ShPOR_GOS / ЭФИМ / ТЭС / тэс ответы / 10

2. Общие сведения о системах холодоснабжения, холодильных машинах и установках

2.1. Холодильные станции и установки

Снабжение технологических потребителей холодом осуществляется от холодильных станций или холодильных установок.

Холодильная станция – это отдельно стоящее сооружение на генеральном плане предприятия. Оно предназначено для снабжения потребителей холодом нескольких параметров (температур) в диапазоне +7-25С.

Холодильные станции бывают центральные и цеховые. Они входят в состав службы главного энергетика предприятия. На станции располагается несколько холодильных машин – как минимум по одной на каждую температуру.

Холодильная установка – обычно размещается в технологическом цехе и является составной частью технологического оборудования основного производства. Она предназначена для обеспечения отдельного производства холодом одного параметра, как правило холодом ниже -25С, и подчиняется службе главного технолога.

2.2. Классификация холодильных машин (ХМ)

Классификация ХМ (по международной классификации – это установки класса R) производится по различным признакам.

1. В зависимости от вида физического процесса, в результате которого получают холод, ХМ подразделяют на следующие типы:

а) холодильные машины использующие фазовый переход рабочего тела (ХА) из жидкого в парообразное состояние. К ним относятся парокомпрессионные, абсорбционные, эжекторные ХМ;

б) холодильные машины использующие процессы расширения с производством внешней работы. Это воздушные детандерные машины, так называемые турбохолодильные машины (ТХМ);

в) ХМ использующие процесс расширения воздуха без производства работы (эффект Ранка-Хильша). Это воздушные вихревые холодильные машины;

г) ХМ использующие эффект Пельтье. Это термоэлектрические холодильники.

2. В зависимости от вида используемой энергии различают холодильные машины:

а) использующие механическую энергию (компрессионные холодильные машины с электрическим и турбинным приводами);

б) теплоиспользующие (абсорбционные и эжекторные холодильные машины);

в) с непосредственным использованием электрической энергии (термоэлектрические холодильные машины).

3. В зависимости от холодопроизводительности в пищевой промышленности все ХМ условно подразделяют на: малые – с Q₀15 кВт; средние – при Q₀ от 15 до 120 кВт; крупные – при Q₀ свыше 120 кВт.

В химическом и нефтехимическом машиностроении ХМ принято подразделять по базам в зависимости от Q₀:

I база – Q₀ до 10 кВт; V – 220-500;

II – 10-40; VI – 500-1630;

III – 40-110; VII – свыше 1630 кВт.

IV – 110-220;

4. В зависимости от схемы и вида термодинамического цикла различают: одно-, двух-,   многоступенчатые и каскадные холодильные машины;

5. По режимам работы различают следующие ХМ:

а) высокотемпературные – с t₀-10C. Это ХМ систем кондиционирования воздуха (как правило, одноступенчатые);

б) среднетемпературные – с t₀ от –10 до -30C (с одно- и двухступенчатыми компрессорами);

в) низкотемпературные – с t₀ ниже -30C. Это, как правило, многоступенчатые и каскадные ХМ.

6. В зависимости от назначения различают – универсальные и специализированные ХМ.

7. В зависимости от используемого рабочего тела ХМ делят на аммиачные, фреоновые, пропановые, воздушные, пароводяные, водоаммиачные, бромисто-литиевые и др.

8. Компрессорные холодильные машины по типу используемого компрессора подразделяют на поршневые, ротационные, центробежные, эжекторные и др.

2.3. Достоинства и недостатки ХМ. Области их применения

1) Парокомпрессионные ХМ с поршневыми компрессорами. Они нашли самое широкое распространение в быту, торговле, предприятиях общественного питания, промышленности.

Достоинства:

-они обладают наиболее высокими энергетическими показателями (КПД, холодильный коэффициент);

-у этих машин наибольшее отношение давлений конденсации Р_к и кипения Р₀, а следовательно, наибольшая разность температур Т_к и Т₀.

