Охлаждение генератора с помощью теплообменника представляет собой жидкостно-жидкостный метод отвода тепла от двигателя в отдельный водяной контур, а не в воздух. Кожухотрубный теплообменник заменяет радиатор и вентилятор, поэтому вода в рубашке двигателя передает свое тепло второму источнику воды: водопроводной воде, контуру градирни, охлажденной воде здания или морской воде. Две жидкости никогда не смешиваются. Этот метод используется, когда у генератора нет доступного выхода к наружному воздуху, например, в подвальном помещении или на морской установке.
Вот та часть, которую большинство руководств пропускают. Теплообменник не отводит тепло, а перемещает его.
Работа радиатора заканчивается на вентиляторе, и тепло уходит. Работа теплообменника заканчивается на соединении, и с этого момента тепло переходит к другому контуру. Этот контур имеет свой собственный химический состав воды, насосы, загрязнение и риск замерзания. Выбор охлаждения с помощью теплообменника генератора — это не покупка компонента. Это принятие на себя ответственности за второй контур охлаждения.
Одно уточнение, поскольку термин неоднозначен. В этой статье рассматривается охлаждение рубашкой охлаждения двигателя дизельным или газовым генератором. Другое устройство с похожим названием охлаждает обмотки генератора на крупных электростанциях, чего нет в резервных генераторах. Мы устанавливаем такие конфигурации в большие крытые и морские установки на заводе Shandong Huali, поэтому приведенные ниже правила основаны на документации к двигателю и опыте наших собственных установок.
Основные выводы
- Теплообменник генератора — это жидкостно-жидкостное устройство, которое передает тепло от рубашки теплообменника в отдельный контур. Эти две жидкости никогда не смешиваются.
- It телепортации Вместо отвода тепла, система нагревает воду, ухудшает качество воды и предотвращает загрязнение, поэтому насосы вторичного контура становятся частью вашей собственности.
- Правило принятия решения является основным правилом. Превысить динамический Для превышения предельного напора достаточно одного насоса-усилителя. Превысьте... статический Необходимо изолировать радиатор и генератор от напора, что и делает теплообменник.
- Со стороны двигателя используется гликоль, но Сторона, отвечающая за подачу сырой воды, не защищена от замерзания.Поэтому это плохо подходит для режима ожидания в холодном климате. Также могут использоваться локальные коды. ограничить использование городской или прудовой воды для охлаждения для аварийных резервных комплектов.
Что делает (и чего не делает) охлаждение теплообменника генератора
Кожухотрубный теплообменник состоит из четырех основных частей. Корпус представляет собой внешний цилиндр, внутри него располагается пучок труб , а трубная доска удерживает трубы на месте и разделяет две жидкости. Перегородки заставляют жидкость со стороны кожуха проходить через трубы, а не течь прямо, что повышает турбулентность и улучшает теплопередачу.
С одной стороны циркулирует охлаждающая жидкость двигателя, с другой — забортная или вторично охлажденная вода. Тепло проходит через стенки трубок, и ни одна из жидкостей никогда не соприкасается с другой. Заборт охлажденной воды содержит минералы, хлориды и взвешенные твердые частицы, образующие накипь и способные повредить каналы охлаждения двигателя, поэтому теплообменник является скорее барьером, чем путем передачи тепла.
Теплообменник генератора — это одна из составляющих более крупной системы охлаждения генератора , и тот же замкнутый контур, который питает радиатор, подает тепло и в это устройство. Сам контур остается неизменным: насос, блок и головка двигателя, термостат и обратно к насосу. Подробное пошаговое описание работы компонентов см. в нашем руководстве по принципу работы системы охлаждения генератора.
