Назначение

Установки пропанового охлаждения природного газа предназначены для одновременного обеспечения требуемых параметров точки росы по воде и углеводородам посредством конденсации водной и углеводородной фракции (УВ) при низких температурах (до минус 30 0 С). Источником холода является внешний пропановый холодильный цикл.

Основное преимущество таких установок – низкие потери давления сырьевого потока (дросселирование потока природного газа не требуется) и возможность извлечения продукционной фракции С3+.

Для предотвращения гидратообразования используется впрыск ингибитора: этиленгликоля (для температур не ниже минус 35 0 С) и метанола (для температур вплоть до минус 60 0 С).

Основные преимущества

Надежность

• Непрерывный процесс, основанный на конденсации воды и УВ фракций в присутствии ингибитора гидратообразования.
• Отсутствие циклических колебаний.
• Кожухотрубный теплообменник газ-газ с низким температурным напором.
• Сервис-фактор мотора холодильного компрессора 110%.
• Автоматическая система поддержания давления в ресивере при эксплуатации в холодном климате.
• Электрообогрев сборника ингибитора в трехфазном сепараторе.

Эффективность

• Холодный сепаратор с эффективными коалесцирующими насадками и значительным временем пребывания.
• Теплообменник газ-пропан (чиллер) с погруженным трубным пучком.

Возможные опции

• Экономайзер холодильного цикла (стандарт для систем свыше 150 кВт и температурой испарения ниже минус 10 0 С).
• Входной сепаратор.
• Теплообменник газ-жидкость (позволяет снизить потребляемую мощность компрессора).

Технологическая схема

Влагонасыщенный поток природного газа подается во входной сепаратор (1), в котором из потока удаляются свободная вода и УВ фракции. Газовая фракция направляется в теплообменник газ-газ (2) для предварительного охлаждения потоком сухого отбензиненного газа из холодного сепаратора. Для предотвращения гидратообразования в теплообменнике предусмотрены форсуночные устройства для впрыска ингибитора (метанол или этиленгликоль).

Рис. 3 Принципиальная схема пропановой холодильной установки

После предварительного охлаждения в теплообменнике газ-газ поток подается в теплообменник газ-пропан (чиллер) (4), в котором происходит понижение температуры потока до заданного значения посредством теплообмена с потоком кипящего пропана. Сырьевой поток находится в трубном пучке, который в свою очередь погружен в объем хладагента.

Образовавшаяся в результате охлаждения парожидкостная смесь поступает на разделение в низкотемпературный трехфазный сепаратор (5), где разделяется на потоки отбензиненного газа, конденсата и насыщенного водой ингибитора гидратообразования.

Сухой отбензиненный газ (СОГ) подается противотоком в теплообменник газ-газ (2) и далее отводится за пределы установки.

Жидкостные фракции отводятся независимыми автоматическими конроллерами уровня в соответствующие линии.

Статьи по теме

Газопереработка - это просто

Одной из наших основных задач является борьба с мифом о том, что газопереработка это сложно, долго и дорого. Удивительно, но на проекты, которые в США реализуются за 10 месяцев, на территории СНГ уходит до трех лет. Установки, занимающие в США 5000 м2, на территории СНГ с трудом умещаются на 20 000 м2. Проекты, окупающиеся в США за 3-5 лет, даже при существенно более низкой стоимости реализации продукта, на территории России и Казахстана не окупаются никогда.

Системы автоматизации . Автоматизация работы холодильных машин в зависимости от выполняемых функций подразделяется на системы:

– регулирования , поддерживающие заданное значение регулируемой величины (температуры, давления, количества хладагента и др.);

–защиты, т.е для выключения установки при чрезмерном отклонении параметров режима её работы;

– сигнализации , т.е. для включения визуального или (и) звукового сигнала при нарушении режима работы холодильной установки;

– контроля , когда необходимо контролировать какие-либо режимные параметры работы холодильной машины.

В зависимости от привод в действие системы автоматизации бывают электрические , пневматические и комбинированные , а по принципу действия - позиционные и непрерывные .

Система автоматического регулирования холодильной установки позволяет обеспечить заданный температурный режим для перевозимого груза без участия обслуживающего персонала.

Системой автоматизации называют совокупность объекта автоматизации и автоматических устройств, позволяющих управлять работой этого объекта без участия персонала. Объектом автоматизации могут быть холодильная установка в целом либо отдельные её агрегаты, узлы, аппараты и т.д. Системы автоматизации могут быть замкнутыми и разомкнутыми.

Рис. 4.26 - Замкнутая система автоматизации

Замкнутая система состоит из объекта (Об ) и автоматического устройства (А ), которые соединены между собой прямой (ПС ) и обратной (ОС ) связями, которые показаны на рис. 4.26. По прямой связи к объекту подводится входное воздействие х , по обратной - выходная величина у , которые воздействуют на А . Система ОС работает по отклонению фактической величины у от заданного значения у з.

