Gids voor probleemoplossing: Onvoldoende prestaties van een industrieel koelsysteem

1. Beschrijving van het probleem en toepassingsgebied

Deze handleiding is bedoeld voor het systematisch diagnosticeren en oplossen van problemen met industriële koelsystemen die ondermaats presteren. Ontoereikende prestaties van het koelsysteem kunnen zich manifesteren als een constant verhoogde temperatuur van het koelmiddel ondanks de nominale belasting, overmatig verbruik van elektrische energie door compressoren en pompen, evenals frequente uitschakeling van beveiligingsapparatuur als gevolg van overbelasting of abnormale bedrijfsparameters. Typische apparatuur die moet worden gediagnosticeerd, omvat koelmachines (lucht- en watergekoeld), koeltorens, vloeistofwarmtewisselaars (plaat, schaal en buis), industriële proceskoelsystemen en koelkamers.

Classificatie van de ernst van het probleem:

• Kritisch: de temperatuur van de gekoelde vloeistof overschrijdt de toegestane limieten, wat leidt tot stopzetting van het technologische proces of het risico op schade aan de apparatuur. Vereist onmiddellijke diagnose en eliminatie.
• Basis: het systeem werkt, maar met hogere temperaturen, verminderde efficiëntie en aanzienlijk overmatig energieverbruik. Heeft invloed op de productkwaliteit of de levensduur van de apparatuur. Vereist snelle interventie.
• Klein: kleine afwijkingen van de nominale parameters, die niet kritisch zijn voor het proces, maar het begin van systeemdegradatie aangeven. Vereist geplande diagnostiek.

2. Voorzorgsmaatregelen

LET OP: Voordat u begint met diagnostische of reparatiewerkzaamheden aan industriële koelsystemen, moet u ALTIJD de standaard Lockout/Tagout-procedures volgen om alle energiebronnen (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch) te isoleren. Zorg ervoor dat alle opgeslagen energie (druk, elektrische lading van condensatoren) wordt ontladen tot een veilig niveau. Gebruik geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM): veiligheidsbril (DSTU EN 166:2017), chemisch bestendige handschoenen (DSTU EN 374-1:2003), beschermende schoenen (DSTU EN ISO 20345:2019) en overall. Werkzaamheden met koudemiddelen mogen alleen worden uitgevoerd door gecertificeerd personeel (volgens EN 13313:2018) in goed geventileerde ruimtes of met behulp van ventilatiesystemen en gasanalysatoren. Koudemiddelen kunnen bij contact bevriezing en verstikking veroorzaken in hoge concentraties. Volg de vereisten van DSTU ISO 45001:2019 met betrekking tot managementsystemen voor gezondheid en veiligheid op het werk.

3. Noodzakelijke diagnostische hulpmiddelen

Het is van cruciaal belang om gekalibreerde hulpmiddelen te gebruiken voor een nauwkeurige diagnose en probleemoplossing.

4. Initiële evaluatiechecklist

Voordat u met een gedetailleerde diagnose begint, voert u een visuele inspectie uit en verzamelt u basisgegevens. Hierdoor kunt u mogelijke problemen lokaliseren.

5. Schema van systematische diagnostiek

Het volgende diagram biedt een gestructureerde aanpak voor het identificeren van de hoofdoorzaak van ondermaatse prestaties.

