Системы хладоснабжения

Теплообменные процессы, проводимые при температурах ниже температуры окружающей среды, получили широкое распространение как в теплотехнологии различных отраслей промышленности, так и в системах производства энергоносителей. В частности, к числу крупных потребителей холода на промышленных предприятиях относятся централизованные источники воздухоснабжения - компрессорные станции и системы кондиционирования производственных и административных помещений, располагаемых на территории предприятия.

Параметры холода, используемого в технологических процессах промышленных производств, варьируются в широких пределах: от -110 до +15 °С. Нагрузка систем хладоснабжения может быть значительной и на отдельных производствах достигает 15-25 % суммарного энергопотребления.

В теплотехнических системах холод используется для охлаждения, конденсации и сжижения рабочих сред; разделения, извлечения и очистки углеводородных продуктов; получения особо чистых веществ; осаждения солей и кристаллизации; отвода теплоты экзотермических реакций и низкотемпературного термостатирования; депарафинизации в производствах моторных масел и т.п.

На крупных промышленных предприятиях организуются централизованные системы, источником которых являются холодильные станции, вырабатывающие холод нескольких параметров. Холодопроизводительность таких станций может достигать 35 МВт.

Многообразие технологических процессов, в которых используется умеренный холод, на промышленных предприятиях предопределяют требования, предъявляемые к системам хладоснабжения:

· непрерывное и бесперебойное обеспечение потребителей холодом требуемых параметров;

· объединение холодильного цикла с технологическими процессами; выбор хладагентов в заданных диапазонах рабочих температур, поддерживающих высокий уровень энергетической эффективности источника холода, а также безопасность для конструкционных материалов, из которых изготавливаются элементы оборудования;

· устойчивость технологической системы источника холода к небольшим случайным или длительным (сезонным) отклонениям рабочих параметров, связанным с изменением режима работы одного или нескольких потребителей;

· максимально возможное использование вторичных энергетических ресурсов технологических процессов с горячей водой, имеющей температуру выше 90 °С, газами температурой до 240 °С и водяным паром низких параметров в утилизационных абсорбционных Холодильных установках;

· организация эффективного процесса конденсации хладагента в конденсаторах холодильных установок, в том числе и в аппаратах воздушного охлаждения (АВО), за счет подачи наружного воздуха;

· высокая степень автоматизации холодильных систем и высокий уровень их технико-экономических показателей.

Холодильные установки, предназначенные для выработки холода одного параметра, могут размещаться в технологическом цехе, где сосредоточены их основные потребители. Холодильная станция, центральная или цеховая, располагается в отдельном здании и предназначена для обеспечения холодом одного или нескольких параметров ряда потребителей, рассредоточенных на значительной территории промышленного предприятия.

Взаимосвязь холодильных станций с потребителями холода (технологическими цехами) обеспечивается системой трубопроводов посредством циркуляции промежуточного хладоносителя.

По принципу организации системы хладоснабжения разделяются на три типа: с непосредственным испарением хладагента в охлаждаемых технологических аппаратах; с промежуточным хладоносителем; смешанного типа.

B зависимости от количества параметров холода, требуемых потребителю, связь между холодильной станцией и потребителем холода осуществляется несколькими трубопроводами. Если холод одной и той же температуры потребляют несколько технологических цехов, то в межцеховых коммуникациях образуется разветвленная сеть.На рисунке 3 показана взаимосвязь холодильных установок холодильной станции и потребителей холода двух параметров в системе с непосредственным испарением.

По трубопроводу 1 пары хладагента температурой -12 °С подают из цеха №1 к источнику холода на станции. По трубопроводу 2 пары хладагента температурой 0 °С поступают на холодильную станцию из цехов № 2 и 3. По трубопроводу 3 жидкий хладагент направляется от станции в технологические цеха. Трубопровод 4 предназначен для проведения вспомогательных операций: отсоса паров хладагента и передавливания жидкого хладагента парами высокого пения. Дренажный трубопровод 5 служит для отвода от технологических аппаратов жидкого хладагента, а трубопроводы 6 и 7 связывают холодильную станцию со складом.