Если назначение системы - поддерживать величину у около заданного значения при изменениях внешнего воздействия f вн, то такую систему называют системой автоматического регулирования (САР ), а автоматическое устройство - автоматическим регулятором (АР ). Функциональная система САР показана на рис. 4.27.

Рис. 4.27 - Функциональная схема системы автоматического
регулирования (САР)

На функциональной схеме САР в цепь прямой связи входят: усилитель , исполнительный механизм (ИМ ) и регулирующий орган (РО ). В цепь обратной связи включён датчик , с помощью которого регулятор АР воспринимает регулируемую величину У и преобразует её в величину У п, удобную для дальнейшей передачи. На один из входов элемента сравнения (ЭС ) подаётся преобразованная величина У п, а на другой его вход - сигнал У з от задатчика .

Этот сигнал в преобразованном виде представляет собой задание регулятору. Величина согласования d = У з – У п является побуждающим сигналом. Мощность его увеличивается в усилителе подводом внешней энергии Э вн и в виде сигнала D воздействует на ИМ , который преобразует сигнал в удобный для использования вид энергии D х и переставляет в РО . В результате изменяется подводимый к Об поток энергии, что соответствует изменению регулирующего воздействия х .

Если нормальная работа объекта протекает при значениях у , отличающихся от у з, а при достижении равенства между ними в объект посылается сигнал х на отключение, то такую систему называют системой автоматической защиты (САЗ ), а автоматическое устройство - устройством защиты (АЗ ). Такая функциональная система показана на рис. 4.28.

Схема САЗ отличается от схемы САР тем, что в автоматическом устройстве АЗ отсутствуют ИМ и РО . Сигнал от усилителя воздействует непосредственно на Об , выключая его целиком или отдельные его части.

Рис. 4.28 - Функциональная схема системы автоматической защиты (САЗ)

Рис. 4.29 - Разомкнутая система автоматизации

Разомкнутой системой называют систему, в которой одна из связей (обратная или прямая) отсутствует (рис. 4.29). Параметр Z связан с выходной величиной у и воспринимается автоматическим устройством А . Отклонение от заданного значения Z 3 вызывает изменения воздействия х .

Автоматизация работы испарителей . Одним из важных процессов управления холодильной машиной является автоматическое питание испарителей по перегреву пара и по уровню жидкости в испарителе. В качестве автоматического регулятора перегрева в основном применяют терморегулирующие вентили (ТРВ).

ТРВ установлен перед испарителем. В верхней части вентиля (рис. 4.30) припаяна капиллярная трубка 7 , соединяющая внутреннюю рабочую часть 6 вентиля с термобаллоном 8 . Верхняя силовая часть вентиля герметична. Термобаллон плотно прикреплён к всасывающему трубопроводу, соединяющему испаритель с компрессором. Термобаллон, капилляр и пространство над мембраной при изготовлении вентиля заполняют строго дозированным количеством хладона. От донышка мембраны 5 вниз идёт шток 4 с запорным клапаном 3 , который прижимается к седлу пружиной 2 с регулировочным винтом 1 .

Рис. 4.30 - Схема терморегулирующего вентиля с внутренним уравниванием

Принцип действия ТРВ основан на сравнении температуры кипения хладагента в испарителе с температурой выходящих из него паров. Сравнение производится преобразованием воспринимаемой термобаллоном температуры паров t в в соответствующее давление р с в силовой части прибора (см. рис. 4.30). Давление действует на мембрану сверху и стремится через шток открыть клапан 3 на большее проходное сечение. Такому перемещению клапана препятствует давление кипения хладона в испарителе р о, действующее на мембрану снизу, а также усилие пружины f и давление р к на клапан.

При правильном заполнении испарителя температура паров на выходе из него не должна превышать 4,7°С. Для этого весь хладон, поданный через ТРВ в испаритель, должен выкипеть на участке от клапана 3 до точки А. Здесь температура хладона не изменяется и составляет t о. В последних витках испарителя от точки А до термобаллона хладон, продолжая воспринимать тепло от охлаждаемого помещения, перегревается до температуры t в > t о. Температуру t в воспринимает термобаллон, и в силовой системе устанавливается давление р с. При равновесии р с = р о + f + р к происходит допустимо полное заполнение испарит5еля хладоном, и холодильная машина работает в оптимальном режиме.

С понижением температуры в охлаждаемом помещении теплопритоки к испарителю уменьшаются. Кипение хладагента в точке А не заканчивается, а продолжается до точки Б. Путь парообразного хладагента до термобаллона сокращается, и перегрев паров уменьшается. Термобаллон воспринимает более низкую температуру, и в силовой системе устанавливается меньшее значение р с. Под действием пружины клапан перемещается вверх, уменьшая проходное сечение вентиля и тем самым подачу хладагента в испаритель.

