Diagnose en probleemoplossing: Onvoldoende prestatie van een industrieel koelsysteem

1. Beschrijving van het probleem en toepassingsgebied

Deze handleiding is bedoeld voor het diagnosticeren en oplossen van problemen met industriële koelsystemen die ondermaats presteren, dat wil zeggen niet in staat zijn de ontwerpwarmte uit het proces te verwijderen of de gewenste koelmiddeltemperatuur te handhaven. Een dergelijke situatie kan leiden tot verminderde productie-efficiëntie, schade aan apparatuur, verhoogd energieverbruik en, in kritieke gevallen, tot volledige stopzetting van het proces. Het probleem omvat een breed scala aan apparatuur, waaronder koelmachines, koeltorens, droge koelers, warmtewisselaars en bijbehorende pompstations en koelmiddelcirculatiesystemen. Classificatie van de ernst van het probleem:

• Kritisch: Volledige stopzetting van de productielijn, risico op schade aan de hoofdapparatuur, niet-conformiteit van producten met kwaliteitsnormen. Vereist onmiddellijke diagnose en interventie.
• Belangrijk: vermindering van de productiviteit van de productielijn, verhoogd energieverbruik, overschrijding van de ontwerpprocestemperaturen. Vereist dringende aandacht.
• Klein: kleine afwijkingen van optimale temperaturen, periodieke activering van noodsignalen, vermindering van de energie-efficiëntie. Vereist geplande diagnostiek.

2. Voorzorgsmaatregelen

LET OP: Bij het werken met industriële koelsystemen bestaat het risico op contact met hoge spanningen, bewegende delen, vloeistoffen onder druk, extreme temperaturen en chemisch agressieve stoffen. Het niet opvolgen van de veiligheidsinstructies kan leiden tot ernstig letsel of de dood.

• Lockout/Tagout: Pas altijd lockout- en tagout-procedures (LOTO) toe in overeenstemming met EN ISO 14118 en DSTU EN 1037:2003 voordat u werkzaamheden uitvoert waarbij toegang tot elektrische of mechanische componenten nodig is. Controleer de afwezigheid van spanning met een multimeter met de juiste beschermingsklasse (CAT III/IV).
• Residuele energie: Zorg ervoor dat alle energieopslag (condensatoren, veren, drukaccumulatoren) ontladen of vergrendeld is. In systemen met een koelmiddel is hoge druk mogelijk, zelfs als de apparatuur is uitgeschakeld.
• Persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM): Gebruik altijd de juiste PBM: veiligheidsbril of schild, handschoenen (hittebestendig, chemisch bestendig), beschermende kleding, beschermende schoenen. Gebruik bij het werken met koudemiddelen speciale cryogene handschoenen en gezichtsbescherming.
• Koelmiddelen: Werkzaamheden met koelmiddelen moeten worden uitgevoerd door gekwalificeerd personeel in overeenstemming met EN 378 en de vereisten voor het werken met gassen onder druk. Zorg voor voldoende ventilatie.
• Hete oppervlakken: Sommige componenten (compressoren, persleidingen) kunnen extreem heet zijn. Gebruik een thermometer of warmtebeeldcamera om de temperatuur te beoordelen vóór contact.
• Roterende onderdelen: Vermijd contact met ventilatoren, riemen en katrollen wanneer de apparatuur in werking is.

3. Noodzakelijke diagnostische hulpmiddelen

Voor een nauwkeurige diagnose en probleemoplossing heeft u de volgende set hulpmiddelen nodig die voldoen aan de CE- en UkrSEPRO-normen:

4. Initiële evaluatiechecklist

Voordat u met een gedetailleerde diagnose begint, is het van cruciaal belang om voorlopige informatie te verzamelen en een visuele inspectie uit te voeren. Hierdoor wordt het probleem gelokaliseerd en worden onnodige metingen vermeden.

5. Systematisch diagnostisch algoritme

Dit algoritme biedt een consistente aanpak voor het diagnosticeren van het probleem van onvoldoende prestaties van het koelsysteem.

