Dans le cas où la consommation de la phase vapeur du gaz liquéfié dépasse le taux d'évaporation naturelle dans le récipient, il est nécessaire d'utiliser des évaporateurs qui, grâce au chauffage électrique, accélèrent le processus d'évaporation de la phase liquide en phase vapeur. et garantir la fourniture de gaz au consommateur dans le volume calculé.

Le but de l'évaporateur GPL est la transformation de la phase liquide des gaz d'hydrocarbures liquéfiés (GPL) en phase vapeur, ce qui se produit grâce à l'utilisation d'évaporateurs chauffés électriquement. Les unités d'évaporation peuvent être équipées d'un, deux, trois évaporateurs électriques ou plus.

L'installation d'évaporateurs permet le fonctionnement à la fois d'un évaporateur et de plusieurs en parallèle. Ainsi, la productivité de l'installation peut varier en fonction du nombre d'évaporateurs fonctionnant simultanément.

Principe de fonctionnement de l'unité d'évaporation :

Lorsque l'unité d'évaporation est allumée, l'automatisation chauffe l'unité d'évaporation à 55C. L'électrovanne à l'entrée de la phase liquide de l'unité d'évaporation sera fermée jusqu'à ce que la température atteigne ces paramètres. Le capteur de contrôle de niveau dans la vanne d'arrêt (s'il y a une jauge de niveau dans la vanne d'arrêt) surveille le niveau et, en cas de débordement, ferme la vanne d'entrée.

L'évaporateur commence à chauffer. Lorsque 55°C est atteint, la vanne magnétique d'entrée s'ouvre. Le gaz liquéfié entre dans le registre de tuyaux chauffés et s'évapore. À ce moment-là, l'évaporateur continue de chauffer et lorsque la température à cœur atteint 70-75°C, le serpentin de chauffage s'éteint.

Le processus d'évaporation se poursuit. Le noyau de l’évaporateur refroidit progressivement et lorsque la température descend à 65°C, le serpentin de chauffage se rallume. Le cycle se répète.

Ensemble complet d'unité d'évaporation :

L'unité d'évaporation peut être équipée d'un ou deux groupes de régulation pour dupliquer le système de réduction, ainsi que d'une ligne de dérivation de phase vapeur, contournant l'unité d'évaporation pour utiliser la phase vapeur d'évaporation naturelle dans les réservoirs de gaz.

Les régulateurs de pression sont utilisés pour installer pression de réglageà la sortie de l'usine d'évaporation vers le consommateur.

• 1er étage - réglage moyenne pression (de 16 à 1,5 bar).
• 2ème étape - réglage basse pression de 1,5 bar à la pression requise lors de la fourniture au consommateur (par exemple, à une chaudière à gaz ou à une centrale électrique à piston à gaz).

Avantages des unités d'évaporation PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne)

1. Conception compacte, poids léger ;
2. Fonctionnement économique et sûr ;
3. Grande puissance thermique ;
4. Longue durée de vie ;
5. Fonctionnement stable à basses températures ;
6. Système de contrôle dupliqué pour la sortie de la phase liquide de l'évaporateur (mécanique et électronique) ;
7. Anti-givrage du filtre et de l'électrovanne (PP-TEC uniquement)

Emballage inclus:

Double thermostat pour le contrôle de la température du gaz,
- des capteurs de contrôle de niveau de liquide,
- électrovannes à l'entrée de la phase liquide
- un jeu de ferrures de sécurité,
- des thermomètres,
- des vannes à bille pour la vidange et la désaération,
- séparateur de gaz phase liquide intégré,
- les raccords d'entrée/sortie,
- boîtes à bornes pour connexions électriques,
- tableau de commande électrique.

Avantages des évaporateurs PP-TEC

Lors de la conception d’une installation d’évaporation, trois éléments doivent toujours être pris en compte :

1. Assurer les performances spécifiées,
2. Créez la protection nécessaire contre l'hypothermie et la surchauffe du noyau de l'évaporateur.
3. Calculez correctement la géométrie de l'emplacement du liquide de refroidissement jusqu'au conducteur de gaz dans l'évaporateur

Les performances de l'évaporateur ne dépendent pas seulement de la quantité de tension d'alimentation consommée par le réseau. Un facteur important est la géométrie du lieu.

Une disposition correctement calculée garantit une utilisation efficace du miroir caloporteur et, par conséquent, augmente l'efficacité de l'évaporateur.

Dans les évaporateurs « PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne), par calculs corrects, les ingénieurs de l’entreprise ont réussi à augmenter ce coefficient à 98 %.

Les installations d'évaporation de l'entreprise « PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne) ne perdent que 2 % de chaleur. La quantité restante est utilisée pour évaporer le gaz.

Presque tous les fabricants européens et américains d'équipements d'évaporation interprètent de manière totalement erronée le concept de « protection redondante » (une condition pour la mise en œuvre de la duplication des fonctions de protection contre la surchauffe et le refroidissement excessif).

Le concept de « protection redondante » implique la mise en œuvre d'un « filet de sécurité » d'unités de travail individuelles et d'unités ou d'équipements entiers, grâce à l'utilisation d'éléments dupliqués de différents fabricants et avec des principes de fonctionnement différents. Ce n'est que dans ce cas que le risque de panne de l'équipement peut être minimisé.

