Автоматизация производственных процессов является важнейшим условием технического прогресса любой отрасли промышленности.

Цель автоматизации холодильных установок - замена ручного труда, точное поддержание заданных параметров, предотвращение аварий, увеличение срока службы оборудования, сокращение затрат, повышение культуры производства.

Эксплуатация автоматизированных холодильных установок обходится дешевле, так как отпадает необходимость в части обслуживающего персонала, занятого ручными операциями по пуску, регулированию и остановке холодильного оборудования, визуальному наблюдению за работой машин и аппаратов.

Устройства автоматизации могут выполнять как отдельные операции: контроль, сигнализация, включение и выключение исполнительных механизмов, так и совокупность этих операций: автоматическая защита и регулирование.

Любая операция, осуществляемая машинистом современных холодильных установок, поддается автоматизации. Однако не все операции целесообразно автоматизировать.

Автоматизация процессов регулирования и защиты необходима в тех случаях, когда эти процессы требуют затрат ручного труда и когда машинист не может обеспечить точное регулирование и надежную защиту. Очень важно также автоматизировать работы во вредных и взрывоопасных помещениях.

Абсорбционные и пароэжекторные холодильные машины ввиду отсутствия движущихся механизмов (кроме насосов) легче поддаются полной автоматизации, чем крупные компрессионные, которые требуют непрерывного наблюдения и квалифицированного обслуживания.

Крупные и средние холодильные установки снабжают частичной автоматизацией, при которой автоматически регулируется лишь часть процессов. Чаще такие холодильные установки работают на полуавтоматическом режиме, при котором остановка машины происходит автоматически, а пуск вручную.

Основными частями любой автоматической системы являются: измерительный (чувствительный) элемент, или датчик, воспринимающий изменение регулируемой величины; регулирующий орган, изменяющий по сигналу измерительного элемента подачу вещества или энергии в регулируемый объект, и передаточное устройство, соединяющее датчик с исполнительным механизмом. Измерительный элемент снабжен обычно приспособлением для настройки на заданное значение регулируемой величины.

Приборы автоматического управления должны включать или выключать компрессоры и насосы при изменениях нагрузки. Компрессорами управляют с помощью реле температуры, останавливающих компрессоры при понижении температуры рассола или давления в испарителях ниже заданного предела и включающих их при повышении температуры в испарителе. Иногда холодильные машины включают с помощью реле времени, которому задают время включения компрессора.

Приборы автоматического регулирования предназначены для поддержания заданных параметров работы холодильной установки: температуры, давления, уровня. Благодаря плавному регулированию холодопроизводительности можно поддерживать заданную температуру хладоносителя при понижении тепловой нагрузки. Достигается оно следующими путями:
установкой регуляторов давления «до себя», поддерживающих постоянное давление в испарителях и дросселирующих пары перед компрессором;
установкой регуляторов давления «после себя», перепускающих часть паров из нагнетательной линии во всасывающую. За счет этого часть паров, которая могла бы поступить в компрессор из испарителя, отсекается и холодопроизводительность установки падает;
подключением дополнительного вредного пространства в поршневом компрессоре, уменьшающего отсос паров хладагента из испарителя.

Регулирование подачи хладагента в испаритель преследует две цели: обеспечение безопасной работы компрессора, путем защиты его от гидравлического удара и уменьшение или увеличение холодопроизводительности установки.

Автоматическая сигнализация оповещает о изменениях режима, которые могут повлечь за собой срабатывание элементов автоматической защиты, и извещает о включении и выключении машин, магнитных вентилей, задвижек и приборов. Примером сигнального прибора служит дистанционный указатель уровня ДУ, соединяемый с исполнительными механизмами - соленоидными вентилями или звуковыми сигнальными устройствами - ревунами.

Автоматическая защита позволяет избегать опасных для холодильной машины последствий чрезмерного повышения давления нагнетания, понижения давления и температуры испарения, нарушений режима работы смазочных устройств и т. д.