1. Warmtebelastingcontrole:
   1. Bepaal de werkelijke warmtebelasting van het proces.
      • ALS de werkelijke belasting aanzienlijk groter is dan het ontwerp DAN mogelijke reden: het overschrijden van de ontwerpparameters van het systeem.
      • ALS de werkelijke belasting gelijk is aan of minder dan het ontwerp DAN ga naar punt 1b.
   2. Controleer de temperatuur- en flowsensoren die de warmtebelasting meten.
      • ALS sensoren defect zijn of onjuiste gegevens tonen DAN reden: storing van meetapparatuur.
      • ALS sensoren werken DAN ga naar punt 2.
2. Beoordeling van de vloeistofcirculatie (water, pekel):
   1. Meet de druk- en temperatuurval over de verdamper/condensor.
      • ALS de drukval hoog is en de temperatuurval laag DAN mogelijke oorzaak: lage vloeistofstroom of vervuiling van de warmtewisselaar.
      • ALS druk en temperatuur normaal dalen DAN ga naar punt 2b.
   2. Controleer de circulatiepompen.
      • Meet het stroomverbruik van de pompmotor.
      • Meet de pers- en zuigdruk van de pomp.
      • ALS de stroom lager is dan normaal en de druk laag is DAN mogelijke oorzaak: cavitatie, waaierslijtage of lucht in het systeem.
      • ALS de stroom hoger is dan normaal en de druk laag is DAN mogelijke oorzaak: vastlopen, motorstoring.
      • ALS de pomp normaal werkt DAN ga naar 2c.
   3. Controleer de filters en leidingen.
      • ALS filters vuil zijn of kleppen gedeeltelijk gesloten DAN oorzaak: verstopping of onjuiste instelling.
      • ALS het vloeistofcirculatiesysteem normaal is DAN ga naar punt 3.
3. Koelmiddel- en koelcyclusanalyse:
   1. Sluit het manometrische station aan.
      • Meet de zuig- en persdruk.
      • Meet de zuig- en verdamperuitlaattemperaturen van de compressor (voor oververhitting).
      • Meet de temperatuur bij de condensoruitlaat en bij de TRV-inlaat (voor onderkoeling).
   2. Diagnose gebaseerd op indicaties:
      • ALS lage zuigdruk, lage persdruk, hoge oververhitting DAN waarschijnlijke oorzaak: onvoldoende koelmiddelvulling.
      • ALS hoge zuigdruk, hoge persdruk, lage oververhitting DAN waarschijnlijke oorzaak: overbelasting van koelmiddel of aanwezigheid van niet-condenseerbare gassen.
      • ALS hoge persdruk, hoge oververhitting, lage onderkoeling DAN waarschijnlijke oorzaak: condensorvervuiling of onvoldoende koelvloeistofstroom door de condensor.
      • ALS lage zuigdruk, hoge oververhitting, lage onderkoeling DAN waarschijnlijke oorzaak: TRV-storing (verstopt, gesloten) of gedeeltelijk verstopte filterdroger.
      • ALS het koelmiddel normaal is DAN ga naar punt 3c.
   3. Controleer de staat van de compressor.
      • Luister naar ongewone geluiden.
      • Meet de trilling.
      • Meet het huidige verbruik.
      • ALS ongebruikelijke geluiden, sterke trillingen of abnormale stroom DAN reden: compressorstoring.
      • ALS de compressor werkt DAN ga naar punt 4.
4. Evaluatie van de efficiëntie van de warmtewisseling (verdamper, condensor, koeltoren):
   1. Overzicht van warmtewisselaars.
      • ALS duidelijke tekenen van vervuiling (stof, aanslag, biologische afzettingen) op de condensorlamellen of in de verdamperbuizen. DAN reden: vervuiling van de warmtewisselaaroppervlakken.
      • Met behulp van een warmtebeeldcamera worden koude/hete zones gedetecteerd die op verstopping duiden.
      • ALS geen duidelijke besmetting DAN ga naar 4b.
   2. Controle van de ventilatoren van de koelruimte/condensor.
      • Meet de rotatiesnelheid en het stroomverbruik.
      • Controleer de staat van de ventilatorbladen, riemen en motor.
        • ALS verminderde rotatiesnelheid, beschadigde bladen, sterke trillingen. DAN reden: storing ventilatorgroep, onvoldoende luchtstroom.
        • ALS de ventilatoren normaal werken DAN ga naar 4c.
   3. Analyse van de waterkwaliteit in de koeltoren.
      • ALS hoge hardheid, hoge geleidbaarheid, aanwezigheid van biologische afzettingen. DAN reden: ineffectieve waterbehandeling, wat leidt tot de vorming van aanslag en biofouling.
      • ALS uit alle voorgaande stappen de oorzaak niet blijkt, DAN een grondige beoordeling van de ontwerpgegevens en een mogelijke systeemaudit.

