Основы эксплуатации холодильного оборудования

1.2 Основы эксплуатации холодильного оборудования

Задача эксплуатации холодильных установок состоит в создании и поддержании нормативных температурно-влажностных режимов в охлаждаемых помещениях либо в обеспечении заданных технологических процессов про­изводства при минимальных затратах на выработку холода и при условии безопасной и надежной работы оборудования. Обслуживание холодильной установки в процессе эк­сплуатации включает в себя следующие операции: пуск, остановка, регулирование режима работы, выполнение ряда вспомогательных работ, устранение неисправностей, проведение мелкого текущего ремонта оборудования, на­блюдение за системой автоматизации, ведение учета работы холодильной установки. В процессе эксплуатации необходимо обеспечить надежность и долговечность работы холодильного оборудования в экономичных режимах, надежность поддержания требуемых технологических режимов, безопасность работы обслуживающего персонала. Обслуживающий персонал должен иметь соответствующую квалификацию, хорошо знать оборудование и правила его эксплуатации. В процессе регулирования холодильной установки об­служивающий персонал обязан обеспечить оптимальный режим работы, определяемый оптимальными перепадами температур между средами в теплообменных аппаратах, оптимальным перегревом пара. Оптимальные перепады температур зависят от конкретных условий работы. Например, в транспортных холодильных установках, где важна компактность оборудования, сознательно увеличивают перепады температур. При расчете камерного теплообменного оборудования учитывают технологические требования. Оптимальные температурные перепады должны быть известны обслуживающему персоналу. Основные показатели работы холодильной установки — холодопроизводительность, расход электроэнергии, расход воды — зависят от температурного режима работы холодильной установки. Температура кипения. Перепад температур между воздухом охлаждаемого объекта и температурой кипения принимают равным 7—10 °С. В испарителях для охлаждения хладоносителей разность температур между охлаждаемым хладоносителем и температурой кипения хладагента — 4-6 °С.

Температура конденсации. Вода подогревается в ко-жухотрубных конденсаторах до 4—6 °С, в оросительных — до 2-3 °С. Температура конденсации должна превышать температуру воды, выходящей из конденсатора, на 4-6 °С. В конденсаторе воздушного охлаждения воздух подогревается до 4—5 °С, перепад температур между воздухом на выходе из конденсатора и конденсирующимся хладагентом 6—9 °С. Перегрев пара, всасываемого в конденсатор. Разность между температурой пара, поступающего в компрессор, и температурой кипения, т. е. перегрев пара, зависит от количества жидкого хладагента, поступающего в испа­рительную систему. Для аммиачных компрессоров — перегрев пара на вса­сывании в компрессор в пределах 5—15 "С. Для фреоновых — минимальный перегрев пара должен быть не менее 10 *С. Для фреоновых холодильных установок, имеющих теплообменники, перегрев пара лежит в пределах 10-45 °С. Температура переохлаждения. Жидкий хладагент может охлаждаться ниже температуры конденсации в конденсаторах, переохладителях и др. Переохлаждение хладагента перед регулирующим вентилем вызывает увеличение холодопроизводительности. Температура пара, нагнетаемого компрессором, не должна превышать теоретического значения на 10—15 °С. В соответствии с Правилами безопасности на аммиачных холодильных установках рекомендованы предельные значения температуры нагнетания для различных типов компрессоров от 105 "С-150 °С, на фреоне — 22-90 °С.

Высокая температура может привести к вспышке ис­паряющегося масла и взрыву компрессора. (Температура вспышки масел, применяемых для аммиачных холодильных компрессоров, около 160 *С). Холод является прекрасным консервантом, замедляющим развитие микроорганизмов. Поэтому на предприятиях общественного питания холод используют для хранения продуктов при низких температурах в камерах, шкафах, прилавках и витринах. При этом вкусовые качества продуктов и их внешний вид остаются почти без изменения. Понятие холод означает малое содержание тепла в теле. Охлаждение — это отвод тепла от продуктов питания, сопровождающийся понижением их температуры. Различают искусственное и естественное охлаждение. При естественном охлаждении температура продуктов может быть понижена до температуры окружающего воздуха. А при искусственном получаются более низкие температуры. На предприятиях общественного питания используются несколько способов искусственного холода, в основе которых лежат процессы изменения агрегатного состояния вещества — плавление, испарение и сублимация.