При меньшем количестве хладагента кипение его в испарителе заканчивается раньше, и перегрев принимает значение, близкое к первоначальному. Перемещение клапана вверх происходит до установления нового равновесия между снизившимся давлением и уменьшившимся сжатием пружины, т.е. р с = р о + f + р к. Перегрев паров в испарителе регулируют поджатием пружины 2 с помощью регулировочного винта 1 .

Термобаллон 8 , капилляр 7 и мембрана 5 (см. рис. 4.30) являются основными элементами манометрических приборов-термостатов , которые применяются для автоматического регулирования работы дизель-генераторных и холодильных агрегатов на рефрижераторном подвижном составе.

Автоматическое поддержание температурного режима в грузовых помещениях. Для установления необходимого температурного режима в грузовом помещении рефрижераторного транспортного или складского модуля и автоматического поддержания его в заданных пределах служит прессостат-терморегулятор , устройство которого показано на рис. 4. 31.

Рис. 4.31 - Устройство прессостата

Прессостат устанавливают на всасывающем трубопроводе между испарителем и компрессором. Он состоит из поршня 1 , жёстко связанного с ним штока 2 , пружины 4 , рукоятки 5 , двух электрических контактов: подвижного 6 и неподвижного 7 .

Поршень находится в колене 3 , соединённом со всасывающим трубопроводом 8 . При давлении р о, большем чем сила закручивания пружины 4 , поршень находится в крайнем верхнем положении. При этом контакты 6 и 7 замкнуты. Компрессор включён и отсасывает пары хладона из испарителя. В процессе отсасывания паров давление р о понижается, становится меньше, чем сила закручивания пружины. Поршень с подвижным контактом перемещается в крайнее нижнее положение, и компрессор выключается.

Вследствие продолжающегося кипения хладона в испарителе его удельный объём увеличивается, давление р о снова начнёт расти. Контакты 6 и 7 замкнутся, компрессор начнёт отсасывать пары хладона из испарителя. Цикл повторяется.

Ход поршня ограничивается специальными упорами, которые могут регулироваться. Сила воздействия пружины на поршень регулируется рукояткой 5 . При установке рукоятки в положение «холод» сила закручивания пружины уменьшается. Следовательно, в зоне испарителя установится меньшее давление р о, а значит и низкая температура кипения хладона.

Таким образом прессостат-терморегулятор поддерживает на требуемом уровне давление кипения в испарителе путём управления количеством хладагента, направляющегося в испаритель.

Автоматизация холодильных установок предполагает оснаще­ние их автоматическими устройствами (приборами и средствами автоматизации), с помощью которых обеспечиваются безопасная работа и проведение производственного процесса или отдельных операций без непосредственного участия обслуживающего персо­нала или с частичным его участием.

Объекты автоматизации совместно с автоматическими устрой­ствами образуют системы автоматизации с различными функция­ми: контроля, сигнализации, защиты, регулирования и управле­ния. Автоматизация повышает экономическую эффективность ра­боты холодильных установок, так как уменьшается численность обслуживающего персонала, снижается расход электроэнергии, воды и других материалов, увеличивается срок службы установок вследствие поддержания автоматическими устройствами оптималь­ного режима их работы. Автоматизация требует капитальных зат­рат, поэтому проводить ее надо, основываясь на результатах тех­нико-экономического анализа.

Холодильную установку можно автоматизировать частично, полностью или комплексно.

Частичная автоматизация предусматривает обязательную для всех холодильных установок автоматическую защиту, а также кон­троль, сигнализацию и нередко управление. Обслуживающий пер­сонал регулирует основные параметры (температура и влажность воздуха в камерах, температура кипения и конденсации холодиль­ного агента и т.д.) при отклонении их от заданных значений и нарушении работы оборудования, о чем информируют системы контроля и сигнализации, а некоторые вспомогательные периоди­ческие процессы (оттаивание инея с поверхности охлаждающих приборов, удаление масла из системы) выполняются вручную.

Полная автоматизация охватывает все процессы, связанные с поддержанием требуемых параметров в охлаждаемых помещениях и элементах холодильной установки. Обслуживающий персонал может присутствовать лишь периодически. Полностью автомати­зируют небольшие по мощности холодильные установки, безот­казные и долговечные.

Для крупных промышленных холодильных установок более ха­рактерна комплексная автоматизация (автоматические контроль, сигнализация, защита).

Автоматический контроль обеспечивает дистанционное измерение, а иногда и запись параметров, определяющих режим работы оборудования.