Для защиты установок от аварийного режима в схемах автоматизации предусматривают приборы, отключающие холодильные агрегаты при резких нарушениях режима работы.

Вынос вторичных показаний приборов контроля и измерения (термометров, манометров, расходомеров, указателей уровня) на центральный щит, где расположена и регулирующая станция, позволяет управлять работой холодильной установки централизованно. Часть измерений записывают самопишущие приборы (термометры, манометры).

Комплексная автоматизация холодильной установки состоит в оснащении ее устройствами автоматического управления, регулирования и защиты, а также средствами контроля и сигнализации, обеспечивающими исправную работу этих устройств.

Контрольные вопросы
1. Что дает автоматизация холодильных установок?

2. Назовите основные элементы автоматизации.

3. Из каких элементов состоит система автоматического регулирования?

4. Расскажите об устройстве ТРВ,
170
5. Объясните конструкцию и принцип работы соленоидного вентиля.

6. Как работают мембранные пневматические клапаны?

7. Назовите способы регулирования холодопроизводительности.

8. Расскажите о работе реле давления.

9. Расскажите об устройстве РУКЦ.

10. Что вы знаете о водорегулирующем вентиле?

11. Перечислите способы защиты компрессора от опасности гидравлического удара.

12. Объясните устройство и принцип работы дистанционного указателя уровня.

13. Какие виды автоматической сигнализации вы знаете?

14. Проследите работу приборов автоматизации в схеме двухступенчатой холодильной установки.

15. Расскажите об особенностях автоматизации холодильных турбоагрегатов.

16. Расскажите о схемах автоматизации отдельных узлов аммиачных холодильных установок.

Обслуживающий персонал неавтоматизированной холодильной установки пускает и останавливает холодильную машину, регу­лирует подачу жидкого агента в испаритель, регулирует температурный режим в холодильных камерах и холодопроизводительность компрессоров, наблюдает за работой аппаратов, механиз­мов и т. п.

При автоматическом регулировании холодильных машин эти ручные операции отпадают. Эксплуатация автоматизированной установки намного дешевле, чем эксплуатация установки с ручной регулировкой (сокращение затрат на содержание обслуживающего персонала). Автоматизированная установка экономичнее по за­тратам энергии, точнее поддерживает заданные температурные режимы. Приборы автоматики быстро реагируют на всякие от­клонения от нормальных условий работы, а при возникновении опасности выключают установку.

Применяют различные автоматические приборы - управления, регулирования, защиты, сигнализации и контроля.

Приборы автоматического управления включают или выклю­чают в определенной последовательности машины и механизмы; включают резервное оборудование при перегрузках системы; включают вспомогательные аппараты при оттаивании инея с по­верхности охлаждающих батарей, выпуске масла, воздуха и т. п.

Приборы автоматического регулирования поддерживают в оп­ределенных пределах основные параметры (температуру, давле­ние, уровень жидкости), от которых зависит нормальная работа холодильной установки, или регулируют их в соответствии с за­данной программой.

Приборы автоматической защиты при возникновении опасных условий (чрезмерном повышении давления нагнетания, перепол­нении отделителей жидким аммиаком, повреждении системы смазки) выключают холодильную установку или ее части.

Приборы автоматической сигнализации подают световые или звуко-вые сигналы, когда контролируемая величина достигает заданных или предельно допустимых значений.

Н. Д. Кочетков

322 Автоматизация холодильных установок

Приборы автоматического контроля (приборы-самописцы) регистри-руют параметры машины (температуру в разных точках, давление, количество циркулирующего агента и т. п.).

Комплексная автоматизация предусматривает оборудование холоди-льной установки автоматическими устройствами управле­ния, регули-рования и защиты. Средства контроля и сигнализации необходимы лишь для наблюдения за правильным действием этих устройств.

