Судовые холодильные установки 

Судовые холодильные установки подразделяют: на производственные, обеспечивающие проведение производственных (технологических) процессов — охлаждение и хранение свежевыловленной рыбы, получение льда для охлаждения рыбы, замораживание и хранение мороженой рыбы, охлаждение и хранение соленой рыбы и консервов; провизионные, предназначенные для хранения запасов продовольствия для экипажа и пассажиров. А на судах с неограниченным районом плавания обязательно предусматривают холодильную установку для кондиционирования воздуха.

Судовые холодильные установки эксплуатируются  в более сложных условиях, чем  стационарные, к которым можно  отнести, например, изменение в широком  диапазоне температуры и влажности  воздуха, температуры забортной воды, интенсивности солнечной радиации; высокую коррозионную активность воздуха и морской воды; наличие вибрации и качки; ограниченность численности персонала и возможности проведения ремонтных работ. Поэтому к производственным холодильным установкам (в отличие от установок провизионных камер) предъявляют особые требования, изложенные в нормативных документах — морском регистре РФ, речном регистре РФ, регистре Ллойда и др. Эти технические требования направлены на обеспечение условий безопасного плавания, сохранности перевозимых грузов, охраны окружающей среды.

Судовые холодильные установки работают в основном на хладагентах R12 и R22. Доля аммиачных холодильных установок  начинает увеличиваться из-за прекращения  выпуска R12, но она не превышает 20%. Хладагент R407 рассматривается как альтернатива R22. Производственная холодильная установка обычно выполняется централизованной. Структура ее такова, что каждый охлаждаемый объект (или объекты с одинаковой температурой кипения) имеет индивидуальную холодильную машину, которая подключается к другой только для замены в случае отказа. Например, на судне имеются четыре трюма, скороморозильный аппарат и система кондиционирования воздуха, тогда холодильная установка включает шесть холодильных машин, каждая из которых обслуживает свой объект. Современная судовая холодильная установка комплектуется блочными холодильными машинами с винтовыми компрессорами, имеющими промежуточный подвод пара (по экономайзерной схеме), водяными конденсаторами и другими элементами. Она имеет малую вместимость по хладагенту — в три-пять раз меньше, чем традиционная (большее сокращение относится к аммиачной установке). Так, транспортное судно вместимостью трюмов 14 000 м, имеющее четыре одинаковые блочные холодильные машины, содержит хладагент массой (кг): если R22, то 1250 при непосредственном охлаждении и 290 при рассольном; если R717, то 70 при рассольном охлаждении.

Судовое холодильное оборудование создается  на базе стационарного, но в так называемом морском исполнении, т. е. с некоторыми изменениями в конструкции и заменой некоторых материалов для уменьшения массы и размеров, повышения надежности в условиях качки и вибрации, охлаждения морской водой. Охлаждение скороморозильных аппаратов и льдогенераторов обычно непосредственное, а охлаждение трюмов (и твиндеков) — косвенное. Непосредственное охлаждение трюмов нежелательно из-за трудностей борьбы с утечками хладагента, связанными с постоянными и значительными вибрациями и деформациями корпуса судна, а также с тем, что во время рейса практически невозможно попасть в охлаждаемые помещения. Однако непосредственное охлаждение особенно для условий транспортных установок имеет много достоинств, так как считается, что судовые установки с рассольным охлаждением по сравнению с установками с непосредственным охлаждением имеют массу больше в 2,3 раза, площадь помещений больше в 1,5 раза, стоимость больше в 1,4 раза. Так как рассольное охлаждение требует повышенного на 20—25% расхода энергии, то это вызывает соответственное изменение показателей силовой установки (массы, возимого топлива).

В соответствии с правилами морского регистра РФ аммиачные холодильные установки  должны размещаться в отдельных  газонепроницаемых помещениях с  двумя выходами, один из которых  должен быть непосредственно на открытую палубу, В машинном отделении и помещениях, где расположено технологическое оборудование, в котором используется аммиак, на случай прорыва аммиака из системы или пожара предусматриваются устройства водяного орошения и водяные завесы у выходов. В то же время хладоновое холодильное оборудование может устанавливаться как в отдельных помещениях, так и в помещениях, общих с силовыми (энергетическими) установками и технологическим оборудованием. В правилах регистра Ллойда указывается следующее. Под каждой блочной холодильной машиной должен находиться поддон или приямок, способный вместить находящийся в ней объем жидкого хладагента, из которого жидкий хладагент отводится в бак с водой, расположенный ниже поддона.