Автоматическая сигнализация - извещение с помощью звукового или светового сигнала о достижении заданных величин, тех или иных параметров, включении или выключении элементов, холодильной установки. Автоматическую сигнализацию подразделяют на технологическую, предупредительную и аварийную.

Технологическая сигнализация - световая, информирует о ра­боте компрессоров, насосов, вентиляторов, наличии напряжения в электрических цепях.

Предупредительная сигнализация на защитных, циркуляционных ресиверах сообщает, что величина контролируемого парамет­ра приближается к предельно допустимому значению.

Аварийная сигнализация световым и звуковым сигналами извещает о том, что сработала автоматическая защита.

Автоматическая защита, обеспечивающая безопасность обслуживающего персонала, обязательна для любого производства. Она предотвращает возникновение аварийных ситуаций, выключая отдельные элементы или установку в целом, когда контролируе­мый параметр достигает предельно допустимого значения.

Надежную защиту в случае возникновения опасной ситуации должна обеспечивать система автоматической защиты (САЗ). В простейшем варианте САЗ состоит из датчика-реле (реле защиты), контролирующего величину параметра и вырабатывающего сигнал при достижении ее предельного значения, и устройства, преобразующего сигнал реле защиты в сигнал остановки, который направляется в систему управления.

На холодильных установках большой мощности САЗ выполняют так, чтобы после срабатывания реле защиты автоматический пуск отказавшего элемента без устранения вызвавшей остановку причины был невозможен. На небольших холодильных установ­ках, например на предприятиях торговли, где авария не может привести к тяжелым последствиям, нет постоянного обслуживания, объект включается автоматически, если величина контролирусмоге параметра возвращается в допустимую область.

Наибольшее число видов защиты имеют компрессоры, посколь­ку по опыту эксплуатации 75 % всех аварий на холодильных установках происходят именно с ними.

Число параметров, контролируемых САЗ, зависит от типа, мощности компрессора и вида холодильного агента.

Виды защиты компрессоров:

от недопустимого повышения давления нагнетания - пре­дотвращает нарушение плотности соединений или разрушение элементов;

недопустимого понижения давления всасывания - предотвра­щает повышение нагрузки на сальник компрессора, вспенивание масла в картере, замерзание хладоносителя в испарителе (реле высокого и низкого давления, оснащают практически все комп­рессоры);

уменьшения разности давлений (до и после насоса) в масля­ной системе - предотвращает аварийный износ трущихся дета­лей и заклинивание механизма движения компрессора, реле раз­ности давлений контролирует разность давлений на стороне на­гнетания и всасывания масляного насоса;

недопустимого повышения температуры нагнетания - предот­вращает нарушение режима смазки цилиндра и аварийный износ трущихся деталей;

повышения температуры обмоток встроенного электродвига­теля герметичных и бессальниковых хладоновых компрессоров - предотвращает перегрев обмоток, заклинивание ротора и работу на двух фазах;

гидравлического удара (попадание жидкого холодильного агента в полость сжатия) - предотвращает серьезную аварию поршневого компрессора: нарушение плотности, а иногда и разрушение.

Виды защиты других элементов холодильной установки:

от замерзания хладоносителя - предотвращает разрыв труб ис­парителя;

переполнения линейного ресивера - предохраняет от сниже­ния эффективности конденсатора в результате заполнения части его объема жидким холодильным агентом;

опорожнения линейного ресивера - предотвращает прорыв газа высокого давления в испарительную систему и опасность гидрав­лического удара.

Предотвращение аварийной ситуации обеспечивает защита от недопустимой концентрации аммиака в помещении, что может вызвать пожар и взрыв. Концентрация аммиака (максимум 1,5 г/м 3 , или 0,021 % по объему) в воздухе контролируется газоанализатором.

Холод применяют в технологиях многих процессов переработки сельскохозяйственной продукции. Благодаря холодильникам значительно сокращаются потери при хранении продукции. Охлажденные продукты можно транспортировать на большие расстояния.

Молоко, предназначенное для переработки или реализации, как правило, предварительно охлаждают. Перед отправкой на предприятие молочной промышленности молоко допускается хранить не более 20 ч при температуре не выше 10 "С.

В сельском хозяйстве мясо охлаждают в основном на фермах и птицефабриках. При этом используют следующие способы охлаждения: в воздухе, холодной воде, в воде с тающим льдом и орошением холодной водой. Подмораживание мяса птицы производят либо холодным воздухом, либо погружением в холодный рассол. Воздушное подмораживание осуществляют при температуре воздуха в холодильных камерах от -23 до -25 °С и скорости движения воздуха 3...4 м/с. Для подмораживания погружением в рассол применяют растворы хлористого кальция или пропиленгликоля с температурой от -10 °С и ниже.

