Автоматизация холодильных установок предполагает оснащение их автоматическими устройствами (приборами и средствами автоматизации), с помощью которых обеспечиваются безопасная работа и проведение производственного процесса или отдельных операций без непосредственного участия обслуживающего персонала или с частичным его участием.
Объекты автоматизации совместно с автоматическими устройствами образуют системы автоматизации с различными функциями: контроля, сигнализации, защиты, регулирования и управления. Автоматизация повышает экономическую эффективность работы холодильных установок, так как уменьшается численность обслуживающего персонала, снижается расход электроэнергии, воды и других материалов, увеличивается срок службы установок вследствие поддержания автоматическими устройствами оптимального режима их работы. Автоматизация требует капитальных затрат, поэтому проводить ее надо, основываясь на результатах технико-экономического анализа.
Холодильную установку можно автоматизировать частично, полностью или комплексно.
Частичная автоматизация предусматривает обязательную для всех холодильных установок автоматическую защиту, а также контроль, сигнализацию и нередко управление. Обслуживающий персонал регулирует основные параметры (температура и влажность воздуха в камерах, температура кипения и конденсации холодильного агента и т.д.) при отклонении их от заданных значений и нарушении работы оборудования, о чем информируют системы контроля и сигнализации, а некоторые вспомогательные периодические процессы (оттаивание инея с поверхности охлаждающих приборов, удаление масла из системы) выполняются вручную.
Полная автоматизация охватывает все процессы, связанные с поддержанием требуемых параметров в охлаждаемых помещениях и элементах холодильной установки. Обслуживающий персонал может присутствовать лишь периодически. Полностью автоматизируют небольшие по мощности холодильные установки, безотказные и долговечные.
Для крупных промышленных холодильных установок более характерна комплексная автоматизация (автоматические контроль, сигнализация, защита).
Автоматический контроль обеспечивает дистанционное измерение, а иногда и запись параметров, определяющих режим работы оборудования.
Автоматическая сигнализация - извещение с помощью звукового или светового сигнала о достижении заданных величин, тех или иных параметров, включении или выключении элементов, холодильной установки. Автоматическую сигнализацию подразделяют на технологическую, предупредительную и аварийную.
Технологическая сигнализация - световая, информирует о работе компрессоров, насосов, вентиляторов, наличии напряжения в электрических цепях.
Предупредительная сигнализация на защитных, циркуляционных ресиверах сообщает, что величина контролируемого параметра приближается к предельно допустимому значению.
Аварийная сигнализация световым и звуковым сигналами извещает о том, что сработала автоматическая защита.
Автоматическая защита, обеспечивающая безопасность обслуживающего персонала, обязательна для любого производства. Она предотвращает возникновение аварийных ситуаций, выключая отдельные элементы или установку в целом, когда контролируемый параметр достигает предельно допустимого значения.
Надежную защиту в случае возникновения опасной ситуации должна обеспечивать система автоматической защиты (САЗ). В простейшем варианте САЗ состоит из датчика-реле (реле защиты), контролирующего величину параметра и вырабатывающего сигнал при достижении ее предельного значения, и устройства, преобразующего сигнал реле защиты в сигнал остановки, который направляется в систему управления.
На холодильных установках большой мощности САЗ выполняют так, чтобы после срабатывания реле защиты автоматический пуск отказавшего элемента без устранения вызвавшей остановку причины был невозможен. На небольших холодильных установках, например на предприятиях торговли, где авария не может привести к тяжелым последствиям, нет постоянного обслуживания, объект включается автоматически, если величина контролирусмоге параметра возвращается в допустимую область.
Наибольшее число видов защиты имеют компрессоры, поскольку по опыту эксплуатации 75 % всех аварий на холодильных установках происходят именно с ними.
Число параметров, контролируемых САЗ, зависит от типа, мощности компрессора и вида холодильного агента.
Виды защиты компрессоров:
от недопустимого повышения давления нагнетания - предотвращает нарушение плотности соединений или разрушение элементов;
недопустимого понижения давления всасывания - предотвращает повышение нагрузки на сальник компрессора, вспенивание масла в картере, замерзание хладоносителя в испарителе (реле высокого и низкого давления, оснащают практически все компрессоры);
уменьшения разности давлений (до и после насоса) в масляной системе - предотвращает аварийный износ трущихся деталей и заклинивание механизма движения компрессора, реле разности давлений контролирует разность давлений на стороне нагнетания и всасывания масляного насоса;
недопустимого повышения температуры нагнетания - предотвращает нарушение режима смазки цилиндра и аварийный износ трущихся деталей;
повышения температуры обмоток встроенного электродвигателя герметичных и бессальниковых хладоновых компрессоров - предотвращает перегрев обмоток, заклинивание ротора и работу на двух фазах;
гидравлического удара (попадание жидкого холодильного агента в полость сжатия) - предотвращает серьезную аварию поршневого компрессора: нарушение плотности, а иногда и разрушение.
Виды защиты других элементов холодильной установки:
от замерзания хладоносителя - предотвращает разрыв труб испарителя;
переполнения линейного ресивера - предохраняет от снижения эффективности конденсатора в результате заполнения части его объема жидким холодильным агентом;
опорожнения линейного ресивера - предотвращает прорыв газа высокого давления в испарительную систему и опасность гидравлического удара.
Предотвращение аварийной ситуации обеспечивает защита от недопустимой концентрации аммиака в помещении, что может вызвать пожар и взрыв. Концентрация аммиака (максимум 1,5 г/м 3 , или 0,021 % по объему) в воздухе контролируется газоанализатором.
