ГОСТ 14244 · Тип ИХ · Аммиак NH₃

Испаритель ИХ/ИП с паровым пространством

Конструкция, уровень хладагента, сепарация пара и термосифонная циркуляция. Почему затопленная схема — стандарт аммиачных холодильных установок

S22 · Теплообменное оборудование Обновлено: март 2026 Читать: 14 мин

60–70%оптимальный уровень NH₃ в пучке

+30–50%коэффициент K vs DX-испаритель

600–1200 ммдиаметры кожуха ИХ

NH₃ / HFCхладагенты для ИХ

Что такое паровое пространство и зачем оно нужно

В кожухотрубном испарителе с затопленным кипением жидкий хладагент заполняет межтрубное пространство снизу. Трубный пучок погружён в кипящую жидкость. Паровые пузыри поднимаются вверх и над поверхностью жидкости образуется паровое пространство — незатопленная зона кожуха.

Функция парового пространства: сепарация капель. При бурном кипении аммиака паровые пузыри уносят мельчайшие капли жидкого NH₃. В паровом пространстве скорость пара снижается, капли теряют кинетическую энергию и оседают обратно. Только сухой (или слабо влажный) пар поступает в паропровод к компрессору.

Критически важно: аммиак и компрессор

Попадание жидкого аммиака в цилиндры компрессора вызывает гидравлический удар — мгновенное разрушение клапанов, поршней и шатунов. Стоимость ремонта — от 500 000 до 5 000 000 рублей. Паровое пространство и отделитель жидкости — обязательные элементы аммиачной системы.

Минимальная высота парового пространства: не менее 0,25–0,3D кожуха
Скорость пара в паровом штуцере: не более 0,3–0,5 м/с для NH₃ при -10°C
Все материалы в контакте с NH₃ — только сталь, чугун, нержавейка (не медь!)
Уровнемер с блокировкой компрессора при превышении верхнего уровня

Конструкция ИХ: расширенный кожух и паровое пространство

Испаритель ИХ конструктивно похож на ИН или ИК, но диаметр кожуха выбирается увеличенным — чтобы при заполнении хладагентом до уровня 60–70% пучка оставалось достаточное паровое пространство сверху.

ИХВ — вертикальный (основной)

Кожух вертикальный, увеличенного D
Трубный пучок (прямые трубки)
Нижний штуцер подачи жидкого NH₃
Верхний штуцер отвода пара (в верхней крышке)
Уровнемер (два поплавковых или дифференциальный)
Паровое пространство — 30–40% объёма кожуха
Поперечные перегородки в нижней части
Дренажный штуцер масла в нижней точке

ИНТ/ИКТ — термосифонные

Естественная циркуляция без насоса
Нижний коллектор соединён с ресивером-сепаратором
Плотность жидкости (нижний контур) > ρ паро-жидкостной смеси
Циркуляция — за счёт разности плотностей
Степень циркуляции: 3–8 кг жидкости на 1 кг испарившегося
Сепаратор — обязателен в верхней точке
Нет насоса — меньше затрат на обслуживание
Требует правильного уклона трубопроводов

Соотношение парового пространства и диаметра кожуха

Для испарителей ИХ с аммиаком: высота парового пространства (от поверхности жидкости до верхнего штуцера пара) должна составлять не менее 0,25–0,35 D кожуха. При D = 800 мм — не менее 200–280 мм парового пространства. Это обеспечивает скорость пара менее 0,4 м/с и эффективную сепарацию капель NH₃.

Уровень хладагента: диаграмма и критические значения

Уровень жидкого NH₃ в кожухе испарителя ИХ

оптимум 65%

Оптимальный уровень

<50%

Часть пучка в паровом пространстве. Нижние трубки перегреваются паром — K снижается на 20–30%. Производительность падает.

60–70%

Оптимум: весь пучок затоплен, достаточное паровое пространство для сепарации. Максимальный K. Нормальная работа.

>80%

Паровое пространство недостаточно. Высокий унос капель жидкого NH₃ с паром. Риск гидроудара в компрессоре.

Принцип работы: затопленное кипение и естественная циркуляция

В испарителе ИХ хладагент поступает в кожух в жидком состоянии через регулирующий вентиль. Жидкость заполняет межтрубное пространство до рабочего уровня (60–70% пучка). Охлаждаемая среда (вода, рассол, гликоль) проходит внутри трубок, отдавая тепло хладагенту через стенку.

Хладагент кипит на наружной поверхности трубок при постоянной температуре насыщения. Паровые пузыри всплывают в паровое пространство, откуда пар отводится в компрессор. Жидкость пополняется через регулирующий вентиль, поддерживающий рабочий уровень.

Принудительная подача (насос)

Жидкостный насос подаёт NH₃ из ресивера
Давление на входе в испаритель — избыточное
Степень циркуляции задаётся насосом
Надёжное орошение всех трубок
Применяется при разветвлённых системах
Требует жидкостного насоса (затраты э/э)

Термосифон ИНТ/ИКТ (без насоса)

Циркуляция за счёт разности плотностей
Жидкость из сепаратора → нижний коллектор
Паро-жидкостная смесь → верхний коллектор → сепаратор
Степень циркуляции 3–8 кратная
Нет насоса — снижены потребление и техобслуживание
Требует точной компоновки и уклонов