6. Matrix van storingen en oorzaken

De volgende tabel geeft typische symptomen weer, waarschijnlijke oorzaken (gerangschikt op waarschijnlijkheid), benodigde diagnostische tests en verwachte resultaten.

7. Analyse van de oorzaak van elke storing

7.1. Onvoldoende vulling van koelmiddel

Uitleg: Dit is een van de meest voorkomende redenen voor verminderde systeemprestaties. Koelmiddellekkage kan worden veroorzaakt door mechanische schade aan pijpleidingen, lekkende verbindingen, versleten afdichtingen of poreuze lasnaden. Zelfs kleine maar voortdurende lekkages leiden na verloop van tijd tot een aanzienlijk verlies aan koelmiddel. Het verminderen van de hoeveelheid koelmiddel vermindert de massastroom door het systeem, wat leidt tot een daling van de zuigdruk, verhoogde oververhitting en verminderde koelcapaciteit.

Bevestiging: Het meten van de koudemiddeldrukken en -temperaturen met een meterstation zal een abnormaal lage zuigdruk aantonen (minder dan 2 bar voor R-134a bij verdamping bij 0 °C) en doorgaans hoge oververhitting (boven 10-12 °C). Het gebruik van een elektronische lekdetector met een gevoeligheid tot 3 g/jaar (volgens EN 14624) maakt het mogelijk de locatie van het lek te lokaliseren.

Gevolgen: Als dit niet wordt gecorrigeerd, leidt dit tot oververhitting van de compressor (als gevolg van onvoldoende koeling van de motor door koelmiddeldamp), verhoogde slijtage van mechanische onderdelen, schade aan de motorisolatie en uiteindelijk uitval van de compressor.

7.2. Verontreiniging van warmtewisselaaroppervlakken (verdamper, condensor)

Uitleg: Vermindering van de efficiëntie van de warmtewisseling als gevolg van de ophoping van onzuiverheden. In luchtgekoelde condensors kunnen er stof, pluisjes en insecten op het buitenoppervlak van de lamellen zitten. In waterkoelingscondensors en verdampers zijn dit kalkaanslag, biologische afzettingen en corrosieproducten op de binnenoppervlakken van de buizen. Verontreiniging creëert thermische weerstand, waardoor een efficiënte warmteoverdracht tussen het koelmiddel en het gekoelde medium wordt verhinderd.

Bevestiging: Visuele inspectie van beschikbare oppervlakken. Meting van het temperatuurverschil tussen het koelmiddel en het koelmiddel: voor de waterkoelingscondensor kan ΔT hoger zijn dan 5-7 °C, voor de verdamper - 3-5 °C. De warmtebeeldcamera detecteert "koude" of "hete" gebieden, wat wijst op plaatselijke verstopping. Verhoogde persdruk (voor een vuile condensor) of verlaagde zuigdruk (voor een vuile verdamper).

Gevolgen: Verhoogd energieverbruik (compressor werkt met verhoogde belasting), verminderd koelvermogen, voortijdige slijtage van de compressor door verhoogde persdruk of onvoldoende zuigdruk. In extreme gevallen wordt de hoge-/lagedrukbeveiliging geactiveerd.