Мясо, предназначенное для длительного хранения, замораживают теми же способами, что и подмораживание. Замораживание

воздухом осуществляют при температуре охлаждаемого воздуха от -30 до -40 °С, при замораживании в рассоле температура раствора равна -25...-28 °С.

Яйца хранят в холодильниках при температуре -1...-2 °С и относительной влажности 85...88 %. После охлаждения до 2...3 °С их помещают в камеру хранения.

Фрукты и овощи охлаждают в стационарных хранилищах. Плодоовощную продукцию хранят в холодильных камерах с охлаждающими батареями, в которых циркулирует холодный агент или рассол.

В системах с воздушным охлаждением сначала охлаждается воздух, который затем вентиляторами нагнетается в камеры хранения. В смешанных системах продукты охлаждаются холодным воздухом и от батареи.

В сельском хозяйстве холод получают как безмашинным способом (ледники, льдосоленое охлаждение), так и при помощи специальных холодильных машин. При машинном охлаждении теплота от охлаждаемой среды отводится во внешнее окружающее пространство при помощи низкокипящих холодильных агентов (фреон или аммиак).

В сельском хозяйстве широко применяют паровые компрессоры и абсорбционные холодильные машины.

Простейший способ получения температуры рабочего тела ниже температуры окружающей среды заключается в том, что это рабочее тело (холодильный агент) сжимают в компрессоре, затем охлаждают до температуры окружающей среды и после этого подвергают адиабатическому расширению. При этом рабочее тело совершает работу за счет своей внутренней энергии и температура его уменьшается по сравнению с температурой окружающей среды. Таким образом, рабочее тело становится источником получения холода.

В качестве холодильных агентов в принципе можно применять любой пар или газ. В первых холодильных машинах с механическим приводом в качестве холодильного агента применяли воздух, но уже с конца XIX в. он был заменен аммиаком и углекислотой, поскольку воздушная холодильная машина менее экономична и более громоздка, чем паровая, из-за большого расхода воздуха, обусловленного его малой теплоемкостью.

В современных холодильных установках рабочим телом являются пары жидкостей, которые при давлениях, близких к атмосферному, кипят при низких температурах. Примерами таких холодильных агентов могут служить аммиак NH3, сернистый ангидрид SO2, диоксид углерода С0 2 и фреоны - фторохлоропроизводные углеводороды типа C m H x F y Cl2. Температура кипения аммиака при атмосферном давлении составляет 33,5 °С, «Фреона- 12» -30°С, «Фреона-22» -42 °С.

В качестве холодильных агентов широко применяют фреоны - галоидные производные насыщенных углеводородов (C m H n), полученные путем замены атомов водорода атомами хлора и фтора. В технике из-за большого разнообразия фреонов и относительно сложного их наименования установлена условная числовая система обозначения, согласно которой каждое такое соединение в зависимости от химической формулы имеет свое число. Первые цифры в этом числе условно обозначают углеводород, производным которого является данный фреон: метан - 1, этан - 11, пропан - 21. Если в соединении присутствуют незамещенные атомы водорода, то их число прибавляют к этим цифрам. Далее к полученной сумме или к первоначальному числу (если все атомы водорода в соединении замещены) дописывают в виде следующего знака цифру, выражающую число атомов фтора. Так получают обозначения: R11 вместо монофтортрихлорметана CFCI2, R12 вместо дифтордихлорметана CF 2 C1 2 и т. д.

В холодильных установках в качестве холодильного агента обычно используют R12, а в перспективе будут широко применять R22 и R142. Преимущества фреонов - относительная безвредность, химическая инертность, негорючесть и взрывобезопас- ность; недостатки - низкая вязкость, способствующая утечке, и возможность растворяться в масле.

На рисунке 8.15 показана принципиальная схема парокомпрессорной холодильной установки и ее идеальный цикл в 75-диаграмме. В компрессоре 1 сжимается влажный пар холодильного агента, в результате чего (участок а-Ь) получается сухой насыщенный или перегретый пар. Обычно степень перегрева не превышает

130... 140 “С, чтобы не усложнять эксплуатацию компрессора из-за повышенных механических напряжений и не применять масла

Рис. 8.15.

/ - компрессор; 2 - охлаждаемое помещение; 3- дроссельный вентиль; 4 - конденсатор специальных сортов. Из компрессора перегретый пар с параметрами pi и 02 поступает в охладитель (конденсатор 2). В конденсаторе при постоянном давлении перегретый пар отдает охлаждающей воде теплоту перегрева (процесс Ь-с) и его температура становится равной температуре насыщения 0 н2 . Отдавая в дальнейшем теплоту парообразования (процесс c-d), насыщенный пар превращается в кипящую жидкость (точка d). Эта жидкость поступает к дроссельному вентилю 3, пройдя через который она превращается в насыщенный пар небольшой степени сухости (х 5 = 0,1...0,2).