Установки пропанового охлаждения природного газа предназначены для одновременного обеспечения требуемых параметров точки росы по воде и углеводородам посредством конденсации водной и углеводородной фракции (УВ) при низких температурах (до минус 30 0 С). Источником холода является внешний пропановый холодильный цикл.
Основное преимущество таких установок – низкие потери давления сырьевого потока (дросселирование потока природного газа не требуется) и возможность извлечения продукционной фракции С3+.
Для предотвращения гидратообразования используется впрыск ингибитора: этиленгликоля (для температур не ниже минус 35 0 С) и метанола (для температур вплоть до минус 60 0 С).
Надежность
Эффективность
Возможные опции
Влагонасыщенный поток природного газа подается во входной сепаратор (1), в котором из потока удаляются свободная вода и УВ фракции. Газовая фракция направляется в теплообменник газ-газ (2) для предварительного охлаждения потоком сухого отбензиненного газа из холодного сепаратора. Для предотвращения гидратообразования в теплообменнике предусмотрены форсуночные устройства для впрыска ингибитора (метанол или этиленгликоль).
Рис. 3 Принципиальная схема пропановой холодильной установки
После предварительного охлаждения в теплообменнике газ-газ поток подается в теплообменник газ-пропан (чиллер) (4), в котором происходит понижение температуры потока до заданного значения посредством теплообмена с потоком кипящего пропана. Сырьевой поток находится в трубном пучке, который в свою очередь погружен в объем хладагента.
Образовавшаяся в результате охлаждения парожидкостная смесь поступает на разделение в низкотемпературный трехфазный сепаратор (5), где разделяется на потоки отбензиненного газа, конденсата и насыщенного водой ингибитора гидратообразования.
Сухой отбензиненный газ (СОГ) подается противотоком в теплообменник газ-газ (2) и далее отводится за пределы установки.
Жидкостные фракции отводятся независимыми автоматическими конроллерами уровня в соответствующие линии.
Одной из наших основных задач является борьба с мифом о том, что газопереработка это сложно, долго и дорого. Удивительно, но на проекты, которые в США реализуются за 10 месяцев, на территории СНГ уходит до трех лет. Установки, занимающие в США 5000 м2, на территории СНГ с трудом умещаются на 20 000 м2. Проекты, окупающиеся в США за 3-5 лет, даже при существенно более низкой стоимости реализации продукта, на территории России и Казахстана не окупаются никогда.
ОТ ОПАСНЫХ РЕЖИМОВ
В процессе работы холодильных машин и установок из-за отказов отдельных узлов или агрегатов, а также из-за нарушений в системах энерго- и водоснабжения могут возникать опасные режимы: повышение давления и температуры, уровня жидкости в отдельных аппаратах или узлах машин, прекращение смазки трущихся пар, отсутствие охлаждающей воды и т.д. Если не будут приняты своевременные меры, могут быть повреждены или разрушены компрессоры, теплообменные аппараты или другие элементы установки. При этом возникает серьезная опасность для здоровья и жизни обслуживающего персонала.
Защита холодильных машин и установок включает в себя целый комплекс технических и организационных мероприятий, обеспечивающих их безопасную эксплуатацию. В этой главе будут рассмотрены лишь те из них, которые выполняются на основе автоматических приборов и устройств.
СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ
К способам защиты относят остановку машины или всей установки, включение аварийных устройств, выпуск рабочего вещества в атмосферу или перепуск в другие аппараты.
Остановка машины или всей установки. Этот способ осуществляется с помощью системы автоматической защиты (САЗ), которая состоит из первичных устройств - датчиков-реле защиты (или просто реле защиты) и электрической схемы, преобразующей сигналы от реле защиты в сигнал остановки. Этот сигнал передается в схему автоматического управления.
Реле защиты воспринимают контролируемые технологические величины и при достижении ими предельно допустимых значений вырабатывают аварийный сигнал. Эти приборы обладают чаще всего релейными двухпозиционными характеристиками. Число входящих в САЗ датчиков-реле определяется минимально необходимым количеством контролируемых величин.
Электрическая схема выполняется в одном из трех вариантов, в соответствии с чем САЗ бывают однократного действия, с повторным включением и комбинированными.
САЗ однократного действия осуществляет остановку машины или установки при срабатывании любого реле защиты и делает невозможным автоматический пуск до вмешательства обслуживающего персонала. Этот тип САЗ распространен преимущественно на крупных и средних машинах. Если установка работает без непрерывного обслуживания и оборудование не имеет автоматически включаемого резерва, то САЗ дополняется специальной сигнализацией для экстренного вызова персонала.
САЗ с повторным включением останавливает машину при срабатывании реле защиты и не препятствует ее автоматическому включению при возвращении реле в нормальное состояние. Ее применяют главным образом в малых установках торгового типа, где стремятся к упрощению схемы автоматики.
В комбинированных САЗ часть реле защиты, контролирующих наиболее опасные параметры, включают в электрическую схему однократного действия, а часть с менее опасными параметрами - в схему с повторным включением. Это позволяет, не прибегая к помощи персонала, вновь автоматически пускать машину, если это не сопряжено с опасностью аварии.
На практике встречается также разновидность защиты, называемая блокировкой. Ее отличие состоит в том, что сигнал получают не от реле защиты, а от элемента схемы контроля или управления другим агрегатом или узлом установки (например, насосом, вентилятором и т.д.). Блокировка исключает пуск или работу машины при невыполнении заданного порядка пуска контролируемых агрегатов. Обычно блокировку выполняют по схеме с повторным включением.
Включение аварийных устройств. Этот способ осуществляется также САЗ.
