Холодильные установки с парокомпрессионными холодильными машинами

Холодильная установка с пароком — прессионной холодильной маши­ной, помимо основных обязатель­ных элементов машины, необходи­мых для производства искусствен­ного холода, включает еще аппара­ты, трубопроводы, арматуру, кото­рые в совокупности обеспечивают распределение и использование искусственного холода.

Холодильная установка зача­стую обслуживает большое число охлаждаемых объектов, поэтому имеет разветвленную сеть трубо­проводов и нередко работает в ус­ловиях резких колебаний тепловых нагрузок.

Принципиальные особенности любой холодильной установки от­ражает ее принципиальная схема, которая в несколько упрощенной форме дает представление об ос­новном и вспомогательном обору­довании, соединенных трубопрово­дами.

С определенной степенью услов­ности в принципиальной схеме хо­лодильной установки можно выде­лить следующие схемы: системы охлаждения; подключения компрессоров: конденсаторного узла и регули­рующей станции.

Система. охлаждения представ­ляет собой часть холодильной уста­новки, расположенную между ком­прессором и регулирующим венти­лем. Существуют системы непос­редственного охлаждения и систе­мы с промежуточным хладоносите — лем.

Охлаждение объектов проис­ходят с помощью теплообменных аппаратов, входящих в систему ох­лаждения, которые называют при — 8 борами охлаждения* В камерах холодильников приборами охлаж­дения служат охлаждающие бата­реи различных типов и воздухоох­ладители.

Охлаждающие батареи пред­назначены для охлаждения воздуха в камерах при его естественной циркуляции. По месту расположе­ния в камере различают батареи потолочные и пристенные. Их вы­полняют, как правило, одно — или двухрядными с числом труб по высоте от 8 до 16.

Воздухоохладители по способу теплообмена делят па поверхност­ные (сухие) и контактные (оро­шаемые). Наиболее распростране­ны поверхностные воздухоохлади­тели. Они представляют собой за­ключенный в кожух пучок труб с шахматным или коридорным распо­ложением, принудительно обдувае­мый воздухом с помощью вентиля­тора.

В аммиачных холодильных установках используют подвесные и постаментные воздухоохладители (рис. 1).

СИСТЕМЫ НЕПОСРЕДСТВЕН­НОГО ОХЛАЖДЕНИЯ По способу подачи хладагента в приборы охлаждения различают системы непосредственного охлаж­дения безнасосные и насосно-цир — куляционные.

В безнасосных системах хлада­гент может поступать в приборы охлаждения:

♦ Принятый в специальной тех­нической литературе термин «прибор» вряд ли удачен.

РИС. 1. Типы воздухоохладителей:

А — подвесной пристенный; б — подвесной потолочный: в — постаментный

Под действием разности дав­лений конденсации и кипении — прямоточные системы и системы с нижним расположением отделите­ля жидкости;

Под действием напора столба жидкости — системы с верхним расположением отделителя жидко­сти.

В насосно-циркуляционных си­стемах хладагент подается в при­боры охлаждения под напором, создаваемым насосом.

Безнасосные аммиачные систе­мы проектируют для относительно небольших холодильников.

Г

‘у;;///;/;/;/;;;;//, А

2 I

«ЗРИИвЭ

F

IT

"77777777777777777/ ‘//////////US/////,

В прямоточной безнасосной си­стеме для устойчивой и безопас­ной работы компрессора количест­во жидкости бж, подаваемой в приборы охлаждения, должно быть равно количеству образовавшегося пара Gn, что соответствует крат­ности циркуляции хладагента л= = G ж( G п= I. Это условие трудно обеспечить открытием регулирую­щего вентиля вручную. Неизбежно возникают ситуации, когда регули­рующий вентиль открыт или недо­статочно, или на излишне большой проход.

В первом случае приборы ох­лаждения оказываются недоста­точно заполненными Хладагентом. Часть их поверхности работает неинтснсивио, что приводит к повы­шению температуры в охлаждае­мом объекте. Во втором случае при избыточной подаче жидкого хлада­гента в приборы охлаждения он выкипает не весь и в компрес­сор из приборов охлаждения по­ступает влажный пар, т. е. пар, со­держащий капли неиспарившейся жидкости. При «влажном ходе» компрессора снижается эффектив­ность работы холодильной маши­ны и, что особенно опасно, создает­ся аварийная ситуация — может произойти гидравлический удар в компрессоре.

Применение подобной схемы в разветвленных аммиачных систе­мах с несколькими объектами ох­лаждения требует установки на всасывающей стороне отделителя жидкости и защитных ресиверов.