Известно, что энтальпия рабочего тела до и после дросселирования одинакова, а давление и температура понижаются. На 7s- диаграмме изображена штриховая линия постоянной энтальпии d-e, точка е которой характеризует состояние пара после дросселирования.

Далее влажный пар поступает в охлаждаемую емкость, называемую рефрижератором 4. Здесь при неизменных давлении и температуре пар расширяется (процесс е-а), отнимая определенное количество теплоты. Степень сухости пара при этом увеличивается (х| = 0,9...0,95). Пар с параметрами состояния, характеризуемыми точкой 1, засасывается в компрессор, и работа установки повторяется.

На практике пар после дроссельного вентиля поступает не в рефрижератор, а в испаритель, где отнимает теплоту у рассола, который, в свою очередь, отнимает теплоту от рефрижератора. Это объясняется тем, что в большинстве случаев холодильная установка обслуживает ряд потребителей холода, и тогда незамерзающий рассол служит промежуточным хладоносителем, непрерывно циркулируя между испарителем, где он охлаждается, и специальными воздухоохладителями в рефрижераторах. В качестве рассолов применяют водные растворы хлорида натрия и хлорида кальция, имеющие достаточно низкие температуры замерзания. Растворы пригодны для использования лишь при температурах, превышающих те, при которых они замерзают как однородная смесь, образуя соленый лед (так называемая криогидратная точка). Криогидратной точке для раствора NaCl с массовой концентрацией 22,4 % соответствует температура -21,2 "С, а для раствора СаС1 2 с концентрацией 29,9 - температура -55 °С.

Показателем энергетической эффективности холодильных установок служит холодильный коэффициент е, представляющий собой отношение удельной холодопроизводительности к затраченной энергии.

Действительный цикл парокомпрессорной холодильной установки отличается от теоретического тем, что из-за наличия внутренних потерь на трение сжатие в компрессоре происходит не по адиабате, а по политропе. В результате уменьшается затрата энергии в компрессоре и снижается холодильный коэффициент.

Для получения низких температур (-40...70 °С), требуемых в некоторых технологических процессах, одноступенчатые парокомпрессорные установки оказываются или неэкономичными, или совершенно непригодными из-за снижения КПД компрессора, обусловленного высокими температурами рабочего тела в конце процесса сжатия. В таких случаях применяют или специальные холодильные циклы, или в большинстве случаев двухступенчатое или многоступенчатое сжатие. Например, двухступенчатым сжатием аммиачных паров получают температуры до -50 °С, а трехступенчатым - до -70 °С.

Основное преимущество абсорбционных холодильных установок по сравнению с компрессорными - использование для выработки холода не электрической, а тепловой энергии низкого и среднего потенциалов. Последнюю можно получить от водяного пара, отбираемого, например, из турбины на теплоэлектроцентралях.

Абсорбцией называется явление поглощения пара жидким веществом (абсорбентом). При этом температура пара может быть ниже температуры абсорбента, поглощающего пар. Для процесса абсорбции необходимо, чтобы концентрация абсорбируемого пара была равна или больше равновесной концентрации этого пара над абсорбентом. Естественно, что в абсорбционных холодильных установках жидкие абсорбенты должны с достаточной скоростью поглощать холодильный агент, и при одинаковых давлениях температура их кипения должна быть значительно выше температуры кипения холодильного агента.

Наиболее распространены водно-аммиачные абсорбционные установки, в которых аммиак служит холодильным агентом, а вода - абсорбентом. Аммиак хорошо растворим в воде. Например, при 0 °С в одном объеме воды растворяется до 1148 объемов парообразного аммиака, и при этом выделяется теплота около 1220 кДж/кг.

Холод в абсорбционной установке вырабатывается по схеме, изображенной на рисунке 8.16. На этой схеме нанесены примерные значения параметров рабочего тела в установке без учета потерь давления в трубопроводах и потерь температурного напора в конденсаторе.

В генераторе 1 происходит выпаривание насыщенного аммиачного раствора при подогреве его водяным паром. В результате этого отгоняется легкокипящий компонент - аммиачный пар с незначительной примесью паров воды. Если поддерживать температуру раствора около 20 “С, то давление насыщения паров аммиака составит примерно 0,88 МПа. Чтобы содержание NH 3 в растворе не уменьшилось, с помощью перекачивающего насоса 10 из абсорбера в генератор непрерывно подается крепкий концентриро-

Рис. 8.16.