Плавление — это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое.

Кипение — переход вещества из жидкого состояния в газообразное.

Сублимация — это процесс перехода вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу.

Наибольшее распространение получил процесс ис­пользования скрытой теплоты парообразования жидкостей, кипящих при низких температурах. Такие жидкости получили название холодильных агрегатов. Перенос тепла осуществляется в специальном устройстве, называемом холодильной машиной.

Ледяное охлаждение. Ледяное охлаждение является самым простым способом охлаждения продуктов питания, физическую основу которого составляет процесс плавления льда и снега. В зависимости от способа получения лед бывает естественным или искусственным. Ледяное охлаждение применяется в сооружениях, на­зываемых ледниками, они могут иметь различное размещение льда по отношению к охлаждаемым камерам с продуктами. Однако широкое применение получили ледники с боковым размещением льда. Лед закладывают в таком количестве, чтобы его хватило на определенное время, и объем его должен быть в 4—5 раз больше объема камер >с продуктами. При ледяном способе можно понизить температуру до 6—8 °С с влажностью 90—95%.

Льдосоленое охлаждение. Источником холода является смесь льда и поваренной соли. Чем больше соли, тем ниже температура смеси. Понижение температуры происходит до определенного предела. Самая низкая температура льда с поваренной солью составляет — 20—21 'С. Подсоленная смесь позволяет создавать в охлажденной среде более низкие температуры по сравнению с ледяным охлаждением.

Охлаждение сухим льдом. Этот способ основан на суб­лимации твердой углекислоты. Сухой лед — твердая уг­лекислота, которая по внешнему виду представляет собой куски вещества, похожего на мел, но очень холодные и быстро испаряющиеся при обычной температуре. В обычных условиях он из твердого состояния превращается непосредственно в парообразное. При этом температура понижается до — 78-90 °С. Холодопроизводительность сухого льда в 1,9 раза больше водяного. Сухой лед очень удобен для охлаждения продуктов, так как не выделяет влаги, не загрязняет продукты, имеет низкую температуру. Однако применение его ограничено из-за сравнительно высокой температуры окружающей среды.

Для обеспечения нормального режима хранения продуктов в малом холодильном оборудовании (шкафах, прилавках, витринах и т. д.) необходимо соблюдать следующие требования:

— загружать продуты только после достижения заданной температуры в шкафу, прилавке, витрине;

— скоропортящиеся продукты, поступающие из холодильных камер, загружать в охлажденном состоянии;

— горячие блюда (молоко, закуски, компоты) устанавливать в шкафах, прилавках, витринах после предварительного их охлаждения до температуры окружающего воздуха;

— не превышать допустимую максимальную норму загрузки;

— не покрывать бумагой, марлей, фанерой полки шкафов, прилавков и камер, что препятствует свободному движению воздуха и нормальному охлаждению продуктов;

— укладывать и подвешивать продукты на некотором расстоянии друг от друга и на расстоянии от стенок 6-10 см;

— не хранить одновременно разнородные продукты, одни из которых обладают резким запахом (например, сельдь и сливочное масло, мясо и сыр, рыбу и мясо);

— открывать- двери шкафов, прилавков, камер следует возможно реже и на короткий срок, а затем плотно закрыть их.

Для проверки температуры в шкафу, прилавке, витрине, сборной и стационарной камерах устанавливают термометры.

Слой снеговой шубы на испарителях не должен превышать 4-5 мм. Между ребрами испарителя всегда должно быть свободное от инея пространство. При толщине инея 4—5 мм оттаивают иней с приборов охлаждения.

Недопустимо удалять снеговую шубу с испарителей ножами, скребками и другими предметами — это приводит к повреждению испарителей, утечке фреона из системы холодильной машины и выходу ее из строя. Если в холодильном оборудовании нет продуктов, то холодильные машины выключают.