De nombreux fabricants tentent de mettre en œuvre cette fonction (tout en protégeant contre l'hypothermie et la pénétration de la fraction liquide du GPL vers le consommateur) en installant deux vannes magnétiques connectées en série du même fabricant sur la conduite d'alimentation d'entrée. Ou ils utilisent deux capteurs de température pour allumer/ouvrir les vannes connectées en série.

Imaginez la situation. Une électrovanne est bloquée ouverte. Comment pouvez-vous déterminer que la vanne est défaillante ? CERTAINEMENT PAS! L'installation continuera à fonctionner, ayant perdu la possibilité d'assurer un fonctionnement sûr à temps en cas de surrefroidissement en cas de défaillance de la deuxième vanne.

Dans les évaporateurs PP-TEC cette fonction a été mis en œuvre d’une manière complètement différente.

Dans les installations d'évaporation, la société « PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne) utilise un algorithme global travail à troiséléments de protection contre l'hypothermie :

1. Appareil électronique
2. Vanne magnétique
3. Vanne d'arrêt mécanique dans la vanne d'arrêt.

Les trois éléments ont des principes de fonctionnement complètement différents, ce qui nous permet de parler avec confiance de l'impossibilité d'une situation dans laquelle du gaz non évaporé sous forme liquide pénètre dans le pipeline du consommateur.

Dans les installations d'évaporation de la société « PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne), la même chose a été mise en œuvre pour protéger l'évaporateur contre la surchauffe. Les éléments impliquent à la fois l’électronique et la mécanique.

La société « PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne) a été la première au monde à mettre en œuvre la fonction d'intégration d'une vanne de coupure de liquide dans la cavité de l'évaporateur lui-même avec possibilité de chauffage constant de la coupure. soupape.

Aucun fabricant de technologie d'évaporation n'utilise cette fonction propriétaire. À l'aide d'un coupeur chauffé, les unités d'évaporation « PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne) ont pu évaporer les composants lourds du GPL.

De nombreux fabricants, se copiant les uns les autres, installent une vanne d'arrêt en sortie devant les régulateurs. Les mercaptans, soufre et gaz lourds contenus dans le gaz, qui ont un effet très haute densité En entrant dans une canalisation froide, ils se condensent et se déposent sur les parois des canalisations, des vannes d'arrêt et des régulateurs, ce qui réduit considérablement la durée de vie des équipements.

Dans les évaporateurs PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne), les sédiments lourds à l'état fondu sont conservés dans un séparateur jusqu'à ce qu'ils soient évacués par un robinet à tournant sphérique de décharge dans l'unité d'évaporation.

En supprimant les mercaptans, la société « PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne) a pu obtenir une augmentation significative de la durée de vie des installations et des groupes de réglementation. Cela signifie prendre en charge les coûts d'exploitation qui ne nécessitent pas le remplacement constant des membranes du régulateur, ni leur remplacement complet et coûteux, entraînant un temps d'arrêt de l'unité d'évaporation.

Et la fonction mise en œuvre de chauffage de l'électrovanne et du filtre à l'entrée de l'unité d'évaporation empêche l'eau de s'y accumuler et, si elle est gelée dans les électrovannes, de provoquer des dommages lorsqu'elle est activée. Ou limiter l'entrée de la phase liquide dans l'unité d'évaporation.

Les unités d'évaporation de la société allemande « PP-TEC « Innovative Fluessiggas Technik » (Allemagne) fonctionnent de manière fiable et stable pour de nombreuses années opération.

Dans l'évaporateur, le processus de transition du réfrigérant de l'état liquide à l'état gazeux se produit avec la même pression ; la pression à l'intérieur de l'évaporateur est la même partout. Pendant le processus de transition d'une substance de liquide à gazeux (son ébullition) dans l'évaporateur, l'évaporateur absorbe de la chaleur, contrairement au condenseur, qui libère de la chaleur dans l'environnement. Que. Grâce à deux échangeurs de chaleur, le processus d'échange thermique se produit entre deux substances : la substance refroidie, située autour de l'évaporateur, et l'air extérieur, situé autour du condenseur.

Diagramme de débit du fréon liquide

Électrovanne - arrête ou ouvre le flux de réfrigérant vers l'évaporateur, est toujours complètement ouverte ou complètement fermée (peut ne pas être présente dans le système)

Le détendeur thermostatique (TEV) est un dispositif précis qui régule le débit de réfrigérant dans l'évaporateur en fonction de l'intensité de l'ébullition du réfrigérant dans l'évaporateur. Il empêche le réfrigérant liquide de pénétrer dans le compresseur.

Le fréon liquide pénètre dans le détendeur, le réfrigérant est étranglé à travers la membrane du détendeur (le fréon est pulvérisé) et commence à bouillir en raison de la chute de pression, les gouttelettes se transforment progressivement en gaz dans toute la section du pipeline de l'évaporateur. A partir du dispositif d'étranglement du détendeur, la pression reste constante. Le fréon continue de bouillir et certaine zone l'évaporateur se transforme complètement en gaz puis, en passant par l'évaporateur, le gaz commence à être chauffé par l'air qui se trouve dans la chambre.