1. Symptoom: de temperatuur van de gekoelde vloeistof is constant hoger dan de ingestelde waarde.
   1. Stap 1: Schat de warmtebelasting.
      • Diagnose: Vergelijk de werkelijke warmtebelasting van het proces met de berekende waarde. Meet de vloeistofstroom (m³/u) en de temperatuurdaling (°C) op warmteverbruikers. Bereken de werkelijke warmtebelasting (kW) met behulp van de formule Q = m * C * ΔT, waarbij Q het thermische vermogen is, m het massadebiet, C de specifieke warmtecapaciteit van de vloeistof en ΔT het temperatuurverschil is.
      • Als werkelijke belasting > nominale capaciteit van de koelmachine:
        • Waarschijnlijke oorzaak: Overbelasting van het systeem.
        • Ga naar sectie 7.1.
      • Als de werkelijke belasting < de nominale capaciteit van de koelmachine is:
        • Ga verder naar stap 2.
   2. Stap 2: Controle van de koelmiddelstroom door de verdamper.
      • Diagnose: Meet de vloeistofstroom (l/min) door de verdamper met behulp van een ultrasone flowmeter. Vergelijk met de paspoortgegevens van de fabrikant van de koelmachine. Controleer de drukval over de verdamper en filters.
      • Als de stroom < minimaal aanbevolen of drukval > nominaal is:
        • Waarschijnlijke oorzaak: Onvoldoende vloeistofstroom (verstopte filters, pompstoring, gesloten kleppen).
        • Ga naar sectie 7.2.
      • Als de stroom normaal is:
        • Ga verder met stap 3.
   3. Stap 3: Beoordeel de efficiëntie van de warmteoverdracht.
      • Diagnose: Meet de koelmiddel- en koelmiddeltemperaturen bij de inlaat en uitlaat van de verdamper, en de koelmiddel- en koelwater-/luchttemperaturen bij de inlaat en uitlaat van de condensor. Bereken de temperatuurverschillen.
      • Als temperatuurverschil vloeistof/koelmiddel in verdamper < nominaal of temperatuurverschil koelmiddel/water/lucht in condensor < nominaal:
        • Waarschijnlijke oorzaak: Verontreiniging van warmtewisselaars (verdamper of condensor) of falen van ventilatoren/pompen van het koelcircuit.
        • Ga naar sectie 7.3.
      • Als de efficiëntie van de warmtewisseling normaal is:
        • Ga verder met stap 4.
   4. Stap 4: Controle van de koelmiddelvulling en de werking van de koelcyclus.
      • Diagnose: Sluit de manometers voor het koelmiddel aan. Meet de zuig- en persdruk. Meet de temperatuur van de zuigleiding (gas) en de vloeistofleiding na de condensor. Bereken oververhitting (aftrekken van het kookpunt door zuigdruk van de werkelijke gastemperatuur bij aanzuiging) en onderkoeling (aftrekken van de werkelijke vloeistoftemperatuur door condensatietemperatuur door persdruk).
      • Als de zuigdruk laag is, is de oververhitting hoog en is de onderkoeling laag:
        • Waarschijnlijke oorzaak: Onvoldoende koelmiddelvulling (lekkage).
        • Ga naar sectie 7.4.
      • Indien hoge persdruk, lage oververhitting, hoge onderkoeling:
        • Waarschijnlijke oorzaak: overvulling van koelmiddel of niet-condenseerbare gassen.
        • Ga naar sectie 7.4.
      • Als drukken en temperaturen op andere manieren afwijken:
        • Waarschijnlijke oorzaak: Storing in de compressor, TRV (thermoregelklep) of andere componenten van de koelcyclus.
        • Ga naar sectie 7.5.

6. Storingsoorzaakmatrix

Deze matrix systematiseert typische symptomen, waarschijnlijke oorzaken en methoden om deze te bevestigen.

7. Analyse van de oorzaak van elke storing

7.1. Overbelasting van het systeem

Uitleg: Overbelasting treedt op wanneer de daadwerkelijke warmtebelasting die op het koelsysteem wordt toegepast, de nominale koelcapaciteit overschrijdt. Dit kan worden veroorzaakt door de uitbreiding van de productie, een verandering in het technologische proces zonder het koelsysteem te upgraden, of een onjuiste initiële berekening van het vermogen. Langdurige overbelasting leidt tot constante werking van compressoren op maximale capaciteit, verhoogde slijtage, hogere temperaturen en drukken, waardoor de levensduur van de apparatuur wordt verkort.