Это не охладитель в двух смыслах. Во-первых, это не охладитель в том смысле, что он ничего не охлаждает, поскольку отводит тепло в сторону вторичной воды. Во-вторых, это не замена вентиляции. В инженерном документе компании Kohler, посвященном проектированию систем дистанционного охлаждения, об этом прямо говорится: системе дистанционного охлаждения требуется меньший поток воздуха, но его все равно должно быть достаточно для отвода лучистого тепла и подачи воздуха для сгорания.
Радиаторное или теплообменниковое охлаждение: правило принятия решения
Большинство сравнений между охлаждением с помощью радиатора и теплообменника остаются расплывчатыми, утверждая, что теплообменник используется «когда радиатор не справляется», и на этом сходятся. Существует точное правило, и оно сводится к двум типам головок блока цилиндров.
Статический напор — это давление в системе при отсутствии потока охлаждающей жидкости. Он определяется одним фактором: насколько выше радиатор расположен относительно двигателя. Если статический напор превышает расчетное значение для двигателя, это приводит не к постепенному снижению производительности, а к преждевременному выходу из строя прокладок и уплотнений, поскольку давление сдавливает те детали, на которые они не рассчитаны.
Динамический напор — это общее сопротивление системы охлаждения при движении охлаждающей жидкости, определяемое расходом, диаметром труб и перепадом давления на радиаторе. В отличие от статического напора, его иногда можно уменьшить, используя трубы большего диаметра.
В итоге правило вытекает из всего процесса четко:
- Если только динамическая головка превышает пределДополнительный насос-усилитель может преодолеть это дополнительное сопротивление. Радиатор при этом остаётся.
- Если статический напор превышает допустимый пределРадиатор и генератор должны быть изолированы друг от друга. Обычно такая изоляция осуществляется с помощью теплообменника.
Таким образом, теплообменник — это не универсальное решение для модернизации проблемной системы охлаждения. Он решает одну конкретную проблему: радиатор расположен слишком высоко над двигателем, и ни один насос не может устранить проблему статического давления. Дэниел Окафор, вводивший в эксплуатацию установку мощностью 1,000 кВт в подвале отеля в Лагосе, убедился в этом на собственном горьком опыте. Радиатор находился на высоте девяти метров над двигателем, и установка сильно нагревалась. На объекте предполагали, что мощность установки недостаточна, но статическое давление превышало допустимый предел для двигателя, поэтому охлаждающая жидкость не циркулировала должным образом.
Если на участке есть доступ к наружному воздуху, но радиатор необходимо разместить на некотором расстоянии, это уже другой вопрос. В нашем руководстве по удаленным радиаторным генераторам рассматриваются ограничения по расстоянию, выбор мощности насоса и трубопроводов.
| фактор | Радиатор, устанавливаемый на блок или выносной радиатор | Теплообменник |
|---|---|---|
| Что отводит тепло? | воздуха | второй контур водоснабжения |
| Необходима вентиляция помещения. | Высокий уровень для стационарного устройства, более низкий для дистанционного управления. | Низкий, но необходимый уровень излучения и воздуха для сгорания. |
| Внешний водопровод | Не требуется | Необходимый и непрерывный |
| Подходит для использования внутри помещений или в подвале. | От плохого до среднего | Хорошо |
| Морской строй | Не очень | Прекрасно |
| Шум | Присутствует шум вентилятора. | В номере очень тихо. |
| Риск заморозки | Только со стороны охлаждающей жидкости, с защитой гликолем. | Вторичная сторона не может быть защищена гликолем. |
| Дополнительное техническое обслуживание | Ремни, ребра, вентилятор | Химический состав воды, фильтры, цинковые аноды, рабочее колесо, загрязнение |
| Дополнительное оборудование | Ничто | Вторичные насосы, фильтры, системы управления |
| Относительная стоимость | Низкая | Более высокий уровень, и обычно используется только при необходимости. |
Куда направляется тепло от второй петли: четыре теплоотвода.
Теплообменник — это лишь половина системы. Другая половина — это то, что поглощает тепло, и именно этот выбор определяет большую часть рисков проекта.