К аварийным устройствам относят:
Предупредительную сигнализацию об опасных режимах, которую применяют на особо крупных установках с непрерывным обслуживанием, чтобы по возможности избежать остановки машины;
Аварийную сигнализацию, информирующую персонал о срабатывании защиты, а также расшифровывающую конкретную причину аварийного срабатывания;
Аварийную вентиляцию, включаемую при повышении местной или общей концентрации в воздухе взрыво- и пожароопасных, а также токсичных рабочих веществ (например, аммиака).
Выпуск рабочего вещества в атмосферу или перепуск в другие аппараты. Этот способ осуществляется специальными предохранительными устройствами (предохранительными клапанами, предохранительными пластинами, плавкими пробками и др.), не входящими в САЗ. Их назначение - предотвратить разрушение или взрыв сосудов и аппаратов при повышении давления в результате неисправности установки, а также в случае пожара. Выбор предохранительных устройств и правила их использования определяются нормативными документами в соответствии с правилами безопасности и эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ
Системы защиты различаются в зависимости от типа холодильной установки, ее размеров, принятого способа эксплуатации и др. При построении всех САЗ необходимо учитывать общие принципы, обеспечивающие в наибольшей степени безопасность работы. В качестве примера рассматривается принципиальная схема САЗ компрессионной холодильной установки, состоящей из компрессора Км с электродвигателем Д, теплообменных аппаратов ТА и вспомогательных устройств ВУ - насосов, вентиляторов и др. (рис. 7.1). Схема представлена в общем виде без указаний конкретных величин и параметров, подвергаемых контролю.
Рис. 7.1. Принципиальная схема САЗ
Следует условиться, что САЗ предназначена для остановки компрессора при достижении одним из параметров предельно допустимого значения.
САЗ имеет десять каналов защиты. Каналы 1-8 работают от соответствующих реле защиты, воспринимающих технологические параметры. Каналы 9 и 10 обеспечивают блокировку компрессора и вспомогательных устройств.
В систему входит ключ, с помощью которого при необходимости (при пробах и обкатках) можно выключить часть защитных реле и цепей блокировки (2, 3, 5, 6, 8, 9, 10). Не подлежат выключению те защиты, которые должны функционировать в любом режиме работы установки.
Электрическая схема САЗ состоит из двух частей. Первая часть, в которую включены каналы 2, 5, 9 и 10, работает по способу с повторным включением, а вторая с остальными каналами обеспечивает защиту, работающую по принципу однократного действия, и контролирует наиболее ответственные параметры. При достижении ими предельно допустимых значений САЗ останавливает компрессор. Последующий пуск его возможен лишь после вмешательства персонала, который пользуется специальной кнопкой ввода в работу защит.
Сигналы от электрической схемы САЗ подаются в схему автоматического управления АУ. Эти сигналы останавливают двигатель компрессора независимо от сигналов оперативного управления ОУ.
Кроме основной функции САЗ - аварийной остановки компрессора, она выполняет и вспомогательные операции: включение необходимых аварийных устройств, а также световой и звуковой сигнализации. Расшифровывающая сигнализация защит с повторным включением действует только до тех пор, пока контролируемый параметр не вошел в нормальные пределы. Сигнализация защит однократного действия остается включенной после срабатывания до нажатия кнопки ввода в работу независимо от фактического состояния контролируемого параметра. Такая схема как бы «запоминает» происшедшее срабатывание защиты и информирует персонал в течение неограниченного времени.
Представленная схема может рассматриваться лишь как пример построения САЗ. Конкретные системы могут от нее отличаться количеством каналов и способами их включения.
Основным требованием к САЗ является высокая надежность, которая достигается применением высоконадежных реле защиты и элементов электрических схем, резервированием реле и других элементов защиты в особо ответственных случаях, уменьшением числа элементов, последовательно включаемых в САЗ, использованием наиболее безопасных вариантов электрических схем, организацией профилактических проверок и ремонтов в процессе эксплуатации.
Применение высоконадежных реле защиты и элементов электрических схем - наиболее простой и естественный путь, так как при прочих равных условиях использование более надежных элементов позволяет создать более надежную систему. Следует лишь иметь в виду, что при эксплуатации реле и другие элементы САЗ имеют весьма малую циклическую наработку (малое число срабатываний). Поэтому при оценке надежности в расчет следует принимать не циклическую долговечность и циклическую наработку на отказ, а другие показатели, характеризующие способность элементов сохранять готовность к срабатыванию (например, наработку на отказ по времени). При этом за отказ принимают любое нарушение способности элемента к срабатыванию.
Резервирование представляет собой параллельное включение двух или более однородных и совместно работающих элементов, выполняющих одинаковые функции. Выход из строя одного из них не нарушает работоспособности системы в целом. Резервирование используют в особо опасных случаях, когда внезапный отказ САЗ может привести к серьезным последствиям. К таким случаям относят, например, защиту от попадания жидкого аммиака в поршневой компрессор. Для этого на сосудах перед компрессором устанавливают основные и резервные реле уровня.
На упрощенной схеме (рис. 7.2) показан отделитель жидкого аммиака ОЖ, установленный между испарителем и компрессором Км. При нормальной работе жидкий аммиак в отделителе жидкости отсутствует. При выбросе жидкости из испарителя она накапливается в отделителе жидкого аммиака, и, если ее уровень достигает допустимого предела, срабатывают реле защит РЗ 1 и РЗ 2 (на схеме показаны их первичные преобразователи). Оба реле постоянно включены в работу и выполняют одну и ту же функцию. Такое резервирование значительно повышает надежность, так как вероятность одновременного отказа обоих реле крайне мала.
