Чиллер для охлаждения воды: устройство и подбор мощности
Что такое чиллер для охлаждения воды и где он нужен на розливе
Чиллер для охлаждения воды на розливе не контактирует с продуктом. Он снимает тепло с промежуточного теплоносителя: подготовленной воды или водного раствора гликоля. Дальше этот холод через пластинчатый теплообменник, рубашку или воздухоохладитель передаётся туда, где нужен. Отсюда главное требование к подбору: считать не «холод вообще», а температуру подачи, расход теплоносителя и теплоприток конкретного узла.
Точки на линии, где чиллер обычно и стоит: охлаждение продукта после пастеризации или купажа, тоннель охлаждения, вода на форсунки ополаскивателя, контуры пресс-форм выдува ПЭТ тары, конденсаторы и маслоохладители компрессоров. Ориентиры по температурам такие. Продукт чаще выводят на 4–12 °C, вода ополаскивателя идёт при 10–20 °C, гликолевый контур для минусовых режимов держат до минус 8 °C. Точные значения зависят от продукта, тары и требований технолога.
Как устроен чиллер: контур хладагента и водяной контур
Чиллер для охлаждения воды собран из двух связанных контуров. В контуре хладагента компрессор сжимает газ, конденсатор отводит тепло (воздушный с вентиляторами или водяной с проточной водой), дросселирующее устройство сбрасывает давление, а испаритель забирает тепло из продукта. Водяной контур замыкает испаритель, бак-накопитель, насос и подачу к потребителю. Автоматика ведёт контроль по давлению нагнетания и всасывания, по температуре воды на выходе и защищает компрессор от частых пусков.
По компоновке различают полный чиллер и гидромодуль. В первом случае бак, насос и обвязка уже в корпусе, во втором их монтируют отдельно на площадке. Типовые узлы водяной части:
испаритель кожухотрубный или пластинчатый, подбирается по расходу и перепаду температур;
бак-накопитель, сглаживает пики разбора воды при розливе и снижает число включений;
насос подачи с запасом по напору на длину трубопровода и высоту подъёма;
датчики давления и температуры, реле протока, защита от работы без воды;
запорная арматура, фильтр и манометры на входе и выходе.
Объём бака обычно берут из расчёта нескольких минут работы без подпитки, точная цифра зависит от продукта и формата тары. Подбор мощности и моделей смотрите в разделе охладители воды (чиллеры).
Виды чиллеров: с воздушным и водяным конденсатором, с выносным и встроенным конденсатором
По способу отвода тепла различают две схемы. Чиллер для охлаждения воды с воздушным конденсатором выбрасывает тепло прямо в помещение или на улицу: нужен приток воздуха и организованный выброс, иначе температура в машинном зале растёт, а холодопроизводительность падает. Водяной конденсатор тепло не выбрасывает, а передаёт оборотной воде или сухой градирне. Вторая схема компактнее по воздуху, но тянет за собой насосы, трубопроводы и водоподготовку.
По компоновке выбирают между моноблоком и раздельной схемой. У моноблока конденсатор в одном корпусе с компрессором, фреоновых трасс нет, монтаж проще. Выносной конденсатор разносится с испарителем на расстояние, и каждая лишняя длина трассы требует дозаправки и внимания к переохлаждению. Чистка теплообменника и проверка хладагента входят в плановое техобслуживание.
Схема
Отвод тепла
Диапазон температур теплоносителя
Требования к площадке
Типичное применение
Воздушный конденсатор, моноблок
в помещение или на улицу
+5…+15 °C
приток и выброс воздуха
линии розлива воды и напитков
Воздушный конденсатор, выносной блок
на улицу
+5…+15 °C
место под блок, длина трасс
тесные цеха
Водяной конденсатор, оборотная вода
в оборотный контур
+7…+12 °C
насосы, качество воды
крупные производства
Водяной конденсатор, сухая градирня
в атмосферу через градирню
+7…+12 °C
площадь под градирню
без оборотной воды
Гликолевый контур
по схеме конденсатора
до −10 °C и ниже
устойчивость к замерзанию
минусовые температуры
Бак-накопитель большого объёма
по схеме конденсатора
+5…+12 °C
место под бак
пиковые нагрузки розлива
Пластинчатый теплообменник и обвязка контура охлаждения на производстве
Как рассчитать мощность чиллера для линии розлива
Считайте по каждому потребителю отдельно: Q = m·c·ΔT. Для воды c = 4,19 кДж/(кг·К), для соков, масла или моющего раствора теплоёмкость другая, её берут из паспорта продукта. Массовый расход m переводят в кг/с, ΔT задаёт технолог по режиму розлива и требованиям к продукту.
Складывайте нагрузку от продукта, ополаскивателя, пресс-форм и добавьте теплопритоки от насосов, труб и помещения. Запас обычно 15–25 %. Считайте чиллер по пиковому розливу, а не по среднему за смену. При работе на гликоле холодопроизводительность падает, поправка зависит от концентрации и температуры кипения.