Si, par exemple, le point d'ébullition du fréon est de -10 °C, la température dans la chambre est de +2 °C, le fréon, s'étant transformé en gaz dans l'évaporateur, commence à s'échauffer et à la sortie de l'évaporateur, son la température doit être égale à -3, -4 °C, donc Δt (la différence entre le point d'ébullition du réfrigérant et la température du gaz à la sortie de l'évaporateur) doit être = 7-8, c'est le fonctionnement normal du système. Pour un Δt donné, on saura qu'à la sortie de l'évaporateur il n'y aura pas de particules de fréon non bouilli (il ne devrait pas y en avoir) si une ébullition se produit dans le tuyau, alors toute la puissance n'est pas utilisée pour refroidir la substance ; Le tuyau est isolé thermiquement afin que le fréon ne chauffe pas jusqu'à température ambiante, car Le gaz réfrigérant refroidit le stator du compresseur. Si du fréon liquide pénètre toujours dans le tuyau, cela signifie que la dose fournie au système est trop importante ou que l'évaporateur est faible (court).

Si Δt est inférieur à 7, alors l'évaporateur est rempli de fréon, il n'a pas le temps de s'évaporer et le système ne fonctionne pas correctement, le compresseur est également rempli de fréon liquide et tombe en panne. DANS grand côté la surchauffe n'est pas aussi dangereuse qu'une surchauffe dans une moindre mesure ; à Δt ˃ 7, une surchauffe du stator du compresseur peut se produire, mais un léger excès de surchauffe peut ne pas être ressenti par le compresseur et est préférable pendant le fonctionnement.

À l’aide de ventilateurs situés dans le refroidisseur d’air, le froid est évacué de l’évaporateur. Si cela ne se produisait pas, les tubes se couvriraient de glace et en même temps le réfrigérant atteindrait sa température de saturation, à laquelle il cesserait de bouillir, puis, même quelle que soit la chute de pression, le fréon liquide entrerait dans l'évaporateur sans s'évaporant, inondant le compresseur.

Afin d'augmenter la sécurité de fonctionnement du groupe frigorifique, il est recommandé que les condenseurs, les récepteurs linéaires et les séparateurs d'huile (dispositifs haute pression) Avec un grand nombre Le réfrigérant doit être placé à l’extérieur de la salle des machines.
Ces équipements, ainsi que les récepteurs de stockage des réserves de fluide frigorigène, doivent être entourés d'une barrière métallique avec une entrée verrouillable. Les récepteurs doivent être protégés du soleil et des précipitations par un auvent. Les appareils et cuves installés à l'intérieur peuvent être situés dans un atelier de compression ou dans un local d'équipements spéciaux s'il dispose d'une sortie séparée vers l'extérieur. Le passage entre le mur lisse et l'appareil doit être d'au moins 0,8 m, mais l'installation d'appareils contre des murs sans passages est autorisée. La distance entre les parties saillantes des appareils doit être d'au moins 1,0 m, et si ce passage est le principal, de 1,5 m.
Lors du montage de récipients et d'appareils sur des supports ou des poutres en porte-à-faux, ces dernières doivent être encastrées dans le mur principal sur une profondeur d'au moins 250 mm.
L'installation d'appareils sur les colonnes à l'aide de pinces est autorisée. Il est interdit de percer des trous dans les colonnes pour sécuriser du matériel.
Pour l'installation des appareils et l'entretien ultérieur des condenseurs et des récepteurs de circulation, des plates-formes métalliques avec clôture et escaliers sont installées. Si la longueur de la plateforme est supérieure à 6 m, il doit y avoir deux marches.
Les plates-formes et les escaliers doivent avoir des mains courantes et des rebords. La hauteur des mains courantes est de 1 m, le bord est d'au moins 0,15 m. La distance entre les poteaux de la main courante ne dépasse pas 2 m.
Des tests de résistance et de densité des appareils, des récipients et des systèmes de canalisations sont effectués une fois terminés. travaux d'installation et dans les délais prévus par les « Règles de Conception et fonctionnement en toute sécurité groupes frigorifiques à l'ammoniac".

Appareils cylindriques horizontaux. Les évaporateurs à calandre, les condenseurs horizontaux à calandre et les récepteurs horizontaux sont installés sur des fondations en béton sous la forme de socles séparés strictement horizontalement avec une pente admissible de 0,5 mm par 1 m de longueur linéaire vers le carter d'huile.
Les appareils reposent sur des poutres en bois antiseptiques d'au moins 200 mm de large avec un évidement en forme de corps (Fig. 10 et 11) et sont fixés à la fondation avec des ceintures en acier avec des joints en caoutchouc.