/-генератор; 2- конденсатор; 3 - дроссельный вентиль; 4- испаритель; 5-насос; б-перепускной вентиль; 7- охлаждаемая емкость; абсорбер; 9-змеевик; 10- насос

ванный аммиачный раствор. Насыщенный аммиачный пар (х= 1), получаемый в генераторе, направляется в конденсатор 2, где аммиак превращается в жидкость (х = 0). После дросселя 3 аммиак поступает в испаритель 4, при этом давление его снижается до 0,3 МПа (/ н = -10 °С) и степень сухости становится равной примерно 0,2.„0,3. В испарителе аммиачный раствор выпаривается за счет теплоты, подводимой рассолом из охлаждаемой емкости 7. При этом температура рассола понижается от -5 до -8 °С. С помощью насоса 5 он обратно перегоняется в емкость 7, где вновь нагревается до -5 °С, отбирая теплоту от помещения и поддерживая в нем постоянную температуру, примерно -2 °С. Выпаренный в испарителе аммиак со степенью сухости х= 1 поступает в абсорбер 8, где поглощается слабым раствором, подаваемым через перепускной вентиль 6 из генератора. Поскольку абсорбция - экзотермическая реакция, то для обеспечения непрерывности процесса теплообмена абсорбцит отводят охлаждающей водой. Полученный в абсорбере крепкий аммиачный раствор насос 10 перекачивает в генератор.

Таким образом, в рассмотренной установке имеются два аппарата (генератор и испаритель), где теплота подводится к рабочему телу извне, и два аппарата (конденсатор и абсорбер), в которых теплота отводится от рабочего тела. Сравнивая принципиальные схемы парокомпрессорной и абсорбционной установок, можно отметить, что генератор в абсорбционной установке заменяет нагнетательную, а абсорбер - всасывающую части поршневого компрессора. Сжатие холодильного агента происходит без затраты механической энергии, если не считать небольших расходов на перекачивание крепкого раствора из абсорбера в генератор.

В практических расчетах в качестве энергетического показателя абсорбционной установки также принимают холодильный коэффициент е, представляющий собой отношение количества теплоты q 2 воспринимаемого рабочим телом в испарителе к количеству теплоты q u затрачиваемому в генераторе. Подсчитанный таким образом холодильный коэффициент всегда меньше холодильного коэффициента парокомпрессорной установки. Однако сравнительная оценка энергетической эффективности рассмотренных способов получения холода в результате непосредственного сопоставления способов только холодильных коэффициентов абсорбционной и парокомпрессорной установок неправильна, так как она определяется не только количеством, но и видом затраченной энергии. Два метода получения холода следует сравнивать по значению приведенного холодильного коэффициента, представляющему собой отношение холодопроизводительности q 2 к расходу теплоты топлива q it т. е. ? пр = Яг Я- Оказывается, что при температурах испарения от -15 до -20 °С (используемых основной массой потребителей) е пр абсорбционных установок выше, чем парокомпрессорных, вследствие чего в ряде случаев абсорбционные установки выгоднее не только при снабжении их паром, отбираемым из турбин, но и при снабжении их паром непосредственно из паровых котлов.

Страница 4 из 5

Система автоматизации представляет собой последовательное объединение при помощи трубопроводов всех элементов холодильной установки, обеспечивающее точное поддержание заданной температуры охлаждения, непрерывный контроль и защиту машины от аварий, а также надежность эксплуатации холодильного оборудования. В системе должна быть предусмотрена возможность простой регулировки температуры и экономичной эксплуатации установки. Схему системы автоматизации выбирают в зависимости от холодопроизводительности и назначения установки.

Применяют системы автоматизации холодильных машин с регулированием производительности посредством отжатия электромагнитных клапанов, а также включения и выключения холодильных агрегатов. На транспорте наиболее распространены системы автоматики, устроенные по второму принципу.

Устройство системы автоматического регулирования фреоновой машины обусловливается типом компрессора, испарителя и конденсатора, способом изменения холодопроизводительности, а также числом ступеней сжатия или каскадов охлаждения.

Характерная особенность автоматизации аммиачных холодильных установок - повышенные требования в отношении безопасности эксплуатации вследствие высокой токсичности аммиака, его взрывоопасности, а также опасности разрушения компрессоров от гидравлических ударов.

В вагонах рефрижераторного подвижного состава, вагонах-ресторанах, в пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха для охлаждения шкафов и небольших камер краткосрочного хранения продуктов применяют следующие автоматизированные фреоновые холодильные агрегаты :

• компрессор-двигатель;
• компрессор-конденсатор;
• испаритель-регулирующая станция;
• испаритель-конденсатор;
• компрессор-конденсатор-испаритель.

Компрессоры этих агрегатов обычно вертикальные или V-образные, многоцилиндровые блок-картерные, с воздушным охлаждением цилиндров. Существуют также герметичные агрегаты, в которых компрессор вместе с электродвигателем помещен в герметичный кожух. К таким агрегатам относятся установки домашних холодильников.