В настоящее время установки небольшой и значительная часть установок средней производительности автоматизированы пол­ностью; крупные установки в большинстве случаев автоматизи­рованы частично (полуавтоматические установки).

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ

УСТАНОВОК

Применяемые приборы автоматического регулирования отличаются разнообразием выполняемых функций и принципов действия.

Каждый автоматический регулятор состоит из чувствительного эле-мента, воспринимающего изменение регулируемого параметра; регули-рующего органа; промежуточной связи, соединяющей чув­ствительный элемент и регулирующий орган. Рассмотрим способы регулирования основных параметров и наиболее характерные приборы.

Регулирование температуры холодильных камер. В холодиль­ных камерах необходимо поддерживать постоянные температуры, даже если меняется тепловая нагрузка на охлаждающие батареи.

Постоянная температура поддерживается регулированием холодо-производительности батарей. Простой и распространенной является двухпозиционная система регулирования. При этой системе в каждой камере устанавливается индивидуальное реле температуры, например, типа ТДДА - двухпозиционное дистан­ционное термореле (рис. 193), или других типов. На трубопроводе жидкого холодильного агента или рассола перед входом в батареи устанавливается соленоидный вентиль (рис. 194). При повышении температуры воздуха до верхнего заданного предела регулятор температуры автоматически замыкает электричес-кую цепь соле­ноидного вентиля. Вентиль полностью открывается, и охлаждаю­щая жидкость поступает в батареи; камеры охлаждаются. При по­нижении температуры воздуха до нижнего заданного предела регулятор температуры, наоборот, размыкает цепь вентиля, пре­кращая подачу холодной жидкости в батареи.

Термобаллон 1 (чувствительный патрон) регулятора температуры ТДДА (см. рис. 193), частично заполненный жидким фреоном-12,­

Автоматическое регулирование холодильных установок 323

размещают в холодильной камере, температуру которой требуется регулировать. Давление фреона в термобаллоне зависит от его температуры, которая равна температуре воздуха камеры. С повышением этой температуры давление в термобаллоне увели­чивается. Повышенное давление через капиллярную трубку 2 передается в камеру 3, в которой расположен сильфон 4, пред­ставляю-

щий собой гофрированную трубку. Сильфон сжимается и перемещает в осевом направлении иглу 5, которая поворачи­вает угловой рычаг 6 (см. также схему справа) вокруг оси 7 против часовой стрелки, преодолевая сопротивление пружины 22. Рычаг 6 песет на себе пластинчатую пру-жину с прикрепленной к ней тягой 8, которая при движении рычага против часовой стрелки перемещается влево. С тягой 8 скреплен палец 10, перемещаю­щийся в прорези контактной пластинки 12. В некоторый момент палец соприкасается с рычагом 9 и поворачивает этот рычаг, а также контактную пластинку 12 (которая связана с рычагом пружиной 11) вокруг оси 13 (в данном случае против часовой стрелки). В это

324 Автоматизация холодильных установок

время нижний конец контактной пластинки при­ближается к постоянному подковообразному магниту 18 и быстро притягивается им. Основной 17 и искрогасительный 26 контакты при этом замыкаются. Цепь управления соленоидного вентиля, установленного на жидкостной линии, замыкается, вентиль от­крывается, й жидкость посту­пает в батареи.

С понижением температуры воздуха давление в термобаллоне и в камере 3, где находится сильфон, уменьшается и угловой рычаг 6 под действием пружины 22 поворачивается по часовой стрелке. Палец 10 перемещается от рычага 9 до конца прорези в контактной пластинке 12 (свободный ход), нажимает на пластинку и, преодолевая притяжение магнита, резко поворачивает ее по часовой стрелке. В этот момент электрические контакты размы­каются, соленоидный вентиль закры-вается и подача жидкости в батареи прекращается.

