Развитие систем холодоснабжения для предприятий мясной промышленности

Знаковое в науке / ГЛАВНАЯ ТЕМ

А

Развитие систем холодоснабжения

для предприятий мясной промышленности

Г.А. Белозеров, доктор техн. наук, Н.М. Медникова, канд. техн. наук, ГНУ ВНИИ холодильной промышленности

Современные требования по обеспечению промышленной и экологической безопасности холодильных установок, необходимость повышения энергетической эффективности промышленных производств определяют новые подходы к проектированию систем холодоснабжения. Одним из основных вопросов при решении этих проблем на современном этапе является выбор хладагентов и хладоносителей.

^ Анализ технологических процессов производства и хранения продукции в мясной промышленности, требующих применения холода показал, что они в значительной степени оснащены необходимым холо-дильно-технологическим оборудованием.

На предприятиях мясной промышленности превалирующим типом являются централизованные системы хладоснабжения с непосредственным кипением хладагента, при этом температура охлаждающих сред находится в диапазоне от 6 до минус 40°С, а общая тепловая нагрузка составляет до 5000 кВт.

Вместе с тем современные требования к обеспечению промышленной и экологической безопасности холодильных установок, необходимость повышения энергетической эффективности промышленный произ- водств определяют новые подходы к проектированию систем холодоснабжения.

Одним из основный вопросов при решении этих проблем на современном этапе является выбор хладагентов и хладоносителей.

На предприятиях перерабатывающей промышленности, в производственных и распределительных холодильниках в настоящее время, в основном (до 80%), используются аммиачные, а в торговле и на транспорте - фреоновые холодильные установки с непосредственным кипением хладагента.

Применение установок с непосредственным кипением хладагента, особенно аммиака, в охлаждающих

приборах обеспечивает более высокую энергоэффективность выработки холода по сравнению с установками, использующими промежуточные хладоносители [1]. Хорошо известны основные причины, по которым использование аммиака более предпочтительно по сравнению с другими агентами. Он является естественным природным веществом не вызывающим разрушения озонового слоя земли, имеет низкий потенциал глобального потепления, значительно дешевле других хладагентов.

Вместе с тем имеются проблемы, препятствующие широкому применению существующих холодильных агентов как природного, так и искусственного происхождения.

При применении аммиака,

Ключевые слова: хладагент, хладоноси-тель, промежуточный хладоноситель, аммиак, удельная аммиакоемкость, фреон, диоксид углерода

имеющего более высокие термодинамические показатели по сравнению с фреонами, на первый план выступают вопросы промышленной безопасности, так как он токсичен и потенциально взрыто- и пожароопасен. Предприятия, на которых он используется, относятся к опасным производственным объектам и уровень их опасности в значительной степени определяется массой аммиака в установке.

Исследованиями, вытолнен-ными в промышленный: условиях, установлено, что реальные значения удельной аммиакоемкости существующих холодильных систем составляют [2]:

• с непосредственным кипением аммиака: в аппаратах батарейного типа - 40 ... 90 кг/кВт, а в воздухо-

5 1400

1200

I

1000

300

есо

400

200

-

инеерсия

...

п- изопермия

гт -— —л впнвекция

Е00

1000 1500 2000 2500 3000

Ма сса аммиака в единичной блоке Е.=и, кг

Рисунок 1. Зависимость зоны заражения от массы аммиака в единичном блоке Оборудование размещено: (квадрат) - на открытой площадке, (треугольник) - в машинном отделении

№ 6 декабрь 2012 ВСЁ 0 МЯСЕ

37

о

ГЛАВНАЯ ТЕМА / Знаковое в науке

Рисунок 2 - Потенциальный уровень повышения эффективности производственных и распределительных холодильников

охладителях - 27 ... 40 кг/кВт холо-допроизводительности;

• с промежуточным хладоноси-телем при использовании аппаратов кожухотрубного типа - 2 ... 3 кг/кВт холодопроизводительности.

Выполненными аналитическими исследованиями пороговых зон заражений, опасный для жизни населения, с токсодозой более 15 (мг^мин)/л установлено (рис. 1), что при разгерметизации существующего аммиачного оборудования, размещен- ного на открытых площадках, зона поражений составляет более 1 км.

Для оборудования, размещенного в помещении, зона поражения существенно ниже и составляет для установок с промежуточным хладо-носителем с кожухотрубныши аппаратами до 200 м, однако и они представляют угрозу жизни для населения.

Использование теплообменных

аппаратов пластинчатого типа вместо кожухотрубных позволяет суще-^ 2,1

ственно снизить общую аммиакоем-кость холодильной системы до 80 -120 г/кВт холодопроизводительно-сти, а следовательно снизить и токсичность установки.

В этом случае, с учетом применения известных мер по контролю загазованности и вентиляции ма-шинныгх помещений, использования средств нейтрализации паров аммиака, зона токсического поражения может быпъ снижена практически до размеров машинного отделения.

Эти мероприятия позволяют сделать такие установки безопасными как для персонала производственных цехов, так и для населения, находящегося за пределами промышленного предприятия [3].

