GEA в России
+7(495) 787-20-20
Перезвоните мне
Gea Refrigeration RUS

Современные подходы в проектировании систем холодоснабжения аммиак/со2

Журнал «Мясная промышленность»
№2 (117) 2017

В настоящее время в сфере энергетики, к которой относится и холодильная техника, стоят две приоритетные и очень важные задачи: энергоэффективность и минимальное отрицательное воздействие на окружающую среду

 

Автор: Дмитрий Сусликов, кандидат технических наук, инженер-проектировщик компании «ГЕА» в России

Внедрение и реализация систем промышленного холодоснабжения на основе каскадных систем с использованием природных холодильных агентов аммиака и диоксида углерода в полной мере отвечает данным приоритетным задачам.

В рамках данной темы был реализован проект «под ключ» системы холодоснабжения аммиак/СО2 для нужд предприятия по убою и переработке птицы.

Основной задачей проектирования являлась разработка современной эффективной системы холодоснабжения, обеспечивающей технологические режимы в соответствии с техническим заданием и требованиями промышленной безопасности.

Использование каскадных холодильных систем позволяет при малых энергетических затратах достичь в охлаждаемых объектах температуры до –52 °С. В табл. 1 дан сравнительный анализ двух вариантов систем холодоснабжения. Сравнение их эффективности представлено на рис. 1.

Термодинамическими свойствами диоксида углерода обусловлены и другие преимущества каскадных систем:

  • высокое соотношение давления насыщенных паров и их температуры при низких температурах кипения, а также низкая вязкость диоксида углерода приводят к минимизации потерь в трубопроводах. Так, при температуре всасывания –40 °С потеря давления 0,1 бар эквивалентна изменению температуры на 3 °С для аммиака и 0,3 °С для СО2;
  •  высокая теплопроводность СО2, низкая вязкость и большая удельная теплоемкость (даже при низких температурах) определяют высокий коэффициент теплопередачи и соответственно меньшие габариты охлаждающих устройств;
  • высокая удельная объемная холодопроизводительность, и как результат контур СО2 имеет всасывающие трубопроводы в 2–3 раза меньшего диаметра, чем при использовании аммиака в тех же условиях, компрессоры с относительно низкими массогабаритными показателями;
  • обеспечивается высокая безопасность для окружающей среды и населения.

На этом фоне повышенный интерес к диоксиду углерода становится вполне объяснимым. В табл. 2 представлены свойства диоксида углерода в сравнении с другими хладагентами.

Проектируемое оборудование располагается:

  • в помещении машинного отделения;
  • в технологических помещениях;
  • в холодильных камерах;
  • испарительный конденсатор, емкостное оборудование размещается на металлической конструкции, монтируемой на кровле машинного отделения.

Холодопроизводительность холодильной установки составляет:

  • по контуру СО2 (t= -41°С) – 2200 кВт;
  •  по контуру пропиленгликоля 36% (t=-15 °С) – 6150 кВт;
  • по контуру воды (t= +3 °С) – 2000 кВт.

В состав потребителей холода предприятия входят охлаждаемые низкотемпературные камеры с температурой воздуха -24 °C, среднетемпературные камеры и помещения с температурой воздуха 0–7 °C, а также помещения с более высокой температурой +15–18 °C. Поддержание заданных температур производится с помощью воздухоохладителей.

Для низкотемпературных камер принята схема непосредственного охлаждения, в которой в качестве холодильного агента, кипящего в воздухоохладителях, используется углекислота (R744). Температура кипения -38 °C.

Для среднетемпературных камер принята схема промежуточного охлаждения, в которой в качестве хладоносителя, подаваемого в воздухоохладители, используется водный раствор 36% пропиленгликоля. Температура подаваемого хладоносителя -11 °C.

Для высокотемпературных камер и коридоров (вестибюлей) принята схема промежуточного охлаждения, в которой в качестве хладоносителя, подаваемого в воздухоохладители, используется вода. Температура подаваемой воды +6 °C.

К охлаждаемому технологическому оборудованию относятся:

  • кондиционеры и блоки подготовки воздуха. Охлаждающая среда – водный раствор 36% пропиленгликоля (температура подаваемого хладоносителя -11 °C), а также вода (температура подаваемой воды +6 °C);
  • плиточные скороморозильные аппараты и картон-фризеры, где в качестве холодильного агента используется углекислота (R744). Температура кипения -38 °C.

Для повышения эффективности работы холодильной установки применен ряд мероприятий, направленных на использование вторичных источников тепла и холода. В первую очередь это относится к утилизации теплоты перегрева при сжатии паров аммиака. Это тепло используется как для нагрева сетевой воды, идущей на технологические нужды (W15), так и для нагрева раствора пропиленгликоля, идущего на оттайку приборов охлаждения, работающих на растворе пропиленгликоля (W13), а также на обогрев воздуха технических зон в зимний период с использованием блоков подготовки воздуха. В схеме также утилизируется тепло, отводящееся от масла компрессорных агрегатов путем догрева сетевой воды после (W15) до заданных параметров (W17), а также догрева раствора пропиленгликоля, идущего на оттайку (W16). При отсутствии теплосъема с W17 и W16 вода с маслоохладителей охлаждается жидким аммиаком из линейного ресивера (W14) (рис. 2).

Для экономии расхода электроэнергии на ряд компрессорных агрегатов (V1, V2, V3, V10) как основных потребителей электроэнергии оборудования компрессорного цеха установлены частотные преобразователи. Все компрессоры (кроме поршневых) имеют плавное регулирование производительности (10–100%). Оттайка потребителей холода, работающих на диоксиде углерода, организована с помощью двух углекислотных компрессоров (рис. 3).

