Metr sześcienny wody na godzinę schłodzony o 5 K to około 5,8 kW mocy chłodniczej. Od tej prostej liczby zaczyna się każde chłodzenie wody przemysłowej, jednak w zakładzie szybko dochodzą kolejne pytania. Czy woda z procesu może wrócić prosto do chillera? Jak chronić wymienniki przed osadem i co zrobić zimą, gdy instalacja stoi na zewnątrz? Poniżej porównujemy obieg otwarty i zamknięty, a także liczymy moc na konkretnym przykładzie. Przemysłowe chłodzenie wody dotyczy form wtryskowych, pras, pieców indukcyjnych, kąpieli galwanicznych, myjek oraz linii spożywczych. Każdy z tych procesów ma inną temperaturę pracy i inną tolerancję na zanieczyszczenia. Dlatego zanim powstanie projekt, warto sprawdzić cztery rzeczy: obieg zamknięty wody chłodzącej czy otwarty, jakość wody chłodzącej, potrzebę wymiennika płytowego separującego oraz to, czy w zimie potrzebny będzie glikol w obiegu zewnętrznym.
Spis treści:
Chłodzenie wody przemysłowej: temperatury procesów w tabeli
Tabela zbiera typowe wartości, z którymi spotykamy się w zakładach. Są orientacyjne, ponieważ ostatecznie decyduje dokumentacja maszyny i wymagania technologa. Mimo to dobrze pokazują, gdzie wystarczy dry cooler, a gdzie potrzebny jest agregat wody lodowej.
| Proces | Typowa temperatura zasilania | Wniosek dla układu |
|---|---|---|
| Formy wtryskowe, prasy | 8 do 15 °C | Chiller, latem zawsze; zimą częściowo free cooling |
| Hydraulika maszyn, chłodzenie oleju | 25 do 35 °C | Często wystarczy dry cooler przez większą część roku |
| Piece indukcyjne, zgrzewarki | 20 do 30 °C | Woda czysta, niska przewodność, osobny obieg |
| Kąpiele galwaniczne | 15 do 25 °C | Wymiennik płytowy separujący, odporny chemicznie |
| Linie spożywcze, myjki | 1 do 6 °C | Chiller z glikolem lub woda lodowa z buforem |
W praktyce najwięcej błędów bierze się z jednego założenia: że wszystkie maszyny mogą pracować na jednej temperaturze. Tymczasem podanie 7 °C na hydraulikę oznacza zbędne zużycie prądu, a 25 °C na formy oznacza wolniejszy cykl produkcji.
Obieg zamknięty wody chłodzącej czy obieg otwarty
W obiegu otwartym woda styka się z powietrzem lub z produktem, na przykład w zbiorniku przy myjce. Z kolei obieg zamknięty wody chłodzącej krąży w rurach i nie ma kontaktu z otoczeniem. Pierwszy jest tańszy na starcie, ale szybciej się brudzi i napowietrza. Drugi wymaga zbiornika wyrównawczego i odpowietrzników, za to utrzymuje stałą jakość wody przez lata.
Najbezpieczniejsze chłodzenie wody przemysłowej łączy oba światy. Po stronie chillera pracuje czysty obieg zamknięty wody chłodzącej, natomiast po stronie procesu zostaje obieg technologiczny. Pomiędzy nimi stoi wymiennik płytowy separujący, który oddziela brud, opiłki i chemię od parownika. Dzięki temu awaria procesu nie kończy się zatkanym parownikiem i wymianą drogiego podzespołu.
Jak policzyć moc: przykład dla linii z formami
Moc chłodniczą liczymy ze wzoru Q = m · cp · ΔT. Dla wody cp wynosi około 4,19 kJ/(kg·K), a 1 m³/h to mniej więcej 0,278 kg/s. Przyjmijmy linię z sześcioma formami. Każda potrzebuje 1,5 m³/h, a temperatura wody rośnie na formie z 12 do 16 °C.
- Przepływ łączny: 6 × 1,5 = 9 m³/h, czyli około 2,5 kg/s.
- Moc: 2,5 × 4,19 × 4 ≈ 42 kW.
- Zapas na lato i straty na rurociągach: 15 do 20%, więc dobieramy około 50 kW.
Następnie sprawdzamy, ile ciepła oddaje proces w rzeczywistości. Na przykład pomiar przepływomierzem i dwoma czujnikami temperatury przez jeden pełny cykl produkcji często pokazuje mniej niż dane z katalogu. Dobór „na tabliczkę” prowadzi wtedy do taktowania sprężarek. Więcej o samym doborze agregatu piszemy w artykule dobór agregatu wody lodowej.
Zbiornik buforowy, pompa i przepływ w chłodzeniu wody przemysłowej
W chłodzeniu wody przemysłowej proces rzadko pobiera stałą moc. Formy otwierają się co kilkadziesiąt sekund, a prasa zmienia obciążenie z każdą partią. Dlatego bufor wody wygładza te skoki i chroni sprężarki przed częstymi startami. Jako punkt wyjścia przyjmujemy 5 do 10 litrów wody na każdy kilowat mocy chłodniczej, czyli dla 50 kW około 250 do 500 litrów.
Pompa musi pokonać opór najdalszej maszyny, a nie tylko najbliższej. W efekcie bardzo ważne jest równoważenie przepływów na odgałęzieniach. Jeśli jedna forma dostaje 3 m³/h, a druga 0,5 m³/h, to druga przegrzewa się mimo dobrego chillera. Dodatkowo przy obiegu procesowym zalecamy osobną pompę po stronie wymiennika, żeby zmiana na linii nie wpływała na przepływ przez parownik. Pojemność bufora łatwo sprawdzić także w naszym wpisie o zbiorniku buforowym.