Машинное  отделение должно иметь систему поглощения аммиака, включающую: вытяжные и аварийные вентиляторы, аммиакопоглощающее устройство и бак с водой. Вытяжные вентиляторы обособлены от других систем вентиляции и обеспечивают десятикратный обмен воздуха в машинном отделении в час. Аварийные вентиляторы включаются автоматически, если объемная доля аммиака в воздухе превысит 0,05%. Аммиакопоглощающее устройство, например камера, орошаемая морской водой, рассчитывается на быстрое поглощение массы аммиака, находящегося в блочной холодильной машине с наибольшим его содержанием. Воздух, выходящий из этого устройства, должен содержать объемную долю аммиака не более 0,002%. Содержание аммиака должно непрерывно контролироваться: в воздухе машинного отделения; в вытяжном воздуховоде аммиакопоглощающего устройства; в помещении, где хранится запас аммиака, и в аварийных трубопроводах, идущих от предохранительных клапанов.

Охлаждение  трюмов и твиндеков на судах, оборудованных  аммиачными холодильными установками, обычно рассольное, так как правилами морского регистра РФ применение аммиака для непосредственного охлаждения трюмов на судах запрещено. Для охлаждения помещений, предназначенных для хранения мороженых продуктов, применяют чаще всего батарейное охлаждение. Батареи чаще выполняют из гладких труб и реже из ребристых. На ряде судов использованы панельные батареи, занимающие меньший объем, чем рассольные двухрядные батареи. В помещениях, предназначенных для охлаждения продуктов, применяют главным образом воздушное охлаждение. Непосредственное охлаждение аммиаком встречается в аппаратах для замораживания рыбы и льдогенераторах.

При воздушном  охлаждении помещений применяют  различные системы воздухораспределения. Бесканальные встречаются редко, так  как трудно иметь в трюмах достаточный  объем для развития струй. Получили распространение системы с нижней сосредоточенной подачей воздуха (рис. 12.11, а). В этом случае воздух подается под решетки трюма, проходит снизу вверх и забирается на подволоке. Трюмы и твиндеки могут охлаждаться параллельно (отдельная подача воздуха в каждое помещение) или последовательно (рис. 12.11, б). Также воздух подается в трюм 2, а забирается из твиндека 3; палуба 2 между трюмом и твиндеком выполняется решетчатой. Имеются системы подачи воздуха из воздухоохладителя 5 сначала в продух 6, идущий по бортам, а из него — под решетки 7; тогда продухи по бортам образуют своеобразную теплозащитную рубашку, исключающую теплопритоки в охлаждаемый объем (рис. 12.11, а). Для равномерного распределения воздуха по полу в продухах выполнены направляющие 4.

Подобная  теплозащитная рубашка образуется и при горизонтальном движении воздуха  через груз (рис. 12.11, г). Особенностью схем трубопроводов на судовых установках является то, что все коллекторы, через которые хладагент и  хладоноситель подаются в охлаждающие приборы или в группу охлаждающих приборов (при наличии нескольких секций приборов в помещении), а также все обратные коллекторы устанавливаются в машинном отделении, а все трубопроводы проходят в общем туннеле или шахте. Такое размещение коллекторов позволяет включать и выключать охлаждающие приборы или их секции непосредственно из машинного отделения (при централизованном хладоснабжении), но существенно увеличивает длину трубопроводов.

Задание.

Рассчитать  по заданным данным судовую холодильную установку

Объем трюма – 15 тонн

Морозильный аппарат – плиточный скороморозильный

Судно - с неограниченным районом промысла

Компрессор - винтовой

Конденсатор – горизонтальный кожухотрубный

Хладагент холодильной установки - R134а

На хранение поступает рыба – морской окунь.

