チラーの高圧停止？HVAC冷却塔熱交換器のスケール付着を解決する方法

チラーが高圧で停止するのは、注意を喚起するためではありません。システムから熱が十分に速やかに放出されないために停止するのです。空調設備では、この故障は多くの場合、汚れた凝縮器の水ループや保護が不十分な熱交換器内部から始まります。

粒 2015年以来、プレート式熱交換器の製造、ガスケット、プレート、設置、メンテナンスに携わっており、HVAC、電力、冷却、産業システムなど幅広い分野でサービス実績があります。カタログ通りの回答だけでなく、サイズ選定、洗浄、プレート交換、現場での実践的なアドバイスが必要な場合にも、同社のサービスサポートは役立ちます。また、会社概要には、プレート式熱交換器に関する豊富なノウハウ、輸出実績、安定した材料供給源による長期的な部品供給についても記載されています。 チームについてもっと詳しく知りたい方はこちらをご覧ください。

高圧停止が冷却水から始まる理由

水冷式チラーは、スムーズな放熱に依存しています。冷媒は凝縮水に熱を与え、凝縮水は冷却塔に送られ、冷却塔は外気へ熱を放出します。この一連の流れが汚れると、ヘッド圧力が上昇します。すると、コンプレッサーの揚程が上昇し、電力も上昇します。最終的に、安全制御装置が作動して機械が停止します。

鱗は厚くなくても痛みを伴う

冷却塔の水には、溶解したミネラル、空気中の汚れ、腐食生成物、生物由来の粘液、微細な固形物などが含まれています。開放型の冷却塔は、水を通して空気を効率的に吸い込むことができます。そのため、埃、落ち葉、花粉、都市部の粒子、近隣の交通から発生する油汚れなども吸い込んでしまいます。地味な光景ではありますが、実際のメンテナンスチームは、夏の間中、ストレーナーに溜まったこうした汚泥を目にすることになります。

凝縮器チューブや熱交換器プレートに堆積物が付着すると、熱伝達効率が低下します。冷却水処理ガイドによると、凝縮器チューブの汚れは熱伝達効率を低下させ、凝縮器のヘッド圧力を上昇させ、エネルギーコストを増加させます。また、冷媒の凝縮温度が1°F上昇するごとに、コンプレッサーのエネルギー消費量が約1.5%増加し、堆積物が多量に付着するとヘッド圧力がチラーの限界値を超える可能性があるとも述べています。

同じHVACの情報源によると、多くのチラーは冷凍トンあたり約0.60～0.90kWの定格であるのに対し、0.03インチの炭酸カルシウム層が付着すると電気エネルギー消費量が27%増加する可能性がある。堆積物が酸化鉄の場合は、損失は約40%になる可能性がある。

化学薬品や大型ポンプでは、本当の問題を見落としてしまうことが多い理由

水処理薬品は重要です。硬度、pH、導電率、腐食、生物増殖を適切に管理することに異論を唱える人はいないでしょう。落とし穴は、薬品の投与だけで全てが解決すると考えることです。特に圧力損失が大きくなり、オペレーターが流量を回復させたい場合、より大きなポンプが魅力的に見えるかもしれません。しかし、ポンプの揚程を大きくしても、汚れの層は除去されません。場合によっては、汚れた水を狭い通路の奥深くに押し込みながら、より多くの電力を消費するだけです。

流量の少ない隅は泥溜まりになる

プレート式熱交換器では、波形プレートによって狭く曲がりくねった流路が形成されます。良好な波形形状は乱流と熱伝達を促進します。添付の​​技術資料では、プレート表面を波形または溝状にプレス加工することで剛性を高め、流体の乱れを増大させ、高い熱伝達係数を実現していることが説明されています。また、この熱交換器は、流路を形成するためにプレート、シールパッド、クランププレート、およびクランプボルトを使用していることも記載されています。