Hoe bevestigen: Vergelijk de berekende warmtebelasting (kW) uit alle bronnen (technologische processen, apparatuur, warmte-instroom door isolatie) met het nominale paspoortvermogen van de koelmachine. Meet het werkelijke elektrische vermogen (kW) dat door de compressoren wordt verbruikt en vergelijk dit met het nominale vermogen. Als de verhouding tussen de werkelijke thermische belasting en de nominale capaciteit van de koelmachine groter is dan 0,95, werkt het systeem op de limiet.

Gevolgen: constante oververhitting van de koelvloeistof, verhoogde bedrijfstemperaturen en -drukken van de koelcyclus, overmatig energieverbruik, voortijdig falen van compressoren als gevolg van slijtage, veelvuldig uitschakelen van beveiligingsapparatuur.

7.2. Onvoldoende vloeistof-/luchtstroom

Uitleg: Een adequate stroom werkvloeistof (water/glycol) of lucht is van cruciaal belang voor een efficiënte warmte-uitwisseling in zowel de verdamper als de condensor. Onvoldoende doorstroming kan worden veroorzaakt door verstopping van filters, defecte pompen of ventilatoren, onjuiste afstelling van balanskleppen of ophoping van afzettingen (slib, corrosie) in pijpleidingen en kanalen van warmtewisselaars.

Hoe te bevestigen:

• Voor het vloeistofcircuit: Meet het vloeistofdebiet met een ultrasone debietmeter (toegestane afwijking van nominaal < ±5%). Meet de drukval over de filters en verdamper; een aanzienlijke toename van de drukval (> 0,5 bar ten opzichte van normaal) duidt op verstopping. Controleer de stroom van de pompen; een verminderde stroom kan op cavitatie duiden, en een verhoogde stroom kan op een mechanisch defect duiden.
• Voor het luchtcircuit (condensor): Controleer de stroom van de ventilatormotoren; abnormale waarden duiden op een storing. Inspecteer de ventilatorbladen op schade en vervuiling. Meet de luchtsnelheid met een anemometer aan de inlaat/uitlaat van de condensor.

Gevolgen: Verlaagde warmteoverdrachtscoëfficiënt, lokale oververhitting, verhoogde persdruk (voor de condensor) of verlaagde zuigdruk (voor de verdamper), wat leidt tot een afname van de koelcapaciteit en een verhoogd energieverbruik.

7.3. Vervuiling van warmtewisselaars

Uitleg: Verontreiniging van warmtewisselaaroppervlakken (verdamper, condensor) vermindert hun efficiëntie aanzienlijk. In de verdamper kunnen het biologische vervuilingen, slib en corrosieproducten zijn; in de condensor - stof, pluisjes, vet (lucht) of minerale afzettingen (kalk), biologische vervuiling (water). De verontreinigingslaag zorgt voor extra thermische weerstand, waardoor een efficiënte warmte-uitwisseling tussen het koelmiddel en het gekoelde/koelmedium wordt voorkomen.

Hoe te bevestigen:

• Visuele inspectie: Inspecteer de oppervlakken van de warmtewisselaars. Voor luchtgekoelde koelmachines – condensorradiatoren, voor watergekoelde koelmachines – binnenoppervlakken van leidingen/platen (na demontage).
• Temperaturen meten: gebruik een warmtebeeldcamera om koude of warme plekken op de warmtewisselaar te detecteren, wat wijst op een inefficiënte warmteoverdracht.
• Temperatuurverschil: Voor de verdamper: een toename van het verschil tussen de kooktemperatuur van het koelmiddel en de temperatuur van de gekoelde vloeistof aan de uitlaat (meer dan 5-7 °C). Voor de condensor: een toename van het verschil tussen de condensatietemperatuur van het koelmiddel en de temperatuur van het koelmedium aan de uitlaat (meer dan 5-7 °C).
• Drukval: een aanzienlijke toename van de drukval over de warmtewisselaar (meer dan 0,3-0,5 bar ten opzichte van de schone toestand) duidt op interne vervuiling.