Испаритель ИХ против DX: сравнение

Параметр	Затопленный ИХ (NH₃)	DX-испаритель (прямоток)
Коэффициент K, Вт/м²·К	1500–2500	900–1400
Перегрев пара	Минимальный (0–3 К)	5–15 К (снижает K)
Количество хладагента в системе	Много (затопление + ресивер)	Мало
Регулирование уровня	Необходим уровнемер + клапан	ТРВ/ЭРВ — проще
Риск гидроудара	Требует сепаратор	Нет при корректном перегреве
Применение с NH₃	Стандарт промышленности	Редко (аммиак в DX = проблемы)
Стоимость системы	Выше (сепаратор + насос)	Ниже
Эффективность при больших Q	Выше	Хуже при Q > 500 кВт

Применение: морозильные склады, пищепром, химия

Затопленные испарители ИХ являются стандартом для промышленных аммиачных холодильных систем:

Морозильные склады и РКА (распределительные холодильные агрегаты) — охлаждение до -25°C, -40°C
Пищевая промышленность: молочные заводы, мясокомбинаты, рыбопереработка, пивоварение
Химическая промышленность: охлаждение реакторов, конденсация паров
Централизованные системы охлаждения с единым ресивером и разветвлённой сетью испарителей

NH₃

Особенности проектирования аммиачных систем

При проектировании систем с испарителями ИХ на аммиаке необходимо соблюдать ТР ТС 032/2013 и ПБ 09-595-03. Аммиак — токсичный хладагент (ГОСТ 6221, класс токсичности II). Требуются: аварийная вентиляция машинного зала, детекторы NH₃, аварийный резервуар для слива хладагента, заземление оборудования.

Типоразмеры ИХ: диаметры 600–1200 мм

Ø600F: 80–120 м²
Q: 400–700 кВт
до 1,6 МПа

Ø700F: 120–180 м²
Q: 700–1100 кВт
до 1,6 МПа

Ø800F: 160–250 м²
Q: 1000–1500 кВт
до 1,6 МПа

Ø900F: 200–320 м²
Q: 1300–2000 кВт
до 1,6 МПа

Ø1000F: 260–400 м²
Q: 1700–2500 кВт
до 1,6 МПа

Ø1200F: 380–600 м²
Q: 2500–3800 кВт
до 1,6 МПа

Q ориентировочная: NH₃, K=1800 Вт/м²·К, LMTD≈5 К, трубки 25×2 мм сталь

Подбор испарителя ИХ для аммиачной системы

Рассчитаем площадь теплообмена, уровень хладагента, схему циркуляции и подготовим КП

Запросить КП на ИХВ/ИНТ/ИКТ

Часто задаваемые вопросы

Паровое пространство — верхняя часть кожуха испарителя ИХ, незаполненная жидким хладагентом. В ней происходит сепарация: паровые пузыри, поднимаясь из кипящего слоя жидкого NH₃, теряют унесённые капли жидкости. Это предотвращает попадание жидкого аммиака в компрессор (гидроудар).

Аммиак кипит бурно, и паровые пузыри уносят капли жидкого NH₃. Если жидкий аммиак попадёт в компрессор — возможен гидравлический удар и разрушение клапанов. Паровое пространство высотой 0,3–0,5D кожуха обеспечивает достаточное время и расстояние для осаждения капель перед отводом пара.

Оптимальный уровень жидкого NH₃ в испарителе ИХ — 60–70% от высоты трубного пучка. Ниже 50% — часть трубок оказывается в паровом пространстве и не участвует в теплообмене, снижается производительность. Выше 80% — паровое пространство недостаточно, высок риск уноса жидкости в компрессор.

ИНТ и ИКТ — термосифонные варианты испарителей ИН и ИК. Буква Т означает, что система работает по принципу термосифона: естественная циркуляция хладагента без насоса. Плотность жидкого NH₃ (нижний контур) больше плотности паро-жидкостной смеси (верхний контур) — возникает конвекция. Экономичны, нет насоса, но требуют правильной компоновки трубопроводов.

Затопленный испаритель ИХ обеспечивает коэффициент теплопередачи K на 30–50% выше, чем DX (прямоток с перегревом), так как весь пучок находится в контакте с кипящим хладагентом. Нет потери эффективности от перегрева пара. При работе с NH₃ затопленная схема является стандартом промышленной холодильной техники.

Аммиак (NH₃) реагирует с медью и медными сплавами, образуя медно-аммиачный комплекс [Cu(NH₃)₄]²⁺. Это вызывает интенсивную коррозию медных трубок, решёток, клапанов и приборов КИП. В аммиачных системах все детали, контактирующие с NH₃, изготавливаются только из стали, чугуна или нержавеющей стали.

Испарители ИХ с паровым пространством выпускаются с диаметрами кожуха 600, 700, 800, 900, 1000 и 1200 мм. Кожух увеличенного диаметра необходим для создания достаточного парового пространства. Длина трубок — 4 или 6 м. Площадь теплообмена — от 80 до 600 м².

Скорость пара в паровом пространстве не должна превышать критической скорости уноса капель. Для NH₃ при -10°C критическая скорость составляет около 0,3–0,5 м/с. Поэтому диаметр парового штуцера и поперечное сечение парового пространства рассчитываются на эту скорость. При превышении — капли не успевают осесть и уносятся в компрессор.

В промышленных аммиачных системах между испарителем ИХ и компрессором устанавливают отделитель жидкости (ресивер-сепаратор). Даже при хорошем паровом пространстве в испарителе, отделитель — дополнительная защита компрессора. При термосифонной схеме (ИНТ/ИКТ) сепаратор является обязательным элементом контура циркуляции.

Ориентировочная стоимость испарителя ИХ-800 (сталь 20, площадь 150–200 м², давление 1,6 МПа) — 2 000 000–3 500 000 рублей. Стоимость определяется площадью теплообмена, материалами, наличием компенсатора (ИКТ дороже ИНТ), комплектностью. Уточните КП у S22 с указанием хладагента, температурных условий и требований к производительности.