Les dispositifs basse température sont installés sur des poutres d'une épaisseur au moins égale à l'épaisseur de l'isolation thermique, et sous
placé avec des ceintures blocs de bois 50 à 100 mm de long et une hauteur égale à l'épaisseur de l'isolant, à une distance de 250 à 300 mm les uns des autres sur la circonférence (Fig. 11).
Pour nettoyer les tuyaux du condenseur et de l'évaporateur de la contamination, la distance entre leurs embouts et les parois doit être de 0,8 m d'un côté et de 1,5 à 2,0 m de l'autre. Lors de l'installation d'appareils dans une pièce pour remplacer les tuyaux des condenseurs et des évaporateurs, une « fausse fenêtre » est installée (dans le mur opposé au couvercle de l'appareil). Pour ce faire, une ouverture est laissée dans la maçonnerie du bâtiment, qui est remplie de matériau d'isolation thermique, recouverte de planches et enduite. Lors de la réparation des appareils, la « fausse fenêtre » est ouverte et restaurée une fois la réparation terminée. Une fois les travaux de mise en place des appareils terminés, des dispositifs d'automatisation et de contrôle y sont installés, vannes d'arrêt, soupapes de sécurité.
La cavité de l'appareil pour le réfrigérant est purgée avec de l'air comprimé et des tests de résistance et de densité sont effectués avec les couvercles retirés. Lors de l'installation d'une unité condenseur-récepteur, un condenseur horizontal à calandre et tube est installé sur la plate-forme au-dessus du récepteur linéaire. La taille du site doit assurer une maintenance complète de l'appareil.

Condenseurs verticaux à calandre et à tubes. Les appareils sont installés en extérieur sur une fondation massive avec une fosse pour évacuer l'eau. Lors de la réalisation des fondations, les boulons de fixation de la bride inférieure de l'appareil sont posés dans le béton. Le condenseur est installé avec une grue sur des packs de plots et de cales. Grâce aux cales de bourrage, l'appareil est positionné strictement verticalement à l'aide de fils à plomb situés dans deux plans perpendiculaires entre eux. Afin d'éviter que les fils à plomb ne se balancent sous l'effet du vent, leurs poids sont descendus dans un récipient contenant de l'eau ou de l'huile. La position verticale de l'appareil est provoquée par le flux hélicoïdal de l'eau à travers ses tubes. Même avec une légère inclinaison de l'appareil, l'eau ne lavera normalement pas la surface des tuyaux. Une fois l'alignement de l'appareil terminé, les revêtements et les cales sont soudés dans des sacs et la fondation est coulée.

Condenseurs évaporatifs. Ils sont livrés assemblés pour l'installation et installés sur une plateforme dont les dimensions permettent une maintenance complète de ces appareils. « La hauteur de la plate-forme tient compte du placement des récepteurs linéaires en dessous. Pour faciliter l'entretien, la plateforme est équipée d'une échelle, et lorsque première position Pour les ventilateurs, il est en outre installé entre la plateforme et le plan supérieur de l'appareil.
Après avoir installé le condenseur évaporatif, connectez-le à pompe de circulation et les pipelines.

Les plus utilisés sont les condenseurs évaporatifs des types TVKA et Evako produits par VNR. La couche déflectrice de chutes de ces appareils est en plastique, c'est pourquoi le soudage et tout autre travail avec une flamme nue doivent être interdits dans la zone où les appareils sont installés. Les moteurs des ventilateurs sont mis à la terre. Lors de l'installation de l'appareil sur une colline (par exemple sur le toit d'un bâtiment), une protection contre la foudre doit être utilisée.

Évaporateurs à panneaux. Ils sont fournis en unités séparées et sont assemblés lors des travaux d'installation.

Le réservoir de l'évaporateur est testé pour les fuites en versant de l'eau et installé sur une dalle de béton de 300 à 400 mm d'épaisseur (Fig. 12), dont la hauteur de la partie souterraine est de 100 à 150 mm. Des poutres en bois antiseptiques ou des traverses de chemin de fer et une isolation thermique sont posées entre la fondation et la cuve. Les sections de panneaux sont installées dans le réservoir strictement horizontalement, de niveau. Surfaces latérales La cuve est isolée et enduite, et le mélangeur est réglé.

Appareils à chambre. Les batteries murales et plafonnières sont assemblées à partir de sections standardisées (Fig. 13) sur le site d'installation.

Pour les batteries à l'ammoniac, des sections de tuyaux d'un diamètre de 38X2,5 mm sont utilisées, pour le liquide de refroidissement - d'un diamètre de 38X3 mm. Les tuyaux sont dotés d'ailettes enroulées en spirale en ruban d'acier 1X45 mm avec un espacement des ailettes de 20 et 30 mm. Les caractéristiques des sections sont présentées dans le tableau. 6.

La longueur totale des tuyaux de batterie dans les circuits de pompage ne doit pas dépasser 100-200 m. La batterie est installée dans la chambre à l'aide de pièces encastrées fixées au plafond lors de la construction du bâtiment (Fig. 14).

Les flexibles de batterie sont placés strictement horizontalement et de niveau.

Les refroidisseurs d’air de plafond sont fournis assemblés pour l’installation. Structures porteuses les appareils (canaux) sont connectés aux canaux des pièces intégrées. L'installation horizontale des appareils est vérifiée à l'aide du niveau hydrostatique.

Les batteries et les refroidisseurs d'air sont transportés jusqu'au site d'installation par des chariots élévateurs ou d'autres appareils de levage. Pente admissible Les tuyaux ne doivent pas dépasser 0,5 mm par 1 m de longueur linéaire.

