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过程冷却冷水机组如何工作?

工业过程会产生大量热量。如果不去除这些热量,设备的使用寿命就会缩短,效率也会降低。过程冷却冷水机组降低工业设备的工作温度,以帮助其延长使用寿命。

什么是工艺冷却?

过程冷却使用冷却装置从工业设备中吸取热量。冷却器使用的制冷剂设计为随着温度变化而膨胀和收缩的程度超过水。将热量从设备中带走可提高效率。操作温度较低时,工艺设备的使用寿命也更长,对员工来说也更安全。

过程冷却与空调相同吗?

过程冷却和空调有几个不同之处,但从本质上讲,它们都是从空气或液体中去除热量。在过程冷却器中,液体被冷却。通常,这种液体是水或乙二醇,具体取决于应用。与空调只有一个功能——从空气中吸收热量——不同的是,过程冷却器更为复杂。工艺冷水机可以使用不同的流体来达到不同的温度。这些冷却装置还可以适应各种流量。过程冷却器和空调不可互换,尽管工业上两者都使用。

此外,工艺冷却器通常具有用于工艺液体和制冷剂的单独冷却系统。制冷剂通过系统并从工艺液体中带走热量,工艺液体会变冷并返回设备。空调没有工艺液体,而是使用制冷剂直接从空气中吸收热量并将冷空气送入空调空间。了解两者的区别可以帮助您了解工艺冷却冷水机组的运行情况。

制冷剂和工艺冷却冷却器

工艺冷却背后的关键在于其制冷剂。为此,制造商有多种选择。但一些冷却剂对环境的负面影响记录不合格。在佩诗,我们在风冷式冷水机组中使用环保的R-407C 或 R-410A。R-407C 和 R-410A 是氢氟烃 (HFC),是替代正在淘汰的旧 R-22 的制冷剂。大多数 R-410A 和 R-407C 冷却系统需要使用多元醇酯 (POE) 油来保持系统组件得到适当润滑。这些冷却剂是其他制冷剂的混合物,以最大限度地发挥其所需的冷却功能。R-410A结合了等量的 HFC-32 和 HFC-125. R-407C 还包括等量的 HFC-32 和 HFC-125 的混合物,但它还添加了两部分 HCF-134A(另一种环保制冷剂)。

我们在低温冷却器(R-404a) 中使用了不同的环保 HFC 制冷剂。(所使用的制冷剂类型取决于所需的温度。)冷水机组的购买者或租赁者将他们的冷却需求告知制造商,制造商然后根据情况选择合适的制冷剂。R-404a 最适用于离开流体温度大约为 10F 或更低的应用。

关于 R-22 制冷剂的说明

环境保护署 (EPA) 要求到 2020 年逐步淘汰消耗臭氧层物质,包括 R-22。R-22 是一种氢氯氟烃 (HCFC),EPA 将其视为 II 类物质。所有含有这种和其他 HCFC 制冷剂的制冷剂将不再在美国销售或进口。这同样适用于包括 R-22 在内的任何制冷剂混合物。

尽管冷却装置和空调长期以来一直依赖于 HCFC,但今天存在更好的选择。这些 HFC 制冷剂不会像旧的 HCFC 那样使臭氧层变薄。工业过程冷却不必危害环境。我们选择在我们的产品中使用具有较低全球气候变化潜力的 HFC 制冷剂。它们更加环保且不会被淘汰,这使得我们的工艺冷却冷水机成为一项长期投资。不断变化的制冷剂只是工业冷水机和冷却设备领域的一项创新。许多其他产品即将出现,以满足行业的需求。要充分了解这些创新,您首先必须了解过程冷却冷水机组的工作原理。

过程冷却如何工作?