Уменьшение числа элементов, последовательно включаемых в САЗ, является одним из способов повышения надежности электрических схем САЗ. Наиболее надежна система, в которой реле защиты связаны непосредственно с пускателем двигателя компрессора без промежуточных элементов. Однако такую схему применяют только на самых малых установках. На более крупных установках приходится использовать промежуточные реле, что уменьшает надежность. Поэтому число последовательных промежуточных элементов, входящих в цепь аварийного отключения компрессора, должно быть минимальным.
Рис. 7.2. Упрощенная схема отделителя жидкости с резервированием реле защиты
от влажного хода компрессора
При использовании наиболее безопасных электрических схем обеспечивается остановка компрессора при возникновении отказов в САЗ. Наиболее характерным отказом электрической цепи является обрыв (исчезновение напряжения или тока), что может иметь место при физическом обрыве проводов, подгорании контактов, выходе из строя радиоэлектронных элементов (диодов, транзисторов, резисторов и др.), нарушениях в работе источников электропитания. Для того чтобы указанные отказы сигнализировались как аварийные, необходимо, чтобы в цепях защиты при нормальном состоянии циркулировал ток, а сигнал аварийной остановки соответствовал его прекращению. Следовательно, наиболее безопасной является электрическая схема защиты на нормально замкнутых контактах или других элементах.
Так, в схеме (рис. 7.3) контакты реле защиты РЗ 1 , РЗ 2 и РЗ 3 замкнуты, если контролируемые величины находятся в нормальных пределах, и разомкнуты при достижении предельно допустимых значений. Эти контакты включены последовательно в цепь обмотки электромагнитного реле РА, которое при срабатывании защиты отключает обмотку магнитного пускателя (на схеме не показан) и останавливает компрессор.
Рис. 7.3. Электрическая схема защиты на нормально замкнутых контактах
Когда все контакты реле защит замкнуты, цепь электромагнитного реле можно ввести в работу кратковременным нажатием кнопки КВЗ. При этом через обмотку электромагнитного реле потечет ток, это реле сработает и замкнет свой контакт РА. После отпускания кнопки цепь остается под током. Достаточно одному из реле защит разомкнуть контакт, как электромагнитное реле отпустит и его контакт разомкнется. Повторное включение будет возможно только после нажатия кнопки. Это схема однократного действия. В схеме с повторным включением контакт РА и кнопка не требуются.
Организация профилактических проверок и ремонтов в процессе эксплуатации играет решающую роль в обеспечении безопасной работы установок. Эти меры, если они выполняются через необходимые промежутки времени, практически исключают опасные ситуации, связанные с внезапными отказами в саз.
Для организации профилактических проверок необходимо, чтобы САЗ снабжались устройствами и приспособлениями, позволяющими по возможности в полном объеме проверять работоспособность защит. При этом желательно, чтобы проверка не вызывала вывода установки за предельно допустимые режимы. Так, в схеме (см. рис. 7.2) проверить работу реле защит можно без наполнения отделителя жидкости.
При нормальной работе вентили В 1 и В 2 открыты, а вентиль В 3 закрыт. Первичные преобразователи реле защит РЗ 1 и РЗ 2 подключены к сосуду.
Для проверки закрывают вентиль В 2 и открывают вентиль В 3 . Из трубопровода жидкость подается непосредственно в поплавковые камеры реле уровня и заполняет их. Если реле исправны, то они, срабатывая, выдают соответствующие сигналы.
После этого вентиль В 3 закрывают, а вентиль В 2 открывают. Жидкость стекает в сосуд, что свидетельствует об отсутствии засорения соединительного патрубка.
В процессе эксплуатации должен действовать график профилактических проверок, периодичность которых должна быть выбрана с учетом фактических показателей надежности.
СОСТАВ САЗ
Количество параметров, контролируемых с помощью САЗ, зависит от вида оборудования, его размеров и производительности, вида хладагента и др. Обычно число защит увеличивается с увеличением размеров оборудования. Более сложные САЗ обычно применяют на аммиачных установках.
В табл. 7.1 приведен рекомендуемый перечень контролируемых параметров для наиболее распространенных видов холодильного оборудования. Для некоторых видов оборудования предлагается несколько вариантов набора защит, которые выбираются исходя из конкретных условий. Так, для герметичных компрессоров можно использовать два варианта. Вариант со встроенными устройствами для защиты от повышения температуры обмоток электродвигателей является предпочтительным, так как при том же числе приборов обеспечивается защита от большего числа неисправностей.
В табл. 7.1 не вошли компрессоры бытовых холодильников и кондиционеров.
Некоторые из защит, входящих в состав САЗ, не обязательно вводить в схему однократного действия, при необходимости допускается включать их в схему с повторным включением.
На особо крупных установках с винтовыми и центробежными компрессорами целесообразно применять предупредительную сигнализацию. При достижении параметров предельно допустимых значений включается предупредительная сигнализация. Компрессор останавливается лишь в том случае, когда через заданный промежуток времени параметр не войдет в нормальные пределы. Параметры, допускающие включение через предупредительную сигнализацию, также отмечены в табл. 7.1. При этом следует обратить внимание на надежность устройства временной задержки и при необходимости принять соответствующие меры, например резервирование.
