Генераторы ледяной воды Фригодизайн®

Ледяная вода является идеальным хладоносителем для молочной и пищевой промышленности, поскольку обладает такими важными свойствами, как низкая стоимость, малая вязкость, нетоксичность и неагрессивность к металлам. При этом температура воды должна быть максимально приближенной к 0°С, чтобы обеспечить наибольшую разность температур между охлаждаемой средой и охлаждающей жидкостью.

Для получения воды с такой температурой традиционно используют льдоаккумуляторы, пленочные испарители или комбинации из этих способов. Для получения ледяной воды с помощью льдоаккумуляторов наша фирма изготавливает холодильные установки для их захолаживания. Наиболее крупная из таких установок на двух винтовых компрессорах холодопроизводительностью 210 кВт разработана, изготовлена и запущена в эксплуатацию на ОАО «Тобольский гормолзавод» еще в 2005 г.

Для предприятий, использующих ледяную воду, и где отсутствуют большие пиковые тепловые нагрузки на систему холодоснабжения, специалисты «Фриготрейд» разработали линейку генераторов ледяной воды с непосредственным охлаждением воды в проточных испарителях. Она имеет ряд преимуществ перед установками с использованием льдоаккумуляторов или пленочных испарителей. Это их компактность по сравнению с упомянутыми выше установками, поскольку в конструкции отсутствует громоздкий льдоаккумулятор. Ну и, конечно, более высокая энергоэффективность на единицу выработанного холода по сравнению с установками получения ледяной воды с аккумуляторами холода или пленочными испарителями.

Энергосберегающие промышленные установки получения ледяной воды в проточных испарителях Фригодизайн® отличаются уникальной запатентованной схемой холодильной установки и инновационной системой управления, которая позволяет обеспечивать заданную температуру ледяной воды на выходе из проточного испарителя при изменении расхода и температуры воды на входе установки в очень широком диапазоне с минимальными затратами энергии.

Процесс получения ледяной воды происходит в пластинчатом или кожухотрубном теплообменнике при непосредственной передаче тепла от охлаждаемой воды к кипящему хладагенту внутри испарителя. Высокая эффективность получения ледяной воды достигается за счет большой скорости и турбулизации ее потока внутри испарителя, что обеспечивает самую высокую температуру кипения среди традиционных холодильных установок получения ледяной воды.

Известно, что повышение температуры кипения хладагента всего на 1°С повышает эффективность холодильной установки примерно на 3%, т.е. на 3% снижается энергопотребление установки при той же холодопроизводительности. Следует подчеркнуть, что температура кипения хладагента в испарителях установок ледяной воды на 2°С выше, чем у пленочных охладителей воды и на 8-10°С выше, чем у холодильных установок с льдоаккумуляторами. Это дает экономию потребляемой энергии примерно на 6% относительно пленочных охладителей воды и примерно на 25-30% относительно установок с льдоаккумуляторами.

В генераторах ледяной воды Фригодизайн® используются высокоэффективные промышленные одновинтовые компрессоры J&E Hall (Англия), которые при одинаковых условиях работы, т.е. при температуре кипения -10°С и температуре конденсации +45°С на 1 кВт электроэнергии, затрачиваемой компрессором, вырабатывают примерно на 24% больше холода, чем другие винтовые компрессоры. В этих генераторах для регулирования производительности используется частотный привод винтового компрессора J&E Hall, который, согласно общеизвестным статистическим данным, обеспечивает экономию электроэнергии до 25% от суммарного годового энергопотребления установки. Это достигается за счет плавного пуска компрессора и точной настройки производительности под текущую нагрузку, благодаря чему при частичной нагрузке КПД компрессора не снижается, а энергоэффективность установки увеличивается за счет повышения температуры кипения и снижения давления конденсации.

Благодаря сочетанию частотного привода компрессора и ступенчатого включения компрессоров достигается широкий диапазон плавного регулирования холодопроизводительности установки в пределах от 12% до 100%.