Расход основных видов сырья и энергоресурсов составляет:

  • потребляемая мощность рабочих электроприемников – 6706,01 кВт;
  • годовой расход электроэнергии принят из расчета 5400 часов работы холодильной установки на полную мощность;
  • количество аммиака в системе (R717) – 10240 кг;
  • количество двуокиси углерода (R744) – 21350 кг;
  • количество масла винтовых компрессоров – 2625 кг;
  • количество масла в системе поршневых компрессоров – 67 кг;
  • количество хладоносителя в системе составляет 208870 кг.

Выводы:

  • применение природных хладагентов верхней и нижней веток каскада;
  •  снижение аммиакоемкости системы;
  • полная рекуперация тепла холодильного аммиачного контура;
  •  снижение металлоемкости системы холодоснабжения;
  • использование оттайки потребителей гликолем и горячими парами СО2;
  • применение частотных преобразователей;
  • высокий уровень безопасности;
  • высокий уровень автоматизации на основе свободно программируемых контроллеров.

Отмечу, что компания «ГЕА» осуществляет индивидуальный подход к проектированию каждого объекта, что позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы на предприятии заказчика. Собственный отдел проектирования в России в тесном сотрудничестве с технологическими центрами GEA в Германии и Нидерландах выполняет разработку технологических решений, электроснабжения и автоматизации установок. Специалисты компании используют в работе методики расчета и проектирования, специализированное программное обеспечение, инновационные технологии производства, монтажа и пуско-наладки холодильного оборудования.

При разработке каждого проекта заказчику предлагаются оптимальные комплексные решения холодильных установок и холодильное оборудование, которое обеспечивает не только минимальную усушку продукта, но и отвечает самым строгим требованиям технологического процесса. Квалифицированный персонал отдела проектирования «ГЕА» в России представляет интересы заказчиков при прохождении экспертизы промышленной безопасности, а также занимается ведением авторского надзора.

Схема аммиак/СО2 была успешно применена специалистами «ГЕА» на следующих предприятиях:ъ

1. Мясоперерабатывающий комплекс по убою и переработке птицы АПХ «Мираторг» мощностью 12 тыс. голов в час.

В 2015 году на предприятии запущена в эксплуатацию холодильная установка «под ключ», представляющая собой каскадную систему аммиак/СО2. Компания «ГЕА Рефрижерейшн РУС» оснастила холодом не только технологические линии по охлаждению курицы, но и около 16 тыс. кв. м складов хранения и технологических помещений, с контролем влажности во всех помещениях. Холодильная система на комплексе по убою и переработке птицы включает в себя аммиачные винтовые компрессорные агрегаты GEA SP1 суммарной холодопроизводительностью 5170 кВт на температурном уровне кипения хладагента +3 °С; 9260 кВт на температурном уровне кипения хладагента -15 °С, а также углекислотные поршневые компрессорные агрегаты общей холодопроизводительностью 2760 кВт на температурном уровне кипения хладагента -41 °С. Кроме того, в зону ответственности «ГЕА Рефрижерейшн РУС» вошла система вентиляции компрессорного цеха.

В объем поставки были включены также 99 воздухоохладителей для складов и производственных помещений.

2. Высокотехнологичное предприятие по убою и глубокой переработке КРС мощностью 100 голов в час (АПХ «Мираторг») в г. Брянск.

В 2015 году компания «ГЕА» оснастила холодом высокотехнологичное предприятие по убою и глубокой переработке КРС мощностью 100 голов в час (АПХ «Мираторг») в Брянске. Также была применена каскадная схема аммиак/СО2. На предприятие были поставлены аммиачные винтовые компрессорные агрегаты GEA SP1 суммарной холодопроизводительностью 3700 кВт на температурном уровне кипения хладагента +3 °С; 8150 кВт на температурном уровне кипения хладагента -15 °С, а также углекислотные поршневые компрессорные агрегаты общей холодопроизводительностью 591 кВт на температурном уровне кипения хладагента -41 °С. В объем поставки была включена система вентиляции компрессорного цеха, а также система воздухоохладителей для складов и производственных помещений.

Инженеры отдела сервиса «ГЕА Рефрижерейшн РУС» выполняют инспекцию и плановое техническое обслуживание объектов, поставку запасных частей к действующему оборудованию, текущий и капитальный ремонт компрессоров, а также решают сложнейшие задачи по энергоаудиту и модернизации установок и производств. Склад запасных частей компании находится в Москве, что позволяет заказчикам в кратчайшие сроки получить необходимые детали.

Список литературы:

1. Калнинь И.М., Смыслов В.И., Фадеков К.Н. Оценка перспектив применения экологически безопасных хладагентов в бытовой холодильной технике // Холодильная техника. 2001. №12.

2. Маринюк Б.Т. Расчеты теплообмена в аппаратах и системах низкотемпературной техники. Машиностроение. 2015.

3. Черняк В.А., Клименко Т.А. и др. Каскадная холодильная установка для предприятий пищевой промышленности. 2006. №5.

4. GUIDE to Natural Refrigerants in China – State of the Industry. 2015

5. Technology and Market Trends, Industrial Refrigeration – UNIDO ATMOsphere Technology Summit 2013.

Контакты
Москва:
ул. Семеновский вал, 6А
Тел.: +7 (495) 787-20-20
Email: Sales.russia@gea.com