この設計は、水が適度にきれいで、流量が想定範囲内であればうまく機能します。しかし、冷却塔のスラッジの場合、特に低速域付近では、同じ細い通路に浮遊物質が溜まる可能性があります。知識ファイルには、汚れた媒体、粒子の過剰、スケール、または流路の詰まりによって引き起こされる一般的な不具合として、圧力降下の緩やかな増加が挙げられています。また、運転前に接続配管を清掃して、砂、砂利、溶接スラグなどの異物が熱交換器に入り込まないように注意するよう警告しています。

汚れた給水塔の水が断熱層を形成する仕組み

堆積物は、流れを阻害すると同時に断熱効果も発揮するという、二つの悪影響を同時に及ぼします。流れの阻害は圧力損失を増加させ、断熱効果は凝縮温度を上昇させます。その結果、チラーは冷却能力が低下するにもかかわらず、より多くのエネルギーを消費することになります。施設管理者は通常、供給水の温度上昇、コンデンサーの作動不安定、コンプレッサー電流の増加、そして理由もなく高額になる電気料金といった形で、この影響に気づきます。

バイオフィルムは硬い鱗屑よりも厄介な場合がある

多くのプラント室で見落とされがちな重要な点があります。それは、スライムが通常の鉱物スケールよりも有害であることが多いということです。冷却水に関する資料によると、炭酸カルシウムスケールはバイオフィルム堆積物よりも最大4倍も熱伝導率が高いとされています。つまり、スライムは硬いスケールよりも強力な断熱材になり得るのです。また、凝縮器の堆積物には、スライム、スケール、腐食生成物、空気から除去された浮遊物質が含まれる可能性があるとも述べられています。

2つ目のエネルギーガイドでは、流れ側について説明しています。凝縮器が25℃で流入し、30℃で流出するように設計されている場合、温度差は5℃です。流量が設計値の半分に低下すると、温度差は10℃になり、凝縮器から流出する水の温度は35℃に上昇します。流出水の温度が高くなると、凝縮器の温度と圧力が上昇し、結果としてコンプレッサーの揚程が高くなります。

HVAC設計における物理的隔離の位置づけ

最も効果的な解決策は、必ずしも化学薬品を増やすことではありません。汚れた開放型冷却塔ループと、より清潔なチラーまたは建物ループを分離することです。熱交換器が物理的な障壁となります。冷却塔は空気や汚れにさらされたままでも、チラー側はより清潔で制御された水で稼働します。これにより、高価な凝縮器機器へのリスクが軽減され、メンテナンスチームは取り外し可能な清掃ポイントを利用できるようになります。

ガスケット付きプレートユニットは夏の清掃用に設計されています

冷却塔の隔離には、ガスケット付きの プレート式熱交換器 多くの場合、実用的な選択肢となります。製品資料には、プレート式熱交換器は小型で効率的、メンテナンスが容易であり、HVAC、暖房、化学、冶金、工業用冷却、食品加工、石油化学などの分野で幅広く使用されていると記載されています。また、取り外し可能な設計、清掃の容易さ、モジュール式拡張性、ステンレス鋼やチタン合金などの材質選択、最大5000m²の熱交換面積、最大25MPaの使用圧力、最大200℃の使用温度といった特長も挙げられています。

7月には、取り外し可能なフレームが重要になります。圧力損失が上昇すると、ユニットを開けてプレートを清掃し、ガスケットを点検し、泥を取り除き、主要な配管を切断することなく熱交換器を運転に戻すことができます。メンテナンスファイルには明確なワークフローが記載されています。分解前に圧縮長を記録し、クランプボルトとプレートを取り外し、汚れと接着剤の残留物を清掃し、プレートに亀裂、ピット、穴、または変形がないか確認し、シーリングストリップを再装着し、トルクレンチで均等に締め付け、30分間圧力テストを実行します。 サービス.