Для генераторов ледяной воды с непосредственным охлаждением в испарителе не требуются мешалки, воздуходувки для барботажа воздуха через охлаждаемую воду, которые необходимы для работы льдоаккумуляторов. Это означает, что нет дополнительного теплопритока от барботажа к охлаждаемой воде, меньше энергопотребление холодильной установки, что еще на несколько процентов снижает энергопотребление таких генераторов по отношению к традиционным установкам.

Для циркуляции ледяной воды между генератором и потребителями «Фриготрейд» использует насосные агрегаты с частотно-регулируемым приводом. Такой привод насосов, согласно общеизвестным публикациям, обеспечивает экономию электроэнергии до 25% от суммарного годового потребления насоса.

Запатентованная система управления энергосберегающими генераторами ледяной воды Фригодизайн® обеспечивает контроль расхода воды и постоянную заданную температуру воды на выходе из проточного испарителя, плавное регулирование производительности компрессора, контроль давления кипения хладагента в испарителе.

Каждый генератор ледяной воды оснащен системой защиты, которая полностью исключает замерзание воды и разрушение испарителя при любых аварийных ситуациях.

Кроме того, применение в генераторе ледяной воды электронных терморегулирующих вентилей обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии до 3,5% от суммарного годового потребления установки.

Снизить электропотребление генераторами ледяной воды до 40% в холодное время года позволяет запатентованная нами схема холодильного контура установки (патент РФ №138287). Она позволяет получать минимально возможное давление конденсации и максимально возможное переохлаждение жидкости в конденсаторе. Это и обеспечивает минимально возможное энергопотребление при низкой температуре окружающей среды. Такая схема позволяет максимально эффективно использовать холодный окружающий воздух -- бесплатный ресурс, который обычно применяется только частично. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем выше экономия электроэнергии по сравнению с аналогами, выполненными по обычной схеме.

Дополнительными преимуществами генераторов ледяной воды Фригодизайн® является возможность использовать накопительный бак любого объема. При снижении температуры воды, поступающей на вход генератора от потребителей, или снижении этого расхода автоматически накапливается запас ледяной воды в этом баке, который автоматически используется при повышении нагрузки выше максимальной производительности генератора или при остановке компрессоров.

Кроме этого, такой генератор позволяет в любой момент мгновенно выйти на максимальную мощность для компенсации пиковой нагрузки в отличие от схемы с аккумуляторами холода, которым требуется время для накопления льда.

Чтобы исключить обмерзание испарителя, система управления генератора ледяной воды обеспечивает высокоточное регулирование температуры кипения в испарителе и температуры воды на выходе испарителя. На случай нештатной работы установки предусмотрена автоматическая аварийная система удаления льда с поверхности испарителя.

Практическую разработку такого генератора ледяной воды наши специалисты начали более 10 лет назад, когда первый генератор с получением ледяной воды в пластинчатом испарителе мы показали на выставке «Агропродмаш-2008». Ледяная вода из испарителя поступала в теплоизолированный накопительный бак, во время работы температура в баке изменялась в пределах 0°С …+0,5°С. Когда эта температура приближалась к значению -0,5°С, на поверхности воды в баке появлялась ледяная шуга, а когда поднималась выше 0°С — кристаллы льда таяли.

Посетителям нашего стенда была продемонстрирована работа системы автоматической защиты от замерзания, а именно работа данного генератора при отключении насоса, при случайном закрытии запорных вентилей на входе и выходе воды из установки, при отключении напряжения питания в момент, когда температура воды в емкости достигала 0°С (самый опасный для замерзания испарителя момент времени). При моделировании каждой аварийной ситуации генератор ледяной воды автоматически выключался, а затем включался и продолжал поддерживать заданную температуру в емкости 0°С …+0,5°С. Разработанная и реализованная нашими специалистами эта схема защиты испарителя от замерзания воды внутри пластинчатого испарителя продемонстрировала свою надежность при любых нештатных ситуациях, и после выставки данная установка была использована нами для дальнейшей оптимизации технических решений и характеристик генераторов ледяной воды данного типа.