При использовании схемы с непосредственным испарением для работки холода расходуется меньше энергии, так как температура испарения здесь выше, чем в схеме с промежуточным хладоносителем. Следовательно, в компрессоре требуются меньшие степень повышения давления и удельная работа сжатия.

Рисунок 3 - Взаимосвязь холодильных установок холодильной станции и потребителей холода в системе с непосредственным испарением

В качестве рабочих сред для транспорта холода в системах с промежуточным хладоносителем (рисунок 4) используются вода, растворы солей (CaCl₂, NaCl и др.), этиленгликоль и прочие, выбираемые по температурному уровню холода. Циркуляция хладоносителя может осуществляться по схемам закрытого типа и открытого типа с разрывом струи.

Рисунок 4 - Взаимосвязь холодильных установок холодильной станции и потребителей холода в системе с промежуточным хладоносителем

По трубопроводам 1 и 3хладоноситель температурой -12 и 0 °С поступает в технологические цеха от холодильной станции, а по трубопроводам 2 и 4 возвращается подогретым на 3-5 ⁰С на станцию. Трубопровод 5 предназначен для слива из технологических аппаратов жидкого хладоносителя в ресивер холодильной станции, 6 - для получения дополнительного объема хладоносителя и передачи его избытка на склад.

Смешанная схема хладоснабжения используется тогда, когда одна часть технологических аппаратов охлаждается по схеме испарительного охлаждения, а другая - по схеме с промежуточным хладоносителем. Связь источника холода и потребителей организуется комбинированием систем, представленных на рисунках 3 и 4.

На рисунок 5 приведена технологическая схема станции для хладоснабжения производства полимерных пленочных материалов. Температура кипения хладагента R-22 в испарителе составляет -30 °С. На станции установлены три машины винтового типа на базе компрессоров 5ВХ-350/5ФС. Пары R-22 сжимаются в компрессоре 7 до давления конденсации и, проходя маслоотделитель 12, поступают в конденсатор 2. В теплообменнике охлаждающей средой является водa из системы оборотного водоснабжения. Отведенная теплота конденсации сбрасывается в атмосферу через градирню.

Жидкий хладагент направляется в линейный ресивер 3, откуда, дросселируясь в дросселе от давления конденсации до давления испарения, подается в испаритель 4.

Хладоноситель (CaCl₂) возвращается от потребителя с.температурой -20 °С и охлаждается в испарителе до -25 °С за счет кипения :фреона. Затем охлажденный CaCl₂ отправляется потребителю .

На рисунке 6 представлена принципиальная схема потребления холода в режиме «вода 7 °С». Захоложенная вода поступает из центральной холодильной станции, где установлены высокопроизводительные турбокомпрессорные холодильные установки типа ТХМВ-2000. Холодная вода используется в синтезе пленки в аппаратах очистки и охлаждения, в холодильнике фотоэмульсии и аппаратах подготовки воздуха для технологических процессов (калориферах сушилок фотопленки) и кондиционерах.

Рисунок 5 – Технологическая схема станции хладоснабжения для производства полимерных пленочных материалов

1-компрессорно-конденсаторный агрегат АК-ФУ-40; 2-конденсатор; 3-линейный ресивер; 4-испаритель; 5-рассольные насосы; 6-ресивер; 7-турбокомпрессор; 8-электродвигатель компрессора; 9-сборная емкость; 10,11-фильтр-осушитель; 12-маслоотделитель; 13-адсорбер

Рисунок 6 – Принципиальная схема потребления холода в режиме «вода +7 °С»

1-первичная обработка воздуха; 2-главный процесс обработки воздуха; 3-вентилятор питающий ДК АС; 5-система «КАТАБАР» для студения пленки СК АС; 6- вентилятор питающий СК АС; 7-глушитель; 8-охладитель фотоимкльсии; 9-оросительная камера кондиционера; 10-горизонтальная зона сушки пленки; 11-вертикальная зона сушки пленки; 12-фестоны; 13-вентилятор подачи воздуха в сушилки; 14-калориферы; 15-вытяжной вентилятор.