Pour éliminer l'eau de fonte lors du dégel, des tuyaux de drainage sont installés sur lesquels sont fixés des éléments chauffants de type ENGL-180. L'élément chauffant est un ruban en fibre de verre à base de noyaux chauffants métalliques en alliage à haute teneur en résistivité. Éléments chauffants ils sont enroulés sur le pipeline en spirale ou posés linéairement, fixés au pipeline avec du ruban de verre (par exemple, du ruban LES-0,2X20). Sur coupe verticale les radiateurs sont installés uniquement dans le sens d'une spirale dans la canalisation de drainage. Lors d'une pose linéaire, les radiateurs sont fixés au pipeline avec du ruban de verre par incréments ne dépassant pas 0,5 m. Une fois les radiateurs fixés, le pipeline est isolé avec un isolant ininflammable et gainé d'une gaine métallique de protection. Aux endroits où le radiateur présente des courbures importantes (par exemple, sur les brides), un ruban d'aluminium d'une épaisseur de 0,2 à 1,0 mm et d'une largeur de 40 à 80 mm doit être placé en dessous pour éviter une surchauffe locale.

Une fois l'installation terminée, tous les appareils sont testés pour leur résistance et leur densité.

L'un des plus éléments importants pour une machine à compression de vapeur est . Il effectue le processus principal du cycle de réfrigération - la sélection dans l'environnement refroidi. Les autres éléments du circuit frigorifique, tels qu'un condenseur, un détendeur, un compresseur, etc., assurent uniquement fonctionnement fiableévaporateur, c'est donc le choix de ce dernier qui doit faire l'objet d'une attention particulière.

Il s'ensuit que lors du choix d'un équipement pour un groupe frigorifique, il faut commencer par l'évaporateur. De nombreux réparateurs débutants commettent souvent une erreur typique et commencent à terminer l'installation avec un compresseur.

Sur la fig. La figure 1 montre un schéma de la machine frigorifique à compression de vapeur la plus courante. Son cycle, précisé en coordonnées : pression R. Et je. Sur la fig. 1b, les points 1 à 7 du cycle de réfrigération sont un indicateur de l'état du réfrigérant (pression, température, volume spécifique) et coïncident avec celui de la Fig. 1a (fonctions des paramètres d'état).

Riz. 1 – Schéma et en coordonnées d’une machine à compression de vapeur classique : RU dispositif d'expansion, Pk– la pression de condensation, Ro– pression d'ébullition.

Représentation graphique fig. La figure 1b montre l'état et les fonctions du réfrigérant, qui varient en fonction de la pression et de l'enthalpie. Segment AB sur la courbe de la Fig. 1b caractérise le fluide frigorigène à l'état vapeur saturée. Sa température correspond au point de départ de l'ébullition. La fraction de vapeur du réfrigérant est de 100 % et la surchauffe est proche de zéro. A droite de la courbe AB le réfrigérant a un état (la température du réfrigérant est supérieure au point d'ébullition).

Point DANS est critique pour un réfrigérant donné, car elle correspond à la température à laquelle la substance ne peut pas passer à l'état liquide, quelle que soit la pression. Sur la section BC, le réfrigérant a l'état d'un liquide saturé, et sur le côté gauche - un liquide surfondu (la température du réfrigérant est inférieure au point d'ébullition).

À l'intérieur de la courbe abc le fluide frigorigène est à l'état d'un mélange vapeur-liquide (la proportion de vapeur par unité de volume est variable). Le processus se produisant dans l'évaporateur (Fig. 1b) correspond au segment 6-1 . Le réfrigérant entre dans l'évaporateur (point 6) à l'état d'un mélange vapeur-liquide bouillant. Dans ce cas, la part de vapeur dépend du cycle de réfrigération spécifique et est de 10 à 30 %.

A la sortie de l'évaporateur, le processus d'ébullition peut ne pas être terminé, point final 1 peut ne pas coïncider avec le point 7 . Si la température du réfrigérant à la sortie de l'évaporateur est supérieure au point d'ébullition, alors nous obtenons un évaporateur surchauffé. Sa taille ΔSurchauffe représente la différence entre la température du fluide frigorigène à la sortie de l'évaporateur (point 1) et sa température à la ligne de saturation AB (point 7) :

ΔTsurchauffe=T1 – T7

Si les points 1 et 7 coïncident, alors la température du réfrigérant est égale au point d'ébullition et la surchauffe ΔSurchauffe sera égal à zéro. Ainsi, nous obtenons un évaporateur inondé. Par conséquent, lors du choix d’un évaporateur, vous devez d’abord faire un choix entre un évaporateur inondé et un évaporateur surchauffé.

A noter qu'à conditions égales, un évaporateur noyé est plus avantageux en termes d'intensité du processus d'extraction de chaleur qu'en cas de surchauffe. Mais il faut tenir compte du fait qu'à la sortie de l'évaporateur inondé, le réfrigérant est dans un état de vapeur saturée, et il est impossible de fournir un environnement humide au compresseur. Sinon, il existe une forte probabilité de coups de bélier, qui s'accompagneront d'une destruction mécanique des pièces du compresseur. Il s'avère que si vous choisissez un évaporateur inondé, il est alors nécessaire de fournir une protection supplémentaire au compresseur contre la vapeur saturée qui y pénètre.

Si vous privilégiez un évaporateur avec surchauffe, vous n'avez pas à vous soucier de la protection du compresseur et de l'infiltration de vapeur saturée. La probabilité d'un coup de bélier ne se produira que si la valeur de surchauffe s'écarte de la valeur requise. Dans des conditions normales de fonctionnement d'une unité de réfrigération, la quantité de surchauffe ΔSurchauffe devrait être compris entre 4 et 7 K.