Городское и муниципальное водоснабжение — это простейшее решение на бумаге, при условии непрерывной подачи и соответствия требованиям теплообменника по расходу, температуре и давлению. Проблема не в технических деталях. В официальном документе компании Kohler четко указано, что местные нормы могут запрещать или ограничивать использование систем охлаждения городской или прудовой водой для аварийных резервных генераторов. Применение городской воды с наибольшей вероятностью будет именно тем применением, которое с наибольшей вероятностью будет запрещено. В первую очередь следует проконсультироваться с компетентным органом.
Градирни нельзя напрямую подключать к двигателю по трубопроводу. Система охлаждения представляет собой замкнутый контур под давлением с использованием очищенной воды и гликоля, тогда как градирня — это открытый контур со своим собственным химическим составом и потерями на испарение. Соединение их привело бы к загрязнению контура двигателя и снижению концентрации гликоля, поэтому они разделены теплообменником. Градирни дороги и занимают место, поэтому их целесообразно устанавливать, если градирня уже существует.
Система охлаждения зданий с использованием охлажденной воды — это решение для городских систем. Если в здании уже есть система охлаждения с использованием охлажденной воды, генератор может подавать в нее охлажденную воду через промежуточный контур, что снижает потребность в вентиляции помещений до уровня, необходимого для сжигания топлива и обогрева. Инженерно-техническая команда здания должна согласовать эту нагрузку на этапе проектирования, а не ввода в эксплуатацию. Анализ требований к вентиляции генераторной установки на раннем этапе проекта покажет, сколько воздуха вы фактически экономите.
Охлаждение киля и охлаждение обшивки — это морские технологии, и это действительно совершенно разные вещи. Охладитель киля — это внешний теплообменник, прикрепленный к подводному корпусу. Через него циркулирует вода, приводимая в движение собственным водяным насосом двигателя, а море поглощает тепло. Заготовка воды никогда не попадает в систему охлаждения судна, поэтому нет крыльчатки, которая могла бы выйти из строя, нет фильтра, который мог бы засориться, и нет цинка, который мог бы израсходоваться. Для генераторных установок важны два правила: размер охладителя киля генераторной установки должен быть больше, чем у двигателя, поскольку генератор часто работает на максимальной нагрузке, когда судно неподвижно, и его никогда нельзя использовать совместно с другим двигателем.
| Радиатор | Ограничение, которое это определяет | Риск заморозки | Кто его обслуживает? |
|---|---|---|---|
| Городское/муниципальное водоснабжение | Разрешение на использование кода, плюс бесперебойная поставка. | Низкий уровень, если слито. | Объекты инфраструктуры |
| Градирни | Площадь и стоимость, как правило, только если такая площадь уже существует. | Умеренный, разомкнутый контур | Объекты инфраструктуры |
| Система охлаждения зданий | Соглашение между механиками, грузоподъемность | Низкий уровень, замкнутый контур | Оператор здания |
| Охлаждение киля/обшивки | Только для морских судов, должны быть увеличенного размера и изолированы. | Низкий уровень моря, умеренное волнение на море. | Экипаж судна |
Расчет размеров теплообменника генератора: параметры со стороны воды.
Расчет размеров – это тот момент, когда система охлаждения теплообменника генератора приобретает конкретные характеристики, и на этом большинство опубликованных рекомендаций останавливаются. Эти данные взяты из руководства по применению и установке морских систем компании Caterpillar, одного из немногих документов, в котором система охлаждения рассматривается как инженерная задача, а не как второстепенный элемент трубопроводной системы.
Целевые значения температуры охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения. Поддерживайте разницу температур ниже примерно 8.3 °C (15 °F) при максимальном отводе тепла от двигателя и сохраняйте термостаты так, чтобы охлаждающая жидкость возвращалась в двигатель при температуре примерно 79 °C (175 °F).
