКГ, вживаної на холодильній установці комплексу перевантаження аміаку Одеського припортового заводу. Основні з них: паралельний струм охолоджуваної і охолоджуючої середи, висока металоємність апарату в порівнянні з площею поверхні теплообміну, а також деякі недоліки конструкції віддільника НКГ. Вміст аміаку в суміші, що видаляється через даний апарат, складає 15-20%.
З урахуванням результатів аналізу систем видалення НКГ і переваг пластинчастих теплообмінних апаратів розроблений віддільник неконденсованих газів з використанням пластинчастої поверхні теплообміну як основної. Принципова новизна розробленого високоефективного повітровідділювача, що забезпечує якнайповніше видалення неконденсованих газів з систем аміачних холодильних з мінімальними втратами аміаку, захищена патентом України на винахід. Заміна віддільника НКГ, використовуваного у складі холодильної установки комплексу перевантаження аміаку, на пропонованого віддільника неконденсованих газів пластинчастого типу дозволяє добитися меншої концентрації аміаку (не більше 7% за об'ємом) в парогазової суміші, що видаляється, з системи холодильної установки. Скорочення річних втрат аміаку при видаленні НКГ унаслідок заміни існуючих віддільників новими апаратами рівної площі поверхні теплообміну складає по попередніх розрахунках близько 63 тонн.