Таблица 7.1
| Оборудование | Давление | Температура | Уровень жидкости | Осевой сдвиг вала | Область применения | |||||||||
| кипения (температура) | всасывания | нагнетания | нагнетания | масла | масла редуктора | обмоток электродвигателя | подшипников | выходящего теплоносителя | ||||||
| Компрессор поршневой герметичный | +* +* | +* +* +* +* | + | Хладоновые компрессоры малых холодильных установок (торговое оборудование, кондиционеры и др.) То же » | ||||||||||
| Компрессор поршневой бессальниковый | + + + + + +* | + + + + + +* | + + + + | + | + + | Хладоновые компрессоры средней производительности То же Хладоновые компрессоры большой производительности То же Хладоновые компрессоры малых холодильных установок | ||||||||
| Компрессор поршневой открытый | + + | + + | + + | + | Хладоновые и аммиачные компрессоры средней производительности То же, большой производительности | |||||||||
Окончание табл. 7.1
| Оборудование | Давление | Перепад давлений в маслосистеме | Температура | Уровень жидкости | Осевой сдвиг вала | Область применения | |||||||
| кипения (температура) | всасывания | нагнетания | нагнетания | масла | масла редуктора | обмоток электродвигателя | подшипников | выходящего теплоносителя | |||||
| Агрегат компрессорный винтовой | +** | + | + | +** | |||||||||
| Агрегат компрессорный центорожный | +** | + | + | +** | +** | +** | +** | + | Аммиачные и хладоновые агрегаты | ||||
| Аммиачный кожухотрубный испаритель | +*** | Без ограничения | |||||||||||
| Испаритель хладоновый с межтрубным кипением | +*** | То же | |||||||||||
| Испаритель хладоновый с внутритрубным кипением | +*** | » | |||||||||||
| Отделитель жидкости, ресивер циркуляционный | + | » |
Примечание. Звездочка (*) означает, что предусматривается защита:
* Допускается включение по схеме с повторным включением.
** Допускается остановка компрессора после включения предупредительной сигнализации.
*** Допускается включение через предупредительную сигнализацию.
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
Похожая информация.
Автоматизированная система управления способствует созданию защиты от различных аварийных ситуаций. Помогает увеличить срок эксплуатации используемого оборудования. Сокращает количество задействованных в обслуживании аппаратуры служащих. Это сокращает риск влияния человеческого фактора, экономит финансовые затраты на оплату труда, снижает уровень травм опасности.
Автоматизация холодильного оборудования, холодильных машин разной мощности допускает настраивание всех параметров. Алгоритм способен регулировать подачу необходимого испарителям хладагента. Он отвечает за перемещение жидкостей, рассолов, воды, прочих веществ в холодильных установках.
Автоматизация систем холодильных установок позволяет выполнять запуск, плановую остановку компрессора, электромотора, прочих механизмов. При этом остановка работы холодильного оборудования происходит при наступлении аварийной ситуации.
Установленный алгоритм блокировки не дает продолжить работу холодильной машине. Она прекращает функционировать до поступления разрешительной команды. Происходит это тогда, когда устраняются неполадки холодильного оборудования. Также агрегат будет стоять на месте во время осуществления ремонтных работ, сервисного обслуживания предприятия.
Автоматизация холодильной установки дает возможность регулировать показатели заданного температурного режима помещения. Если он нарушается, автоматика подает соответствующий звуковой сигнал.
При возникновении температурных сбоев пропановой холодильной установки допускается автоматическое сокращение холодопроизводительных процессов.
Грамотная автоматизация агрегатов подразумевает регулирование плавного или позиционного типа. В первом случае автоматизация осуществляет плавное изменение количества используемых оборотов. Во втором – сокращением числа включенных в работу устройств цилиндров, компрессоров, прочих механизмов.
Предполагаете автоматизировать свои производственные объекты в Москве и Московской области? Ждем вашего звонка. Заказать проект, разработку, монтаж, внедрение, выполнение пусконаладочных работ, наладку ПО АСУ, сможете на официальном сайте компании «ОЛАЙСИС».
Представители этой организации готовы помочь с внедрением на вашу площадку современных АСУ. Продажа услуг по автоматизации устройств осуществляется после написания заявки, согласования цены, требований заказчика, выполнения необходимых расчетов.
Компания производит запасные детали к АСУ. Здесь же реально приобрести механизмы, выполнить заказ на комплексное, индивидуальное обслуживание. Работает быстрая доставка по городу. Предусмотрен самовывоз по решению заказчика.
Обслуживающий персонал неавтоматизированной холодильной установки пускает и останавливает холодильную машину, регулирует подачу жидкого агента в испаритель, регулирует температурный режим в холодильных камерах и холодопроизводительность компрессоров, наблюдает за работой аппаратов, механизмов и т. п.
При автоматическом регулировании холодильных машин эти ручные операции отпадают. Эксплуатация автоматизированной установки намного дешевле, чем эксплуатация установки с ручной регулировкой (сокращение затрат на содержание обслуживающего персонала). Автоматизированная установка экономичнее по затратам энергии, точнее поддерживает заданные температурные режимы. Приборы автоматики быстро реагируют на всякие отклонения от нормальных условий работы, а при возникновении опасности выключают установку.
Применяют различные автоматические приборы - управления, регулирования, защиты, сигнализации и контроля.
Приборы автоматического управления включают или выключают в определенной последовательности машины и механизмы; включают резервное оборудование при перегрузках системы; включают вспомогательные аппараты при оттаивании инея с поверхности охлаждающих батарей, выпуске масла, воздуха и т. п.
Приборы автоматического регулирования поддерживают в определенных пределах основные параметры (температуру, давление, уровень жидкости), от которых зависит нормальная работа холодильной установки, или регулируют их в соответствии с заданной программой.
Приборы автоматической защиты при возникновении опасных условий (чрезмерном повышении давления нагнетания, переполнении отделителей жидким аммиаком, повреждении системы смазки) выключают холодильную установку или ее части.
Приборы автоматической сигнализации подают световые или звуко-вые сигналы, когда контролируемая величина достигает заданных или предельно допустимых значений.
Н. Д. Кочетков
322 Автоматизация холодильных установок
Приборы автоматического контроля (приборы-самописцы) регистри-руют параметры машины (температуру в разных точках, давление, количество циркулирующего агента и т. п.).