Jakość wody chłodzącej i filtracja
W chłodzeniu wody przemysłowej jakość wody chłodzącej decyduje o tym, jak długo wymienniki zachowują sprawność. Warstwa kamienia o grubości 1 mm potrafi obniżyć wymianę ciepła o kilkanaście procent. Z tego powodu przed napełnieniem warto zbadać wodę pod kątem twardości, pH i przewodności. Dla obiegu zamkniętego wody chłodzącej przyjmuje się zwykle pH 7,5 do 9 oraz wodę zmiękczoną.
Filtr siatkowy przed wymiennikiem zatrzymuje opiłki i zgorzelinę. Natomiast przy galwanice i myjkach przydaje się także filtr workowy po stronie procesu. Przede wszystkim jednak filtr trzeba czyścić, bo zapchany wkład obniża przepływ szybciej niż jakakolwiek awaria pompy. O ochronie metalu przed rdzą piszemy szerzej w tekście korozja układów chłodniczych.
Z praktyki serwisu
W zakładzie z prasami woda procesowa trafiała prosto do parownika płytowego. Po roku różnica ciśnień na parowniku wzrosła z 35 do 90 kPa, a chiller wyłączał się na alarmie przepływu. Po płukaniu chemicznym zamontowaliśmy wymiennik płytowy separujący i filtr 500 µm. Od tamtej pory parownik pracuje na czystej wodzie, a filtr czyści się raz w tygodniu podczas przeglądu linii.
Glikol w obiegu zewnętrznym zimą i free cooling
Jeśli dry cooler lub rurociągi stoją na zewnątrz, zimą zwykła woda zamarznie. Dlatego stosuje się glikol w obiegu zewnętrznym, zwykle 30 do 35% glikolu propylenowego, co daje ochronę do około minus 15 do minus 18 °C. Glikol pogarsza jednak wymianę ciepła i zwiększa opory, więc pompa i wymienniki muszą być na to dobrane. Przed każdą zimą glikol w obiegu zewnętrznym warto sprawdzić refraktometrem.
Ten sam obieg zewnętrzny pozwala w chłodzeniu wody przemysłowej korzystać z free coolingu. Gdy na zewnątrz jest kilka stopni poniżej temperatury powrotu, dry cooler przejmuje część albo całość pracy chillera. Dla procesów na 25 do 35 °C oznacza to chłodzenie prawie bez sprężarek przez dużą część roku. Jak policzyć moc samego dry coolera, opisaliśmy w tekście dobór dry coolera.
Najczęstsze błędy przy chłodzeniu wody w zakładzie
- Jedna temperatura dla wszystkich maszyn zamiast dwóch obiegów, na przykład 12 °C dla form i 28 °C dla hydrauliki.
- Brak wymiennika płytowego separującego przy brudnej wodzie procesowej.
- Bufor za mały względem zmiennego obciążenia, przez co sprężarka startuje kilkanaście razy na godzinę.
- Glikol w obiegu zewnętrznym bez pomiaru stężenia przed zimą.
- Filtry bez manometrów, więc nikt nie widzi, kiedy rośnie opór.
Chłodzenie wody przemysłowej rzadko zawodzi przez jeden duży problem. Każdy z tych błędów kończy się podobnie: spadkiem wydajności, alarmem i przestojem. Zatem przy modernizacji warto zacząć od pomiarów, a dopiero potem wymieniać urządzenia.
Pytania o chłodzenie wody w zakładzie produkcyjnym
Czy wodę z procesu można puścić bezpośrednio przez chiller?
Można tylko wtedy, gdy woda jest czysta, filtrowana i nie zawiera chemii. W pozostałych przypadkach lepiej zastosować wymiennik płytowy separujący, bo chroni parownik przed osadem i korozją.
Jak duży zbiornik buforowy jest potrzebny?
Jako punkt wyjścia przyjmuje się 5 do 10 litrów na każdy kilowat mocy chłodniczej. Przy bardzo zmiennym obciążeniu, na przykład w myjkach, bufor bywa większy.
Kiedy wystarczy dry cooler zamiast chillera?
Gdy proces przyjmuje wodę o temperaturze wyższej niż temperatura otoczenia o kilka stopni, na przykład 28 do 35 °C dla hydrauliki. Latem może wtedy pomóc chiller lub zraszanie, ale przez większą część roku pracuje sam dry cooler.
Jak często sprawdzać jakość wody chłodzącej?
W obiegu zamkniętym zwykle raz lub dwa razy w roku, przy przeglądzie. W obiegu otwartym częściej, najlepiej co miesiąc, ponieważ woda szybko się zanieczyszcza.
Czy glikol jest potrzebny, gdy cała instalacja stoi w hali?
Zwykle nie. Glikol stosuje się w obiegu, który ma kontakt z mrozem, na przykład przy dry coolerze na dachu lub rurociągach na zewnątrz.
Policzymy chłodzenie wody dla Twojego procesu
Napisz nam, jakie maszyny chłodzisz, jaka jest temperatura zasilania i powrotu oraz gdzie stoi obecny chiller. Wystarczy krótki opis procesu i zdjęcie tabliczki znamionowej. Na tej podstawie przygotujemy wstępny dobór układu i wskażemy, czy warto rozdzielić obiegi. Zadzwoń pod numer +48 501 179 381 albo opisz proces mailem lub przez formularz kontaktowy. Wzór na moc i wartości ciepła właściwego wody znajdziesz też w zestawieniu The Engineering ToolBox.
