المبادل الحراري للضاغط في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) - التصميم والاختيار والصيانة

دور المبادل الحراري للضاغط في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

ال مبادل حراري ضاغط (غالبًا ما يقوم مبرد الزيت أو مبرد الغاز/المراحل اعتمادًا على نوع النظام) بإزالة الحرارة المتولدة أثناء الضغط ويكيف سائل التبريد وزيت التشحيم إلى درجات حرارة تشغيل آمنة. وتتمثل أهدافها الأساسية في حماية عمر الضاغط، والحفاظ على أداء التشحيم، وتحقيق الاستقرار في الديناميكا الحرارية لغاز التبريد، والحفاظ على درجات حرارة تفريغ النظام ضمن حدود التصميم.

أنواع المبادلات الحرارية للضاغط الشائعة وأماكن استخدامها

يعتمد اختيار النوع المناسب على سعة النظام والمرافق المتاحة والبصمة والظروف البيئية. فيما يلي الأنواع الشائعة المستخدمة في ضواغط التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC):

• مبادلات الأنابيب ذات الزعانف المبردة بالهواء: خيار بسيط ومنخفض المياه يستخدم في العديد من الوحدات الصغيرة والمتوسطة الحجم على الأسطح أو الوحدات المعبأة حيث يتوفر تدفق الهواء المحيط.
• مبادلات ذات غلاف وأنبوب مبردة بالماء: ارتفاع نقل الحرارة لكل بصمة؛ يتم استخدامه في حالة توفر المياه المبردة أو مياه أبراج التبريد وفي ضواغط الغرفة الميكانيكية الأكبر حجمًا.
• المبادلات من النوع اللوحي (النحاسية أو ذات الحشيات): صغير الحجم وفعال ويستخدم في الأماكن التي تكون فيها المساحة محدودة أو يلزم نقل الحرارة بسرعة للزيت/المبرد.
• مبردات الزيت المتكاملة: مبادلات أصغر حجمًا ومقترنة داخل مجموعة الضاغط تستخدم للتحكم في درجة حرارة زيت التشحيم.

معلمات التصميم الرئيسية للتحديد

عند تحديد مبادل حراري للضاغط، يجب عليك توثيق ظروف التشغيل الفعلية، وليس فقط السعة الاسمية. المعلمات الحاسمة هي معدلات تدفق غاز التبريد/الزيت، ودرجات حرارة المدخل/المخرج، وانخفاض الضغط المسموح به، والحد الأقصى لضغوط العمل، وكيمياء السوائل (التوافق)، وعوامل التلوث، ودرجة حرارة الماء المحيط أو مياه التبريد.

الrmal variables and required information

توفير: الحمل الحراري المتوقع (كيلوواط أو وحدة حرارية بريطانية/ساعة) من الضاغط، وخصائص سوائل المصدر والمغسلة، ودرجات حرارة الاقتراب المسموح بها (ΔTmin)، وأي عملية عابرة أو متقطعة من شأنها أن تؤثر على متوسط درجات الحرارة والتحجيم.

المتطلبات الميكانيكية وقابلية الخدمة

اذكر المواد المطلوبة (الفولاذ المقاوم للصدأ، والنحاس، والفولاذ الكربوني)، ومعايير الفلنجة، وإمكانية الوصول للتنظيف، وما إذا كان يجب أن يكون المبادل قابلاً للاستبدال أو للتنظيف الميداني. وتؤثر هذه على تكلفة دورة الحياة ووقت التوقف عن العمل.

مثال عملي على الحجم (يلزم تدفق مياه التبريد)

يوضح هذا المثال كيفية حساب معدل تدفق ماء التبريد المطلوب لامتصاص حرارة الضاغط. استخدم توازن الطاقة Q = ṁ · c · ΔT، حيث Q هي واجب الحرارة (W)، ṁ هي تدفق الكتلة (كجم/ثانية)، c هي الحرارة النوعية (J/kg·K)، وΔT هي ارتفاع درجة الحرارة المسموح به (درجة مئوية).

أرقام الأمثلة: افترض أن واجب حرارة الضاغط Q = 50000 واط (50 كيلوواط)، ووسط التبريد هو الماء مع c = 4184 J/kg·K، والمسموح به ΔT = 10 درجة مئوية.

خطوات الحساب:

• ابدأ بـ Q = ṁ · c · ΔT.
• إعادة الترتيب: ṁ = Q / (ج · ΔT).
• حساب المقام: c · ΔT = 4184 × 10 = 41,840 (J/kg).
• حساب التدفق الكتلي: ṁ = 50,000 / 41,840 ≈ 1.195 كجم/ث.
• تحويل إلى التدفق الحجمي (للمياه، 1 كجم ≈ 1 لتر): 1.195 كجم/ث ≈ 1.195 لتر/ث = 1.195 × 60 = 71.70 لتر/دقيقة.
• النتيجة: مطلوب حوالي 1.20 كجم/ثانية (أو ~71.7 لتر/دقيقة) من مياه التبريد لحمل حراري قدره 50 كيلووات مع ارتفاع قدره 10 درجات مئوية.