过程冷却冷水机组创建一个循环,通过系统发送液体以传递热量。液体从设备中吸取热量并进入过程冷却单元。在那里,它与制冷系统交换热量以冷却工艺流体,从而降低设备的温度。

1. 蒸发器

过程流体的第一站是蒸发器,也称为热交换器。在热交换器内,流体将热量传递给制冷剂。由于压力降低,制冷剂蒸发。当它从液态转变为气态时,它变得足够冷以冷却经过它附近的工艺流体。然后,工艺流体以冷却状态返回其起始位置,从而冷却设备。

蒸发器有不同的形式。我们在工艺冷却冷水机组上提供钎焊板式换热器 (BPHE) 和壳管式蒸发器。两者都通过将工艺液体暴露在制冷剂中来冷却工艺液体,制冷剂吸收工艺流体的热量并变成气体。

  • 钎焊板式换热器BPHE 装置具有尺寸更小和维护成本更低的优势。与类似的壳管式蒸发器相比,BPHE 的重量减轻了 85% 到 90%。为使这些装置保持最佳运行状态,请在回水入口处安装过滤器。这减少了可能损坏热交换器的颗粒物。这种类型的蒸发器的缺点之一是它们很容易堵塞并且难以清洁。
  • 壳管式蒸发器壳管式蒸发器非常高效。您可以将系统的冷却能力提高 10%。这种更高的效率还可用于提高蒸发器温度,从而提高装置的能效,以节省未来的运营成本。壳管式蒸发器的另一个好处是它们是完全可定制的。如果客户由于操作条件或流体而需要全不锈钢或铜镍合金设计,这不是问题。虽然这些定制会增加额外的成本。

2. 压缩机

制冷剂进入压缩机,在那里被压入高压状态。改变制冷剂的压力可以使其温度升高或降低。压缩机使用物理力将制冷剂从气体压入液体形式。制冷剂以高压气体的形式进入冷凝器,在那里空气或水将热量带走。

压缩机以多种不同的形式出售。每种压缩机类型的名称都来自用于压下制冷剂的机构。我们的工艺冷却冷水机组同时提供螺杆式和涡旋式压缩机选项。

  • 螺杆压缩机在螺杆压缩机中,制冷剂通过一个或两个移动的螺杆。螺杆的转动将气体压缩成更高的压力。我们带螺杆压缩机的工艺冷却冷水机配备气冷电机,可实现更好的运行和完整的润滑系统。这些压缩机具有非常宽的工作温度范围。
  • 涡旋压缩机涡旋压缩机内有一个涡旋在另一个涡旋内。制冷剂通过它们之间的空间。该空间逐渐变小,从而压缩制冷剂并提高其压力。我们在一些冷水机组中提供涡旋压缩机。这些冷水机组设计至少有两台压缩机,是低噪音、高效率的型号。虽然涡旋压缩机非常高效,但请注意不要使用串联涡旋压缩机装置。这些有能力成为服务问题。

3. 冷凝器

冷凝器将制冷剂从气态恢复到液态。为此,高压气体必须释放热量。冷凝器通常使用空气或水从制冷剂中吸收热量。制冷剂通过冷凝器内部由用于导热的材料制成的盘管。空气或水通过制冷剂,带走热量。一旦热量离开气态制冷剂,它就会凝结成液态。从冷凝器返回蒸发器以冷却工艺液体。

  • 水冷式使用水从制冷剂中去除热量的冷凝器需要单独的水源。水冷式冷凝器的效率高于风冷式冷凝器,但需要单独的水塔可能会抵消这一优势,尤其是在低于冰点的地区。
  • 风冷式风冷式冷凝器使环境空气通过充满制冷剂的盘管。我们的风冷系统使用铜管盘管以实现更好的热传递。我们还提供变速风扇,以在凉爽或温暖的日子里根据所需的气流进行调整。如果您的工厂靠近沿海地区,我们可以提供铜铜线圈(铜管和翅片)或带有耐腐蚀涂层的标准线圈,以提供额外的保护。

哪些应用需要过程冷却?

