Подбор оборудования машинных отделений

Выбор типа и числа холодильных машин

Исходными данными для выбора являются расчетные нагрузки на компрессор Q комр. по каждой температуре кипения, полученные при расчете теплопритоков.

Расчетная мощность холодильных машин с учетом потерь при тран­спортировке холода определяется формулой

Q расч. = рQ компр.,

где р - коэффициент, учитывающий потери холода при «транспорти- ровке»;

р = 1,05... 1,07 % - при непосредственном охлаждении,

р = 1,10 ... 1,15 % - при охлаждении хладоносителем,

р = 1,15 ... 1,20 % - при получении низких температур (-60…-100 гр.),

р = 1,5 ... 2,0 % - при малой мощности установки (Q = 300... 500 Вт).

Помимо потерь на «транспортировку» холода необходимо учитывать то, что для установок с относительно равномерной суточной нагруз­кой необходимо предусмотреть кратковременные перерывы в работе машин с целью их осмотра и мелкого профилактического ремонта (при этом увели- чивается срок службы). С этой целью предусматривается продолжитель- ность работы машины 18...22 ч. в сутки, т. е. создается скрытый резерв оборудования, который учитывает коэффициент ра­бочего времени «в»:

в = 0,75...0,95.

Тогда мощность такого оборудования будет определяться как:

Q уст.= Q расч./в.

Для предприятий с неравномерным графиком нагрузки скрытый ре­зерв создается самим характером нагрузки, поскольку теплопритоки рассчитаны для самого напряженного периода. Для этого случая коэффициент «в»= 1.

Вопрос о количестве устанавливаемых холодильных машин на каж­дую температуру должен обосновываться. Общим правилом является тенденция выбора холодильных машин или агрегатов возможно больше единичной мощности, поскольку крупные холодильные машины имеют не только несколько лучшие объемные и энергетические характеристики (благодаря чему они работают с большей экономичностью), но и меньший удельный расход металла. Кроме того, установка меньшего числа более круп­ных машин уменьшает первоначальные затраты на здание и дополнительное оборудование, а также упрощает обслуживание.

Правильный выбор числа машин и необходимого резерва оборудова­ния связан с типом компрессоров, а также характером изменения нагрузки в течение суток или в течение года. Ниже приведен график предприятия с равномерным распределением нагрузки (теплоприток не оказывает влияния), например, нефтехимическое предприятие (рис. 30).

Рис. 30 Равномерный график нагрузки на холодильное предприятие

На таких предприятиях выбор холодильных машин производитель- ностью Q расч. может оказаться нецелесообразным (100 % резерва нa 1 маши­ну). Лучшим решением будет установка 2-х машин половинной мощнос­ти, т. к. в случае выхода из строя одной машины остается возмож­ность выпуска части продукции, а в случае установки 50 % резерва­ 100 % продукции.

В большей степени такие рассуждения относятся к компрессорам поршневого типа, не обладающим достаточной надежностью. В случае применения турбокомпрессоров стараются установить один агрегат мак­симально необходимой мощности.

Особенности турбокомпрессоров:

1. Турбокомпрессоры могут быть выполнены в одном корпусе на несколь- ко температур.

2. Их (а также винтовые компрессоры) отличает высокая надежность. Для них характерно: остановка 1 раз в год для профилактического ремонта и от­каз от резерва, что уменьшает стоимость установленного оборудова­ния.

На редприятиях, основной задачей которых является хранение продукции в помещениях с низкой температурой, теплоприток со сто­роны наружного воздуха оказывает значительное влияние на график нагрузки (рис. 31).

Рис. 31 Неравномерный график нагрузки на холодильное предприятие

В этих случаях также неэкономично устанавливать один агрегат, рассчитан­ный на максимальную нагрузку. Целесообразно уста­навливать 2 или 3 агрегата. При этом в отдельные периоды появ­ляется частичный резерв, удовлетворяющий потребность в проведе­нии осмотра или ремонта оборудования (нет необходимости устанав­ливать специальный резерв). В случае установки единичной мощнос­ти винтовых или турбокомпрессоров следует устанавливать агре­гат с автоматическим изменением холодильной мощности.

На некоторых производствах нагрузка резко изменяется в течение суток в связи с периодической работой отдельных технологических аппаратов.

Рис. 32 Ступенчатый (пиковый) характер нагрузки на холодильное предприятие

Возможные варианты установки оборудования:

1) Qa, Qб, Qв - три агрегата

2) Qa + (Qб + Qв) - два агрегата

3) Qa + Qб + аккумулятор холода.

Вариант 3 приводит к существенному уменьшению установленной мощности холодильного оборудования. При этом Vак.=Qвtв/(rs*Cs*Δts), Δts=(5…10) ⁰С, где Vак. - объем бака аккумулятора холода.