Винтовые  холодильные компрессоры 

Винтовые  холодильные компрессоры относятся  к объемным роторным компрессорам (сжатие газа производится в замкнутом объеме) с обкатываемыми профилями зубьев роторов. Основными рабочими органами винтового холодильного компрессора являются роторы, на которых нарезаны винтовые зубья. Роторы размещены в цилиндрических расточках корпуса компрессора и совершают вращательное движение.

Винтовые  компрессоры могут быть маслозаполненными (в парные полости которых на стороне сжатия подается значительное количество масла), сухого сжатия и с впрыском в парные полости жидкого холодильного агента. Винтовые холодильные компрессоры могут быть одно- и двухроторными; сальниковыми и бессальниковыми, вертикального и горизонтального исполнений.

В холодильной  технике применяют в основном винтовые маслозаполненные двухроторные компрессоры. Винтовой двухроторный компрессор состоит из следующих основных деталей: корпуса, двух роторов, опорных и  упорных подшипников, поршней для уравновешивания осевых сил и привода регулятора производительности. Роторы (винты) представляют собой цилиндрические косозубые крупномодульные шестерни с зубьями специального профиля. Профили зубьев парных винтов при взаимной обкатке сопрягаются теоретически без зазора. При вращении винтов вершины зубьев описывают цилиндрические поверхности и образуют с корпусом также теоретически беззазорное сопряжение.

Рабочий цикл винтового компрессора имеет  четыре фазы: всасывание, перенос, сжатие и нагнетание.

Всасывание. Газ через всасывающее окно заполняет впадины между зубьями роторов при их вращении и выходе зубьев из зацепления. Процесс всасывания продолжается до тех пор, пока кромки зубьев ведущего и ведомого роторов, ограничивающие объем впадины между зубьями, совместятся с кромками окна всасывания. Объем впадин между зубьями ведомого и ведущего роторов носит название парной полости.

Перенос. В процессе дальнейшего поворота роторов газ переносится без изменения замкнутого объема парной полости в направлении окна нагнетания.

Сжатие. Давление газа повышается за счет уменьшения замкнутого объема парной полости при вращении роторов. Процесс сжатия продолжается до момента совмещения кромок зубьев ведущего и ведомого роторов, ограничивающих парную полость, с кромками окна нагнетания.

Нагнетание. Газ (вместе с маслом) из уменьшающегося объема парной полости нагнетается через окно нагнетания в нагнетательный патрубок. Если давление в конце сжатия меньше давления в нагнетательном патрубке, то происходит внешнее дожатие газа до давления нагнетания.

В корпус компрессора впрыскивается охлажденное  масло, которое заполняет зазоры между роторами и корпусом, а также  обеспечивает уплотнение по линии контакта соприкасающихся поверхностей зуба и впадины. 

Горизонтальные  кожухотрубные конденсаторы 

Кожухотрубные конденсаторы могут иметь как  горизонтальное, так и вертикальное исполнение, однако наиболее часто  встречаются модели с горизонтальным исполнением. Горизонтальный кожухотрубный  конденсатор состоит из корпуса (или кожуха, или оболочки), выполняемого, как правило, из углеродистой стали и закрытого с обоих концов решетками, в которых сваркой или развальцовкой закреплены внутренние трубки. Охлаждающая вода циркулирует по трубкам, тогда как конденсация хладагента происходит в кожухе, т. е. между трубками и внешним корпусом.

На каждом конце кожуха находятся съемные  днища, обеспечивающие изменение направления  движения воды по трубкам. На одном  из днищ закреплены патрубки входа  и выхода воды. Такая конструкция  позволяет производить механическую чистку внутренних поверхностей трубок с водой, быстро загрязняются.

Днища с внутренней стороны имеют несколько  разделенных перегородками независимых  полостей, размещенных на поверхности  днищ таким образом, чтобы охлаждающая  вода проходила по трубкам несколько раз в двух направлениях (слева направо и справа налево). В судовых холодильных установках ввиду наличия забортной воды количество охлаждающей воды может быть очень большим. Для таких установок, так же как для установок, в которых конденсатор охлаждается водой, которая сама затем охлаждается в соответствующем контуре (градирне), наличие большого расхода воды часто позволяет запараллелить половину труб. Тогда вода полностью проходит конденсатор за один раз туда и обратно.

