5.2. Схемы холодильных установок

Принципиальные схемы холодильных машин, рассмотренные выше, включают только основное оборудование, предназначенное для производства искусственного холода. Такие схемы дают четкое представление о принципе действия холодильных машин. Практически любая реальная холодильная установка, кроме основного оборудования, включает вспомогательное, предназначенное для повышения эффективности и безопасности ее работы. Схема холодильной установки, дающая представление о наличии компрессоров, теплообменных аппаратов, приборов автоматики и других элементов оборудования, необходимых для ее нормальной эксплуатации, а также об их взаимном расположении, называется функциональной схемой.

    В работе холодильных установок имеются особенности, значительно усложняющие деятельность обслуживающего персонала:
    большое количество охлаждаемых объектов, нередко находящихся на значительном удалении от машинного отделения;
    разветвленные системы трубопроводов;
    применение токсичных холодильных агентов, например аммиака;
    возможность резких колебаний тепловых нагрузок.

В связи с этим схема холодильной установки должна отвечать следующим требованиям:
    обеспечивать поддержание заданного температурного режима в охлаждаемых объектах и иметь возможность переключения машин и аппаратов для изменения условий их работы или замены в случае неполадок или ремонта;
    обеспечивать безопасность обслуживающего персонала и долговечность установленного оборудования;
    быть по возможности простой, наглядной и удобной в обслуживании, способствовать осуществлению быстрых и безошибочных переключений и иных эксплуатационных манипуляций;
    обеспечивать хорошую подачу жидкого хладагента или хладоносителя в охлаждающие приборы и интенсивную теплоотдачу от их поверхности;
    иметь малую вместимость системы по хладагенту;
    способствовать эффективному удалению из системы вредных примесей: воздуха, масла, грязи, влаги, а также инея с поверхности охлаждающих приборов;
    быть подготовленной к частичной или полной автоматизации;
    иметь невысокую стоимость монтажа и эксплуатации.

В последнее время в связи с активным внедрением средств автоматизации на холодильных установках особое значение приобретает требование ее подготовленности к этому процессу (автоматизации). Речь идет о комплексе мероприятий по повышению безопасности эксплуатации хо-лодильных установок. Эти мероприятия связаны в первую очередь с совершенствованием схем, которые исключали бы возникновение опасных режимов работы в условиях переменных тепловых нагрузок. В противном случае приборы защитной автоматики будут часто выключать работающие компрессоры. Таким образом, безопасность и стабильность работы установки должна обеспечиваться правильным схемным решением, а приборы автоматики играют здесь лишь вспомогательную роль. В системах централизованного хладоснабжения особое внимание уделяется совершенствованию узла отделителя жидкости или сосуда, его заменяющего, на всасывающей стороне компрессоров.

    Учитывая недостатки централизованного хладоснабжения (большую протяженность и разветвленность трубопроводов, значительную вместимость систем по хладагенту, сложность автоматизации), в последнее время стали активно применяться системы децентрализованного хладоснабжения, когда каждая холодильная камера обслуживается отдельной автономной холодильной установкой.
    Холодильные установки децентрализованных систем охлаждения имеют следующие преимущества:
    возможность выпуска холодильной машины полной заводской готовности;
    машина представляет собой единый блок, в котором собраны холодильное оборудование и станция управления, включающая систему автоматики, защиты и сигнализации, а также электросиловое оборудование;
   блочная машина может быть полностью автоматизирована и работать без постоянного присутствия обслуживающего персонала по принципу периодического обслуживания;
    машина имеет дозированную заправку холодильным агентом, что повышает безопасность ее работы;
    длина трубопроводов невелика;
    для размещения машин не требуется строительства специального помещения, они могут быть установлены под легким навесом.

Децентрализованные системы хладоснабжения хорошо зарекомендовали себя на холодильниках фруктоовощехранилищ вместимостью до 2000 т. В ближайшие 10—15 лет планируется строительство более крупных холодильников с децентрализованным холодоснабжением.

    Еще одним направлением в развитии и совершенствовании схем холодильных установок является создание компаундных схем, в которых циркуляционные ресиверы, работающие при более высоком давлении кипения, используются одновременно как промежуточные сосуды. Достоинством компаундных схем является уменьшение числа аппаратов, элементов автоматики, упрощение обслуживания.

    Централизованные системы хладоснабжения в зависимости от вида охлаждающей среды делятся на системы непосредственного охлаждения и охлаждения хладоносителем. Принципиальные схемы обоих способов охлаждения представлены на рис. 63.

Принципиальная схема холодильной установки

Область применения той или иной системы определяется свойственными ей особенностями. Система непосредственного охлаждения проще по оборудованию, требует меньших первоначальных затрат. Кроме того, этой системе соответствуют и меньшие затраты энергии на выработку холода, так как для получения одной и той же температуры в охлаждаемом объекте температура кипения t0 при непосредственном охлаждении в среднем на 5 °С выше, чем при охлаждении хладоносителем, из-за дополнительной разности температур в испарителе. К недостаткам систем непосредственного охлаждения относятся: значительное количество хладагента в системе и опасность его попадания в производственные помещения при нарушениях герметичности системы; трудность регулирования, подачи и распределения хладагента по охлаждаемым помещениям при переменных тепловых нагрузках, в результате чего возникает недостаток хладагента в приборах одних помещений и переполнение — в приборах других помещений, следствием чего являются «влажный ход» компрессора и гидравлические удары.

    Недостатки, свойственные системам непосредственного охлаждения, можно устранить, применяя приборы автоматического регулирования и защиты, а также схемы, в которых значительно уменьшена опасность гидравлического удара. Поэтому в настоящее время в основном применяется система непосредственного охлаждения, как более экономичная по капитальным и эксплуатационным затратам и имеющая более длительный срок эксплуатации, чем система охлаждения хладоносителем. Однако в некоторых случаях применение систем с хладоносителем считается более целесообразным, например, когда система непосредственного охлаждения не может быть использована по условиям безопасности для людей, находящихся в помещениях обработки или хранения продукции; когда разветвленную охлаждающую систему в случае непосредственного охлаждения пришлось бы заполнять сравнительно дорогостоящим рабочим телом, например хладоном; когда попадание хладагента в охлаждаемое вещество (или наоборот) из-за возможных неплотностей в аппаратах может привести к существенному изменению качества этих сред.

    Схема любой холодильной установки состоит из нескольких узлов, которые имеют свои специфические особенности. Такое рассмотрение удобно для выявления общих закономерностей, присущих каждому узлу (см. рис. 63).

5.2.1. Узел подключения компрессоров

5.2.2. Узел конденсатора и регулирующей станции

5.2.3. Узел испарительной системы непосредственного охлаждения

5.2.4. Система охлаждения хладоносителем