ОАО «Тульский молочный комбинат» перерабатывает до 400 т молока в сутки. Основным хладоносителем, используемым в технологических процессах, является ледяная вода, получаемая в петельчатых испарителях–льдоаккумуляторах.
Основные элементы холодильного контура системы получения ледяной воды:
компрессорный агрегат,
испарительный конденсатор,
испарительный блок,
система возврата масла.
Компрессорный агрегат FCSK 4 360, разработанный на базе четырех винтовых компрессоров производства Bitzer, имеет холодопроизводительность 800 кВт (при t0 =–3 оС, tк = +35 оС). Испарительный конденсатор рассчитан на поддержание температуры конденсации tк = 35 оС. Испарительный блок состоит из льдоаккумуляторов петельчатого типа, работающих по затопленной схеме, и двух отделителей жидкости.
Подача хладагента в петельчатые испарители производится по гравитационной схеме. Над испарителем установлен отделитель жидкости (ОЖ), в котором обеспечивается уровень жидкого хладагента не ниже необходимого для нормальной работы всех испарителей. Петли испарителей имеют небольшой восходящий уклон от коллектора подачи к коллектору возврата в ОЖ. При наличии тепловой нагрузки образующийся пар поднимается в сторону восходящего уклона, а испаритель постоянно подпитывается жидким хладагентом из отделителя жидкости. За счет постоянного контакта с жидким хладагентом толщина льда на внешней стороне стенки постоянна по всей длине испарителя, что обеспечивает максимальную эффективность работы всей поверхности испарителя (в отличие от систем, работающих по схеме с перегревом). Кроме того, затопленная схема обеспечивает очень высокий коэффициент теплопередачи и высокий холодильный коэффициент. Пополнение хладагента производится через механический поплавковый регулятор высокого давления. Отделители жидкости соединены между собой трубками уравнивания по жидкости и пару.
Для стабильной циркуляции масла в установке используется система возврата масла из отделителей жидкости, состоящая из масляных насосов, теплообменника выпаривателя и системы автоматики. Принудительная подача фреоново-масляной смеси из масляных насосов в теплообменник выпариватель происходит под действием пара высокого давления, который подается через определенные интервалы времени, задаваемые таймером.
Площадь поверхности льдоаккумулятора необходимо подбирать не только по критерию достаточности аккумулирующей способности, но и из условия гарантированного снятия пиковых тепловых нагрузок. В противном случае периодически возникает ситуация, при которой из льдоаккумулятора к потребителям поступает вода с температурой 3…5 оС и выше, при этом на поверхности испарителя имеется большое количество льда.
При намерзании льда, который является хорошим теплоизолятором, температура кипения снижается и соответственно падает холодопроизводительность компрессорного агрегата. Температура кипения и соответственно холодопроизводительность компрессорного агрегатаво многом зависят от конструкции испарителя. Для льдоаккумуляторов, поставляемых компанией «ФАБС Рефриджирейшн», расчетной температурой кипения, по которой производится подбор всей системы, является t0 =–3 оС. Широко распространенное мнение о том, что для льдообразования необходима температура кипения не выше –10 оС, не соответствует действительности. Интенсивное намерзание льда начинается уже при температуре t0 = –2 оС.
В системе, установленной на молочном комбинате, колебания температур кипения таковы:
при толщине льда 20 мм t0 = –5,8 оС;
при толщине льда 7 мм t0 = –3 оС.
Действующее производство постоянно дает тепловую нагрузку, которая компенсируется таянием накопленного льда. Толщина льда при этом непрерывно меняется и колеблется в пределах 23…1мм. Средняя температура кипения составляет –4 оС. Подробный почасовой график температуры кипения и толщины льда представлены на картинке ниже.
Система показала стабильное значение температуры хладоносителя – воды, выходящей из льдоаккумулятора (не выше +1 оС). Такая стабильность температуры при значительных колебаниях тепловой нагрузки обеспечена правильным подбором холодопроизводительности компрессорного агрегата, аккумулирующей способности и площади поверхности льдоаккумулятора. Добиться соответствия этих трех показателей существующим тепловым нагрузкам – задача фирмы, производящей подбор холодильного оборудования.
Кроме технических требований, которые предъявляются инженерными службами, руководство предприятия заказчика требует оптимизации капитальных и эксплуатационных затрат. Часто техническое решение обуславливается имеющимися площадями, на которых могут быть размещены бак с льдоаккумулятором и компрессорный агрегат.
Температуры кипения –4 оС и конденсации +35 оС обеспечили системе получения ледяной воды на Тульском молочном комбинате очень высокий КПД. Энергопотребление этой системы значительно (до 67 %) меньше, чем систем, рассчитанных на работу при t0 = –10 оС tк = +45 оС. Вопрос выбора системы холодоснабжения при перевооружении с заменой аммиачного оборудования или при новом строительстве объекта – актуальная задача для многих компаний. Как правило, критерием выбора становится совокупность факторов, основными из которых являются: первоначальные капитальные затраты, стоимость эксплуатации и стабильность температуры получаемой воды.