Автоматическое регулирование холодильных установок 325

Температура камеры, при которой размыкаются электрические кон-такты, устанавливается в зависимости от натяжения пру­жины 22. Для настройки прибора на определенную температуру размыкания переме-щают каретку 21 с указателем 20 на соответ­ствующее деление темпера-турной шкалы 19, что достигается при вращении винта 23 ручкой 24.

Прибор регулируется на определенную разность температур замыка-ния и размыкания электрических контактов. Эта разность зависит от величины свободного хода пальца 10 в прорези кон­тактной пластинки. Свободный же ход меняется при перемеще­нии верхнего конца рычага 9 вдоль прорези, что достигается при повороте кулачка 14 вокруг оси 13. Чем больше радиус кулачка в месте касания рычага 9, тем больше свободный ход и тем больше разность температур замыкания и размыкания контактов.

Регулятор температуры ТДДА обеспечивает выключение соленоид-ного вентиля в пределах шкалы температур от -25 до 0° С. Возможная погрешность ±1° С. Минимальный дифференциал при­бора составляет 2° С, максимальный - не менее 8° С. Масса при­бора 3,5 кг, длина капилляра 3 м.

Для крупных холодильников разработана многоточечная цен­трализованная система автоматического регулирования темпера­туры в камерах - машина «Амур». Такие машины изготовляют па 40, 60 и 80 точек регулирования. Они могут быть использо­ваны не только для регулирования температуры воздуха, но и тем­пературы кипения холодильного агента, температуры рассола и т. п. Машина имеет устройства для измерения температуры в точках регулирования.

Соленоидные (электромагнитные) вентили (см. рис. 194) рабо­тают следующим образом. При подаче напряжения на катушку электромаг-нита возникает электрическое поле, которое втягивает сердечник; связанный с ним разгрузочный клапан приподнимается, открывая седло малого диаметра. После этого жидкость с нагне­тательной стороны, т. е. из полости над клапаном (в вентиле СВА) или над мембраной (в вентиле СВМ) через сквозные отверстия п малое седло поступает в полость под клапаном. Клапан разгру­жается от давления, которое прижимало его к седлу, и откры­вается для протока жидкости под напором из нагнетательного трубопровода. После выключения соленоидной катушки, наобо­рот, сердечник с разгрузочным клапаном опускаются вниз, пере­крывая седло малого диаметра. Давление сверху на основной клапан увеличивается, и он под действием собственного веса и пружины опускается на свое седло, перекрывая поток жидко­сти.

Соленоидные вентили относятся к числу наиболее распростра­ненных приборов автоматизации аммиачных и фреоновых холо­дильных уста-

326 Автоматизация холодильных установок

новок. Для жидкого и газообразного фреона и аммиака, рассола и воды соленоидные вентили выпускают с диа­метром условного прохода от 6 до 70 мм. Раньше использовались преимущественно поршневые соленоидные вентили типа СВА; в последнее время применяют мембранные вентили типа СВМ усовершенствованной конструкции. Температура рабочей среды может колебаться от -40 до +50° С. Соленоидный вентиль (с фильтром перед ним) устанавливают на горизонтальном участке трубопровода в вертикальном положении.

Регулирование температуры воздуха возможно также путем измене-ния температуры или расхода холодильного агента (при рассольном охлаждении холодоносителя) в батареях с использо­ванием пропорцио-нальных регуляторов температуры ПРТ. Такие регуляторы применяют редко.

Для автоматического регулирования температуры воздуха при испо-льзовании малых фреоновых установок с одним охлаждае­мым объек-том применяют включение и выключение компрессора. Для включения и выключения используют приборы, реагирующие на температуру или давление кипения в испарителе, или непо­средственно на температуру воздуха камеры.

Регулирование холодопроизводительности компрессоров. Тепло-вая нагрузка холодильных камер может меняться в широких пределах в зависимости от количества и температуры поступаю­щих продуктов, температуры окружающей среды и других фак­торов. Холодопроизво-дительность устанавливаемых компрессоров выбирают с расчетом поддержания требуемых температур при наиболее трудных условиях.