Что касается конденсаторов, для охлаждения которых предусмотрено использование водопроводной воды, все более и более дорожающей, то в них расход охлаждающей воды стремятся снизить до минимально возможного, для чего на днищах кожуха устанавливают как можно больше перегородок, обеспечивая тем самым многократное число проходов воды в трубках туда и обратно. На выходе из конденсатора охлаждающая вода нагревается, как правило:

на 2–3 К в конденсаторах, охлаждаемых  забортной водой;

на 4–6 К в конденсаторах с косвенным  охлаждением, в которых охлаждающая вода сама затем охлаждается в градирне;

на 10–30 К в конденсаторах, охлаждаемых  водопроводной водой из сети общественного  потребления.

Независимо  от типа используемого хладагента обечайка кожухотрубных горизонтальных конденсаторов изготавливается из цельнотянутых или сварных стальных труб, решетки для трубок делаются из стального листа, а днища — из чугуна или стального листа. С другой стороны, для судовых холодильных установок, работающих не на аммиаке, часто для изготовления решеток и реже для днищ используют цветные металлы. Для аммиачных конденсаторов внутренние трубки всегда изготавливают из бесшовных стальных труб с наружным диаметром, как правило, до 25 мм. В целях обеспечения эффективной противокоррозионной защиты всех стальных или чугунных деталей, соприкасающихся с водой, используют высокостойкие защитные покрытия, не разрушаемые также морской водой и кислотами (например, нержавеющую плакировку AISI316L, стандарт США ASTM240, для решеток или внутреннюю защиту крышек эпоксидным покрытием).

Средний полный коэффициент теплоотдачи  К аммиачных конденсаторов составляет от 800 до 1400 Вт/(м2-К) и зависит от диаметра трубок, скорости циркуляции воды и  степени загрязненности. Скорость воды для этих конденсаторов не должна превышать 2,5 м/с.

Наружный  коэффициент теплоотдачи he, т. е. коэффициент  теплоотдачи от трубок к хладагенту, у конденсаторов, работающих не на аммиаке, ниже, чем у аммиачных, и ниже, чем внутренний коэффициент теплоотдачи, т. е. от трубок к воде. Поэтому для  конденсаторов, работающих не на аммиаке, предусматривают трубки с внутренними канавками, или турбулизаторами, а снаружи снабжают их ребрами. При конденсации отличных от аммиака хладагентов на наружной поверхности трубок скорость циркуляции воды внутри трубок должна быть также как можно более высокой.

В конденсаторах  с оребренными трубками скорость циркуляции воды часто близка к 3 м/с. Однако следует заметить, что скорость течения воды в трубках ограничена химическим составом их материала.

Поставляются  обычно конденсаторы, заполненные инертным газом. Заполнение инертным газом производится на заводе-изготовителе после вакуумирования внутренних полостей конденсаторов и их обезвоживания. Конденсаторы малой мощности часто устанавливаются на той же раме, что и компрессоры (совокупность компрессор-конденсатор называют конденсаторным агрегатом), или сами служат в качестве опоры для компрессора и двигателя. В некоторых случаях компрессор, испаритель и конденсатор образуют единую установку, полностью собранную на заводе со всеми электрическими цепями, которую остается только подключить к жидкостным магистралям.

                                                   R134a 

Хладагент R134a — это гидрофторуглеродное  соединение (НГС) с термодинамическими свойствами, сравнимыми со свойствами хлорфторуглеродного (СТО хладагента Rl2.R134a имеет нулевой озоноразрушающий потенциал (ODP=0) и повсеместносчи-тается лучшим эаменителем хладагента R12. R134а является идеальным хладагентом для работы в условиях высоких температур кипения и конденсации. R134а — это беспримесный хладагент, который имеет нулевое температурное «скольжение». При работе схладагентом R134а всегда используйте полиэфирное масло.

Хладагент R −134a Формула CF3CFH2 (тетрафторэтан). Молекула R134a имеет меньшие размеры, чем молекула R12, что делает более значительной опасность утечек.