Запас прочности. Рассчитывайте размеры теплообменника с учетом коэффициента отвода тепла, приблизительно на 10 % превышающего табличное значение, принимая во внимание нормальные колебания и кратковременные перегрузки.
Расход. Соотношение: галлоны в минуту = Q ÷ (500 × ΔT) , где Q — количество тепла, отдаваемого в рубашку охлаждения в БТЕ в час, а ΔT — допустимое повышение температуры воды в °F.
Выход сырой воды. Температура воды, выходящей из теплообменника, не должна превышать примерно 140 °F (60 °C) , что определяет допустимую разницу температур (ΔT), поскольку температура на входе определяется температурой, поставляемой на объекте. Для установки, отводящей 19 200 BTU в минуту при температуре воды на входе 80 °F и предельной температуре 140 °F, требуется примерно 40 галлонов в минуту.
Пропускайте неочищенную воду через трубки. В инструкциях Caterpillar это прямо указано, и причина кроется в техническом обслуживании, а не в термодинамике. Трубный пучок можно очистить, пропустив через трубки металлический стержень; кожуховую часть очистить нельзя, поскольку для этого требуется химическая очистка, которая на морских установках доступна только на берегу. Теплообменник, подключенный в обратном направлении, никто не сможет очистить на месте.
Следите за скоростью потока и падением давления. В однопроходном теплообменнике холодная вода должна течь в противоположном направлении от охлаждающей жидкости рубашки, что максимизирует разницу температур. Скорость потока в трубках должна оставаться ниже 183 см/с (6 футов в секунду) , выше которой эрозия становится реальной причиной поломки, а падение давления со стороны кожуха должно оставаться в пределах возможностей насоса пресной воды двигателя. Установите теплообменник ниже расширительного бака.
Арун Патель управляет электростанцией на реке в Бангладеш. Расчет мощности его установки производился на основе табличных данных о теплоотдаче без запаса, а неочищенная вода подавалась по трубам через корпус, поскольку так уж получилось, что трубопровод подходил по размерам. Два лета спустя мощность установки начала снижаться под нагрузкой: речная вода образовала накипь там, куда не мог добраться ни один стержень.
Расчет мощности генератора, основанный на фактической тепловой нагрузке, не является эмпирическим правилом? Наш подробный расчет теплоотдачи генератора дает вам число, на котором строится этот раздел.
Проблема замерзания
Это следствие переноса производства, о котором в большинстве проектов обнаруживают слишком поздно.
Защита обеспечивается со стороны двигателя. Смесь гликоля в соотношении 50/50 защищает охлаждающую жидкость примерно до −37 °C, а химические процессы, обеспечивающие поддержание этой температуры, описаны в нашем руководстве по антифризу для охлаждающей жидкости дизельных генераторов.
Вторичная система не имеет такой защиты. Неочищенная вода замерзает при той же температуре, при которой замерзает обычная вода. Можно добавить гликоль в замкнутый вторичный контур, но тогда вы создадите второй замкнутый контур и унаследуете его химический состав. Проблема перемещена, а не решена.
Таким образом, охлаждение теплообменника генератора плохо подходит для резервного генератора, простаивающего в течение морозной зимы, а именно в таких условиях резервный генератор имеет наибольшее значение. Слив воды из вторичного контура после каждого запуска решает эту проблему, но это напрямую противоречит той готовности, которую призван обеспечивать резервный генератор.
Качество воды и поддержание работоспособности второго контура
Это техническое обслуживание, которое радиатор от вас никогда не требовал, и оно полностью относится к вторичной системе. График обслуживания со стороны двигателя — это другая задача, описанная в нашем руководстве по техническому обслуживанию системы охлаждения.