В небольших фреоновых установках непосредственного испа­рения производительность компрессоров регулируют одновременно с регулированием температуры охлаждаемого объекта методом пуска и остановок при соответствующих значениях одного из ре­гулируемых параметров.

В машинах с рассольным охлаждением наиболее удобным парамет-ром для регулирования производительности компрессора является тем-пература рассола при выходе из испарителя. В случае уменьшения теп-ловой нагрузки температура рассола в испарителе быстро понижается до нижнего заданного предела и регулятор температуры (например, типа ТДДА), размыкая цепь катушки магнитного пускателя, останав-ливает электродвигатель компрес­сора. При повышении температуры до верхнего заданного предела регулятор температуры включает вновь компрессор в работу. Чем больше тепловая нагрузка на испаритель (охлаждающие батареи), тем продолжительнее работает компрессор. Изменением коэффи­циента рабочего времени достигается необходимая Автоматическое регулирование холодильных установок 327

средняя про­изводительность компрессора.

В средних и крупных установках система содержит большое количество батарей, предназначенных для охлаждения многих по­мещений. При достижении заданных температур в отдельных помещениях часть охлаждающих батарей должна быть выключена н холодопроизводительность компрессоров соответственно умень­шена.

Наиболее приемлемым в таком случае является многопози­ционное (ступенчатое) регулирование путем изменения рабочего объема, описы-ваемого поршнями компрессоров. В установках с несколькими компрес-сорами многопозиционное регулирование осуществляют включением и выключением отдельных компрессо­ров, управляемых регуляторами температуры со смещенными пределами настройки. Наличие двух одинаковых компрессоров позволяет получить три ступени холодо-производительности: 100- 50-0%. Два компрессора АВ-100 и АУ-200 дают четыре ступени холодопроизводительности: 100-67-33-0%. Ступенчатое регули­рование многоцилиндровых непрямоточных комп-рессоров воз­можно выключением из работы отдельных цилиндров путем отжатия всасывающих клапанов специальным механизмом, управляе­мым реле низкого давления.

Значительно реже применяют плавное регулирование производитель-ности компрессора-дросселированием всасываемого пара, изменением величины мертвого объема компрессора и т. п. Эти спо­собы энергетичес-ки невыгодны. Сравнительно перспективным является метод регулирова-ния холодопроизводительности измене­нием числа оборотов компрессора (применение многоскоростных электродвигателей).

Регулирование подачи хладагента в испаритель. Независимо от величины тепловой нагрузки приборы автоматического регули­рования должны обеспечивать правильное заполнение испарителя холодильным агентом. Избытка жидкости в испарителе допускать нельзя, так как это приводит к снижению экономичности работы и к возникновению гидравлического удара («влажный ход»).

В случае недостатка жидкости некоторая часть поверхности не исполь-зуется, что также ухудшает режим работы вследствие понижения темпе-ратуры испарения.

Приборами, регулирующими подачу жидкости в испаритель, являются терморегулирующие вентили ТРВ и поплавковые регу­лирующие вентили ПРВ. В этих же приборах осуществляется процесс дросселирования жидкости.

Основной тип изготовляемых терморегулирующих вентилей –мембран-ные, в металлическом корпусе. Схема включения ТРВ приведена на рис. 195. Действие прибора зависит от перегрева пира, выходящего из испари-

328 Автоматизация холодильных установок

теля. Отсутствие перегрева указывает на излишек жидкости в испарителе и на возможность попадания ее во всасывающую линию и в компрессор. В этом случае ТРВ автоматически прекращает подачу жидкости в испаритель. Боль­шой перегрев паров хладагента при всасывании является, наобо­рот, признаком недостатка его в испарителе. При этом условии ТРВ усиливает подачу жидкости.