Первое практическое применение промышленного генератора ледяной воды подобного типа было осуществлено в 2010 г на молокозаводе в г.Каменск-Уральском, где наши специалисты запустили в эксплуатацию генератор с непосредственным охлаждением воды в кожухотрубном испарителе.

При полной тепловой нагрузке два винтовых компрессора J&E Hall генератора обеспечивают холодопроизводительность 1,1 МВт, при этом потребляют всего 239 кВт электроэнергии. Такую экономию электроэнергии удалось получить за счет использования частотных преобразователей приводов компрессоров, а также применением электронных ТРВ.

Генератор ледяной воды на кожухотрубном испарителе мощностью 1,1 МВт (Каменск-Уральский молокозавод)

Данная установка позволяет получать ледяную воду на выходе из кожухотрубного испарителя с температурой +1…+2°С с расходом 150 м³/ч. Здесь в состав генератора входят два насосных агрегата. Один с частотными преобразователем привода обеспечивает подачу ледяной воды к потребителям и плавное регулирование ее расхода в зависимости от тепловой нагрузки. Второй обеспечивает циркуляцию оборотной воды между водяными конденсаторами и охлаждающими ее миниградирнями.

Установка работает полностью в автоматическом режиме. Благодаря плавному пуску с применением частотного привода у компрессоров и насосов при их включении в работу, пусковой ток плавно растет до номинального рабочего значения, тогда как без частотного преобразователя пусковые токи превышают номинальные в несколько раз. Установка имеет глубокое регулирование по производительности и при этом сохраняет высокую энергоэффективность компрессоров. Например, при минимальной нагрузке на генератор ледяной воды 193 кВт энергопотребление компрессоров составляет всего 42 кВт, при этом холодильный коэффициент будет 4,6, т.е. таким же, как при максимальной нагрузке.

В 2014 г для Ивановского молочно-жирового комбината в г.Фурманов Ивановской области мы изготовили, смонтировали и запустили в эксплуатацию генератор ледяной воды на двух винтовых компрессорах J&E Hall холодопроизводительностью 500 кВт с непосредственным охлаждением воды в проточном кожухотрубном испарителе. Температура воды поддерживается в соответствии с техническим заданием заказчика на уровне 1,5±0,5°С, при этом вода от потребителя поступает на охлаждение с расходом 75 м³/ч и температурой +7…+9°С.

Генератор ледяной воды с кожухотрубным испарителем на Ивановском МЖК

Мониторинг рабочих параметров генератора ледяной воды Ивановского МЖК на экране компьютера

В 2018 г «Фриготрейд» изготовила и поставила на Еланский сыродельный комбинат в Волгоградской области (производственная мощность около 500 т молока в сутки) четыре генератора ледяной воды с температурой 1,5±0,5°С и с расходом не менее 300 м³/ч. Режим работы установки -- круглосуточный и круглогодичный. В ходе проектирования с заказчиком был согласован наиболее оптимальный по энергоэффективности вариант: четыре генератора ледяной воды с непосредственным получением ледяной воды в проточном пластинчатом испарителе холодопроизводительностью каждого 600 кВт, работающие на общий бак-накопитель.

Каждый генератор был выполнен на промышленном винтовом компрессоре J@E Hall, работающим с частотным преобразователем электродвигателя компрессора, что позволяет плавно регулировать объемную производительность компрессора, изменяя номинальную частоту (50 Гц) вращения его вала в диапазоне от 19 Гц до 55 Гц. Частотными преобразователями укомплектованы все 5 насосов насосной станции внутреннего водяного контура и два насоса станции, обеспечивающей ледяной водой контур потребителей. Частотные приводы гарантируют получение ледяной воды в испарителе при изменении нагрузки у потребителя.

На вход генератора поступает вода от потребителя с температурой в диапазоне от 3°С + 9°С, после чего она охлаждается в пластинчатом испарителе до требуемой температуры 1,5±0,5°С. Запатентованная система автоматической защиты испарителя от замерзания не позволяет льду накапливаться внутри испарителя.