Комплексная автоматизация предусматривает оборудование холоди-льной установки автоматическими устройствами управления, регули-рования и защиты. Средства контроля и сигнализации необходимы лишь для наблюдения за правильным действием этих устройств.
В настоящее время установки небольшой и значительная часть установок средней производительности автоматизированы полностью; крупные установки в большинстве случаев автоматизированы частично (полуавтоматические установки).
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ
УСТАНОВОК
Применяемые приборы автоматического регулирования отличаются разнообразием выполняемых функций и принципов действия.
Каждый автоматический регулятор состоит из чувствительного эле-мента, воспринимающего изменение регулируемого параметра; регули-рующего органа; промежуточной связи, соединяющей чувствительный элемент и регулирующий орган. Рассмотрим способы регулирования основных параметров и наиболее характерные приборы.
Регулирование температуры холодильных камер. В холодильных камерах необходимо поддерживать постоянные температуры, даже если меняется тепловая нагрузка на охлаждающие батареи.
Постоянная температура поддерживается регулированием холодо-производительности батарей. Простой и распространенной является двухпозиционная система регулирования. При этой системе в каждой камере устанавливается индивидуальное реле температуры, например, типа ТДДА - двухпозиционное дистанционное термореле (рис. 193), или других типов. На трубопроводе жидкого холодильного агента или рассола перед входом в батареи устанавливается соленоидный вентиль (рис. 194). При повышении температуры воздуха до верхнего заданного предела регулятор температуры автоматически замыкает электричес-кую цепь соленоидного вентиля. Вентиль полностью открывается, и охлаждающая жидкость поступает в батареи; камеры охлаждаются. При понижении температуры воздуха до нижнего заданного предела регулятор температуры, наоборот, размыкает цепь вентиля, прекращая подачу холодной жидкости в батареи.
Термобаллон 1
(чувствительный патрон) регулятора температуры ТДДА (см. рис. 193), частично заполненный жидким фреоном-12,
Автоматическое регулирование холодильных установок 323
размещают в холодильной камере, температуру которой требуется регулировать. Давление фреона в термобаллоне зависит от его температуры, которая равна температуре воздуха камеры. С повышением этой температуры давление в термобаллоне увеличивается. Повышенное давление через капиллярную трубку 2 передается в камеру 3, в которой расположен сильфон 4, представляю-
щий собой гофрированную трубку. Сильфон сжимается и перемещает в осевом направлении иглу 5, которая поворачивает угловой рычаг 6 (см. также схему справа) вокруг оси 7 против часовой стрелки, преодолевая сопротивление пружины 22. Рычаг 6 песет на себе пластинчатую пру-жину с прикрепленной к ней тягой 8, которая при движении рычага против часовой стрелки перемещается влево. С тягой 8 скреплен палец 10, перемещающийся в прорези контактной пластинки 12. В некоторый момент палец соприкасается с рычагом 9 и поворачивает этот рычаг, а также контактную пластинку 12 (которая связана с рычагом пружиной 11) вокруг оси 13 (в данном случае против часовой стрелки). В это
324 Автоматизация холодильных установок
время нижний конец контактной пластинки приближается к постоянному подковообразному магниту 18 и быстро притягивается им. Основной 17 и искрогасительный 26 контакты при этом замыкаются. Цепь управления соленоидного вентиля, установленного на жидкостной линии, замыкается, вентиль открывается, й жидкость поступает в батареи.
С понижением температуры воздуха давление в термобаллоне и в камере 3, где находится сильфон, уменьшается и угловой рычаг 6 под действием пружины 22 поворачивается по часовой стрелке. Палец 10 перемещается от рычага 9 до конца прорези в контактной пластинке 12 (свободный ход), нажимает на пластинку и, преодолевая притяжение магнита, резко поворачивает ее по часовой стрелке. В этот момент электрические контакты размыкаются, соленоидный вентиль закры-вается и подача жидкости в батареи прекращается.
Автоматическое регулирование холодильных установок 325
Температура камеры, при которой размыкаются электрические кон-такты, устанавливается в зависимости от натяжения пружины 22. Для настройки прибора на определенную температуру размыкания переме-щают каретку 21 с указателем 20 на соответствующее деление темпера-турной шкалы 19, что достигается при вращении винта 23 ручкой 24.
Прибор регулируется на определенную разность температур замыка-ния и размыкания электрических контактов. Эта разность зависит от величины свободного хода пальца 10 в прорези контактной пластинки. Свободный же ход меняется при перемещении верхнего конца рычага 9 вдоль прорези, что достигается при повороте кулачка 14 вокруг оси 13. Чем больше радиус кулачка в месте касания рычага 9, тем больше свободный ход и тем больше разность температур замыкания и размыкания контактов.
Регулятор температуры ТДДА обеспечивает выключение соленоид-ного вентиля в пределах шкалы температур от -25 до 0° С. Возможная погрешность ±1° С. Минимальный дифференциал прибора составляет 2° С, максимальный - не менее 8° С. Масса прибора 3,5 кг, длина капилляра 3 м.
Для крупных холодильников разработана многоточечная централизованная система автоматического регулирования температуры в камерах - машина «Амур». Такие машины изготовляют па 40, 60 и 80 точек регулирования. Они могут быть использованы не только для регулирования температуры воздуха, но и температуры кипения холодильного агента, температуры рассола и т. п. Машина имеет устройства для измерения температуры в точках регулирования.