Недостатки:

-ограниченная производительность;

-повышенный уровень вибраций;

-меньшая надежность, чем у машин с винтовыми и центробежными компрессорами (износ и опасность гидроударов).

2) Парокомпрессионные ХМ с центробежными (и осевыми) компрессорами. Они нашли применение во всех отраслях промышленности, где требуются большие холодопроизводительности. Особенно в химической, нефтехимической, газовой отраслях.

Достоинства:

-обладают большой, практически неограниченной, холодопроизводительностью;

-имеют малые показатели удельной металлоемкости, размеры;

-высокая надежность;

-удобны в регулировании;

-хорошо уравновешены (мала вибрация, мал фундамент).

Недостатки:

низкая энергетическая эффективность при малых холодопроизводительностях (меньше 700 кВт).

3) ХМ с винтовыми маслозаполненными компрессорами.

Достоинства:

-высоконадежны, не боятся гидроударов;

-имеют удовлетворительные энергетические показатели при работе на расчетных режимах;

-хорошо уравновешены, не нужен фундамент;

-удобны в регулировании.

Недостатки:

-на любых режимах работы неизменна степень повышения давления в компрессоре. Это снижает показатели на нерасчетных режимах работы;

-наличие громоздкой, металлоемкой масляной системы;

-шумность работы.

ХМ с винтовыми компрессорами широко используются в интервале холодопроизводительностей от 60 до 700 кВт, т.е. на стыке между ХМ с поршневыми и центробежными компрессорами.

4) Абсорбционные холодильные машины.

Достоинства:

-имеется возможность использования малоценной тепловой энергии с низким потенциалом (вторичные и побочные энергоресурсы);

-просты, надежны в работе;

-удобны в регулировании, малошумные;

-могут размещаться на открытой площадке.

Недостатки:

-громоздкость, металлоемкость;

-низкие энергетические показатели.

5) Эжекторные холодильные машины.

Это пароводяные ХМ, поэтому температура получаемого холода положительная, т.е. Т₀0. Используются в системах кондиционирования воздуха при наличии дешевого низкопотенциального пара или для загрузки отопительных отборов ТЭЦ в летний период.

Достоинства те же, что и у абсорбционных ХМ, кроме бесшумности.

Недостатки: малая энергетическая эффективность и шумность.

6) Воздушные детандерные ХМ (ТХМ).

Достоинства: безопасны, удобны в эксплуатации, компактны, высокая энергетическая эффективность в расчетном диапазоне температур.

Недостатки: недостаточная энергетическая эффективность при температурах получаемого холода выше -80C и при малых холодопроизводительностях (меньше 10 кВт).

Рабочий диапазон по температуре -80-100C, при холодопроизводительностях до 30 кВт (ТХМ 1-25 Казанского компрессорного завода).Ряд зарубежных конструкций имеют диапазон от –120 до -150C.

Применяются в пищевой промышленности, при климатических испытаниях машин и механизмов, при обработке различных материалов и др. [3].

7) Воздушные вихревые ХМ.

Достоинства: исключительно просты, надежны и безопасны в эксплуатации.

Недостатки: низкая энергетическая эффективность; шумность; малая холодопроизводительность (до 3 кВт).

Применение вихревых труб часто оказывается выгодным при однократной или эпизодической кратковременной потребности в холоде: в транспорте; при металлообработке; в защитных костюмах; в медицине и т.п.

8) Термоэлектрические холодильники.

Просты, удобны, надежны, бесшумны, но у них большие первоначальные затраты и малая энергетическая эффективность.

В настоящее время не существует методики выбора типа холодильной машины, учитывающей все факторы конкретных условий. Поэтому наиболее эффективный выбор можно осуществить только на основании технико-экономического сравнения вариантов в сопоставимых условиях. Критерием сопоставления могут служить приведенные затраты, удельные затраты энергии, себестоимость единицы отпускаемого холода.

Контрольные вопросы:

1. Чем отличаются системы холодоснабжения от холодильной станции и от холодильной установки?