В настоящее время с учетом технико-экономической эффективности определились области применения различных типов компрессоров в зависимости от производительности, t₀, применяемого хладагента. Поршневые компрессоры целесообразно применять в области малой и средней холодильной мощности (~ до 0,35... 0,4 МВт) при стандар­тных условиях. Далее, до 1,5... 1,6 МВт применяют винтовые масло­заполненные компрессоры. Они хотя и потребляют примерно на 10 % больше элек­троэнергии, зато имеют более высокую надежность и просты в эк­сплуатации. При более высокой мощности применяют турбокомпрессоры. По надежности, компактности, уравновешенности, меньшему расходу металла они значительно превосходят крупные поршневые и даже винтовые компрессоры.

На некоторых (нефтехимических) предприятиях, где имеются дешевые источники теплоты – вторичные энергоресурсы (ВЭР) такие как горячая вода, отходящие газы печей, отработавший пар, теплота технологи­ческих процессов и т. п., целесообразно применять абсорбцион- ные холодильные машины (АХМ). Недостатки: низкая экономичность при использовании дорогих источников тепла, большая металлоемкость, по­вышенный расход охлаждающей воды. Достоинства: надежность, простота оборудовa­ния и возможность его размещения на открытых площадях. При поло­жительных температурах применяются бромисто-литиевые АХМ (захоложенная вода), для отрицательных температур – водоаммиачные АХМ.

При выборе типа хладогента обычно энергетические показатели не играют существенной роли. На первом плане – экономические, физиологические и физико-химические качества хладогента.

Самой низкой стоимостью обладает аммиак, однако в малых и сред- них холодильных установках он вытеснен фреонами (R 12 – средне-температурные, R 22 – низкотемпературные) в основном из-за физио- логических свойств.

На выбор хладагента влияет и выпускаемая продукция предприятия, например, при производстве азотно-туковых удобрений применяют аммиачные холодильные машины, на нефтехимических пред­приятиях – пропан или пропилен (для температур до -40 градусов) и этан или этилен – для получения более низких температур, пос­кольку эти вещества являются промежуточным или конечным продук­том этих производств. В данном случае токсичность или взрывоопас­ность рабочего тела не столь существенна, поскольку на таких предприятиях уже предусмотрены необходимые меры безопасности.

Выбор типа и числа испарителей и другого оборудования

Существует два пути выбора аппаратов при проектировании холо­дильных установок.

Первый путь: к выбранным компрессорам подбирают отдельные ап­параты, приборы, арматуру и трубопроводы. Недостатки: затрудненность комплектации (разные элементы оборудо­вания поставляются разными поставщиками); увеличенное время монтажа и пусконаладочных работ.

Второй путь – выбор холодильного агрегата, полностью укомплекто- ванного всеми элементами оборудования и приборами на заводе изготови- теле.

Достоинства: упрощается и ускоряется монтаж (в отдельных случаях – установка на фундамент и подключение питания), уменьшается его стоимость; повышается надежность эксплуатации.

Для комплектации разветвленных систем охлаждения применять полное агрегатирование не всегда возможно, поэтому промышленнос­тью освоен выпуск агрегатов отдельных элементов холодильных уста­новок, например, компрессорно-конденсаторные агрегаты, испарительно-конденсаторные и т.п.

При проектировании необходимо стремиться к максимальному ис­пользованию агрегатированных установок. Однако при проектирова­нии крупных установок производительностью свыше 6 МВт чаще все­го используется первый путь.

Испарители всегда подбираются по температурам кипения, поэ­тому их минимальное число равно числу температур кипения. Кроме того, при проектировании крупных установок для удобства эксплуа­тации целесообразно выбирать число испарителей по числу потреби­телей холода (с образованием относительно независимых узлов схем хладоносителей). При выборе типа предпочтение отдается закрытым испарителям. Открытые применяются: в системах с открытыми охлаждающими прибо- рами, установленными на различных уровнях (для удобства слива); при охлаждении жидкостей до температур, близких к затвердева­нию.

Выбор числа конденсаторов не имеет таких жестких условий. Обычно выбирают меньшее число более крупных аппаратов для большей компактности общего конденсаторного узла. Однако в крупных уста­новках их число не должно быть меньше двух (на случай возможных неполадок или ремонта). При чем лучше выбирать увеличенное число насосов для подачи охлаждающей воды, чтобы обеспечить регу­лирование производительности путем изменения расхода.

На установках с постоянным графиком нагрузки необходимо пре­дусматривать резервные испарители и конденсаторы (для выведения части аппаратов в плановый ремонт (чистка)).

Расчетная поверхность испарителей и конденсаторов выбирается не по расчетной мощности компрессоров, а по установленной.

Выбор типа конденсаторов. Горизонтальные кожухотрубные применяют при наличии чис­той и нежесткой воды (оборотное водоснабжение), вертикальные – ­при загрязненной воде. Выбор водяного или воздушного охлаждения обосновывается технико-экономически. В последнее время наблюдается тенденция к воздушному охлаждению.

Промежуточные сосуды желательно принимать по количеству самих машин, т. е. создавать двухступенчатые агрегаты. Размеры промежуточ-ных со­судов, маслоотделителей, отделителей жидкостей определяются из условий достижения в сечениях аппаратов скоростей по пару не вы­ше (0,5...0,6) м/с.