В аммиачном вентиле ТРВА термобаллон (чувствительный элемент прибора) заполнен фреоном-22, близким по рабочим давлениям к амми-аку. Термобаллон плотно прикрепляют к всасывающему трубопроводу; он имеет температуру паров аммиака, выходящих из испарителя.

Автоматическое регулирование холодильных установок 329

При изменении температуры давление в термобаллоне меняется. Клапан вентиля механически связан с мембраной, на которую сверху действует давление пара из термобаллона, передаваемое по капилляр-ной трубке, а снизу - давление из испарителя по урав­нительной трубке (через штуцер 7). От разности указанных дав­лений, пропорцио-нальной перегреву пара на выходе из испари­теля, зависит перемещение мембраны, а вместе с тем и открывание клапана, регулирующего пода-чу жидкости в испаритель. Аммиак поступает в ТРВА через штуцер 10. Дросселирование совершается и клапанном отверстии и частично в дроссельной трубке 8, ко­торая обеспечивает более спокойное и равно-мерное протекание агента через вентиль.

Во время работы машины ТРВА поддерживает постоянный перегрев пара; соответствующей настройкой величину перегрева можно менять в пределах от 2 до 10° С. Настройка осуществляется при помощи винта 4 и связанных с ним регулировочных зубчатых колес. При вращении винта меняется натяжение пружины 3, противодействующей открыванию клапана.

ТРВА позволяет надежно регулировать подачу аммиака в ис­парители разных типов при температурах кипения от 0 до -30° С. Питание ко-жухотрубных испарителей для охлаждения рассола настраивают при небольших перегревах (от 2 до 4° С). Выпу­скаются разные модели ТРВА, рассчитанные на холодопроизводительность от 6 до 230 квт (~5-200 Мкал/ч).

ТРВ на 12-190 квт 10-160 Мкал/ч) для фреоновых уста­новок по конструкции близки к вентилям типа ТРВА. В малых фреоновых маши-нах применяют мембранные ТРВ без уравни­тельных линий.

Регулирование подачи аммиака в испарители и сосуды со сво­бодным уровнем жидкости возможно при помощи поплавковых регулирующих вентилей низкого давления ПРВ (рис. 196).

ПРВ устанавливают на том уровне, который желательно поддержи-вать в испарителе (или другом сосуде). Корпус прибора соединяют с испарителем уравнительными линиями (жидкостной и паровой). Изменение уровня жидкости в испарителе приводит к изменению уровня в корпусе ПРВ. Одновременно меняется положение поплавка внутри корпуса, что вызывает перемещение клапана и изменение площади сечения для протока жидкости из конденсатора в испаритель.

В поплавковых вентилях непроходного типа холодильный агент пос-ле дросселирования в клапанном отверстии поступает непосредственно в испаритель, минуя поплавковую камеру. В вен­тилях проходного типа хладагент после дросселирования посту­пает в поплавковую камеру, а из нее отводится в испари­тель.

330 Автоматизация холодильных установок

Автоматическое регулирование холодильных установок 331

ния уровня жидкости в испарителях и сосудах. В отличие от вен­тилей низкого давления ПР-1 можно устанавливать на разных уровнях по отношению к испарителю и конденсатору.

К корпусу вентиля приварен штуцер, соединяющий вентиль с нижней частью конденсатора. Внутри корпуса расположен поплавок, связанный при помощи рычага с игольчатым клапаном. Аммиак через отверстие в седле клапана, канал и дроссельную трубку проходит к выходному

штуцеру и через него в трубопровод к испарителю. Внутри корпуса вентиля имеется капиллярная трубка. Верхний конец ее открыт, а нижний при помощи каналов соединен с дроссельной трубкой. Давле-ние в вентиле устанавливается немного ниже, чем в конденсаторе; жидкость из него поступает в корпус вентиля. Под действием жидкости поплавок всплывает. Чем больше жидкости поступает в корпус поп-лавка, тем больше открывается клапан для прохода ее в испаритель. При пользовании вентилем типа ПР-1 конденсатор свободен от жидкос-ти. Поэтому количество аммиака в системе должно быть таким, чтобы при полном перетекании аммиака в испаритель уровень жидкости в нем находился не выше, чем между первым и вторым сверху рядами труб испарителя. При таком заполнении

332 Автоматизация холодильных установок

исключается опасность попадания жидкого аммиака во всасы­вающую линию и создаются благоприятные условия для интен­сивного теплообмена в испарителе.