7.3. Onvoldoende doorstroming van koelvloeistof of medium

Uitleg: Dit kan betrekking hebben op zowel de water-/pekelstroom door de verdamper als de lucht/waterstroom door de condensor. Redenen: gedeeltelijk gesloten afsluit- of regelkleppen, vuile filters, storing van circulatiepompen (waaierslijtage, cavitatie, lucht in het systeem) of ventilatoren (gebroken riemen, motorstoring, vervuiling van de messen). Onvoldoende stroming vermindert de efficiëntie van de warmteoverdracht, waardoor de hoeveelheid warmte die kan worden overgedragen beperkt wordt.

Bevestiging: Flowmeting met behulp van een ultrasone flowmeter (vergelijk met ontwerp 1-3 m/s voor water). Meting van het drukverlies in de verdamper/condensor (aanzienlijke toename van het drukverlies duidt op verstopping of een laag debiet). Controle van het stroomverbruik van pompen/ventilatoren (afwijking van nominaal). Visuele inspectie van filters en kleppen.

Gevolgen: Verminderde koelcapaciteit, overschrijden van de toegestane temperaturen van het koudemiddel en de gekoelde vloeistof, verhoogde persdruk (door onvoldoende koeling van de condensor) of lage zuigdruk (door bevriezing van de verdamper). Risico op schade aan de compressor en bevriezing van de verdamper.

7.4. De aanwezigheid van niet-condenseerbare gassen in het systeem

Uitleg: Niet-condenseerbare gassen (meestal lucht of stikstof) kunnen het systeem binnendringen tijdens installatie, reparatie, door lekken aan de aanzuigzijde (bij werking onder vacuüm) of als gevolg van de ontleding van koelmiddel. Ze hopen zich op in de condensor en nemen het volume in beslag dat bedoeld is voor de condensatie van het koelmiddel, wat leidt tot een verhoging van de injectiedruk en de condensatietemperatuur bij een gegeven temperatuur van het koelmiddel.

Bevestiging: Vergelijking van de werkelijke persdruk met de condensatiedruk die overeenkomt met de koelmiddeltemperatuur bij de condensoruitlaat. Als de werkelijke druk aanzienlijk hoger is (1-2 bar), duidt dit op de aanwezigheid van niet-condenseerbare gassen. Deze druk komt niet overeen met de "druk-temperatuur"-relatie voor een zuiver koelmiddel. Met behulp van een koelmiddelanalysator (indien beschikbaar).

Gevolgen: Aanzienlijke toename van het energieverbruik, verhoogde slijtage van de compressor, oververhitting van de compressor, vermindering van de koelcapaciteit. Op de lange termijn kan dit leiden tot systeemzuren, corrosie en compressorstoringen.

7.5. Storing van de thermoregelklep (TRV)

Uitleg: TRV regelt de stroom koelmiddel naar de verdamper, waardoor een constante oververhitting wordt gehandhaafd. Als de TRV vastzit in de gesloten positie, wordt de koelmiddelstroom verminderd, wat resulteert in een lage zuigdruk, hoge oververhitting en onvoldoende koeling. Als deze in de open stand is vergrendeld, komt er te veel koelmiddel in de verdamper, waardoor de compressor kan "overstromen" met vloeibaar koelmiddel.

Bevestiging: Met gesloten TRV – zeer lage zuigdruk, zeer hoge oververhitting (boven 15 °C), mogelijke bevriezing van de vloeibare koelmiddelleiding naar TRV. Met de TRV open - lage oververhitting (onder 3 °C), mogelijke bevriezing van de zuigleiding van de compressor, vloeistofschokken in de compressor. Visuele inspectie van TRV-buizen, luisteren.

Gevolgen: Afhankelijk van het type storing – oververhitting van de compressor, vernietiging van de kleppengroep van de compressor door hydraulische schokken, vermindering van de systeemprestaties.