Соленоидные (электромагнитные) вентили (см. рис. 194) работают следующим образом. При подаче напряжения на катушку электромаг-нита возникает электрическое поле, которое втягивает сердечник; связанный с ним разгрузочный клапан приподнимается, открывая седло малого диаметра. После этого жидкость с нагнетательной стороны, т. е. из полости над клапаном (в вентиле СВА) или над мембраной (в вентиле СВМ) через сквозные отверстия п малое седло поступает в полость под клапаном. Клапан разгружается от давления, которое прижимало его к седлу, и открывается для протока жидкости под напором из нагнетательного трубопровода. После выключения соленоидной катушки, наоборот, сердечник с разгрузочным клапаном опускаются вниз, перекрывая седло малого диаметра. Давление сверху на основной клапан увеличивается, и он под действием собственного веса и пружины опускается на свое седло, перекрывая поток жидкости.
Соленоидные вентили относятся к числу наиболее распространенных приборов автоматизации аммиачных и фреоновых холодильных уста-
326 Автоматизация холодильных установок
новок. Для жидкого и газообразного фреона и аммиака, рассола и воды соленоидные вентили выпускают с диаметром условного прохода от 6 до 70 мм. Раньше использовались преимущественно поршневые соленоидные вентили типа СВА; в последнее время применяют мембранные вентили типа СВМ усовершенствованной конструкции. Температура рабочей среды может колебаться от -40 до +50° С. Соленоидный вентиль (с фильтром перед ним) устанавливают на горизонтальном участке трубопровода в вертикальном положении.
Регулирование температуры воздуха возможно также путем измене-ния температуры или расхода холодильного агента (при рассольном охлаждении холодоносителя) в батареях с использованием пропорцио-нальных регуляторов температуры ПРТ. Такие регуляторы применяют редко.
Для автоматического регулирования температуры воздуха при испо-льзовании малых фреоновых установок с одним охлаждаемым объек-том применяют включение и выключение компрессора. Для включения и выключения используют приборы, реагирующие на температуру или давление кипения в испарителе, или непосредственно на температуру воздуха камеры.
Регулирование холодопроизводительности компрессоров. Тепло-вая нагрузка холодильных камер может меняться в широких пределах в зависимости от количества и температуры поступающих продуктов, температуры окружающей среды и других факторов. Холодопроизво-дительность устанавливаемых компрессоров выбирают с расчетом поддержания требуемых температур при наиболее трудных условиях.
В небольших фреоновых установках непосредственного испарения производительность компрессоров регулируют одновременно с регулированием температуры охлаждаемого объекта методом пуска и остановок при соответствующих значениях одного из регулируемых параметров.
В машинах с рассольным охлаждением наиболее удобным парамет-ром для регулирования производительности компрессора является тем-пература рассола при выходе из испарителя. В случае уменьшения теп-ловой нагрузки температура рассола в испарителе быстро понижается до нижнего заданного предела и регулятор температуры (например, типа ТДДА), размыкая цепь катушки магнитного пускателя, останав-ливает электродвигатель компрессора. При повышении температуры до верхнего заданного предела регулятор температуры включает вновь компрессор в работу. Чем больше тепловая нагрузка на испаритель (охлаждающие батареи), тем продолжительнее работает компрессор. Изменением коэффициента рабочего времени достигается необходимая Автоматическое регулирование холодильных установок 327
средняя производительность компрессора.
В средних и крупных установках система содержит большое количество батарей, предназначенных для охлаждения многих помещений. При достижении заданных температур в отдельных помещениях часть охлаждающих батарей должна быть выключена н холодопроизводительность компрессоров соответственно уменьшена.
Наиболее приемлемым в таком случае является многопозиционное (ступенчатое) регулирование путем изменения рабочего объема, описы-ваемого поршнями компрессоров. В установках с несколькими компрес-сорами многопозиционное регулирование осуществляют включением и выключением отдельных компрессоров, управляемых регуляторами температуры со смещенными пределами настройки. Наличие двух одинаковых компрессоров позволяет получить три ступени холодо-производительности: 100- 50-0%. Два компрессора АВ-100 и АУ-200 дают четыре ступени холодопроизводительности: 100-67-33-0%. Ступенчатое регулирование многоцилиндровых непрямоточных комп-рессоров возможно выключением из работы отдельных цилиндров путем отжатия всасывающих клапанов специальным механизмом, управляемым реле низкого давления.
Значительно реже применяют плавное регулирование производитель-ности компрессора-дросселированием всасываемого пара, изменением величины мертвого объема компрессора и т. п. Эти способы энергетичес-ки невыгодны. Сравнительно перспективным является метод регулирова-ния холодопроизводительности изменением числа оборотов компрессора (применение многоскоростных электродвигателей).
Регулирование подачи хладагента в испаритель. Независимо от величины тепловой нагрузки приборы автоматического регулирования должны обеспечивать правильное заполнение испарителя холодильным агентом. Избытка жидкости в испарителе допускать нельзя, так как это приводит к снижению экономичности работы и к возникновению гидравлического удара («влажный ход»).
В случае недостатка жидкости некоторая часть поверхности не исполь-зуется, что также ухудшает режим работы вследствие понижения темпе-ратуры испарения.
Приборами, регулирующими подачу жидкости в испаритель, являются терморегулирующие вентили ТРВ и поплавковые регулирующие вентили ПРВ. В этих же приборах осуществляется процесс дросселирования жидкости.
Основной тип изготовляемых терморегулирующих вентилей –мембран-ные, в металлическом корпусе. Схема включения ТРВ приведена на рис. 195. Действие прибора зависит от перегрева пира, выходящего из испари-
328 Автоматизация холодильных установок
теля. Отсутствие перегрева указывает на излишек жидкости в испарителе и на возможность попадания ее во всасывающую линию и в компрессор. В этом случае ТРВ автоматически прекращает подачу жидкости в испаритель. Большой перегрев паров хладагента при всасывании является, наоборот, признаком недостатка его в испарителе. При этом условии ТРВ усиливает подачу жидкости.