Отделитель жидкости распо­лагают выше защитных ресиверов, на любом уровне относительно при­боров охлаждения. В отде­лителе жидкости, куда попадает влажный пар хладагента, выходя­щий из приборов охлаждения, изменяется направление движения пара, снижается его скорость, а результате чего от него отделяет­ся жидкость. Сухой пар отсасыва­ется компрессором, а отделенная жидкость сливается в один из защитных ресиверов.

Пока один из защитных ресиве­ров заполняется жидкостью, из другого ресивера она выдавливает­ся и возвращается в систему ох­лаждения с помощью паров хла­дагента высокого давления, пода­ваемых по нагнетательному трубо­проводу компрессора (рис. 2, а).

От номп рессора

РИС. 2. Безнасосные аммиачные системы непосредственного охлаждении: а — с нижним расположением отделите­ля жидкости; 6 — с верхним расположе­нием отделителя жидкости; в — с верхним расположением отделителя жидкости н за­щитными ресиверами; / —защитный реси­вер; 2 — отделитель жидкости; 3 — охлаж­дающая батареи; 4 — регулирующий вен­тиль; 5— компрессор; 6—конденсатор; 7 — защитный ресинер

Возможно применение вер­тикальных защитных ресиверов, одновременно выполняющих функ­цию отделителя жидкости.

К компрессору

К компрессуіу 2£г*>- От конденсатора

В безнасосной системе с верх­ним расположением отделителя жидкости жидкий хладагент после конденсатора (или линейного реси­вера) дросселируется в отделитель жидкости, расположенный выше всех приборов охлаждения (рис. 2, б). В отделителе жидкости паро — жидкостная смесь разделяется. Пар хладагента отсасывается ком­прессором, а жидкость поступает в приборы охлаждения под напором столба жидкости.

В приборах охлаждения хлад­агент кипит и в виде парожидкост — ной смеси возвращается в отдели­тель жидкости. Пар отсасывается компрессором, а неиспарившаяся жидкость снова направляется в приборы охлаждения.

Циркуляция хладагента осу­ществляется в результате действия циркуляционного напора Лрц, Па:

Лри=(Єі-02)//’9,8,

Где q, — плотность жидкого хлада­гента, кг/м3; q2 — плотность парожидкост — ной смеси в приборе ох­лаждения и в трубопрово­де отсоса в отделитель жидкости, кг/м3; Н — высота столба жидкости в циркуляционном контуре, м.

При увеличении тепловой на­грузки на приборы охлаждения воз­растают циркуляционный напор Лр„ и расход жидкости через при­боры охлаждения?

Несмотря на улучшение цирку­ляции и распределения хладаген­та, данная схема обладает рядом недостатков:

Существует опасность перепол­нения отделителя жидкости при по­ступлении из испарителя парожид — костпой смеси с большим содер­жанием жидкости;

При высоком уровне в отдели­теле жидкости из-за вредного влия­ния гидростатического столба жид­кости может повышаться темпера­тура кипения хладагента в при­борах охлаждения, расположенных значительно ниже отделителя жид­кости;

Затрудняется равномерное рас­пределение жидкости по потреби­телям холода, особенно в развет­вленных системах холодильников, в связи с чем приборы охлаждения используются неэффективно, нару­шается температурный режим в объектах охлаждения.

Недостатками данной системы являются также:

Большая емкость по хладагенту;

Значительное загрязнение мас­лом, ухудшение теплопередачи ох лаждающих батарей.

Установка защитных ресиверов, куда при ‘переполнении отделителя жидкости сливается избыточная жидкость, повышает безопасность работы компрессоров.

В схеме с верхним расположе­нием отделителя жидкости приме­няют два ресивера, размещае­мых на разной высоте. При накап­ливании в верхнем ресивере аммиа­ка до заданного уровня он автома­тически сбрасывается в ресивер, расположенный ниже. Из него жид­кий аммиак с помощью горячих паров выдавливается и подает­ся в испаритель.

Необходимость снижения вред­ного влияния гидростатического столба жидкости и трудности рас­пределения жидкости по объектам охлаждения ограничивают область применения безпасосной системы с верхним расположением отделите­ля жидкости. Ее используют глав­ным образом на одноэтажных хо­лодильниках емкостью до 600 т.

Иисисно-циркулнционные си­стемы охлаждения более полно от­вечают общим требованиям, предъ­являемым к охлаждающим систе­мам. В настоящее время широко распространены насосно-циркуля- ционные системы охлаждения как с нижней, так и с верхней пода­чей хладагента в приборы охлаж­дения (рис. 3, а). Их применяют на одно — и многоэтажных холо­дильниках средней и большой ем­кости.

