مبدل حرارتی کمپرسور در HVAC - طراحی، انتخاب و نگهداری

نقش مبدل حرارتی کمپرسور در سیستم های HVAC

این مبدل حرارتی کمپرسور (اغلب خنک کننده روغن یا خنک کننده بین مرحله ای/گاز بسته به نوع سیستم) گرمای تولید شده در طول فشرده سازی را حذف می کند و مبرد و روغن روان کننده را در دمای عملیاتی ایمن قرار می دهد. اهداف اولیه آن حفاظت از عمر کمپرسور، حفظ عملکرد روانکاری، تثبیت ترمودینامیک مبرد و حفظ دمای تخلیه سیستم در محدوده طراحی است.

انواع رایج مبدل حرارتی کمپرسور و محل استفاده از آنها

انتخاب نوع مناسب به ظرفیت سیستم، امکانات موجود، ردپا و شرایط محیطی بستگی دارد. در زیر انواع رایج مورد استفاده در کمپرسورهای HVAC آورده شده است:

• مبدل های لوله پره دار با هوا خنک: گزینه ساده و کم آب مورد استفاده در بسیاری از واحدهای کوچک تا متوسط روی پشت بام یا بسته بندی شده که جریان هوای محیط در دسترس است.
• مبدل های پوسته و لوله آب خنک: انتقال حرارت بالاتر در هر ردپای در جاهایی که آب سرد یا برج خنک کننده در دسترس است و در کمپرسورهای اتاق مکانیکی بزرگتر استفاده می شود.
• مبدل های نوع صفحه ای (مصالح یا واشر): فشرده، کارآمد و در جاهایی که فضا محدود است یا انتقال سریع حرارت روغن/مبرد مورد نیاز است استفاده می‌شود.
• خنک کننده روغن یکپارچه: مبدل های کوچکتر و نزدیک به هم در داخل بسته کمپرسور که برای کنترل دمای روغن روانکاری استفاده می شود.

پارامترهای کلیدی طراحی برای مشخص کردن

هنگام تعیین مبدل حرارتی کمپرسور، باید شرایط عملیاتی واقعی را مستند کنید، نه فقط ظرفیت اسمی. پارامترهای حیاتی عبارتند از نرخ جریان مبرد/روغن، دمای ورودی/خروجی، افت فشار مجاز، حداکثر فشار کاری، شیمی سیال (سازگاری)، عوامل رسوب و دمای محیط یا آب خنک کننده.

اینrmal variables and required information

ارائه: بار حرارتی مورد انتظار (کیلووات یا BTU/h) از کمپرسور، خواص سیال منبع و سینک، دمای نزدیک شدن مجاز (ΔTmin)، و هر عملیات گذرا یا متناوب که بر میانگین دما و اندازه تأثیر بگذارد.

الزامات مکانیکی و خدماتی

مواد مورد نیاز (فولاد ضد زنگ، مس، فولاد کربن)، استانداردهای فلنج، دسترسی برای تمیز کردن، و اینکه آیا مبدل باید قابل تعویض یا قابل تمیز کردن میدان باشد را ذکر کنید. اینها بر هزینه چرخه عمر و زمان خرابی تأثیر می گذارد.

مثال عملی اندازه‌گیری (جریان آب خنک‌کننده مورد نیاز)

این مثال نحوه محاسبه دبی آب خنک کننده مورد نیاز برای جذب گرمای کمپرسور را نشان می دهد. از تعادل انرژی Q = ṁ · c · ΔT استفاده کنید، که در آن Q وظیفه گرمایی (W)، ṁ جریان جرمی (kg/s)، c گرمای ویژه (J/kg·K) و ΔT افزایش دمای مجاز (°C) است.

اعداد مثال: وظیفه گرمای کمپرسور را Q = 50000 W (50 کیلو وات) فرض کنید، محیط خنک کننده آب با c = 4184 J/kg·K و ΔT مجاز = 10 درجه سانتیگراد است.

مراحل محاسبه:

• با Q = ṁ · c · ΔT شروع کنید.
• تنظیم مجدد: ṁ = Q / (c · ΔT).
• مخرج محاسبه: c · ΔT = 4184 × 10 = 41840 (J/kg).
• محاسبه جریان جرمی: ṁ = 50000 / 41840 ≈ 1.195 کیلوگرم بر ثانیه.
• تبدیل به جریان حجمی (برای آب، 1 کیلوگرم ≈ 1 لیتر): 1.195 کیلوگرم در ثانیه ≈ 1.195 L/s = 1.195 × 60 = 71.70 L/min.
• نتیجه: تقریباً 1.20 کیلوگرم بر ثانیه (یا 71.7 لیتر در دقیقه) آب خنک کننده برای بار حرارتی 50 کیلو وات با افزایش 10 درجه سانتیگراد مورد نیاز است.

معیارهای عملکرد مبدل حرارتی برای ارزیابی

هنگام مقایسه گزینه‌ها، ضریب انتقال حرارت کلی (U)، سطح مورد نیاز (A) را از طریق Q = U·A·LMTD، افت فشار در هر دو طرف، دمای نزدیک (چقدر سیال سرد می‌تواند به سیال داغ نزدیک شود) و مقاومت در برابر رسوب را ارزیابی کنید. دمای نزدیک کمتر به طور کلی به معنای A بزرگتر یا U بالاتر است.