过程冷却在多个行业都有应用。事实上,用途与定制设计的冷却器可用的选项一样多种多样。尽管有多种用途,但都需要从过程中去除热量。

1.电镀和阳极氧化

电解电镀和铝阳极氧化都需要极高的温度。为了保护设备和工人,制造商使用过程冷却来带走过多的热量。如果镀液温度不正确,最终结果会受到影响,尤其是镀锌和镀铬。工艺冷却器优化电镀工艺的浴温,以创造完美的产品。

要确定适合金属电镀和铝阳极氧化的冷却器的尺寸,请找到热负荷的 BTU 并将其除以 12,000。热负荷等于伏特乘以整流器安培数乘以 3.412。

冷却负载 =(伏特 x 安培 x 3.412)/12,000

有些人购买用于金属电镀的工艺冷却器会降低计算出的 BTU,以节省资金或解决系统损失。您无法控制的因素可能会影响任何预测的损失。为避免低估,请使用计算出的 BTU 进行电镀和阳极氧化。

2. 塑料行业

塑料行业需要对热成型、挤出和成型进行工艺冷却。热成型过程将一大片塑料加热到特定温度,以将其成型为所需的形状。挤出通过将熔化的塑料推过挤出机来制造长塑料片。成型使用各种模具,将熔化的塑料保持在所需的形状。温度控制对于所有这些过程都至关重要。这就是过程冷却发挥作用的地方。在某些情况下,例如挤出,过程冷却器将需要额外的设备,例如冷却液过滤器或二级热交换器。

3、印刷业

站在复印机旁边任何时间,您都会意识到打印产生的热量。印刷行业需要摆脱打印机的热量以加快流程。滚筒和打印机可能需要过程冷却器以在操作过程中保持冷却并提高效率。

4. 食品加工

食品生产和储存都需要仔细控制温度。工艺冷却器可以保持有效冷却原料或创造凉爽环境来储存产品所需的低温。

5、医药行业

制造药物通常需要在过程中调节温度以使配方正确。此外,某些药物在制造后必须在低温下储存。过程冷却器可以帮助实现这些功能以及制药行业的许多其他功能。

6、医疗行业

医疗行业使用的大型设备很容易因使用而过热。MRI、PET 扫描仪和 CAT 扫描仪在正常使用过程中都会产生大量热量。如果过程冷却器不带走这些热量,高温可能会影响测试结果的准确性。

上述应用只是过程冷却器的部分用途。但是,任何需要较低温度以使其设备更有效运行的行业都可以从过程冷却器中受益。

过程冷却的一些主要挑战是什么?

过程冷却并非万无一失。当前系统存在一些挑战。但是冷水机行业的创新希望克服当前的一些问题,使未来的过程冷却更加高效和有效。

1. 气候和冷却塔

当室外温度下降时,对过程冷却器的需求不一定会消失。如果您不采取预防措施,冷却塔中的水可能会结冰。在结冰的天气中始终为水塔提供热负荷,并且在温度降至冰点以下时切勿在无人看管的情况下运行水塔。为了在保持最经济模式的同时减少结冰的机会,请将温度保持在 45 华氏度或更高,并使用最高的可用水流量。流动的水比静止的水更不容易结冰。关闭冷却风扇,以防止冷空气在水面上流动并使其更冷。

2. 冷却液中的颗粒物

某些过程,例如塑料挤出,可能会用颗粒物质污染冷却液。颗粒会堵塞系统并使工艺冷却器的效率降低。为避免此问题,请对工艺液体使用过滤器。在冷却液进入热交换器之前,过滤器应从冷却液中去除任何颗粒。或者,使用第二个热交换器来冷却工艺液体。

3. 水冷工艺冷水机组的用水

在干旱多发地区,水资源限制很常见。工业用水也受到这些限制,这可能使使用水冷过程冷却器变得困难。德克萨斯州的一家玻璃制造商每年使用 1.07 亿加仑的水。但是通过将废水重新用于冷却塔和其他非饮用水应用,该工厂减少了2750 万加仑的用水量。水冷式冷却器中的再生废水不依赖于淡水,而是有助于减少这些装置对环境的影响。