Особенностью насосно-цирку — ляционных систем является нали­чие узла «циркуляционный реси­вер — насос». Жидкий хладагент после конденсатора дросселирует­ся в регулирующем вентиле и по­ступает Ъ циркуляционный ресивер. Из него жидкость забирается насо­сом и подается в приборы охлаж­дения.

Благодаря насосу существенно ускоряется циркуляция жидкости. Производительность насоса выби­рают такой, чтобы при максималь­ной тепловой нагрузке на приборы охлаждения кратность циркуляции хладагента достигала 4—5. Это обеспечивает хорошее заполнение приборов охлаждения и интенсив­ную передачу теплоты по всей по­верхности.

Неиспарившаяся в приборах ох­лаждения жидкость вместе с паром возвращается в циркуляционный ресивер по трубопроводу для совме­щенного слива жидкости и отсоса пара. После разделения в ресиве­ре пар отсасывается компрессо­ром, а жидкость подается снова насосом в приборы охлаждения.

Возможно применение:

Горизонтального циркуляцион­ного ресивера с отделителем жид­кости, установленным над ресиве­ром;

Вертикального циркуляционно­го ресивера, одновременно выпол­няющего функцию отделителя жид­кости.

В схеме с горизонтальным цир­куляционным ресивером и отдели­телем жидкости жидкий хладагент подается через регулирующий вен­тиль в отделитель жидкости, а не в ресивер.

Основная трудность при экс­плуатации насосно-циркуляцион — ных систем — обеспечить равно­мерность распределения жидкости nq приборам охлаждения. Это до­стигается установкой регулирую­щих вентилей или диафрагм на параллельных отводах жидкости к приборам охлаждения.

Для того чтобы избежать вски­пания жидкости во всасывающей линии насоса из-за падения дав­ления в ней, насос располагают ннже свободного уровня жидкого. хладагента в циркуляционном ре­сивере, обеспечивая необходимый столб жидкости на всасывающей стороне насоса. Причем чем ниже температура кипения хладагента, тем больше должна быть высота столба.

При подключении насоса к цир­куляционному ресиверу необходи­мо, чтобы сопротивление всасываю­щего трубопровода было как мож­но меньше. Для этого трубопровод’ выполняют с возможно минималь­ным числом изгибов и переходов. Диаметр всасывающего трубопро­вода обычно выбирают на один раз­мер больше диаметра входного патрубка насоса. Подключение к нему осуществляется коническим переходом.

Схема подключения аммиачно­го герметичного насоса показана на рис. 4.

Полость электродвигателя на­соса охлаждается хладагентом. Для удаления пара из полости электродвигателя предусмотрена уравнительная линия.

РИС. 4. Узел подключения аммиачного герметичного насоса: / — насос; 2 — маслосборник; 3 — .цирку­ляционный ресивер;/ — трубопровод отбо­ра пара от насоса; II — уравнительная линия с вентилем 4

При верхней подаче хладагента в приборы охлаждения жидкость в них движется самотеком. В си­стеме охлаждении с верхней пода­чей сложнее обеспечить равномер­ность распределения жидкости по приборам рхлаждения, ‘чем в си­стеме с нижней подачей. Требует­ся большая вместимость циркуля­ционных ресиверов в случае воз­можного слива жидкого аммиака из системы при внезапной оста­новке насоса.

Для каждого холодильника про­ектируют одну или несколько си­стем охлаждения, отличающихся температурой кипения аммиака. На распределительных холодиль­никах и холодильниках мясокомби­натов обычно используют систему охлаждения с тремя температура­ми кипения аммиака: —40 °С для камер замораживания и низкотем­пературного хранения заморожен­ных грузов; —30 °С для хранения замороженных грузов; —8…— 12"С для камер хранения охлажденных грузов и камер охлаждения.

На каждую температуру кипе­ния аммиака предусматривают са­мостоятельный циркуляционный ресивер. При большой емкости си­стемы возможна установка не­скольких ресиверов для одной тем­пературы кипения. Циркуляцион­ный ресивер снабжают двумя ам­миачными насосами, один из кото­рых резервный. Дренажный реси­вер используют в схеме для слива жидкого аммиака из приборов ох­лаждения.