مقاييس أداء المبادل الحراري للتقييم

عند مقارنة الخيارات، قم بتقييم معامل نقل الحرارة الإجمالي (U)، ومساحة السطح المطلوبة (A) عبر Q = U·A·LMTD، وانخفاض الضغط على كلا الجانبين، ودرجة حرارة الاقتراب (مدى قرب السائل البارد من السائل الساخن)، ومقاومة التلوث. تعني درجة حرارة الاقتراب المنخفضة عمومًا ارتفاعًا في درجة الحرارة A أو ارتفاعًا في درجة الحرارة U.

قائمة الاختيار للمهندسين والمقاولين

• تأكد من منحنى رفض حرارة الضاغط الفعلي عند نقاط التشغيل المتوقعة بدلاً من اللوحة الاسمية فقط.
• حدد الحد الأقصى لدرجة حرارة التفريغ المسموح بها وحدود درجة حرارة الزيت التي حددتها الشركة المصنعة للضاغط.
• مطابقة نوع المبادل مع المرافق المتاحة (الهواء مقابل الماء)، والبصمة، ونظام الصيانة.
• حدد حدود انخفاض الضغط لتجنب تجويع الضاغط أو التحميل الزائد على المضخات/المراوح.
• قم بتضمين بدل التآكل وتوافق المواد مع كيمياء التبريد والزيت والمياه.
• تصميم لعامل قاذورات واقعي وتوفير إمكانية الوصول للتنظيف الميكانيكي أو الكيميائي.

أفضل ممارسات التثبيت والأنابيب

قم بتركيب المبادل من أجل تصريف جيد (يجب ألا تحبس مبردات الزيت الزيت). توفير صمامات العزل والتجاوزات للتنظيف والخدمة. قم بتضمين أجهزة قياس درجة الحرارة والضغط في المنبع والمصب لكلا الدائرتين لمراقبة الأداء. بالنسبة لمبادلات الألواح، قم بتضمين طريقة لاستبدال الحشية بشكل آمن أو إجراءات استبدال اللوحة النحاسية في الوثائق.

التشغيل والمراقبة والصيانة

تعمل عمليات التفتيش المنتظمة على إطالة العمر والحفاظ على الأداء. تشمل الممارسات الموصى بها الفحص البصري ربع السنوي، والمراقبة الشهرية للفرق في درجات الحرارة، والتنظيف الدوري للزعانف الجانبية للهواء أو التنظيف الميكانيكي/الكيميائي للأسطح بجانب الماء، وتحليل الزيت للكشف عن درجات الحرارة المرتفعة أو الملوثات التي يمكن أن تسرع عملية التلوث.

نقاط المراقبة الروتينية

• قم بتسجيل تفريغ الضاغط ودرجات حرارة الزيت ومقارنتها بأداء خط الأساس.
• تتبع درجة حرارة الاقتراب ولاحظ أي انحراف ثابت يشير إلى التلوث أو تدهور المضخة/المروحة.
• مراقبة انخفاض الضغط عبر المبادل لاكتشاف الانسدادات أو الحجم.
• بالنسبة للأنظمة المبردة بالمياه، راقب جودة المياه (الصلابة، ودرجة الحموضة، ووجود المبيد الحيوي) لتجنب التلوث السريع.

استكشاف المشكلات الشائعة وإصلاحها

الأعراض والأسباب المحتملة وخطوات الإجراء الأول:

• ارتفاع درجة حرارة التفريغ: تحقق من معدل تدفق التبريد والقاذورات وتشغيل المروحة ومستوى الزيت. إعادة إنشاء التدفق والأسطح النظيفة.
• زيادة انخفاض الضغط السريع: افحص الحطام أو القشور أو الأنابيب المنهارة؛ إجراء التنظيف أو استبدال الأنبوب حسب الحاجة.
• التلوث النفطي أو التلوث المتبادل: سوائل الاختبار؛ في حالة حدوث خلط بين زيت التبريد، اتبع إجراءات الشركة المصنعة وفكر في استبدال المبادل في حالة الاشتباه في وجود تسرب داخلي.
• الاهتزاز أو الضوضاء: تحقق من التركيب الآمن، وتحقق من الاهتزاز الناتج عن التدفق، وتأكد من وجود وصلات التمدد المناسبة في مكانها.

اعتبارات التحديث والترقية

عند تعديل الضواغط القديمة، فكر في استبدال المبادلات الصغيرة غير الفعالة المبردة بالهواء بوحدات لوحة أو غلاف وأنبوب إذا سمحت المساحة والمرافق بذلك. يمكن للترقيات التي تقلل درجات حرارة الاقتراب أو تقلل استهلاك طاقة المروحة/المضخة أن تؤتي ثمارها بسرعة على الأنظمة الكبيرة. تحقق دائمًا من التوافق الميكانيكي وتوافق سائل التبريد/الزيت عند تغيير مواد المبادل أو تكوينه.

جدول المقارنة: دليل القرار السريع

ملخص – خطوات عملية للحصول على أفضل النتائج

للحصول على أداء موثوق للمبادل الحراري للضاغط: قم بتجميع بيانات تشغيل دقيقة، واختر نوع المبادل ليتوافق مع المرافق والمساحة، والحجم باستخدام واجب الحرارة وΔT المسموح به، وتحديد المواد وعوامل التلوث، وتوفير التنظيف والمراقبة، واتباع جدول صيانة منضبط. تعمل هذه الخطوات على تقليل وقت التوقف عن العمل، والحفاظ على عمر الضاغط، وتحسين كفاءة محطة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) بشكل عام.