چک لیست انتخاب برای مهندسان و پیمانکاران

• منحنی رد حرارت واقعی کمپرسور را در نقاط عملیاتی مورد انتظار به جای تنها در پلاک نام تأیید کنید.
• حداکثر دمای تخلیه مجاز و محدودیت دمای روغن که توسط سازنده کمپرسور تعیین شده است را مشخص کنید.
• نوع مبدل را با امکانات موجود (هوا در مقابل آب)، ردپا و رژیم نگهداری مطابقت دهید.
• برای جلوگیری از گرسنگی کمپرسور یا بارگذاری بیش از حد پمپ ها/فن ها، محدودیت های افت فشار را مشخص کنید.
• شامل میزان خوردگی و سازگاری مواد برای مبرد، روغن و شیمی آب.
• طراحی برای یک عامل رسوب واقعی و فراهم کردن دسترسی برای تمیز کردن مکانیکی یا شیمیایی.

بهترین روش های نصب و لوله کشی

مبدل را برای زهکشی خوب نصب کنید (کولرهای روغن نباید روغن را به دام بیندازند). دریچه های ایزوله و راه های بای پس برای تمیز کردن و سرویس دهی کنید. شامل ابزار دقیق دما و فشار در بالادست و پایین دست برای هر دو مدار برای نظارت بر عملکرد. برای مبدل های صفحه ای، روشی برای جایگزینی ایمن واشر یا رویه های تعویض صفحه لحیم کاری شده را در اسناد وارد کنید.

بهره برداری، نظارت و نگهداری

بازرسی های منظم باعث افزایش عمر و حفظ عملکرد می شود. اقدامات توصیه شده شامل بازرسی چشمی سه ماهه، نظارت ماهانه تفاوت دما، تمیز کردن دوره‌ای باله‌های جانبی هوا یا تمیز کردن مکانیکی/شیمیایی سطوح کنار آب، و آنالیز روغن برای تشخیص دماهای بالا یا آلاینده‌هایی است که می‌توانند رسوب را تسریع کنند.

نقاط نظارت معمول

• دبی کمپرسور و دمای روغن را ثبت کنید و با عملکرد پایه مقایسه کنید.
• دمای نزدیک شدن را دنبال کنید و به هر گونه دریفت ثابت که نشان دهنده رسوب یا تخریب پمپ/فن است توجه کنید.
• افت فشار در مبدل را برای تشخیص انسداد یا مقیاس کنترل کنید.
• برای سیستم های خنک کننده با آب، کیفیت آب (سختی، pH، حضور بیوسید) را برای جلوگیری از رسوب سریع کنترل کنید.

عیب یابی مشکلات رایج

علائم، علل احتمالی و اقدامات اولیه:

• دمای تخلیه بالا: سرعت جریان خنک کننده، رسوب گیری، عملکرد فن و سطح روغن را بررسی کنید. جریان را دوباره برقرار کنید و سطوح را تمیز کنید.
• افزایش سریع افت فشار: بازرسی برای وجود آوار، پوسته پوسته شدن، یا لوله های فروریخته. در صورت نیاز تمیز کردن یا تعویض لوله را انجام دهید.
• آلودگی روغن یا آلودگی متقابل: مایعات تست؛ اگر مخلوط روغن مبرد رخ داد، مراحل سازنده را دنبال کنید و در صورت مشکوک به نشتی داخلی، تعویض مبدل را در نظر بگیرید.
• لرزش یا نویز: نصب ایمن را بررسی کنید، لرزش ناشی از جریان را بررسی کنید و از قرار گرفتن اتصالات انبساط مناسب اطمینان حاصل کنید.

ملاحظات بهسازی و ارتقاء

هنگام مقاوم‌سازی کمپرسورهای قدیمی‌تر، در صورتی که فضا و امکانات اجازه می‌دهند، مبدل‌های کوچک و ناکارآمد هوا خنک را با واحدهای صفحه‌ای یا پوسته و لوله جایگزین کنید. ارتقاهایی که دمای نزدیک را کاهش می دهند یا مصرف انرژی فن/پمپ را کاهش می دهند، می توانند به سرعت در سیستم های بزرگ جبران کنند. هنگام تغییر مواد مبدل یا پیکربندی، سازگاری مکانیکی و سازگاری مبرد/روغن را همیشه تأیید کنید.

جدول مقایسه: راهنمای تصمیم گیری سریع

خلاصه - مراحل عملی برای بهترین نتایج

برای عملکرد قابل اعتماد مبدل حرارتی کمپرسور: داده های عملیاتی دقیق را جمع آوری کنید، نوع مبدل را برای مطابقت با امکانات و فضا، اندازه با استفاده از وظیفه گرمایی و ΔT مجاز انتخاب کنید، مواد و عوامل رسوب را مشخص کنید، تمیز کردن و نظارت را فراهم کنید، و برنامه نگهداری منظم را دنبال کنید. این مراحل زمان خرابی را کاهش می‌دهند، عمر کمپرسور را حفظ می‌کنند و راندمان کلی نیروگاه HVAC را بهینه می‌کنند.