Lorsque l'indicateur de surchauffe diminue ΔSurchauffe, l'intensité de l'extraction de chaleur de l'environnement augmente. Mais à des valeurs extrêmement faibles ΔSurchauffe(moins de 3K), il existe une possibilité que de la vapeur humide pénètre dans le compresseur, ce qui peut provoquer des coups de bélier et, par conséquent, endommager les composants mécaniques du compresseur.

Sinon, avec une lecture élevée ΔSurchauffe(plus de 10 K), cela indique qu'une quantité insuffisante de réfrigérant pénètre dans l'évaporateur. L'intensité de l'extraction de chaleur du fluide refroidi diminue fortement et les conditions thermiques du compresseur se détériorent.

Lors du choix d’un évaporateur, une autre question se pose liée au point d’ébullition du réfrigérant dans l’évaporateur. Pour résoudre ce problème, il est d'abord nécessaire de déterminer quelle température du fluide refroidi doit être assurée pour le fonctionnement normal du groupe frigorifique. Si l'air est utilisé comme fluide refroidi, alors en plus de la température à la sortie de l'évaporateur, il est également nécessaire de prendre en compte l'humidité à la sortie de l'évaporateur. Considérons maintenant le comportement des températures du fluide refroidi autour de l'évaporateur pendant le fonctionnement d'un groupe frigorifique conventionnel (Fig. 1a).

Afin de ne pas approfondir ce sujet On négligera les pertes de charge sur l'évaporateur. Nous supposerons également que l'échange thermique se produisant entre le réfrigérant et environnement réalisé selon un schéma à flux direct.

Dans la pratique, un tel schéma n'est pas souvent utilisé, car en termes d'efficacité de transfert de chaleur, il est inférieur à un schéma à contre-courant. Mais si l'un des liquides de refroidissement a une température constante et que les lectures de surchauffe sont faibles, alors le flux direct et le contre-courant seront équivalents. On sait que la différence de température moyenne ne dépend pas du modèle d’écoulement. La prise en compte du circuit à flux direct nous donnera une idée plus claire de l'échange thermique qui se produit entre le réfrigérant et le fluide refroidi.

Tout d'abord, introduisons la quantité virtuelle L, égale à la longueur dispositif d'échange de chaleur (condenseur ou évaporateur). Sa valeur peut être déterminée à partir de l'expression suivante : L=W/S, Où W– correspond au volume interne du dispositif d'échange thermique dans lequel circule le fluide frigorigène, m3 ; S– surface d'échange thermique m2.

Si nous parlons de concernant une machine frigorifique, alors la longueur équivalente de l'évaporateur est presque égale à la longueur du tube dans lequel se déroule le processus 6-1 . Donc elle surface extérieure lavé par un environnement refroidi.

Faisons d’abord attention à l’évaporateur, qui fait office de refroidisseur d’air. Dans celui-ci, le processus d'élimination de la chaleur de l'air se produit à la suite d'une convection naturelle ou à l'aide d'un soufflage forcé de l'évaporateur. A noter que dans les groupes frigorifiques modernes, la première méthode n'est pratiquement pas utilisée, car le refroidissement de l'air par convection naturelle est inefficace.

Ainsi, nous supposerons que le refroidisseur d'air est équipé d'un ventilateur qui fournit un flux d'air forcé vers l'évaporateur et constitue un échangeur de chaleur à ailettes tubulaires (Fig. 2). Sa représentation schématique est présentée sur la Fig. 2b. Considérons les principales grandeurs qui caractérisent le processus de soufflage.

Différence de température

La différence de température à travers l’évaporateur est calculée comme suit :

ΔT=Ta1-Ta2,

Où ΔTa est comprise entre 2 et 8 K (pour les évaporateurs à ailettes tubulaires à flux d'air forcé).

En d'autres termes, pendant le fonctionnement normal du groupe frigorifique, l'air traversant l'évaporateur doit être refroidi à au moins 2 K et au plus à 8 K.

Riz. 2 – Schéma et paramètres de température du refroidissement de l'air sur le refroidisseur d'air :

Ta1 Et Ta2– température de l’air à l’entrée et à la sortie du refroidisseur d’air ;

• FR– la température du réfrigérant ;
• L– longueur équivalente de l'évaporateur ;
• Que– point d'ébullition du réfrigérant dans l'évaporateur.

Différence de température maximale

La pression thermique maximale de l’air à l’entrée de l’évaporateur est déterminée comme suit :

DTmax=Ta1 – À

Cet indicateur est utilisé lors de la sélection des refroidisseurs d'air, car fabricants étrangers technologie du froid fournir des capacités de refroidissement de l'évaporateur QSP selon la taille TDmax. Considérons la méthode de sélection d'un refroidisseur d'air pour une unité de réfrigération et déterminons les valeurs calculées TDmax. Pour ce faire, donnons à titre d'exemple les recommandations généralement acceptées pour sélectionner la valeur TDmax:

• Pour congélateurs TDmax est compris entre 4 et 6 K ;
• pour les locaux de stockage de produits non emballés – 7-9 K ;
• pour les locaux de stockage de produits emballés hermétiquement – ​​10-14 K ;
• pour les climatiseurs – 18-22 K.