Effecten: Verhoogde condensatiedruk (voor de condensor) en verlaagde verdampingsdruk (voor de verdamper), resulterend in verhoogde compressorbelasting, verminderde koelcapaciteit, overmatig energieverbruik en verhoogde slijtage.

7.4. Onvoldoende/teveel koudemiddelvulling

Uitleg: De exacte hoeveelheid koelmiddel is van cruciaal belang voor een optimale werking van de koelcyclus. Een onvoldoende vulling (meestal als gevolg van een lek) leidt tot onvoldoende vulling van de verdamper en een afname van de efficiëntie ervan. Overbelasting leidt tot verhoogde condensatiedruk, overbelasting van de compressor en risico op waterslag. Niet-condenseerbare gassen (lucht, stikstof) die het systeem binnenkomen, fungeren ook als overtollige lading, waardoor de druk toeneemt.

Hoe te bevestigen:

• Onderbelasting: hoge oververhitting (meer dan 10 °C voor de meeste systemen) en lage of geen onderkoeling. Lage zuigdruk. Bellen in de vloeistofleiding (als er een kijkglas aanwezig is). Verminderde stroom van de compressor (als gevolg van een afname van de dichtheid van het koelmiddel).
• Overtollige vulling/niet-condenseerbare gassen: Hoge persdruk, lage oververhitting, hoge onderkoeling (boven 10 °C). Als de persdruk met uitgeschakelde compressor aanzienlijk hoger is dan de verzadigingsdruk voor de omgevingstemperatuur, duidt dit op niet-condenseerbare gassen.

Gevolgen: verminderde koelcapaciteit, verhoogd energieverbruik, oververhitting van de compressor, risico op compressorstoring (door gebrek aan smering bij lage vulling of waterslag bij overmatige vulling).

7.5. Storing in componenten van de koelcyclus

Uitleg: Storingen in componenten zoals de compressor, TRV (thermoregelklep), ontvanger, magneetkleppen of terugslagkleppen kunnen de cyclusefficiëntie aanzienlijk beïnvloeden. Een compressorstoring (verminderde compressie, mechanische slijtage) zal ertoe leiden dat de vereiste drukval niet kan worden gecreëerd. Een onjuiste werking van de TRV (te open/dicht, vastlopen) zal de toevoer van koelmiddel naar de verdamper verstoren, wat tot oververhitting zal leiden.

Hoe te bevestigen:

• Compressor: Meet de motorwikkelingsstroom (fase-fase) met een multimeter. Vergelijk met nominale stroom. Een verminderde stroom bij hoge inlaatdruk duidt op onvoldoende compressie. Luister naar de compressor op vreemde geluiden (kloppen, knarsen).
• TRV: Meet de temperatuur aan de inlaat en uitlaat van de TRV. Een aanzienlijke temperatuurdaling (ijsvorming) op de TRV wanneer de verdamper niet volledig gevuld is, duidt op een gesloten TRV. Het ontbreken van een merkbare druk- of temperatuurdaling door de TRV kan erop duiden dat deze vastzit in de open positie. Bereken de oververhitting.
• Magneet-/terugslagkleppen: Controleer het elektrische signaal bij de magneetklep. Controleer de drukval over de klep; een aanzienlijke drukval over een open klep duidt op een interne blokkering of storing.

Gevolgen: verminderde koelcapaciteit, hogere bedrijfstemperaturen, verhoogde slijtage, volledige uitschakeling van het systeem.

8. Stapsgewijze procedures voor probleemoplossing

LET OP: Volg alle voorzorgsmaatregelen vermeld in rubriek 2.

8.1. Eliminatie van systeemoverbelasting

1. Stap 1: Bereken de werkelijke warmtebelasting. Verzamel gegevens over alle warmtebronnen die door het systeem worden bediend.
2. Stap 2: Vergelijk met het gegevensblad van de koelmachine. Als de werkelijke belasting > 95% van de nominale belasting bedraagt, overweeg dan om het proces te optimaliseren of koelapparatuur te upgraden/uit te breiden.
3. Stap 3: Optimalisatie van het technologische proces. Verlaag indien mogelijk de temperatuur van warmtebronnen voordat u de koeler binnengaat of verminder het aantal gelijktijdig werkende apparatuur.
4. Verificatie: na optimalisatie of retrofit moet u de koelvloeistoftemperatuur en het energieverbruik van het systeem opnieuw meten. De parameters moeten overeenkomen met de berekende waarden.

