Odpowietrzanie chłodniczych instalacji amoniakalnych. Czy warto stosować automatyczne odpowietrzniki w zakładach mleczarskich?

Obecność w instalacji chłodniczej powietrza i innych gazów trudnoskraplających się prowadzi do wzrostów ciśnienia skraplania i w konsekwencji zmniejszenia wydajności układu, zwiększenia zużycia prądu elektrycznego oraz zużycia sprężarek.

O ile w przypadku instalacji pracujących na podciśnieniu (tzn. w instalacjach gdzie ciśnienie parowania czynnika chłodniczego jest niższe od atmosferycznego), każda nieszczelność po stronie niskiego ciśnienia prowadzi do zapowietrzenia instalacji, o tyle w układach pracujących na nadciśnieniu, poprzez nieszczelności amoniak wydostaje się na zewnątrz. W rezultacie nie dochodzi do zapowietrzenia się układu.

Większość amoniakalnych instalacji chłodniczych w zakładach mleczarskich pracuje na nadciśnieniu. Czy więc stosowanie centralnych automatycznych odpowietrzników jest jedynie chwytem marketingowym producentów, czy faktyczną potrzebą mleczarni?

Przyczyny obecności gazów nieskraplających

Aby odpowiedzieć na pytanie postawione we wstępie niniejszego artykułu należy określić przyczyny powstawania i gromadzenia się gazów nieskraplających w instalacji chłodniczej. Wspomniany wyżej problem nieszczelności zaworów, połączeń kołnierzowych, spoin, gwintów lub innych pojawia się w chwili obniżenia ciśnienia parowania poniżej atmosferycznego. W zakładach mleczarskich ma to miejsce w momencie odsysania części instalacji lub też w przypadku komór mroźniczych. Do "zapowietrzania" układu dochodzi także:

• wskutek montażu dodatkowych urządzeń, wymiany części lub innych prac związanych z otwarciem instalacji,
• podczas wciągania do instalacji oleju lub amoniaku zawierającego nieskroplone gazy (zła jakość czynnika chłodniczego),
• wskutek zachodzących wewnątrz układu reakcji chemicznych (rozpad amoniaku na azot i wodór szczególnie przy wysokich temperaturach). Także rozkład oleju sprężarkowego może prowadzić do powstawania niepożądanych produktów – między innymi trudno skraplających się gazów.

Instalacje w zakładach mleczarskich

Teoretyczne wyznaczenie ilości powietrza i innych niepożądanych gazów w instalacji jest zadaniem trudnym. W rzeczywistości ilość ta zależy od kwalifikacji personelu chłodniczego, układu instalacji, jej stanu czy nawet pory roku. Zgodnie z prawem Daltona ciśnienie w zbiorniku zawierającym kilka różnych gazów jest równe sumie cząstkowych ciśnień poszczególnych gazów. Znając temperaturę skraplania oraz odpowiadające jej ciśnienie nasycenia par amoniaku (do odczytania z tablicy) w prosty sposób możemy stwierdzić obecność gazów nieskraplających się w naszej instalacji. Przykładowo odczytane ciśnienie skraplania 14,5 bar (manometr na zbiorniku cieczy) oraz zmierzona temperatura skraplania 35°C oznacza, iż ciśnienie cząstkowe gazów nieskraplających wynosi 1 bar (ciśnienie nasycenia par amoniaku przy temperaturze równej 35°C wynosi 13,5 bara). Poprzez usunięcie gazów nieskraplających z instalacji, obniżymy ciśnienie skraplania o 1 bar. Oznacza to spadek poboru mocy sprężarek o około 7% oraz zwiększenie wydajności układu o 4%. Znając roczne zużycie energii elektrycznej przez sprężarki, w prosty sposób wyliczymy oszczędności związane ze skutecznym odpowietrzaniem instalacji chłodniczej.

Oddziaływanie gazów na pracę instalacji chłodniczej

Powietrze jest dobrym izolatorem. Gromadząc się w skraplaczu na zimniejszej powierzchni utrudnia wymianę ciepła pomiędzy gorącym amoniakiem a wodą chłodzącą skraplacz. Nawet cienka warstwa powietrza przyczynia się do znacznego wzrostu ciśnienia skraplania. W rezultacie zmieniają się warunki pracy sprężarek. Panuje zgodność co do tego iż należy usuwać z instalacji gazy nieskraplające. Częstotliwość odpowietrzania zależy od charakterystyki poszczególnych instalacji oraz umiejętności personelu. Sposoby odpowietrzania układu opisano poniżej.

Rozkład gazów nieskraplajacych się wewnątrz instalacji jest inny podczas postoju oraz inny w czasie pracy układu. Uogólniając, powietrze (oraz inne gazy nieskraplające) znajdują się po stronie wysokiego ciśnienia, tam gdzie jest najzimniej, w miejscach o najmniejszych prędkościach przepływu. Najczęściej jest to zbiornik amoniaku za skraplaczami. Podczas postoju urządzenia powstaje mieszanina powietrza z parami amoniaku, zajmując przestrzenie nie wypełnione cieczą. Wszelkie syfony po stronie cieczowej stanowią przeszkodę do przemieszczania się powietrza i par czynnika. Zachodzi więc konieczność odpowietrzania każdego potencjalnego miejsca gromadzenia się gazów nieskraplających. Stosując odpowietrzanie jednego tylko punktu, usuwamy nieznaczną część szkodliwych dla pracy układu gazów. Nawet cykliczne odpowietrzanie jednego punktu instalacji, choć zwiększa ilość usuwanego powietrza, nie pozwala jednak usunąć go całkowicie.