8. Stapsgewijze procedures voor probleemoplossing

8.1. Opheffen van koudemiddellekken en bijtanken

1. Lekkagedetectie: Inspecteer met behulp van een elektronische lekdetector (EN 14624) zorgvuldig alle verbindingen, kleppen, soldeerpunten, lasnaden, afdichtingen, capillaire buizen. Besteed speciale aandacht aan verbindingen die onderhevig zijn aan trillingen.
2. Oplossen van het lek: Afhankelijk van de aard van het lek: draai de schroefdraadverbindingen vast (aanhaalmoment volgens de aanbevelingen van de fabrikant, bijvoorbeeld 20-30 Nm voor standaardmoeren), vervang de pakking, voer soldeer- of lasreparaties uit.

   LET OP: Zorg ervoor dat het systeem spanningsloos en vergrendeld is (LOTO) en dat de druk van het koelmiddel is verlaagd tot atmosferisch of naar het reservoir is gepompt voordat u onderhoudswerkzaamheden uitvoert waarbij de druk van het systeem moet worden verlaagd.

3. Het systeem vacumeren: Nadat het lek is verholpen, sluit u de vacuümpomp aan op de servicepoorten. Evacueer lucht en vocht tot een diep vacuüm van 0,3-0,5 mbar (200-350 micron Hg) en houd dit minimaal 30 minuten vast om te testen op dichtheid.
4. Koelmiddel bijvullen: Vul het systeem met nieuw koelmiddel volgens het gegevensblad van de apparatuur, met behulp van een nauwkeurige elektronische weegschaal. Meestal wordt het tanken uitgevoerd in de vloeistoffase in de vloeistofleiding of in de tank (als het systeem werkt).
5. Operationele controle: Start na het vullen het systeem en controleer de druk, oververhitting (4-8 °C bij de compressoraanzuiging) en onderkoeling (4-7 °C bij de condensoruitlaat).

8.2. Reiniging van warmtewisselingsoppervlakken

1. Vervuiling van de luchtkoelingscondensor:

   1. LET OP: Voordat u de luchtkoelingscondensor reinigt, moet u ervoor zorgen dat alle ventilatoren uitgeschakeld, spanningsloos en vergrendeld zijn (LOTO).

   2. Verwijder grof vuil (bladeren, pluisjes) met de hand.
   3. Was de lamellen met een stroom water onder druk (max. 10-15 bar) of perslucht van binnen naar buiten. Gebruik speciale schoonmaakmiddelen om de lamellen schoon te maken als de vervuiling ernstig is. Volg de instructies van de fabrikant van het wasmiddel.
   4. Controleer de staat van de lamellen. Verfrommeld lamellen kunnen voorzichtig worden rechtgetrokken met een speciale kam.
2. Vervuiling waterkoelingscondensor en verdamper:

   1. LET OP: Zorg ervoor dat vóór chemische reiniging of demontage het systeem spanningsloos en vergrendeld is (LOTO) en dat de koelvloeistof is afgetapt.

   2. Tap de koelvloeistof af uit het circuit.
   3. Was de warmtewisselaar met een oplossing van een speciaal chemisch middel om kalkaanslag of biologische afzettingen te verwijderen. De procedure moet worden uitgevoerd in overeenstemming met de instructies van de fabrikant van de warmtewisselaar en het reinigingsmiddel, met behulp van een circulatiepomp en het regelen van de pH van de oplossing. Oplossingen op basis van citroen- of sulfaminezuur worden gebruikt om kalkaanslag te verwijderen en biociden worden gebruikt voor biofouling.
   4. Na het wassen neutraliseert u de oplossing en spoelt u de warmtewisselaar grondig af met schoon water totdat de pH-waarde neutraal is.
   5. Controleer de kwaliteit van het wassen visueel of met behulp van een endoscoop.

8.3. Herstel van de vloeistofstroom

1. Kleppen controleren en afstellen: Zorg ervoor dat alle afsluiters volledig open zijn en dat de regelkleppen correct werken en zijn ingesteld op de ontwerpstroom.
2. De filters reinigen:

   LET OP: Voordat u het filter opent, moet u ervoor zorgen dat de druk in het circuit is ontlast.