2. компрессорные холодильные машины

Нами приведены лишь общие данные о новых компрессорных машинах, необходимые для определения основных размеров холодильных установок и станций, расходов энергии и воды в объеме, необходимом для начальных стадий проектирования СКВ. Принципиальные схемы фреоновых поршневых холодильных машин приведены на рис. 1. Перегретые пары хладагента засасываются из испарителя компрессором и поступают в конденсатор — водяной (рис. 1, а) или воздушный (рис. 1,б).

 

Рис. 12.10. Принципиальные схемы фреоновых поршневых холодильных машин

а — с конденсатором водяного охлаждения;

б — с конденсатором воздушного охлаждения;

1 — испаритель; 2 — компрессор;

3 — конденсатор водяного или воздушного охлаждения;

4 — запорный вентиль; 5 — ресивер;

6 — фильтр-осушитель; 7 — соленоидный вентиль;

8 — терморегулирующий вентиль;

РД — реле давления; РКС — реле контроля смазки;

г — газообразный фреон; ж — жидкий фреон; м — масло

Далее жидкий хладагент, пройдя через запорный вентиль 4, из воздушного конденсатора попадает в ресивер, а из водяного — прямо в фильтр–осушитель. Затем через соленоидный вентиль 7 и терморегулирующий вентиль 8 хладагент направляется в испаритель. Режим работы холодильной машины определяется температурами: 1) кипения хладагента t0, которая задается исходя из условий работы СКВ; 2) конденсации tк, принимаемой на 3–4° выше температуры воды, уходящей из конденсаторов; 3) переохлаждения агента tп, принимаемой на 1–2° выше начальной температуры воды, подаваемой в конденсаторы. Сравнение производительно-стей холодильных машин заключается в приведении их к одинаковым условиям, т.е. к одинако вым температурам испарения t0, всасывания tв, конденсации tк, а также к температуре перед регулирующим вентилем tb Вместо четырех сравнительных температур часто пользуются только тремя: t0, tк, tb. Расчет холодильной машины производится с помощью схемы холодильного цикла, который строят на I–lgp диаграмме (рис. 2.).

Рис.2. Цикл холодильной машины в энтальпийной I–lgp—диаграмме

1–2 — адиабатическое сжатие;

2–2′ — охлаждение в конденсаторе при tк = const;

2′–3′ — конденсация при tK—const;

3′–3 — переохлаждение хладагента до температуры tn;

3–4 — дросселирование при I = const;

4 — I – кипение хладагента в испарителе при t0 = const и p0

На правой пограничной кривой находят точку 1, руководствуясь заданной температурой кипения хладагента t0. Из этой точки проводят адиабату, характеризующую сжатие паров в компрессоре, до пересечения с прямой, характеризующей постоянное давление в конденсаторе рк которое соответствует заданной температуре конденсации хладагента tк. В результате получают точку 2, характеризующую параметры паров хладагента при выходе из компрессора. Процесс в конденсаторе и переохладителе изображают прямой 2–3, которая характеризуется постоянным давлением рк и тремя различными температурами: постоянной температурой конденсации на участке 2′–3′, более высокой температурой паров после компрессора t2 и более низкой температурой при выходе жидкого хладагента из переохладителя t3. Положение точки 3 определяется давлением pк и температурой t3. Из точки 3 проводят вниз вертикальную прямую 3–4, представляющую собой процесс дросселирования в регулирующем вентиле при постоянной энтальпии I3 = I4. Положение точки 4 определяется пересечением прямых I3 и р0. Из схемы процесса находят энтальпии, кДж ⁄ кг, и давления, МПа: в точке 1 — энтальпию I1 давление р1; в точке 2 — энтальпию I2 и давление р2; в точке 3 — энтальпию I3; в точке 3′ — энтальпию I3′; в точке 4 — энтальпию I4. Кроме того, в точке 1 находят удельный объем паров V1 м3 ⁄ кг.

На основании этих данных определяют, кДж ⁄ кг:

удельную холодопроизводительность хладагента

q0 = I1 − I4

тепловой эквивалент работы сжатия

Al = I2 − I1

удельное количество тепла, отданное в конденсаторе и переохладителе,

q = I2 − I3

в том числе в переохладителе

qпх = I3′ − I3

Экономичность работы холодильных компрессорных машин характеризуется количеством тепла, отводимого на единицу затраченной работы, — так называемым холодильным коэффициентом

εт = (I1 − I4)(I2 − I1)

Холодопроизводительность машины, кВт,

Q0 = G·q0

где G — расход хладагента, кг ⁄ с, циркулирующего в машине.