Хладагент R134a нетоксичен и не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации. Однако при попадании воздуха  в систему и сжатии могут образовываться горючие смеси. Не следует смешивать R134a с R12, так как образуется азеотропная смесь высокого давления с массовыми долями компонентов 50 и 50%. Давление насыщенного пара этого хладагента несколько выше, чем у R12 (соответственно 1,16 и 1,08 МПа при 45 oС). Пар R134a разлагается под влиянием пламени с образованием отравляющих и раздражающих соединений, таких, как фторводород. 

                    Описание холодильной установки.

      Судовая холодильная установка состоит  из двух систем холодильного агента обслуживающих каждый роторный морозильный аппарат FGP-25-3, включающих в себя два тандемных винтовых компрессорных агрегата оснащенных винтовыми КМ S3-900 и КМ S3-315.

      KM S3-600 обслуживает грузовые трюма. В состав также входят:

• эжекционные кондиционеры;
• система охлаждения провизионных камер из холодильных агрегатов с воздушными конденсаторами;
• система предварительного охлаждения рыбы.

      В качестве хладагента использован R134а.

      Тандемный винтовой компрессорный агрегат  состоит из винтовых КМ S3-900 (низкой ступени) и КМ S3-315 (высокой ступени).

      Хладопроизводительность агрегата при температуре кипения  хладагента -55°С и температуре конденсации 37°С. Привод компрессоров осуществляется от отдельных электродвигателей мощностью 52кВт КMR 225 М2 и 71кВт KMR 250 S2. Общая масса агрегата с учетом массы обоих электродвигателей 4000 кг.

      Рабочие вещества холодильной установки: хладагент R134а и холодильное масло Emkarate RL32Н. Для отделения масла от паров предусмотрен маслоотделитель. Масляной насос производительностью 2 л/мин, минимальным давлением 4кгс/см² свыше давления из маслоотделителя в КМ S3-900 и S3-315 для смазки, уплотнения и отбора части тепла сжатых паров.

      С помощью тандемного двухступенчатого винтового агрегата в системе  охлаждения роторного плиточного морозильного аппарата типа FGP-25-3 поддерживается заданная температура кипения.

      Для режима замораживания КМ тандемных  винтовых компрессорных агрегатов вырабатывают нужный холод.

      КМ  НД засасывает пар хладагента из отделителя жидкости через регенеративный теплообменник и сжимает его до промежуточного давления.

      КМ  ВД засасывает пар хладагента, нагнетаемый  КМ НД и дальнейшим сжатием его.

      Дополнительно КМ ВД засасывает хладагент из переохладителя жидкости вместе с хладагентом, нагнетаемым  КМ НД подается в сжатом состоянии через маслоотделитель в кожухотрубные конденсаторы.

      Переохладитель  жидкости служит для переохлаждения сжиженного хладагента. Переохлаждение достигается путем теплообмена с испаряющимся хладагентом. В маслоотделителе большей частью отделяется масло, уносимое паром хладагента.

      В кожухотрубных конденсаторах пар  хладагента конденсируется, отдавая  тепло охлаждающей воде. Жидкий хладагент  поступает в линейный ресивер, затем он протекает через фильтр осушки, который поглощает воду. После этого основной поток жидкого хладагента протекает через систему труб переохладителя жидкости, причем он переохлаждается. Переохлаждение достигается тем, что ещё до переохладителя жидкости отводится частичный поток жидкого хладагента, который дросселируется в переохладитель жидкости через регулирующий вентиль.

      Дросселируемый  х.а. отнимает тепло от жидкого х.а. и испаряется.

      Поток испарившегося х.а. засасывается КМ ВД. Затем основной поток жидкого х.а. протекает через теплообменник для возврата масла. В котором происходит теплообмен со впрыснутым х.а., поступающим от напорного трубопровода насоса х.а.

      После этого жидкий х.а. протекает через  регенеративный теплообменник до отделителя жидкости. Там проходит теплообмен с х.а. (всасываемым газом), поступающим из отделителя. Затем жидкий х.а., выходящий из регенеративного теплообменника, дросселируется в отделитель жидкости через ручной регулирующий вентиль.