Переход на применение мало-аммиакоемких холодильныгх установок существенно снижает и взрыво-опасность производств. Например, для установок с применением промежуточных хладоносителей или установок каскадного типа (аммиак / диоксид углерода), с массой ам-

s-

5 =

1.8

М

2 /

—1

"""

1 - ДЕухЕтуг^н'-ать/

ЦИЕП R71:7

2 - ^асеад ны и ел R717R744

1 1 - Од югтуп^нчаты f R404a, Rf-37

1 - Од имлупен^ата f qvm R22

-50

-45

-35 -30

Температура кипения tj, ^C

Рисунок 3. Холодильный коэффициент для различных циклов выработки холода

миака в единичном блоке до 100 кг, практически исключается вероятность возникновения взрытоопас-ныи концентраций аммиака (более 150 г/м3) в машинном отделении.

Современные способы и средства выработки холода (холодильные циклы, компрессоры, теплообмен-ные аппараты, средства управления и т.д.) создаются на базе хорошо развитой теории, имеют эффективные конструкции и оптимизированы по минимуму затрат. Заметное улучшение их технико-экономических характеристик возможно лишь с общим развитием науки и техники в целом.

Вместе с тем на практике при достаточно высокой удельной эффективности отдельный элементов холодильных установок общая эффективность холодильных систем на 50-60% ниже расчетной. Это связано как с недостаточно эффектив-ныши проектными решениями, так и с низким уровнем их эксплуатации

[4].

Кроме того, недостаточно изучены и обоснованы параметры процессов передачи холода в зонах сопряжения «холодильная установка - охлаждающая среда» и « охлаждающая среда - продукт».

Нами определены факторы (рис. 2), приводящие к снижению расхода электроэнергии в существующих холодильных системах производственных и распределительных холодильников, научно обоснованы мероприятия и определен их вклад в возможный уровень повышения энергетической эффективности. Показано, что за счет оптимизации схемный решений, правильного выбора холодильных агентов и хладоносителей, применения эффективный способов управления и регулирования энергетическая эффективность может быть повышена не менее чем на 20%.

В качестве примера на рис. 3 приведено сопоставление расчетных холодильнытх коэффициентов £ для различных циклов выработки холода

[5].

Установлено, что для низкотемпературный систем при температурах кипения ниже минус 45°С наиболее эффективно применение каскадных установок R717/R744. При более высоких температурах каскадные установки уступают по

38

ВСЁ О МЯСЕ № 6 декабрь 2012

Знаковое в науке / ГЛАВНАЯ ТЕМ

А

энергозатратам 2-х ступенчатым установкам, но не более чем на 15%.

На ряде предприятий в настоящее время используются также и фреоновые холодильные установки, работающие как на разрешенных хладонах (К404А R407B, R410A, R507, R134а), так и регулируемых Монреальским Протоколом ^12, R502, К22).

Хладон R22, который официально разрешен к применению на территории России до 2030 года, по многим характеристикам близкий к аммиаку и единственный хладон, выпускаемый в настоящее время отече-

ственной промышленностью, не может быгть рекомендован при проектировании и строительстве новых предприятий. Это связано с вытол-нением Россией международных обязательств по сокращению его производства и применения [6].

Использование озонобезопас-ных импортных смесевых хладонов - R404A, R407B, R410A, R507 и др., имеющих по сравнению с аммиаком меньшую энергетическую эффективность и высокий потенциал глобального потепления, может привести к полной импорто-зависимости, а в будущем и к отказу

в их применении в рамках выполнения решений Киотского Протокола.

Таким образом, основное направление развития холодильных систем в мясной промышленности должно быть связано с применением природных агентов - аммиака и диоксида углерода, а также с разработкой эффективный и безопасный схемный решений холодильнытх установок. -Н

Контакты:

Георгий Автономович Белозеров +7(495)976-1597

Литература

1. Aleshin Y.P., Belozerov G.A., Mednikova N.M., Pytchenko V.P. Technical and economical comparison of systems with pump-circulation supply of ammonia or coolant refrigerated in modern efficient chillers in refrigerating devices/5 International Conference on Compressors and Coolants «Compressors 2004», IIR.

2. Белозеров Г.А., Медникова Н.М., Пытченко В.П. Анализ промышленной безопасности систем холодоснабжения действующих предприятий АПК и возможные пути их реконструкции // Холодильная техника. 2006.№ 8.

3. Belozerov G.A., Mednikova N.M., Pytchenko V.P., Serova E.H., Strukov N.S., Belozerov A.G. Industrial safety of ammonia systems of cold supplying at high energy efficiency. The23rd IIR International Congress of Refrigeration . Prague, Czech Republic. August 21-26, 2011.

4. Belozerov G.A., Mednikova N.M., Pytcheko W.P, Serova E.N. Caskade type refrigeration systems working on C02/NH3 for technological processes of products freezing and storage / IIR Ammonia Conference, Ohrid, 2007.

5. Белозеров Г.А., Медникова Н.М., Пытченко В.П., Серова Е.Н. Холодильные системы с рабочими веществами, обеспечивающими промышленную безопасность и энергетическую эффективность // Холодильная техника. 2009. № 5, с 26-31.

6. Целиков В.Н. Прогноз потребления гидрохлорфторуглеродов в 2011 году // Холодильная техника. 2011. № 1, с 4-6.