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

Современные подходы в проектировании систем промышленного холодоснабжения на NH3/СО2

Журнал «Холодильная техника»
№2 2017

Канд. техн. наук Д.В. СУСЛИКОВ, инженер-проектировщик компании «ГЕА» в России

 

В настоящее время в сфере энергетики, к которой относится и холодильная техника, стоят две приоритетные и очень важные задачи: повышение энергоэффективности и минимизация отрицательного воздействия на окружающую среду.

Промышленное холодоснабжение на основе каскадных холодильных систем с использованием природных хладагентов (аммиака и диоксида углерода) в полной мере отвечает этим приоритетным задачам. В рамках этого направления был реализован «под ключ» проект системы холодоснабжения «аммиак/СО2» для нужд производственного предприятия по убою и переработке птицы.

Основной задачей проектирования была 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 оС. В табл. 1 дан сравнительный анализ двух вариантов систем холодоснабжения: с помощью агрегатов на базе винтовых компрессоров с эконо- майзером и каскадной системы на базе поршневых компрессоров.

Каскадные системы имеют меньшее энергопотребление, значительно меньшую заправку аммиаком. Сравнение эффективности различных типов холодильных установок приведено на рисунке. 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 оС потеря давления 0,1 бар эквивалентна изменению температуры на 3 оС для аммиака и 0,3оС для СО2 ;
  • высокая теплопроводность, низкая вязкость и большая удельная теплоемкость СО2 (даже при низких температурах) определяют высокий коэффициент теплопередачи и соответственно меньшие габариты охлаждающих устройств;
  • высокая удельная объемная холодопроизводительность СО2 дает возможность применять всасывающие трубопроводы в 2–3 раза меньшего диаметра, чем при использовании аммиака в тех же условиях, и компрессоры с относительно низкими массогабаритными показателями;
  • обеспечивается высокая безопасность для окружающей среды и населения.

Зависимость холодильного коэффициента ε от температуры кипения t0 для различных типов холодильных установок (tк = 35 °С):

1 – каскадная холодильная установка (NH3/СО2 );

2 – двухступенчатая холодильная установка (NH3) с промежуточным сосудом открытого типа;

3 – одноступенчатая холодильная установка (NH3) с экономайзером


На этом фоне, повышенный интерес к диоксиду углерода становится вполне объяснимым.

В табл. 2 представлено сравнение свойств диоксида углерода с другими хладагентами.

В рассматриваемом проекте 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:

  • в контуре СО2, при t0 = –41°С – 2200 кВт;
  • в контуре пропиленгликоля (36%-ный раствор) при ts = –15 °С – 6150кВт;
  • в контуре воды при tw = +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). Заданные температуры воздуха поддерживаются с помощью воздухоохладителей.

Для низкотемпературных камер принята схема непосредственного охлаждения, в которой в качестве хладагента, кипящего в воздухоохладителях, используется диоксид углерода (R744). Температура кипения t0 = –38 °C.

Для среднетемпературных камер принята схема с промежуточным хладоносителем; в качестве такого хладоносителя, подаваемого в воздухоохладители, используется водный раствор 36%-ный пропиленгликоля. Температура подаваемого хладоносителя ts = –11°C.

Для высокотемпературных камер и коридоров (вестибюлей) принята схема с промежуточным хладоносителем, в качестве которого используется вода, подаваемого в воздухоохладители. Температура подаваемой воды tw = 6 °C.

К охлаждаемому технологическому оборудованию относится следующее.

  • Кондиционеры и блоки подготовки воздуха. Охлаждающие среды – водный 36%-ный раствор пропиленгликоля (ts = –11°C), а также вода (tw = 6 °C).
  • Плиточные скороморозильные аппараты и кар- тон-фризеры, где в качестве хладагента используется углекислота R744 с температурой кипения t0 = –38 °C.

Для повышения эффективности холодильной установки применен ряд мероприятий, направленных на использование вторичных источников тепла и холода при ее работе.

