Flüssigkeits-Abscheider für Ammoniak

Ist ein meist liegender Druckbehälter mit großem Speichervolumen, welcher vorwiegend bei Kälteanlagen mit Pumpenumwälzung zur Anwendung kommt.

Bei größeren Ammoniak-Kälteanlagen werden meist überflutete Verdampfer mit mehrfacher Kältemittelumwälzung verwendet. Durch den Zwangsumlauf mittels Kältemittelpumpen können große Entfernungen zwischen der Kältezentrale (Maschinenraum) und den Verbrauchern überbrückt werden.

Die Umwälzzahl n gibt dabei das Verhältnis der von der Pumpe geförderten flüssigen Kältemittelmenge zu der bei Volllast verdampften Kältemittelmenge im Verdampfer an.

Mit zunehmender Kältemittelgeschwindigkeit steigt der Wärmeübergangskoeffizient vom Kältemittel zur Verdampfer-Innenwand stark an. Er erreicht bei n = 2 . . . 3 ein Maximum, welches bei höherer Umwälzung (n) wieder langsam abnimmt. Wegen der unsicheren Druckabfall Bestimmung im Verdampferkreislauf wird n = 3 bis 4 empfohlen.

Für die Funktionssicherheit derartiger Anlagen ist ein Flüssigkeitsabscheider von entscheidender Bedeutung. Der Abscheider stellt das Bindeglied zwischen dem Verdichter- und dem Verdampferkreislauf dar und unterteilt somit den Kältekreislauf. In ihm wird einerseits das verflüssigte Kältemittel aus dem Verflüssiger entspannt und das nicht verdampfte Kältemittel aus den Verdampfern abgeschieden.

Der Abscheider-Sammler hat somit im wesentlichen folgende Aufgaben zu erfüllen

Zum einen muss er für alle Betriebszustände der Kälteanlage ausreichend flüssiges Kältemittel zur Verfügung stellen und sammeln.

Zum anderen den nicht verdampften flüssigen Kältemittelanteil aus dem Flüssigkeits- Dampfgemisch abscheiden, welches aus dem Verdampferkreislauf zurückströmt.

Der Anteil an flüssigem Kältemittel im Abscheider wird sehr von der Belastung der Verdampfer beeinflusst. Die Lastanforderung im Verdampferkreislauf ändern sich häufig so schnell, dass sie nicht durch die Regelung abgefangen werden können.

Bei Verringerung der Belastung in den Verdampfern siedet die Flüssigkeit weniger und die Verdampfer nehmen mehr flüssiges NH3 auf, da die Kältemittelpumpen gleichmäßig weiter fördern sinkt folglich der Flüssigkeitsstand im Abscheider.

Bei steigender Belastung am Verbraucher bzw. Verdampfer, durch erhöhtem Wärmeeintrag, entsteht mehr Kältemitteldampf. Dies hat zu Folge, dass der Verdampfer weniger flüssiges Kältemittel beinhaltet. Das zurückströmende flüssige Kältemittel sorgt nun für einen Anstieg des Füllstandes im Abscheider.

Folgenden Kriterien sind bei der Dimensionierung des Abscheiders zu berücksichtigen

1. Ein ausreichendes Volumen des Behälters über der Flüssigkeit um die Abscheidung der aus dem Verdampferkreislauf zurückströmenden Flüssigkeitströpfchen sicherzustellen.
2. Eine ausreichende Entfernung zwischen dem Eintritt der Rücklaufleitung aus dem Verdampferkreislauf und dem Saugleitungsanschluss für dem Verdichterkreislauf am Abscheider.
3. Ein ausreichendes Gesamtvolumen des Abscheiders, um die schwankende Flüssigkeitsaufnahme der Verdampfer, infolge veränderter Belastung, oder beim Abtauen auszugleichen.
4. Auf Grund der geringen Löslichkeit von Kältemaschinen Ölen mit Ammoniak, setzt sich Öl am niedrigsten Punkt im Abscheider ab. Um es aus dem Abscheider zu entfernen, empfiehlt es sich ein Ölsumpf mit entsprechender Ölrückführung zu konzipieren.
5. Gewährleistung eines minimalen Flüssigkeitsstandes, um einen kavitationsfreien Pumpenbetrieb zu garantieren. Die Wirbelbildung am Eintritt in das oder die Saugrohre zu den Kältemittelpumpen sind unbedingt zu vermeiden.

Fazit: 

Der Flüssigkeitsabscheider ist das zentrale Organ in der industriellen NH3-Kälteanlage mit Pumpenbetrieb. Die Auslegung, Berechnung und Stutzen Anordnung ist von entscheidender Bedeutung. Ein falsch dimensionierter Verdichter ist austauschbar, ein falsch dimensionierter Flüssigkeitsabscheider ist fatal und nur durch sehr hohen Aufwand zu ersetzten. Somit sollte man sehr genau die Anforderungen an die Anlage kennen, auch im Hinblick auf mögliche Anlagen Erweiterungen.