Рис. 1 - Схема холодильника «ЗИЛ» Москва

Холодильник «ЗИЛ-Москва» оборудован компрессором (7) (рис. 1) с электродвигателем (5), конденсатором (1), испарителем (2), термостатом (5), капиллярной трубкой (4), фильтром (5), пусковым и силовым реле. Компрессор имеет штуцер (6) для зарядки хладоном-12. Работа агрегата регулируется с помощью термостата, который автоматически поддерживает заданную температуру в холодильном шкафу. Включение электродвигателя осуществляется пусковым реле, в одном корпусе с которым смонтировано тепловое реле, защищающее двигатель от перегрузки.

Вагоны-рестораны оборудованы фреоновыми установками ФРУ и ФАК для охлаждения холодильных шкафов и камер. Схема фреоновой ротационной установки (ФРУ) показана на (рис. 2), а установки с поршневым компрессором - на рисунке 3.

Рис. 2 - Схема фреоновой ротационной холодильной установки: 1 - испаритель; 2 - терморегулирующий вентиль; 3 - жидкостная линия; 4 - предохранители; 5 - всасывающая линия; 6 - реле давления; 7 - арматурный щиток; 8 - выключатели; 9 - штепсельная розетка; 10 - магнитный пускатель; 11 - нагнетательный вентиль; 12 - газовый фильтр; 13 - ротационный компрессор; 14 - воздушный конденсатор; 15 - электродвигатель; 16 - всасывающий патрубок; 17 - обратный клапан; 18 - фильтр для жидкости; 19 - ресивер; 20 и 21 - запорные вентили ресивера

Рис. 3 - Схема фреоновой холодильной машины ИФ-50: 1 - испарительная батарея; 2 - терморегулирующий вентиль; 3 - магнитный пускатель; 4 - чувствительный патрон терморегулирующего вентиля; 5 - теплообменник; 6 - реле давления; 7 - компрессорно-конденсаторный агрегат

Холодильное оборудование цельнометаллического вагона-ресторана состоит из трех автоматических компрессорно-конденсаторных агрегатов типа ФАК-0,9ВР, снабженных приводом от электродвигателей постоянного тока ПНФ-5 напряжением 50 В. Каждый агрегат охлаждает два ящика или шкафа, оборудованных испарительными батареями и аккумуляционными плитами. В вагоне имеется три подвагонных ящика для хранения рыбы, мяса и напитков. В раздаточном отделении установлен шкаф для хранения кондитерских изделий; холодильный шкаф, который размещен на кухне, служит для хранения гастрономических продуктов; рядом с ним расположен шкаф для холодных блюд.

В холодильных установках вагонов-ресторанов используются две системы охлаждения - с непосредственным кипением хладагента и аккумуляционная. Для охлаждения подвагонных ящиков и шкафов применены трубчатые испарители из медных труб с плоскими латунными ребрами, а также испарители из медных труб сечением 12×1 мм с ребрами из тонкой латунной ленты. В подвагонном ящике для напитков и шкафу для кондитерских изделий установлены аккумуляционные плиты. Они представляют собой сварные баки из нержавеющей стали, внутри которых размещены трубчатые пластинчатые испарители. Межтрубное пространство внутри баков залито водой, которая замерзает во время работы установки и аккумулирует холод.

Все ящики и шкафы оборудованы терморегулирующими вентилями. Цикличность работы холодильных агрегатов обеспечивает реле давления РД-1, которое автоматически воздействует на пусковую аппаратуру электродвигателей.

Рис. 4 - Схемы автоматизированных поршневых холодильных установок с несколькими охлаждаемыми объектами: а - при двухпозиционном регулировании; б - при обслуживании двух камер; в - при регулировании температуры с помощью терморегуляторов; 1 - компрессор; 2 - ресивер; 3 - конденсатор; 4 - испаритель; 5 - терморегулирующие вентили; 6 - реле давления; 7 - магнитный пускатель; 8 - электродвигатель; 9 - автоматический дроссель давления; 10 - обратный клапан; 11 - промежуточное реле; 12 - соленоидный вентиль; 13 - терморегулятор; 14 - водорегулирующий вентиль

Типовые схемы автоматизации компрессионных поршневых холодильных установок с несколькими охлаждаемыми объектами могут быть выполнены в различных вариантах. Схема автоматизации при двухпозиционном регулировании в одном или двух испарителях с одинаковой температурой охлаждения воздуха камеры (рис. 4, а) предусматривает применение реле температуры испарителя, камеры или реле низкого давления компрессора. При обслуживании одной холодильной машиной двух камер с различными температурами (рис. 4, б) используют автоматический дроссель давления (9) (АДД). Схема регулирования температуры с помощью терморегуляторов показана на рисунке 4, в.