Что ещё влияет на подбор: расход, напор, дельта температур и хладагент
Расход теплоносителя, перепад температур и холодопроизводительность жёстко связаны. При одной и той же мощности маленькая дельта (1–2 °C) требует большого объёма прокачки, а значит труб большего диаметра и насоса с высоким напором. На практике для чиллера для охлаждения воды и пластинчатого теплообменника берут дельту 4–6 °C: этого хватает, чтобы не гонять лишние кубометры и не терять напор на гидравлике контура.
Напор считают по длине труб, фитингам, теплообменнику и запорной арматуре, с запасом 10–15 %. По хладагенту: рабочие температуры кипения и конденсации определяют, какой компрессор и какое помещение нужны. Для низких температур конденсатор греется сильнее, поэтому вентиляция машинного зала важна не меньше мощности.
Чек-лист подбора и типичные ошибки при покупке чиллера
Сбор данных начинается с замера фактического расхода теплоносителя на входе и выходе линии, а не со среднего по паспорту насоса. Запросите у поставщика чиллер для охлаждения воды с расчётом под ваши температуры подачи и обратки, тип теплоносителя (вода или водогликолевая смесь), точку росы в цехе и параметры электросети по фазам. Отдельно фиксируются место установки, длина и высота трасс, доступный объём воздуха для конденсатора.
Расход и дельта температур в самой холодной точке смены
Запас по загрязнению теплообменника не менее 10–15 %
Байпас на случай падения расхода ниже минимального
Свободный приток воздуха к воздушному конденсатору
Трап или поддон под сбор конденсата
Частая ошибка: расчёт по среднему расходу и размещение конденсатора в замкнутом объёме, где нет притока. Без байпаса при малом расходе теплообменник обмерзает, а игнорирование конденсата приводит к сырости у фундамента.
Монтаж, эксплуатация и обслуживание чиллера на производстве
После подбора чиллер для охлаждения воды нужно правильно обвязать: гибкие вставки на входе и выходе гасят вибрацию, запорная арматура и манометры ставят на обе ветви, байпас с регулирующим клапаном защищает насос при малом расходе. Трубопроводы холодного контура изолируют, иначе конденсат льётся на пол и растёт нагрузка на компрессор. Контур заполняют подготовленной водой с гликолем по расчёту, стравливают воздух, проверяют опрессовкой и только потом запускают. Автоматику настраивают по уставкам: температура подачи, дельта, защита по давлению хладагента и по потоку.
Регламент планового ТО
Обслуживание сводится к нескольким операциям: чистка конденсатора, проверка давления хладагента и переохлаждения, замена или промывка фильтров, контроль состояния насоса и подшипников, проверка точки росы по изоляции. Летом нагрузка выше, зимой есть риск переохлаждения, поэтому контур защищают и следят за уставками. ООО «Промгарант» подбирает такое оборудование под продукт и тару, поставляет его и выполняет монтажные и пусконаладочные работы.
Вопросы и ответы
Можно ли охлаждать сам продукт напрямую в чиллере или только через теплообменник?
Продукт через испаритель чиллера не прокачивают: контур хладагента рассчитан на воду или водный раствор гликоля, а не на напиток или масло. Охлаждение строят по двухконтурной схеме, где промежуточный теплоноситель забирает тепло у продукта в пластинчатом или кожухотрубном теплообменнике. Такой теплообменник подбирают по расходу продукта в м³/ч, его начальной и конечной температуре и по допустимому перепаду давления на линии.
Какой запас по мощности закладывать, если линия работает сменами с пиками?
Считают не среднюю нагрузку за смену, а пиковую: одновременно работающие потребители (охладитель продукта, барометрический конденсатор, охлаждение формы или пресс-формы) суммируют по теплопритоку в кВт. К расчётной цифре обычно добавляют 15–25 % на загрязнение теплообменных поверхностей, нагрев цеха летом и пусковой режим. Если пики короткие и разнесены по времени, иногда выгоднее поставить накопительный бак холодной воды, чем брать машину по максимальной нагрузке.
Что будет, если поставить чиллер меньшей мощности, чем требуется?
Машина уйдёт в непрерывную работу без выхода на уставку, температура теплоносителя поползёт вверх, а защита по высокому давлению будет останавливать компрессор. Продукт на выходе не доберёт нужные градусы, вырастет расход воды на дозирование и брак по розливу. Плюс ускоренный износ компрессора и риск заклинивания при частых перезапусках.
Нужен ли гликоль вместо воды и при каких температурах?
Воду в контуре применяют, пока температура теплоносителя на выходе держится выше плюс 5 °C. Ниже этой границы, а также при остановках линии зимой в неотапливаемом помещении, в контур заливают водный раствор пропиленгликоля или этиленгликоля. Концентрацию подбирают по минимальной рабочей температуре: чем холоднее, тем выше доля гликоля и тем сильнее падают теплоёмкость и теплопередача, поэтому расход и мощность насоса пересчитывают.
Информация, предоставленная в этом блоге, предназначена исключительно для общих информационных целей. Материалы, опубликованные на этом сайте, не являются заменой профессиональной консультации. Перед принятием каких-либо решений, связанных с использованием нашего оборудования, рекомендуем обратиться в компанию ООО «Промгарант» для личной консультации.