В первую очередь это утилизация теплоты перегрева при сжатии паров аммиака, которая используется как для нагрева сетевой воды, идущей на технологические нужды, так и для нагрева раствора пропиленгликоля, идущего на оттайку приборов охлаждения, работающих на растворе пропиленгликоля, 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, для дополнительного догрева сетевой воды до заданных параметров, а также для догрева раствора пропиленгликоля, идущего на оттайку. При отсутствии потребности в догретой сетевой воде и догретом пропиленгликоле для оттайки, вода, отводящая тепло с маслоохладителей, охлаждается жидким аммиаком из линейного ресивера.

Для экономии расхода электроэнергии на ряд компрессорных агрегатов как основных потребителей электроэнергии компрессорного цеха установлены частотные преобразователи. Все компрессора (кроме поршневых) имеют плавное регулирование производительности (10–100 %). Оттайка потребителей холода, работающих на диоксиде углерода, организована с помощью горячих паров СО2 от двух компрессоров на СО2.

Расход основных видов сырья и энергоресурсов в представленной холодильной системе составляет:

  • потребляемая мощность рабочих электроприемников 6706,01 кВт; годовой расход электроэнергии определяется из расчета 5400 ч работы холодильной установки в году на полную мощность;
  • количество аммиака (R717) в системе 10240 кг;
  • количество диоксида углерода (R744) – 21350 кг;
  • количество масла для винтовых компрессоров 2625 кг;
  • количество масла в системе поршневых ком- прессоров 67 кг;
  • количество хладоносителя в системе – 208870 кг.

Преимущества рассмотренной каскадной холодильной системы:

  • применение природных хладагентов как в верхней, так и в нижней ветвях 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.

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

1. Мясоперерабатывающий комплекс по убою и переработке птицы АПХ «Мираторг» производительностью 12 тыс голов/ч.

В 2015 г. на предприятии запущена в эксплуатацию холодильная установка «под ключ» компании «ГЕА Рефрижерейшн РУС», представляющая собой каскадную систему аммиак/СО2. Она обеспечила холодом не только технологические линии по охлаждению курицы, но и около 16 000 м2 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 (при температуре кипения хладагента +3 оС) и 9260 кВт при температуре кипения –15 оС, а также поршневые компрессорные агрегаты на СО2 общей холодопроизводительностью 2760 кВт при температуре кипения –41 оС. Кроме холодильной системы, в объем ответственности «ГЕА Рефрижерейшн РУС» вошла система вентиляции компрессорного цеха. Были поставлены также 99 воздухоохладителей для складов и производственных помещений.

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

В 2015 г. компания ГЕА оснастила предприятие системой холодоснабжения на базе каскадной схемы аммиак/СО2. Были поставлены аммиачные винтовые компрессорные агрегаты GEA SP1 суммарной холодопроизводительностью 3700 кВт при температуре кипения хладагента +3 оС и 8150 кВт при температуре кипения –15 оС, а также поршневые компрессорные агрегаты на СО2 общей холодопроизводительностью 591 кВт при температуре кипения хладагента –41 оС. Так же как и на предприятии по переработке птицы, в объем поставки была включена система вентиляции компрессорного цеха и система воздухоохладителей для складов и производственных помещений.

Справка:

Компания «ГЕА» индивидуально подходит к проектированию каждого объекта, что позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы на предприятии заказчика.

Собственный отдел проектирования «ГЕА» 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 пусконаладки холодильного оборудования.

При разработке каждого проекта заказчику предлагаются оптимальные комплексные технические решения холодильных установок и холодильное оборудование, которое обеспечивает не только минимальную усушку продукта, но и отвечает самым строгим требованиям технологического процесса, а квалифицированный персонал отдела проектирования «ГЕА» в России будет представлять интересы заказчиков при прохождении Экспертизы Промышленной Безопасности, а также заниматься ведением авторского надзора.

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 выполняют сложнейшие задачи по энергоаудиту и модернизации установок и производств. В настоящий момент это единственная холодильная компания, которая готова выполнить инструментальное обследование предприятия.

Склад запасных частей компании находится в Москве, что позволяет заказчикам в кратчайшие сроки получить необходимые детали.

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