Degré de surchauffe de la vapeur à la sortie de l'évaporateur

Pour déterminer le degré de surchauffe de la vapeur à la sortie de l'évaporateur, utilisez le formulaire suivant :

F=ΔTsurcharge/DTmax=(T1-T0)/(Ta1-T0),

Où T1– température de la vapeur du réfrigérant à la sortie de l'évaporateur.

Cet indicateur n'est pratiquement pas utilisé dans notre pays, mais les catalogues étrangers stipulent que les lectures de la capacité de refroidissement des refroidisseurs d'air QSP correspond à la valeur F=0,65.

Pendant le fonctionnement, la valeur F Il est d'usage de prendre de 0 à 1. Supposons que F=0, Alors ΔТsurcharge=0, et le réfrigérant sortant de l’évaporateur sera à l’état de vapeur saturée. Pour ce modèle de refroidisseur d'air, la capacité de refroidissement réelle sera de 10 à 15 % supérieure au chiffre indiqué dans le catalogue.

Si F>0,65, alors l'indicateur de capacité de refroidissement pour un modèle de refroidisseur d'air donné doit être inférieur à la valeur indiquée dans le catalogue. Supposons que F>0,8, alors les performances réelles de ce modèle seront de 25 à 30 % plus grande valeur indiquées dans le catalogue.

Si F->1, puis la capacité de refroidissement de l'évaporateur Quse->0(Fig. 3).

Fig. 3 – dépendance de la capacité de refroidissement de l'évaporateur QSP de la surchauffe F

Le processus représenté sur la figure 2b est également caractérisé par d'autres paramètres :

• différence de température moyenne arithmétique DTsr=Tasr-T0;
• température moyenne de l'air qui traverse l'évaporateur Tasp=(Ta1+Ta2)/2;
• différence de température minimale DTmin=Ta2-À.

Riz. 4 – Schéma et paramètres de température montrant le processus de refroidissement de l'eau sur l'évaporateur :

Où Te1 Et Te2 température de l'eau aux entrées et sorties de l'évaporateur ;

• FF – température du liquide de refroidissement ;
• L – longueur équivalente de l'évaporateur ;
• T est le point d'ébullition du réfrigérant dans l'évaporateur.

Les évaporateurs dans lesquels le fluide de refroidissement est liquide ont les mêmes paramètres de température que les refroidisseurs d'air. Les valeurs numériques des températures du liquide refroidi nécessaires au fonctionnement normal du groupe frigorifique seront différentes des paramètres correspondants pour les refroidisseurs d'air.

Si la différence de température à travers l'eau ΔTe=Te1-Te2, puis pour les évaporateurs à calandre ΔTe doit être maintenu dans la plage de 5 ± 1 K, et pour les évaporateurs à plaques, l'indicateur ΔTe sera dans les 5 ± 1,5 K.

Contrairement aux refroidisseurs d'air, dans les refroidisseurs de liquide, il est nécessaire de maintenir non pas une pression de température maximale, mais une pression de température minimale. DTmin=Te2-To– la différence entre la température du fluide refroidi à la sortie de l'évaporateur et le point d'ébullition du fluide frigorigène dans l'évaporateur.

Pour les évaporateurs à calandre, la différence de température minimale est de DTmin=Te2-To doit être maintenu entre 4 et 6 K et pour les évaporateurs à plaques - entre 3 et 5 K.

La plage spécifiée (la différence entre la température du fluide refroidi à la sortie de l'évaporateur et le point d'ébullition du réfrigérant dans l'évaporateur) doit être maintenue pour les raisons suivantes : à mesure que la différence augmente, l'intensité du refroidissement commence à diminuer, et à mesure qu'il diminue, le risque de gel du liquide refroidi dans l'évaporateur augmente, ce qui peut provoquer sa destruction mécanique.

Solutions de conception d'évaporateurs

Quelle que soit la méthode d'utilisation des différents réfrigérants, les processus d'échange thermique se produisant dans l'évaporateur sont soumis au cycle technologique principal de production de froid, selon lequel le unités de réfrigération et échangeurs de chaleur. Ainsi, afin de résoudre le problème de l'optimisation du processus d'échange thermique, il est nécessaire de prendre en compte les conditions d'organisation rationnelle du cycle technologique de production consommatrice de froid.

Comme on le sait, le refroidissement d'un certain environnement est possible à l'aide d'un échangeur de chaleur. Son solution constructive doivent être sélectionnés en fonction des exigences technologiques qui s’appliquent à ces appareils. En particulier point important est la conformité de l'appareil avec le processus technologique traitement thermique environnement, ce qui est possible dans les conditions suivantes :

• maintenir une température donnée du processus de travail et contrôler (régulation) conditions de température;
• sélection du matériau de l'appareil, selon propriétés chimiques environnement;
• contrôle de la durée pendant laquelle le support reste dans l'appareil ;
• correspondance des vitesses de fonctionnement et de la pression.