Для позиционного регулирования уровня жидкости в аппара­тах холодильной установки часто используют регуляторы уровня косвенного действия, состоящие из дистан-ционного указателя уровня (например,

ДУ-4, РУ-4, ПРУ-2) и управляемого им со­леноидного вентиля. Эти прибо­ры вклю-чают в схему (рис. 198) так, что в случае чрезмерного повышения уровня жидкости в аппарате дистанционный ука­затель раз-мыкает электриче­скую цепь управления солено­идного вентиля и он закры­вается, прекратив подачу холо­дильного агента в испаритель.

Если же уровень жидкости в испарителе понизится по сравне­нию с оп-тимальным, то дистанционный указатель снова замкнет электрическую цепь соленоидного вентиля; подача жидкости будет возобновлена.

Регулирование подачи охлаждающей воды на конденсатор.

Вода на конденсатор подается через водорегулирующий вентиль

(рис. 199), поддерживающий приблизительно постоянное давле­ние и температуру конденсации при разных нагрузках. Давление конденса-ции воспринимает мембрана вентиля или сильфон, изме­няющие положение шпинделя и сечение для прохода воды. В уста­новках с градирнями водорегулирующие вентили не применяют.
Автоматическая защита и сигнализация 333

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.

2. Регулирование температуры в охлаждаемом объекте

3. Регулирование давления хладагента

4. Реле контроля смазки

5. Регулирование холодопроизводительности

6. Регулирование давления конденсации

7. Регуляторы давления испарения.

8. Регуляторы производительности.

9. Пусковые регуляторы.

10. Соленоидные вентили и клапаны обратимости цикла

11. Автоматическое оттаивание испарителей.

12. Микропроцессорные приборы управления для холодильных установок.

13. Схемы автоматизации торгового холодильного оборудования.

1. Системы автоматического регулирования

Для обеспечения нормальной работы холодильной установки необходимо поддерживать в определенных пределах или регули­ровать в соответствии с заданной программой значения целого ряда физических величин или параметров, основными из кото­рых являются:

1. Температура в охлаждаемом объеме.

2. Оптимальное заполнение испарителя хладагентом.

3. Давления кипения и кон­денсации хладагента.

4. Производительность компрессора.

Автоматическое регулирование холодильной машины позво­ляет обеспечить точность поддержания заданных параметров. В ре­зультате поддержания оптимального режима эксплуатации холо­дильного оборудования сокращаются потери пищевых продуктов в холодильной камере, сохраняется их качество, снижаются экс­плуатационные затраты, увеличивается срок службы холодильных установок.

Автоматизация процессов регулирования, защиты и сигнализации. Автоматизация холодильной установки включает автоматизацию процессов сигнализации, защиты и регулирования.

Регулирование - это процесс поддержания значения па­раметра (температуры, давления и т.п.), называемого регулируе­мым, постоянным либо в заданных пределах. Процесс поддержа­ния постоянной температуры в охлаждаемом помещении называется регулированием температуры. Соответственно сама тем­пература будет регулируемым параметром. Система автоматичес­кого регулирования обеспечивает поддержание регулируемого параметра (температуры, давления или уровня) в заданных пре­делах.

Она включает в себя объект регулирования, автомати­ческий регулятор, регулирующий орган, а также связи между ними (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Структурная схема системы автоматического регулирования

Объект регулирования - это помещение, емкость, система или механизм, в которых регулируется протекающий процесс, т.е. под­держивается постоянное значение регулируемого параметра. Так, при регулировании температуры в охлаждаемом помещении объек­том регулирования будет само помещение.