   Open en reinig de grove en fijne filters. Vervang de filterelementen als deze sterk vervuild of beschadigd zijn.
3. Het systeem ontluchten: Gebruik ventilatieopeningen op de hoogste punten van het systeem. Start de pomp en open geleidelijk de ventilatieopeningen totdat het water zonder luchtbellen stroomt.
4. Diagnose en reparatie van pompen:
   1. Als de gemeten parameters van de pomp (stroom, druk, trilling) wijzen op een storing, demonteer deze dan (na LOTO en het aftappen van de vloeistof).
   2. Inspecteer de waaier op slijtage, schade of verstopping.
   3. Controleer de staat van lagers en afdichtingen.
   4. Repareer of vervang defecte componenten. Monteer de pomp, controleer de uitlijning van de assen (afwijkingstolerantie niet meer dan 0,05 mm).

8.4. Verwijdering van niet-condenseerbare gassen

LET OP: Deze procedure vereist kennis van koeltechnieken en er kan koelmiddel in de atmosfeer terechtkomen, tenzij speciale terugwinningsapparatuur wordt gebruikt.

1. Sluit het servicestation aan op het hoogste punt van de condensator.
2. Koel de condensor (indien mogelijk) om de koelmiddeldruk te verlagen.
3. Open de klep langzaam om niet-condenseerbare gassen te laten ontsnappen. Deze procedure is van cruciaal belang, omdat bij een snelle vertering ook koelmiddel verloren gaat. Gebruik de temperatuur-/drukcontrolemethode om te bepalen wanneer zuiver koelmiddel begint te lekken.
4. Het wordt aanbevolen om automatische niet-condenseerbare gasafscheiders te gebruiken of contact op te nemen met een gespecialiseerd servicebedrijf voor professionele reiniging.

8.5. Reparatie of vervanging van TRV

1. LET OP: Voordat u de TRV vervangt, is het noodzakelijk om het koelmiddel uit een deel van het systeem of volledig in de ontvanger te pompen en vervolgens de apparatuur te blokkeren (LOTO).

2. Tap het koelmiddel af uit het verdampercircuit.
3. Demonteer de defecte TRV. Let op de juiste positie van de thermische ballon en de bevestiging ervan.
4. Installeer de nieuwe TPR en zorg ervoor dat de stroomrichting correct is en dat de thermobal stevig is bevestigd (in een horizontale positie, bovenaan de zuigleiding, bij voorkeur na de warmtewisselaar, indien van toepassing).
5. Vacuüm het circuit en vul het koelmiddel bij (zie punt 8.1).
6. Pas de TRV-oververhitting aan volgens de aanbevelingen van de fabrikant (meestal 4-8 °C).

9. Preventieve maatregelen

Preventie is een sleutelelement in de betrouwbare werking van het koelsysteem.

10. Reserveonderdelen en componenten

De beschikbaarheid van kritische reserveonderdelen in het magazijn is een garantie voor een snel herstel van de werking van de apparatuur. Raadpleeg de UNITEC-D e-catalogus om te bestellen.

11. Koppelingen

• DSTU EN 1037:2003 Veiligheid van machines. Voorkomen van onverwachte start (EN 1037:1995, IDT).
• EN ISO 14118:2018 Veiligheid van machines — Preventie van onverwacht opstarten.
• EN 378 (alle delen) Koelsystemen en warmtepompen — Veiligheids- en milieueisen.
• EN 14624:2012 Prestaties van lekdetectoren en lektestmethoden voor koelmiddelen.
• Bedienings- en onderhoudshandleidingen van koelfabrikanten (bijv. Daikin, Carrier, Trane, Bitzer).
• Relevante secties van ISO 50001 (Energiemanagementsystemen) en ISO 14001 (Environmental Management Systems) over energie-efficiëntie en koudemiddelbeheer.
• UNITEC-D aanbevelingen voor optimale selectie van componenten voor koelsystemen.