Un autre facteur dont dépend la rationalité économique du dispositif est la productivité. Tout d'abord, l'intensité de l'échange thermique et le respect de la résistance hydraulique de l'appareil l'influencent. Ces conditions peuvent être remplies dans les circonstances suivantes :

• assurer la vitesse nécessaire des médias de travail pour mettre en œuvre des conditions turbulentes ;
• créer les conditions les plus appropriées pour éliminer les condensats, le tartre, le givre, etc. ;
• Création conditions favorables pour la circulation des médias de travail ;
• empêchant une éventuelle contamination de l’appareil.

D'autres exigences importantes sont également la légèreté, la compacité, la simplicité de conception, ainsi que la facilité d'installation et de réparation de l'appareil. Pour respecter ces règles, il convient de prendre en compte des facteurs tels que la configuration de la surface de chauffe, la présence et le type de cloisons, le mode de placement et de fixation des tubes dans les plaques tubulaires, dimensions hors tout, disposition des chambres, fonds, etc.

La facilité d'utilisation et la fiabilité de l'appareil sont influencées par des facteurs tels que la résistance et l'étanchéité des connexions détachables, la compensation des déformations thermiques et la facilité d'entretien et de réparation de l'appareil. Ces exigences constituent la base de la conception et de la sélection d'une unité d'échange thermique. Rôle principal il s'agit d'assurer les conditions requises processus technologique dans la production de froid.

Afin de choisir la bonne solution de conception pour l'évaporateur, vous devez être guidé par les règles suivantes. 1) le refroidissement des liquides est mieux réalisé à l'aide d'un échangeur de chaleur tubulaire de conception rigide ou compacte échangeur de chaleur à plaques; 2) l'utilisation de dispositifs à ailettes tubulaires est due aux conditions suivantes : le transfert de chaleur entre le fluide de travail et la paroi des deux côtés de la surface chauffante est sensiblement différent. Dans ce cas, les ailettes doivent être installées du côté ayant le coefficient de transfert thermique le plus faible.

Pour augmenter l'intensité des échanges thermiques dans les échangeurs de chaleur, il est nécessaire de respecter les règles suivantes :

• assurer des conditions appropriées pour l'élimination des condensats dans les refroidisseurs d'air ;
• réduire l'épaisseur de la couche limite hydrodynamique en augmentant la vitesse de déplacement des fluides de travail (installation de cloisons inter-tubes et division du faisceau de tubes en passages) ;
• améliorer la circulation des fluides de travail autour de la surface d'échange thermique (la surface entière doit participer activement au processus d'échange thermique) ;
• respect des indicateurs de température de base, des résistances thermiques, etc.

Analyser un individu résistances thermiques vous pouvez choisir le plus la meilleure façon augmenter l'intensité des échanges thermiques (en fonction du type d'échangeur thermique et de la nature des fluides de travail). Dans un échangeur de chaleur liquide, il est rationnel d'installer des cloisons transversales uniquement à plusieurs courses dans l'espace des canalisations. Lors d'un échange thermique (gaz avec gaz, liquide avec liquide), la quantité de liquide circulant dans l'espace inter-tubes peut être extrêmement importante et, par conséquent, l'indicateur de vitesse atteindra les mêmes limites qu'à l'intérieur des tubes, ce qui est pourquoi l'installation de cloisons sera irrationnelle.

L'amélioration des processus d'échange thermique est l'un des principaux processus d'amélioration des équipements d'échange thermique des machines frigorifiques. À cet égard, des recherches sont menées dans les domaines de l'énergie et du génie chimique. Il s'agit de l'étude des caractéristiques du régime de l'écoulement, de la turbulisation de l'écoulement par création de rugosité artificielle. De plus, de nouvelles surfaces d'échange thermique sont en cours de développement, qui rendront les échangeurs thermiques plus compacts.

Choisir une approche rationnelle pour calculer l'évaporateur

Lors de la conception d'un évaporateur, des calculs structurels, hydrauliques, de résistance, thermiques, techniques et économiques doivent être effectués. Ils sont réalisés en plusieurs versions dont le choix dépend d'indicateurs de performance : indicateurs techniques et économiques, efficacité, etc.

Pour effectuer un calcul thermique d'un échangeur de chaleur surfacique, il est nécessaire de résoudre l'équation du bilan thermique, en tenant compte de certaines conditions de fonctionnement de l'appareil (dimensions de conception des surfaces de transfert de chaleur, limites de changement de température et modèles relatifs au mouvement de l'échangeur de chaleur et milieu réfrigéré). Pour trouver une solution à ce problème, vous devez appliquer des règles qui vous permettront d'obtenir des résultats à partir des données originales. Mais en raison de nombreux facteurs, trouvez solution générale impossible pour différents échangeurs de chaleur. Parallèlement, il existe de nombreuses méthodes de calculs approximatifs faciles à réaliser manuellement ou par machine.

Les technologies modernes vous permettent de sélectionner un évaporateur à l'aide de programmes spéciaux. Ils sont principalement fournis par les fabricants d'équipements d'échange thermique et permettent de sélectionner rapidement le modèle souhaité. Lors de l'utilisation de tels programmes, il faut tenir compte du fait qu'ils nécessitent que l'évaporateur fonctionne à conditions standards. Si les conditions réelles diffèrent des conditions standard, les performances de l'évaporateur seront différentes. Ainsi, il est conseillé de toujours effectuer des calculs de vérification du modèle d'évaporateur que vous avez choisi, par rapport à ses conditions réelles de fonctionnement.