Автоматический регулятор - контролирует заданный процесс в объекте регулирования и управляет работой регулирующего орга­на в соответствии с задачей регулирования.

Регулирующий орган (клапан, механизм) служит для измене­ния расхода вещества (хладагента, воздуха, рассола), подводимо­го к объекту регулирования.

Система автоматического регулирования работает следующим образом. Автоматический регулятор постоянно замеряет значение регулируемого параметра и сравнивает его с заданным. При от­клонении регулируемого параметра от заданного значения авто­матический регулятор через регулирующий орган изменяет рас­ход подводимого вещества таким образом, чтобы регулируемый параметр вернулся в исходное состояние. Например, увеличение тепловой нагрузки в охлаждаемом помещении вызовет в нем рост температуры. Автоматический регулятор, определив значение и знак отклонения регулируемой температуры от заданной, даст управляющий сигнал на регулирующий орган. Он увеличивает отвод теплоты из помещения, и его температура вернется к заданному значению.

Системы автоматической защиты - устраняют возможность ава­рий при внезапном изменении режима работы агрегата. При дос­тижении предельного значения контролируемого параметра авто­матический регулятор через регулирующий орган либо выключа­ет контролируемый агрегат, либо ограничивает рост параметра во избежание разрушения механизма.

Системы автоматической сигнализации в зави­симости от назначения делятся на две группы:

1. Системы аварийно-предупредительной сигнализации.

2. Системы сигнализации рабо­тающих механизмов.

Система аварийно-предупредительной сигнализации - при дости­жении контролируемым параметром предельного значения выда­ет световой или звуковой сигнал. Обслуживающий персонал из­меняет опасный режим работы механизма, воздействуя на регу­лирующий орган.

Система сигнализации работающих механизмов - дает световую индикацию на пульте управления о включении в работу наиболее важных механизмов.

Приборы автоматического регулирования и контроля процес­сов, протекающих при работе холодильной установки, предназ­начены для обеспечения безопасной эксплуатации установки и повышения эффективности ее работы. Экономичность эксплуата­ции повышается главным образом за счет уменьшения затрат тру­да на обслуживание холодильной установки и повышения произ­водительности труда персонала. Использование приборов автоматики и защиты позволяет решить главную задачу - поддержание заданной температуры охлаждаемого объекта. К за­дачам автоматизации процессов установки относят также поддер­жание определенного уровня жидкого хладагента в аппаратах и постоянной температуры конденсации; обеспечение защиты от гидравлического удара, перегрева отдельных частей установки, взрыва аппаратов, замерзания хладоносителя, срыва работы насоса.

Задачей обслуживающего персонала является грамотное тех­ническое обслуживание приборов, входящих в состав схемы, и периодическая проверка их исправности: защитных реле уровня - один раз в 10 дней, других приборов автоматики - один раз в месяц. Среди приборов автоматики наибольшее применение на­ходят реле температуры, давления и разности давлений, регуля­торы уровня и реле уровня с исполнительными механизмами, терморегулирующие вентили, реле протока и расхода. Настройка этих приборов, как правило, производится при пусконаладочных работах. Современные торговые хладоновые холодильные маши­ны оснащены рядом приборов, полностью или частично автома­тизирующих рабочие процессы. Применяются различные схемы автоматизации. При полной автоматизации отпадает необходимость в систематическом контроле за работой холодильной машины, и обслуживающий персонал осуществляет лишь периодическое наблюдение, проверяя исправность оборудования и устраняя воз­никшие технические неполадки.

Широко используемые в торговле хладоновые холодильные машины с непосредственной системой охлаждения, как прави­ло, полностью автоматизированы.

Применение средств автоматизации делает работу холодиль­ных машин более производительной, экономически выгодной и безопасной.

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.