Приборы охлаждения, рабо­тающие в камерах, при температу­ре их поверхности ниже точки росы и ниже 0 °С покрываются инеем. Нарастающий в процессе эксплуа­тации слой инея затрудняет пере­дачу теплоты от воздуха к хлада­генту или хладоносителю. Для под­держания стабильной работы при­боров охлаждения иней с их по­верхности периодически удаляют механическим и тепловым спосо­бом.

Механический способ — сдуиа — ние, обметание, удаление инея скребками — трудоемок и мало­эффективен. Наиболее распростра­нен тепловой способ оттаивания.

В аммиачных системах непо­средственного охлаждения оттаи­вание осуществляется горячими па­рами аммиака. Предварительно из приборов охлаждения сливают жидкий аммиак в дренажный ре­сивер. Горячие нары аммиака из нагнетательного трубопровода пос­ле маслоотделителя по специаль­ному трубопроводу подают в при­боры охлаждения. Соприкасаясь с их холодной поверхностью, горя­чий пар конденсируется. Постепен­но внутри труб приборов охлажде­ния собирается конденсат, а на на­ружной поверхности начинает пла­виться слой инея, который затем легко удаляется.

СИСТЕМЫ С ПРОМЕЖУТОЧ­НЫ М ХЛАДОНОСИТЕЛЕМ В этих системах в качестве хладо — носителей применяют различные вещества, прежде всего рассо­лы — водные растворы солей (хло­рида натрия и хлорида кальция).

Системы с промежуточным хла — доносителем различают с открытым или закрытым испарителем.

В схеме с открытым испари­телем (рис. 5) хладоноситель, на­ходящийся в его баке под атмо­сферным давлением, насосом заби­рается и подается в приборы ох­лаждения, отепляется и возвра­щается самотеком в испаритель. Подача хладоносителя в приборы охлаждения регулируется задвиж­ками.

Недостатками этой системы ох­лаждения являются снижение в процессе эксплуатации концентра­ции рассола из-за его контакта с окружающим воздухом и повы­шенная коррозия металла из-за поглощения рассолом кислорода из окружающего воздуха.

Наиболее распространена схе­
ма с закрытыми испарителем (кожухотрубным) и приборами охлаждения. Хладоноситель цирку­лирует между ними с помощью на­соса.

Для разветвленных схем приме­няют так называемую трехтруб­ную закрытую систему (рис. 6). Трехтрубной она называется из-за наличия трех трубопроводов: по­дающего, обратного и компенса­ционного. Благодаря компенса­ционному трубопроводу суммар­ная длина трубопроводов дли каж­дого потребителя и их гидравличе­ские сопротивлении оказывают­ся одинаковыми. Тем самым дости­гается равномерное распределение’ хладоносителя но приборам ох­лаждения.

РИС. 5. Система охлаждения с проме­жуточным хдадоиосителем с открытым испарителем: I — и ас ос для хладоносителя; 2 — обрат­ный клапан; 3 — обводной вентиль; 4 — охлаждающая батарея; 5 — вентиль для выпуска воздуха, 6 — бак испарителя; 7 — охлаждающие секции с кипением хладаген­та; S — линия выпуска хладоносителя в сливной бак

Чтобы обеспечить постоянное заполнение системы хладоносите — лем, компенсировать его объемные изменения при колебаниях темпе­ратуры и отводить воздух из систе­мы, в ее верхней точке (на 1…2 м выше верхнего потребителя холо­да) устанавливают расширитель­ный сосуд. Воздух выпускает­ся непосредственно из приборов охлаждения через установленные в их верхней части угловые вен­тили.

Закрытая трехтрубная система имеет преимущества перед откры­той:

Относительно малый расход энергии на привод насоса, так как столб жидкости в подающем трубо­проводе уравновешивается стол­бом жидкости в компенсационном трубопроводе;

РИС. в. Система охлаждении с промежу­точным хладоносителем закрытая трехтруб­ная: / — насос; 2 — Линия подачи хладагента в испаритель; 3 — кожухотрубный испари­тель; 4 — отсос паров хладагента; 5 — охлаждающая батарея; 6 — вентиль для выпуска воздуха; 7 — задвижка; 8 — рас­ширительный бак; 9 — переливная линия; 1 — подающий трубопровод; И — обратный трубопровод; 111 — компенсационный тру­бопровод

Небольшая коррозия металла;

Значительно меньшее снижение концентрации рассола.

Закрытая рассольная система требует строго выбирать и конт­ролировать концентрацию рассола, а значит, и температуру его замер­зания, чтобы исключить замерза­ние рассола в трубах кожухотруб — ного испарителя. Концентрация рассола должна быть такой, чтобы температура его замерзания была на 8—10 °С ниже температуры ки­пения хладагента.