8.2. Herstel van de normale vloeistof-/luchtstroom

1. Stap 1: **Isolatie en LOTO.** Isoleer de pomp/ventilator en gerelateerde circuits. LET OP: Voordat u met pompen of ventilatoren gaat werken, zorg ervoor dat er geen stroomvoorziening is en dat bewegende delen vast zijn.
2. Stap 2: Controleer en reinig de filters. Vervang verstopte filters volgens de aanbevelingen van de fabrikant. De drukval over een schoon filter mag niet groter zijn dan 0,1 bar.
3. Stap 3: Controleer de pompen. Voer een diagnose van de pomp uit volgens de handleiding van de fabrikant: controleer de waaier op verstopping/schade, staat van lagers, afdichtingen. Meet de stroom van de pompmotor en vergelijk deze met de nominale stroom. Gebruik een trillingsanalysator om mechanische fouten op te sporen (ISO 10816-1:2018); het toegestane trillingsniveau voor industriële pompen bedraagt ​​maximaal 4,5 mm/s (root mean square value).
4. Stap 4: Controleer de ventilatoren (voor luchtkoelingscondensors). Maak de messen schoon van stof en vuil. Controleer de motor, lagers. Meet de luchtsnelheid met behulp van een anemometer aan de uitlaat van de ventilator; het moet overeenkomen met paspoortgegevens (aanvaardbare afwijking < ±10%).
5. Stap 5: Controleer de draadbalans. Gebruik een ultrasone debietmeter om de vloeistofstroom in elk circuit te meten en pas de balanskleppen aan om de berekende debieten te bereiken.
6. Verificatie: nadat de stroming is hersteld, controleert u de drukval over de warmtewisselaars, de vloeistof-/luchtstroom en de bedrijfstemperaturen.

8.3. Reiniging van warmtewisselaars

1. Stap 1: **Isolatie en LOTO.** Isoleer de relevante circuits en apparatuur. LET OP: Gebruik bij chemische reiniging PBM's (beschermend pak, handschoenen, masker) en zorg voor voldoende ventilatie.
2. Stap 2: Mechanische reiniging. Voor luchtcondensors: spoel met water onder hoge druk (tot 150 bar) in de richting tegengesteld aan de luchtstroom. Voor pijpenbundelwarmtewisselaars – mechanische reiniging met borstels of een hydrojet-unit.
3. Stap 3: Chemisch reinigen. Om kalkaanslag of biologische afzettingen te verwijderen, gebruikt u gespecialiseerde chemische oplossingen (zoals fosforzuuraanslagoplossingen of biociden tegen vervuiling) volgens de instructies van de fabrikant van de oplossing en de warmtewisselaar. Zorg ervoor dat u het systeem na het reinigen met voldoende schoon water doorspoelt en eventuele resterende chemicaliën neutraliseert.
4. Verificatie: Controleer na het reinigen de drukval over de warmtewisselaar (deze moet terugkeren naar de nominale waarde) en de efficiëntie van de warmtewisseling (T_uitvoer koelmiddel/lucht).