В аммиачном вентиле ТРВА термобаллон (чувствительный элемент прибора) заполнен фреоном-22, близким по рабочим давлениям к амми-аку. Термобаллон плотно прикрепляют к всасывающему трубопроводу; он имеет температуру паров аммиака, выходящих из испарителя.
Автоматическое регулирование холодильных установок 329
При изменении температуры давление в термобаллоне меняется. Клапан вентиля механически связан с мембраной, на которую сверху действует давление пара из термобаллона, передаваемое по капилляр-ной трубке, а снизу - давление из испарителя по уравнительной трубке (через штуцер 7). От разности указанных давлений, пропорцио-нальной перегреву пара на выходе из испарителя, зависит перемещение мембраны, а вместе с тем и открывание клапана, регулирующего пода-чу жидкости в испаритель. Аммиак поступает в ТРВА через штуцер 10. Дросселирование совершается и клапанном отверстии и частично в дроссельной трубке 8, которая обеспечивает более спокойное и равно-мерное протекание агента через вентиль.
Во время работы машины ТРВА поддерживает постоянный перегрев пара; соответствующей настройкой величину перегрева можно менять в пределах от 2 до 10° С. Настройка осуществляется при помощи винта 4 и связанных с ним регулировочных зубчатых колес. При вращении винта меняется натяжение пружины 3, противодействующей открыванию клапана.
ТРВА позволяет надежно регулировать подачу аммиака в испарители разных типов при температурах кипения от 0 до -30° С. Питание ко-жухотрубных испарителей для охлаждения рассола настраивают при небольших перегревах (от 2 до 4° С). Выпускаются разные модели ТРВА, рассчитанные на холодопроизводительность от 6 до 230 квт (~5-200 Мкал/ч).
ТРВ на 12-190 квт 10-160 Мкал/ч) для фреоновых установок по конструкции близки к вентилям типа ТРВА. В малых фреоновых маши-нах применяют мембранные ТРВ без уравнительных линий.
Регулирование подачи аммиака в испарители и сосуды со свободным уровнем жидкости возможно при помощи поплавковых регулирующих вентилей низкого давления ПРВ (рис. 196).
ПРВ устанавливают на том уровне, который желательно поддержи-вать в испарителе (или другом сосуде). Корпус прибора соединяют с испарителем уравнительными линиями (жидкостной и паровой). Изменение уровня жидкости в испарителе приводит к изменению уровня в корпусе ПРВ. Одновременно меняется положение поплавка внутри корпуса, что вызывает перемещение клапана и изменение площади сечения для протока жидкости из конденсатора в испаритель.
В поплавковых вентилях непроходного типа холодильный агент пос-ле дросселирования в клапанном отверстии поступает непосредственно в испаритель, минуя поплавковую камеру. В вентилях проходного типа хладагент после дросселирования поступает в поплавковую камеру, а из нее отводится в испаритель.
330 Автоматизация холодильных установок
Автоматическое регулирование холодильных установок 331
ния уровня жидкости в испарителях и сосудах. В отличие от вентилей низкого давления ПР-1 можно устанавливать на разных уровнях по отношению к испарителю и конденсатору.
К корпусу вентиля приварен штуцер, соединяющий вентиль с нижней частью конденсатора. Внутри корпуса расположен поплавок, связанный при помощи рычага с игольчатым клапаном. Аммиак через отверстие в седле клапана, канал и дроссельную трубку проходит к выходному
штуцеру и через него в трубопровод к испарителю. Внутри корпуса вентиля имеется капиллярная трубка. Верхний конец ее открыт, а нижний при помощи каналов соединен с дроссельной трубкой. Давле-ние в вентиле устанавливается немного ниже, чем в конденсаторе; жидкость из него поступает в корпус вентиля. Под действием жидкости поплавок всплывает. Чем больше жидкости поступает в корпус поп-лавка, тем больше открывается клапан для прохода ее в испаритель. При пользовании вентилем типа ПР-1 конденсатор свободен от жидкос-ти. Поэтому количество аммиака в системе должно быть таким, чтобы при полном перетекании аммиака в испаритель уровень жидкости в нем находился не выше, чем между первым и вторым сверху рядами труб испарителя. При таком заполнении
332 Автоматизация холодильных установок
исключается опасность попадания жидкого аммиака во всасывающую линию и создаются благоприятные условия для интенсивного теплообмена в испарителе.
Для позиционного регулирования уровня жидкости в аппаратах холодильной установки часто используют регуляторы уровня косвенного действия, состоящие из дистан-ционного указателя уровня (например,
ДУ-4, РУ-4, ПРУ-2) и управляемого им соленоидного вентиля. Эти приборы вклю-чают в схему (рис. 198) так, что в случае чрезмерного повышения уровня жидкости в аппарате дистанционный указатель раз-мыкает электрическую цепь управления соленоидного вентиля и он закрывается, прекратив подачу холодильного агента в испаритель.
Если же уровень жидкости в испарителе понизится по сравнению с оп-тимальным, то дистанционный указатель снова замкнет электрическую цепь соленоидного вентиля; подача жидкости будет возобновлена.
Регулирование подачи охлаждающей воды на конденсатор.
Вода на конденсатор подается через водорегулирующий вентиль
(рис. 199), поддерживающий приблизительно постоянное давление и температуру конденсации при разных нагрузках. Давление конденса-ции воспринимает мембрана вентиля или сильфон, изменяющие положение шпинделя и сечение для прохода воды. В установках с градирнями водорегулирующие вентили не применяют.
Автоматическая защита и сигнализация 333