В системах с промежуточным хладоносителем приборы охлажде­ния оттаивают, подавая в них хла — доноситель, подогретый до 40 °С в специальном электро — или паропо­догревателе.

При использоиапии в качестве приборов охлаждения воздухоох­ладителей дли удаления инея с их поверхности нужны дополнитель­ные меры. Иногда наружную по — иерхноеть воздухоохладители оро­шают горячей водой, незамерзаю­щей жидкостью или встраивают в него трубчатые электронагревате­ли.

Достоинства систем охлажде­ния с промежуточным хладоносите­лем, связанные с высокой теплоем­костью таких. хладоиосителей. как вода и водяные растворы солей, используют в холодильных установ­ках молочных и пивоваренных за­водов. Наиболее распространенный способ охлаждения молока — ох­лаждение его хладоносителем (во­дой или рассолом), который, в свою очередь, охлаждается в испарителе холодильной установки.

Характерной особенностью этих предприятий является резко пере­менная в течение суток тепловая нагрузка на холодильное обору­дование. Обеспечить отвод макси­мальных «пиковых» тепловых на­грузок и уменьшить установленную мощность холодильного обору­дования позволяет применение так называемых аккумуляторов холо­да. Они представляют собой емко­сти, куда в спокойный (междупи­ковый) период суток сливается охлажденный и испарителе хладо — носитель -— аккумулятор заряжа­ется. При возрастании тепловой на­грузки (наступлении пика тепловой нагрузки) накопленный в аккуму­ляторе хладоноснтель направляет­ся на охлаждение молока — акку­мулятор разряжается.

В тех случаях, когда и ка­честве хладоносителя используют воду, аккумуляцию холода осу­ществляют путем ее частичного на­мораживания на секциях открытого испарителя или применяют сме­ни ал ьные л ьдоа к кум ул иторы.

Системы охлаждения с проме­жуточным хладоносителем эффек­тивно работают на холодильниках малой емкости, а также во фрукто — хранилищах.

.

Системы хладоснабжения холо­дильников бывают централизован­ные и децентрализованные. Цент­рализованные применяют главным образом на крупных и средних хо­лодильниках, децентрализован­ные — чаще на небольших холо­дильниках, в основном емкостью до 2000 т.

Централизованная система хладо­снабжения располагается в общем машинном отделении. Оно состоит из компрессорного цеха, где уста­новлены компрессоры, и аппаратно­го отделения, где размещены теп лообменные аппараты, ресиверы, насосы, вспомогательное оборудо­вание. На небольших предприятиях компрессорный цех и аппаратное отделение совмещены — занимают одно помещение.

Недостатками централизован­ной системы хладоснабжения явля­ются значительная протяженность и разветвленность трубопроводов, большое число запорной и распре­делительной арматуры, относитель­но сложная автоматизация.

При компоновке холодильной установки ее узлы стремятся распо­ложить так, чтобы уменьшить про­тяженность трубопроводов и облег­чить обслуживание.

Выбор схемы подключения компрессоров и число ступеней сжатия холодильной установки за­висят от температуры кипения хладагента, а также от ее произ­водительности, типа применяемого оборудования, вида хладагента. В централизованных системах хла­доснабжения в качестве хладаген­та обычно используют аммиак.

Схем^ подключения одноступен­чатых компрессоров холодильной установки, работающей на три тем­пературы кипения /оі, hа, /ц;),показа­на на рис. I.

На нагнетательной линии каж­дого компрессора установлен об­ратный клапан для предотвраще­ния обратного тока пара при оста­новке компрессора. Нагнетатель­ные трубопроводы компрессоров подключены к общему нагнетатель­ному трубопроводу сверху. Из ис­парительной системы пар хладаген­та через отлелитель жидкости или защитный ресивер поступает в об­щий всасывающий трубопровод, а оттуда направляется к компрес­сору.

Схема подключения двухступен­чатой холодильной установки, в ко­торой установлен промежуточный сосуд со змеевиком, показана на рис. 2.

РИС. I. Узел подключения одноступен­чатых компрессоров: 1, 2. 3 — отделители жидкости; 4 — компрессор; 5 — обратный клапан

Адо*

Для разгрузки компрессоров при их последующем пуске и пред­отвращения гидравлических уда­ров линии всасывания обеих ступе­ней сжатия соединены между собой трубопроводом, на котором смонти­рован электромагнитный (соле­ноидный) вентиль, открывающийся при остановке компрессоров.

Posted in К холодильной технике