8.4. Aanpassing koelmiddelvulling

1. Stap 1: **Lekken opsporen en repareren.** Gebruik een elektronische lekdetector (gevoeligheid tot 3 g/jaar volgens EN 14624) of een UV-kleurstof. Elimineer alle gedetecteerde lekken.
2. Stap 2: **Evacueer het systeem.** Nadat u de lekken heeft verholpen, evacueert u het koelmiddel en evacueert u het systeem tot een vacuüm van 0,1 Torr (13,3 Pa) gedurende minimaal 30 minuten. Controleer de vacuümstabiliteit.
3. Stap 3: **Bijvullen.** Gebruik een koelmiddelweegschaal om nauwkeurig bij te vullen volgens de specificaties van de fabrikant van de koelmachine (±5% van de nominale vulling).
4. Stap 4: **Verwijdering van niet-condenseerbare gassen.** Als niet-condenseerbare gassen worden vermoed, voer dan een spoeling uit via de ontlastklep terwijl u de druk en temperatuur in de gaten houdt.
5. Verificatie: Meet na het tanken en starten van het systeem de oververhitting en onderkoeling. Voor de meeste systemen moet de oververhitting binnen het bereik van 5-8 °C liggen, en onderkoeling - 5-8 °C. Controleer de drukken en temperaturen; deze moeten voldoen aan de wettelijke parameters voor het gegeven koelmiddel en de bedrijfsomstandigheden.

8.5. Reparatie/vervanging van defecte onderdelen van de koelcyclus

1. Stap 1: **Isolatie en LOTTO.** Isoleer de compressor of het gerelateerde circuit. LET OP: Bij het werken met compressoren of TRV's is het noodzakelijk om de druk van het koelmiddel volledig uit het overeenkomstige circuit te laten ontsnappen.
2. Stap 2: Compressor. Als er een storing wordt geconstateerd (verminderde compressie, mechanische geluiden), moet de compressor worden vervangen of gereviseerd. Na vervanging dient u het koelmiddel op te zuigen en bij te vullen volgens procedure 8.4.
3. Stap 3: TRV. In geval van storing van de TRV (storing, verlies van gevoeligheid van de thermische ballon), moet deze worden vervangen. Zorg ervoor dat de nieuwe warmtewisselaar past bij het type koudemiddel en de capaciteit van de verdamper. Na vervanging moet u stofzuigen en tanken.
4. Stap 4: Andere kranen. Vervang defecte magneet- of terugslagkleppen. Controleer de werking ervan na vervanging.
5. Verificatie: Na het vervangen van de componenten en het bijtanken van het systeem, start u de apparatuur en controleert u alle bedrijfsparameters (drukken, temperaturen, stromen van de compressoren), zorg ervoor dat de stabiliteit van de koelcyclus en het bereiken van de vereiste koelcapaciteit wordt bereikt.

9. Preventieve maatregelen

Regelmatig onderhoud is van cruciaal belang om ondermaatse prestaties te voorkomen en de levensduur van de apparatuur te verlengen.

10. Reserveonderdelen en componenten

Tijdige beschikbaarheid van hoogwaardige reserveonderdelen is van cruciaal belang voor het snel oplossen van problemen. UNITEC-D biedt een breed scala aan CE- en UkrSEPRO-gecertificeerde componenten die voldoen aan de ISO-normen.

Vind de onderdelen en componenten die u nodig heeft in de UNITEC e-catalogus: www.unitecd.com/e-catalog/

11. Koppelingen

• DSTU EN 378:2018 Koelsystemen en warmtepompen. Veiligheids- en milieueisen.
• ISO 5149:2020 Koelsystemen en warmtepompen. Veiligheids- en milieueisen.
• EN 13313:2018 Koelsystemen en warmtepompen. Competentie van het personeel.
• EN 16407:2013 Industriële koelsystemen. Reinigingsvereisten.
• DSTU EN 166:2017 Individuele oogbescherming. Vereisten
• DSTU EN 374-1:2003 Beschermende handschoenen tegen chemicaliën en micro-organismen.
• DSTU EN ISO 20345:2019 Persoonlijke beschermingsmiddelen. Beschermende schoenen.
• DSTU ISO 45001:2019 Managementsystemen voor gezondheid en veiligheid op het werk. Vereisten
• ISO 10816-1:2018 Mechanische trillingen. Evaluatie van machinetrillingen door metingen aan stationaire onderdelen.
• Bedienings- en onderhoudshandleidingen van fabrikanten van koelapparatuur.