Химический состав воды – это то, что определяет срок службы установки: пятнадцать лет или три года. Пресная вода со стороны двигателя должна соответствовать определенным спецификациям, прежде чем добавлять какие-либо ингибиторы. Пределы, установленные компанией Caterpillar, являются показательными: pH от 5.5 до 9.0, хлориды менее 40 ppm, общее содержание растворенных твердых веществ менее 340 ppm, сульфаты менее 100 ppm и жесткость менее 170 ppm. Водопроводная вода часто не соответствует нескольким из этих требований. Компоненты со стороны морской воды должны быть изготовлены из медно-никелевого сплава , поскольку стандартные стальные трубные пучки не выдерживают воздействия соленой воды, а использование жертвенных анодов обязательно везде, где разнородные металлы соприкасаются с морской водой. Другая угроза – образование накипи: растворенные минералы осаждаются на горячих поверхностях и изолируют их, а опубликованные рекомендации указывают на потери теплопередачи около 40 % после образования значительного количества накипи. Накипь – наиболее распространенная причина того, что теплообменник правильного размера становится теплообменником недостаточного размера.
Цинковые заглушки, или жертвенные аноды. График проверок, используемый компанией Caterpillar, является разумным шаблоном: проверять их в течение 24 часов после заполнения трубопровода морской водой, затем через 7 дней погружения, затем через 60-90 дней и ежегодно после этого. Одна деталь может ввести в заблуждение: никогда не устанавливайте цинковые заглушки с помощью тефлоновой ленты или непроводящего герметика для труб , поскольку изоляционные свойства герметика препятствуют выполнению цинком своей функции.
Фильтры. Они защищают насос, теплообменник и каналы двигателя от мусора. Через сетку не должно проходить ничего крупнее 1.6 мм (1/16 дюйма) . Для пластинчатых теплообменников необходима сетка мельче 3 мм ; для трубчатых теплообменников — сетка мельче 5 мм . Фильтр подходящего размера создает сопротивление не более 9 кПа (3 фута водяного столба) при полном потоке. По возможности используйте двухсекционные фильтры, чтобы очистка не прерывала поток морской воды.
Очистка теплообменника. Для морских установок компания Northern Lights рекомендует проводить очистку теплообменника один раз в год или примерно после 200 часов работы, в зависимости от того, что наступит раньше. Слейте воду из расширительного бака и теплообменника, извлеките теплообменник, прочисти трубки, промойте, осмотрите, соберите обратно и проверьте на наличие утечек.
Рабочее колесо насоса забортной воды. Эта изнашиваемая деталь выходит из строя без предупреждения. Компания Northern Lights рекомендует заменять рабочее колесо насоса морской воды каждые 1,000 часов на одной модели и каждые 750 часов на другой. Если рабочее колесо выходит из строя с отсутствующими лопастями, эти фрагменты оказываются где-то ниже по потоку, поэтому повторная потеря потока после замены рабочего колеса указывает на засорение теплообменника. Перед первыми заморозками необходимо слить воду из теплообменника и всех каналов забортной воды.
Нужна помощь в выборе системы охлаждения для крупной установки? Отправьте нам информацию о ваших условиях на объекте, включая температуру окружающей среды, доступные источники воды и ограничения по размерам помещения, и мы подберем конфигурацию охлаждения с учетом ваших потребностей. Свяжитесь с нашей инженерной командой →
Когда охлаждение теплообменника генератора — неправильное решение
Охлаждение теплообменника генератора является неправильным решением в пяти ситуациях:
- Этот объект представляет собой простаивающее временное строение в условиях морозного климата. Указанная выше асимметрия заморозки является основанием для дисквалификации.
- В соответствии с городскими нормами водоснабжение ограничено для использования в аварийных ситуациях. Если водоснабжение от городских водопроводов будет прекращено, самый дешевый вариант исчезнет.
- Вместо этого в комнате можно использовать выносной радиатор. Для установки выносного радиатора не требуется второй контур, химический состав воды, фильтры и цинковые аноды. В нашем руководстве по выбору выносного радиатора вы найдете необходимую информацию.