Компоновочный чертеж генератора ледяной воды производительностью 600 кВт: расход воды 75 м³/ч и температуре 1,5±0,5°С

Четыре генератора ледяной воды общей холодопроизводительностью 2,4 МВт и расходом 300 м³/ч на Еланском сыродельном комбинате

Каждый генератор ледяной воды поставлялся с выносным V-образным воздушным конденсатором. С целью повышения энергоэффективности генератора производительность конденсаторов рассчитана на температуру окружающей среды +35°С. При повышении температуры выше +35°С производительность конденсаторов растет за счет работы адиабатической системы охлаждения, которой укомплектован каждый конденсатор.

Адиабатическая система орошения, смонтированная на самом конденсаторе, распыляет воду на мельчайшие частицы, которые насыщают всасываемый воздух влагой. В результате испарения этой влаги происходит снижение температуры всасываемого воздуха, что повышает производительность конденсатора.

На Еланском сыродельном комбинате наша фирма реализовала систему мониторинга работы генераторов ледяной воды, состоящую из комплекса программно-аппаратных средств различных производителей, каждая часть которого выполняет определенную функцию. Все это было использовано исключительно для удобства персонала, который повседневно взаимодействует с нашим оборудованием и должен иметь максимально подробную и оперативную информацию о состоянии и работе генераторов ледяной воды.

Особенностью данной системы являлось то, что по требованию заказчика система управления холодильными установками должна быть реализована на контроллерах фирмы Danfoss, которые оказалось достаточно сложно совместить с системами управления других производителей. Из-за закрытости протокола передать данные контроллеров Danfoss можно только в систему диспетчеризации Danfoss Adap-Kool, а она имеет существенные ограничения в плане настройки человеко-машинного интерфейса из-за того, что ориентирована на коммерческие объекты (торговые залы супермаркетов, системы кондиционирования и пр.).

Упрощенная архитектура сети системы мониторинга

Нашими специалистами была разработана и реализована система диспетчеризации, которая полностью удовлетворяла всем требованиями заказчика, а именно — система состояла из СКАДА системы, OPC сервера, программного обеспечения, позволяющего извлекать данные из системы Danfoss Adap-Kool. Архитектура сети выглядела следующим образом: система мониторинга Danfoss Adap-Kool получала данные от контроллеров системы управления по закрытому протоколу LON. Специально разработанное нашими специалистами программное обеспечение, установленное на компьютер оператора, «извлекало» эти данные из системы Adap-Kool посредством интерфейса Ethernet по более открытому протоколу и перенаправляло в специальный OPC-сервер. А уже из OPC-сервера данные попадали в удобную для заказчика систему СКАДА с автоматизированным рабочим местом оператора.

Страница интерфейса, отображаемая на экране компьютера

Несмотря на такую длинную цепочку, эта система мониторинга показала свою надежность и оперативность работы, а использование в этой цепи системы Danfoss Adap-Kool только повысила надежность, т.к. она дублирует основную используемую систему, имеет свой архив данных и служит для доступа к ряду параметров настройки системы управления службами, осуществляющими сервисное обслуживание генераторов ледяной воды.

В заключение отмечу, что практический опыт, подтвержденный данными по энергопотреблению систем холодоснабжения наших клиентов, показывает, что энергосберегающие опции в этих системах позволяют снизить суммарное энергопотребление не менее чем на 20-30%.

Более подробную информацию о технических характеристиках и возможностях генераторов ледяной воды можно получить в нашем офисе и на сайте.

www.frigodesign.ru
ООО Фриготрейд — российский разработчик и производитель систем холодоснабжения и кондиционирования, контейнерных холодильных установок, климатических и испытательных камер, гидромодулей, средств автоматизации и дистанционного мониторинга, выпускаемых под торговой маркой ФРИГОДИЗАЙН®

post@frigodesign.ru
+7 (495) 787-2663
+7 800 505-0542