冷却塔工事に適した熱交換器の選び方

すべての熱交換器が汚れた水に適しているわけではありません。コンパクトな密閉型ユニットは、清浄な冷媒や水対水回路では優れた性能を発揮しますが、泥水が混入した開放型タワーループでは、アクセス性、広い通路、そして現実的なメンテナンス時間が必要となります。最適な選択は、粒子負荷、水質、運転条件、圧力、温度、洗浄頻度によって異なります。

購入前にサービスアクセスを比較する

製品資料には、ろう付けユニットはコンパクトで耐腐食性、耐高圧性、そして迅速な熱応答性を備えていると記載されています。これは、清浄な密閉ループにおいて非常に有利です。泥や生物学的粘液を含む開放型冷却塔水の場合、清掃しやすい設計になっているため、通常はメンテナンスが容易なプレート式ユニットの方が優れています。

次のシャットダウンを防ぐためのメンテナンス習慣

優れた断熱式熱交換器であっても、適切な管理は不可欠です。日々の計測は単なる作業ではなく、早期発見のための重要な情報です。冷却塔のマニュアルでは、水温、冷媒温度、ポンプ圧力、外気条件、凝縮器、熱交換器、ろ過装置における圧力降下を記録することを推奨しています。また、プレート式熱交換器を使用するシステムでは、詰まりや汚れがないか、温度差と圧力差を毎日チェックする必要があるとも述べています。

パニックに陥らず、原因に基づいて清掃する

スケールが既に付着している場合、添付資料には酸洗浄が効果的な理由が説明されています。酸はカルシウム、マグネシウム、炭酸塩スケールを溶解し、金属から酸化物結合を剥がし、堆積物を持ち上げるのに役立つ二酸化炭素を放出し、混合ケイ酸塩または硫酸塩スケールを緩めて洗い流せるようにします。記載されている洗浄手順には、まずフラッシング、洗浄液の注入、2時間の静的酸浸漬、3～4時間の動的循環、0.5時間ごとの順方向と逆方向の交互洗浄、アルカリ洗浄、0.5時間の軟水すすぎ、各手順の記録、洗浄後の圧力テストが含まれます。

高圧トリップへの適切な対応策は、測定、隔離、清掃、点検、そしてテストです。さらに、適切なろ過、正しい水処理、そして熱交換器周辺に十分なアクセススペースを確保しましょう。チラーはよりきれいな水を利用でき、ポンプは泥水との格闘から解放されます。夏の緊急出動件数も減少します。静かなプラント室は嬉しい副産物です。

よくある質問

Q1：暑い時期に高圧状態になると、なぜチラーは停止するのですか？

A：凝縮器から熱が十分に速やかに放出されない。スケール、スライム、流量不足、ストレーナーの詰まり、冷却塔の汚れ、熱交換器の汚染などにより凝縮圧力が上昇し、最終的に安全制御装置が作動してチラーが停止する。

Q2：冷却塔のスケール付着は、薬品注入量を増やすことで解決できますか？

A：化学薬品はスケール、腐食、生物の繁殖を抑制するのに役立ちますが、浮遊する汚れをすべて除去したり、詰まった通路を修復したりすることはできません。物理的に隔離された熱交換器にろ過と適切な洗浄を組み合わせることで、より優れた保護効果が得られます。

Q3：冷却塔とチラーの間にプレート式熱交換器を設置するのはなぜですか？

A：汚れた冷却塔水と、よりきれいなチラーループを分離します。ガスケット付きのプレート式熱交換器は、清掃、プレートの点検、ガスケットの交換のために開閉できます。

Q4：ろう付け式プレート式熱交換器は、どのような場合に優れたHVAC（空調設備）の選択肢となりますか？

A：ろう付け式プレート熱交換器は、清浄な密閉ループ、コンパクトなスキッド、冷媒回路、高圧用途に適しています。ろ過性能が非常に高い場合を除き、濁った開放型冷却塔水には最適な選択肢ではありません。

Q5：ファウルを早期に発見するために、どのようなデータを追跡すべきですか？

A：凝縮器のアプローチ、入口および出口の水温、熱交換器全体の圧力損失、ポンプ圧力、タワーの水槽の状態、ストレーナーの状態、およびコンプレッサーの電流を追跡します。熱負荷の低下に伴って圧力損失が上昇する場合は、通常、汚れや詰まりを意味します。