Расход паров хладагента, м3 ⁄ с, которые должны засасываться в компрессор для обеспечения заданной холодопроизводительности,

Vд = G·V1

где V1 — удельный расход хладагента при всасывании паров в компрессор, м3 ⁄ кг.

Действительный расход хладагента при всасывании, который может подать данный компрессор, определяется объемом, описываемым поршнями Vh, м3 ⁄ с, и коэффициентом подачи λ = Vд ⁄ Vh, являющимся отношением действительного количества паров хладагента Vд, поступающих в компрессор, к теоретическому количеству Vh. Коэффициент λ зависит от конструкции компрессора и находится в сложной зависимости от ряда факторов, но при прочих равных условиях является функцией соотношения давлений в конденсаторе и испарителе:

λ = φ·(pк ⁄ p0)

При известной величине Я выбор холодильного компрессора следует производить, руководствуясь условием

λ·Vh ≥ Vд

Тепловая нагрузка, кВт, на конденсатор определяется по формуле

Qк = G·qк = G·(I2 − I4)

Теоретическая мощность двигателя, кВт, для привода холодильной машины

Nтеор = Q0 ⁄ εт

холодопроизводительности фреоновых водоохлаждающих машин Q0, кВт, и потребляемой мощности Nэ, кВт, от температуры, °С: tв1 — охлаждающей среды (воды, воздуха) на входе в конденсатор; tв1 — хладоносителя на выходе из испарителя.

Холодопроизводительность компрессорной холодильной машины может быть определена также путем перерасчета номинальной (стандартной) производительности, которая приводится в каталогах, в рабочую производительность, кВт

qн.Vн = (I1н − I4) ⁄ V1,0 -

удельная объемная холодопроизводительность хладагента при номинальных условиях, кДж ⁄ м3; q0,V0 = (I1н − I4н ⁄ V1н — удельная объемная холодопроизводительность хладагента при рабочих условиях, кДж ⁄ м3; I1н, I1 — энтальпия хладагента в точке 4 (см. рис. 12.11) при номинальных и рабочих условиях, кДж ⁄ кг; I4н, I4 — энтальпия хладагента в точке 4 (см. рис 12.11) при номинальных и рабочих условиях, кДж ⁄ кг.

В настоящее время рекомендуется применять холодильные машины с поршневыми компрессорами при холодопроизводительности до 400 кВт; при производительности 450–1200 кВт следует пользоваться машинами с винтовыми компрессорами, производство которых недавно началось, или поршневыми компрессорами, а при больших нагрузках устраивать холодильные станции с центробежными компрессорами. При потребности в холоде до 350 кВт целесообразно применять децентрализованные компрессорно–конденсаторные фреоновые агрегаты с воздухоохладителями непосредственного испарения производительностью 74–144.5 кВт/

Эти агрегаты имеют конденсаторы водяного охлаждения и выпускаются в готовом виде с электродвигателем, пусковыми устройствами и приборами автоматики. В СКВ их используют по схеме, приведенной на рис. 12.4. Автоматика позволяет поддерживать заданную температуру на выходе воздуха из воздухоохладителя с точностью ±0.1,±0.2°С, и только при резком изменении нагрузки отклонение температуры может достигнуть 1–3°.

Децентрализация холодоснабжения практически вдвое уменьшает капитальные затраты и эксплуатационные расходы за счет снижения потерь холода в трубопроводах и аппаратах, исключения расходов электроэнергии на насосы и снижения мощности, потребляемой компрессором, вследствие повышения температуры кипения хладагента приблизительно на 5°С. Уменьшаются также затраты на амортизацию и ремонт оборудования.

Для центральных и местных СКВ рекомендуется применять водоохлаждающие холодильные машины, состоящие (в полной заводской готовности) из компрессора, испарителя, конденсатора, внутренних коммуникаций, арматуры, электрооборудования и автоматики.