4. 水塔中的细菌

测试并消除冷却塔水中的细菌可以延长冷水机组的使用寿命。如果不进行测试,细菌会产生粘液,堵塞系统的运作,从而增加更频繁维修的需求。另一个问题是军团菌,它会导致吸入雾化细菌的人类患病。

检测细菌并对其进行治疗可防止将疾病传播给人类。与使用浸渍片的标准测试方法相比,不锈钢网状生物膜在发现军团菌和其他细菌方面更准确。在科罗拉多州的 HVAC 冷却塔上使用这种方法,研究人员发现了标准测试呈阴性的细菌。使用更准确的测试可以更好地控制细菌,从而保护冷却器设备和人员。

尽管存在这些挑战,过程冷却仍然是在制造和储存期间从设备中去除热量的可靠来源。应对这些挑战已促使许多公司接受当前过程冷却的趋势。

过程冷却的一些当前趋势是什么?

随着其他行业的发展,过程冷却也在发展。一些趋势使工艺冷却在今天保持相关性,并在未来保持创新。以下只是过程冷却的一些当前趋势。

1.冷板

随着技术变得更快并在此过程中产生更多热量,电子元件的过热构成了真正的威胁。冷板允许对电子部件进行液体冷却。尽管该技术自 1960 年代阿波罗计划以来就已存在,但如今的应用程序变得更小、更先进。与空气冷却相比,通过冷板使用液体冷却可以更直接、更好地以更低的流速冷却电子设备。这种对过程冷却的微小使用允许工业电机和控制使用绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 而不会过热。

2. 新制冷剂

尽管冷水机组不再允许使用旧的 CFC 和 HCFC,但即使是环保型制冷剂 HFC 的当前标准也不是完美的解决方案。HFC 制冷剂仍然会导致臭氧消耗,但不会达到旧制冷剂的程度。一些 HFC 制冷剂,如我们使用的 R134A,其全球气候变化潜力是 R404A 等其他 HFC 的三分之一。

工艺冷却器制造商和化学家继续努力寻找同样高效且不会造成环境问题的制冷剂。测试阶段的天然冷却剂包括二氧化碳、氨和碳氢化合物。在这些天然制冷剂成为主流之前,化学家必须克服的众多挑战中,可燃性和达到适当的压力水平仍然是其中的两个。

3. 防爆

随着制造业的发展,用于危险区域的防爆电子设备将在未来变得更加流行。我们已经为埃克森美孚、陶氏、雪佛龙等多家知名公司建造防爆冷水机组。这些冷却器在遵守防爆设备的严格准则的同时冷却设备。由于防爆冷却器非常适合安装它们的空间,因此我们通过从头开始构建它们来定制我们的 XP 冷却器,这与我们同时代的一些修改标准装置的人不同。

4. 预防细菌的创新方法

水塔中的细菌仍然是工艺冷水机所有者的一个问题。但是创新可以通过在塔的设计中集成抗菌材料来解决这个问题。一个封闭的塔挡住了阳光,从而防止了藻类的生长。因为军团菌会吃藻类,所以阻止藻类可以通过剥夺细菌的食物来抑制细菌的生长。此外,塔材料中的 AccuSheild 会阻止细菌生长。保持水的流动也会减缓细菌的生长。这些特性相结合,旨在阻止水塔中潜在致命军团菌的生长。如果所有水冷过程冷水机组用户都接受这项创新,那么这项创新可以防止近年来过于普遍的军团病爆发。

5. 提高效率

过程冷却器的效率基于系统保持完整。制冷剂泄漏会降低系统的冷却能力。持续监控泄漏可以通过在发生故障时提醒维护人员来预防问题。此外,即使环境温度急剧变化,系统也可能需要调整以尽可能高效地运行。监测流量和运行是目前必不可少的,未来观察这些值的新方法将变得重要。

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