      Уровень х.а. в отделителе жидкости поддерживается в определённых пределах посредствам регуляторов уровня жидкости. Насос х.а. засасывает жидкий х.а. от отделителя жидкости и нагнетает его в плиточный морозильный аппарат FGP-25-3, где он отнимает тепло от охлаждаемых плит с продуктом.

      Выходящий из плиточного морозильного аппарата х.а. дросселируется в отделитель жидкости через ручной регулирующий вентиль. С целью обеспечения возврата масла, частичный насосный поток нагнетаемый насосом х.а., поступающего из переохладителя жидкости, впрыснутый хладагент испаряется. Из отделителя жидкости пар х.а. засасывается КМ НД тандемного винтового компрессорного агрегата через регенеративный теплообменник. Засасывается испарившийся х.а. из теплообменника для возврата масла КМ НД через подключение поддува. Таким образом, цикл хладагента начинается снова.

      Роторный  морозильный аппарат типа FGP-25-3 разработан предприятием «Кюльавтомат». Особенность данного аппарата в том, что рыба замораживается в межплиточном пространстве в непосредственном контакте с морозильными плитами, внутри которых с помощью герметичного насоса циркулируется х.а. R-22 с температурой -55°С, и замороженные блоки выгружаются без предварительного оттаивания, что объясняется незначительными силами адгезии переохлаждённого льда, на поверхности рыбы с гладкими поверхностями морозильных плит. МА FGP-25-3 проектной производительностью 15-20т/сут включает в себя вал ротора с двумя наружными дисками, на которых радиально распложены 60 морозильных плит размерами 1750х610х108 и массой одной плиты 16,7кг, привод ротора, кольцевые коллекторы подачи и отвода х.а., передний щит подпрессовывающего устройства, механизмы передвижения стола и загрузочного устройства, лоток, механизм транспортировки, кожух и весы.

      Аппарат устанавливается на фундаментальной  раме 2100х3050х1060 и массой 1150 кг с поддоном. Каждые две морозильные плиты  образуют пространство разделённой на две ячейки для замораживания рыбы в блоках размером 800х250х60 мм.

      Замораживание рыбы производится в металлических  решетках. В аппарате 120 рамок-окантовок, единовременная вместимость 1200 кг, длина  с загрузочным устройством 4000, ширина 3000, высота 2300 мм, масса 5000 кг. Аппарат установлен в изолирующем контуре. Толщина изоляции (пенополистерол) 150 мм. Привод гидравлический, от насосной станции, включающей три насоса (один резервный).

      Морозильные плиты имеют конический профиль. При расположении в двух торцевых дисках обе стороны плиты используются для замораживания рыбы. Каждая плита Разделена на две равные части с поперечной планкой. По каналам морозильных плит циркулирует х.а. (R-22), который поступает и отводится через малый вал ротора, разделённый на две части и два кольцевых коллектора. Диаметр подводящей медно-никелевой трубки – 10 мм, отводящей 15 мм. Для равномерного распределения жидкого х.а. по морозильным плитам на входе подводящих трубок установлены дроссельные шайбы с внутренним диаметром 3,1 мм.

      Плиты, выполненные из алюминиевого сплава, могут перемещаться в радиальном направлении от центра ротора, что позволяет компенсировать увеличение обмена продукта при замораживании.

      Морозильный аппарат работает следующим образом. Порции рыбы поступают в два дозирующих устройства, установленных на механических весах. Затем рыба пересыпается в окантовки и разравнивается механизмом подпрессоввки, после чего предварительная подпрессовка продукта для получения его равномерной толщины. Далее окантовки с рыбой вместе с листом загрузочного стола передвигаются в межплиточном пространстве аппарата. При обратном движении листа окантовки с рыбой остаются между плитами.

      Устройство  для выгрузки замороженных блоков в  принципе аналогично загрузочному устройству. Оно устанавливает окантовку с рыбой на основание где специальное устройство, состоящее из металлической пластины и гидравлического привода, выдавливает блоки рыбы из окантовок, и они по наклонным направляющим поступают на транспортер. Далее это устройство задвигает их в межплиточное пространство аппарата для последующей загрузки после поворота ротора на угол 6°.