- Надежного водоснабжения нет. Система зависит от непрерывного потока, тогда как удаленный радиатор в нем не нуждается. Прерывистая подача хуже, чем ее отсутствие, потому что она происходит бесшумно.
- Двигатель имеет воздушно-воздушную систему охлаждения наддувочного воздуха. Если невозможно проложить трубопровод для подачи наддувочного воздуха без ухудшения переходных характеристик или нарушения требований сертификации по выбросам, то данная конфигурация исключается.
FAQ
В чём разница между охлаждением с помощью радиатора и теплообменника?
Радиатор отводит тепло от двигателя в воздух с помощью вентилятора и ребристого сердечника. Теплообменник отводит то же тепло во второй водяной контур через кожухотрубный или пластинчатый теплообменник без вентилятора. Радиаторы дешевле, но нуждаются в притоке воздуха; теплообменники работают тише, подходят для использования внутри помещений и на морских судах, а также требуют непрерывной подачи воды.
В каких случаях генератору следует использовать теплообменник вместо радиатора?
Правило касается напора. Если только динамический напор превышает предел, установленный двигателем, проблему решает насос-усилитель, и радиатор остается на месте. Если статический напор превышает предел, то есть радиатор расположен слишком высоко над двигателем, эти два параметра должны быть изолированы, и обычно такая изоляция осуществляется с помощью теплообменника.
Может ли генератор использовать водопроводную воду для охлаждения?
Технически да, если подача воды непрерывная и соответствует требованиям теплообменника по расходу, температуре и давлению. На практике местные нормы могут ограничивать или запрещать использование городской или прудовой воды для охлаждения аварийных резервных генераторов, поскольку такие установки могут работать часами и непрерывно сбрасывать воду. Перед использованием необходимо уточнить этот вопрос у компетентного органа.
Как подобрать размер теплообменника для генератора?
Поддерживайте разницу температур воды в рубашке теплообменника ниже примерно 8.3 °C (15 °F) при максимальном отводе тепла и выбирайте размер примерно на 10 % выше указанного в таблице значения отвода тепла. Рассчитайте расход по формуле галлонов в минуту = Q ÷ (500 × ΔT). Поддерживайте температуру исходной воды на выходе из теплообменника ниже примерно 140 °F (60 °C) и скорость потока в трубах ниже 183 см/с (6 футов в секунду) во избежание эрозии.
Заключение
Четыре решения определяют, будет ли охлаждение теплообменника генератора успешным или превратится в проблему, требующую технического обслуживания.
Принимайте решения, руководствуясь правилом напора. Превышение статического напора означает изоляцию, а изоляция означает необходимость теплообменника. Превышение динамического напора означает необходимость использования повышающего насоса. Неправильный подход приведет к пустой трате времени на пусконаладочные работы.
Размеры указаны по водяной стороне, а не по каталогу. Разница температур воды в рубашке менее 15 °F, запас по отводу тепла 10 % от заявленного в таблице значения, температура исходной воды менее 60 °C, скорость потока в трубах менее 6 футов в секунду, а также возможность очистки исходной воды в трубах.
Выбирайте радиатор, исходя из его характеристик, а не стоимости. Городская вода — самый дешевый вариант, пока инспектор по строительным нормам не даст на это разрешение. Градирням нужно место. Килевые охладители должны быть увеличенного размера и никогда не должны использоваться совместно.
Спланируйте второй контур еще до его приобретения. Химический состав воды, фильтры, цинковые аноды, запасные части для крыльчатки и стратегия на случай заморозки — это не второстепенные вопросы. Это стоимость всей системы.
Радиатор отводит тепло в воздух, и на этом работа завершена. Теплообменник передает тепло в контур, который теперь принадлежит вам. Оба варианта верны на нужном объекте, и разница определяется задолго до того, как кто-либо закажет оборудование. Свяжитесь с нашей инженерной командой →