Проектирование машинных отделений холодильных установок

При ориентировочных расчетах площадь машинного отделения сред­него или крупного предприятия определяется в размере 5...10 % от общей площади охлаждаемых помещений. После выбора оборудования она уточняется при размещении оборудования на чертеже.

При проектировании из неагрегатированного оборудования машин­ное отделение имеет 2 основных помещения:

1) компрессорный зал - размещают компрессоры;

2) аппаратное помещение - размещают т/о аппараты, ресиверы, насо­сы и другое вспомогательное оборудование.

При проектировании из агрегатированного оборудования, а также машин малой производительности все оборудование размещают в общем помещении.

Аппаратное помещение располагают рядом с компрессорным залом. Обычно машинные отделения предусматривают либо на первом этаже производственного здания, либо в пристройке к этому зданию. На химических предприятиях, по производственным условиям, машин­ные отделения размещаются в отдельном здании. Обычно машинное отделение включает в себя:

1) трансформаторную подстанцию (отдельный блок площадью до 30 % машинного отделения), которая обеспечивает питание холодильной установ­ки электроэнергией;

2) котельную – отопление служебных помещений и в зимнее время по­мещений для хранения грузов с положительными температурами;

3) слесарно-механическую мастерскую;

4) мастерскую КИП и автоматики;

5) кладовые для ремонтно-монтажных инструментов и приспособлений, запасных частей и материалов;

6) бытовые помещения для персонала машинного отделения;

7) помещение для начальника цеха или механика.

Часть этих помещений может располагаться и вне здания машинно­го отделения (например, в отдельном здании котельной или ремонтных мастерских).

Минимальная высота машинного отделения средних и крупных уста­новок должна быть не менее 4,8 м. Она определяется высотой машин и должна предусматривать возможность размещения подъемных меха­низмов для монтажных и ремонтных работ.

Для крупных холодильных установок с турбокомпрессорами, имеющи­ми сложную обвязку и крупноразмерное вспомогательное оборудова­ние (например, масляное хозяйство), целесообразно размещать ком­прессоры над цокольным этажом (на отметке 4,5...4,8 м), а вспомога­тельное оборудование и трубопроводы – в пределах цокольного этажа здания машинного отделения.

Если машинное отделение строят из сборных железобетонных эле­ментов, то высота здания до низа строительных конструкций крыши или мостового крана должна быть кратной 0,6 м, ширина и длина кратной 6 м. Площадь световых проемов – не менее 20 % площади пола.

По технике безопасности двери и окна должны открываться наружу, а машинное отделение должно иметь два выхода, один из которых обя­зательно наружу.

При размещении оборудования в машинном отделении необходимо вы­полнять следующие требования:

1. Максимально сокращать площадь и объем машинного отделения, чтобы уменьшить первоначальные затраты на строительство.

Наименьшие размеры проходов рекомендуется принимать: а) главный проход между машинами и расстояние от регулирующей станции и электрических щитов до выступающих частей машин - не менее 1,5 м;

б) проход между выступающими частями машин - не менее 1,0 м, между стеной и компрессором не менее 0,8 м.

При определении площади необходимо учитывать толщину изоляции машин и аппаратов.

Некоторые аппараты можно устанавливать в несколько ярусов .

Значительно сокращается площадь зданий машинных отделений при размещении части аппаратов холодильных установок на открытых пло­щадях и эстакадах возле здания (например, завод СК). Эстакады должны быть обеспечены лестницами - 1 шт. - длиной до 12 м, 2 шт. - длиной 12...25 м.

2. Максимально сокращать длину соединительных трубопроводов, ­тогда уменьшаются капитальные затраты и стоимость монтажа. Для выполнения этого требования элементы основного и вспомогательно­го оборудования необходимо располагать в соответствии со схемой установки, по ходу движения хладагента, хладоносителя, воды и др.

Оппозитные и горизонтальные компрессоры имеют обычно нижнюю разводку трубопроводов. Их часто прокладывают в подвале компрес­сорного цеха.

Недостатки: необходимость дренажа – подключение линии свобод­ного слива в дренажный ресивер.

При установке вертикальных, V и W-образных компрессоров приме­няют верхнюю разводку, что значительно затемняет цех, создает тесноту и неудобство в работе обслуживающего персонала. В этих случаях увеличивают основные проходы и проходы между машинами до 2,5...3 м.

3. 0беспечить удобное обслуживание элементов оборудования: свободный доступ (если высота более 1,8 м, предусматриваются специальные площадки с лестницей и ограждением); достаточное освещение как оборудования, так и контрольно-изме­рительных приборов.

4. 0беспечить удобство монтажа и ремонта: доступ; спец. площадки для размещения ремонтных деталей; удобное взаимное расположение обору- дования;

5. 0беспечить возможность расширения машинного отделения – в случае наличия второй и последующих очередей производства.

Облегчает задачу выполнения этих требований метод плоскостного или объемного моделирования, когда вырезают макеты в масштабе чертежа и их передвигают на листе бумаги, выявляя целесообраз­ную компоновку. Затем по макету выполняют рабочие (монтажные) чертежи.