Применение низких температур. Каскадные холодильные установки

Технологическое, холодильное и другое оборудование используется в узких специализациях.

Это обозначается конкретными функциями компрессорно-холодильных установок и требованиями к ним примеряемыми. 

Существуют некоторые деления оборудования на температурные диапазоны:

•      криогенная техника или сверхнизкие температуры
•      низкотемпературное оборудование применяемое в некоторых видах торгового оборудования и камерах хранения замороженной продукции
•      среднетемпературное оборудование также применяемое в торговом оборудовании и камерах хранения 
•      высокотемпературное оборудование или кондиционерное 

Это деление считается общим или условным. Сейчас как правило заказчик запрашивает разработку оборудования многофункционального. Тогда наши проектировщики разрабатывают специальный проект под задачи объекта. 

Но так как наш опыт широко применим в области сверхнизких температур, поговорим подробнее об этом.

Применение 

Необходимость в сверхнизких температурах возникает на предприятиях перерабатывающей, пищевой, химической промышленности. Здесь и используются специальные холодильные установки, работающие в низкотемпературных режимах.

Так обеспечиваются требуемые условия для многих технологических процессов. Например, на пищевых цехах часто осуществляют шоковую заморозку продуктов. На металлургических заводах прибегают к методу попеременного нагрева/охлаждения, что позволяет многократно повысить прочность сплавов металлов. Также возможность искусственного создания условий экстремального холода крайне необходима при различных лабораторных и научных исследованиях, испытаниях: тестирования образцов машин и приборов, имитация работы объекта в определенном климате. И в фармацевтической промышленности. А также для хранения некоторых видов продукции на различных производствах.

Непосредственно установки

Температурные отметки до −45 градусов обеспечиваются одноступенчатыми приборами – аммиачными или фреоновыми.

Если необходимо охлаждение в пределах −45…-70 градусов, применяют двухступенчатые холодильные установки.

Температура ниже −70 градусов достигается с помощью машин каскадного типа, оснащенных двумя холодильными контурами, независимыми друг от друга. Они являются отличной альтернативой многоступенчатым устройствам, так как лишены характерных им эксплуатационных проблем (разница между температурными условиями производства холода и окружающей среды в них не имеет существенного влияния на разницу соответствующих давлений). 

Преимущества 

•  Достижение температуры до -120°C.
•  Напоры насосов до 50 бар.
•  Взрывозащитное исполнение для зон 1 и 2 под ATEX.
•  Одноконтурная или многоконтурная установка для достижения сверхнизких температур.
•  Возможность регулирования мощности охлаждения.
•  Арматура и ёмкости выполнены из нержавеющей стали.
•  Управление SPS, при необходимости подключение к модему.
•  Визуализация процесса охлаждения на экране.
•  GMP (Валидация/квалификация).

Конечно сама по себе система это только установка .

Целый рабочий проект включает в себя систему мониторинга и другие составляющие такие как отдельные компоненты. 

Благодаря использованию оборудования ведущих мировых производителей и отличному качеству сборки холодильные установки обладают высокой надежностью и длительным сроком службы.

Каскадные холодные установки 

Холодильные аппараты с разной холодопроизводительностью используются практически во всех сферах промышленности. Большей части предприятий достаточно возможностей обыкновенного фреонового или аммиачного оборудования, обеспечивающего охлаждение до −45 градусов. Однако в некоторых производственных циклах требуется заморозка в условиях критически низких температур.

Принцип работы

Каскадная холодильная установка – система, которая включает от двух и более машин-каскад. 

Эти устройства функционируют в различных температурных границах, используя хладагенты, отличающиеся по теплофизическим свойствам.

В каждой входящей в состав системы машине осуществляется свой, одно- или двухступенчатый, цикл холодообразования. Верхняя и нижняя ступени каскадов соединяются связующим элементом, который берет на себя функции теплообменника. Для одного каскада с более низкой температурой в холодильном контуре такой аппарат служит конденсатором, для другого – испарителем.

Хладагенты с различной холодопроизводительностью создают необходимую температурную разницу между кипящими и конденсирующими парами верхней и нижней ступени установки. В нижней ветви каскада применяются рабочие вещества, которым свойственна низкая температура кипения, такие как:

•  пропан;
•  этилен;
•  синтетический фреон R22/R14.

Для верхней ветви используют охлаждающие агенты, характерные одноступенчатым машинам, такие как:

•  фреон R404А/R507;
•  аммиак;
•  углекислый газ.

Также в установках применяется специальное холодильное масло, форконденсатор.

Конструкция оборудования адаптирована под низкую температуру, которая влияет на рабочие процессы и характеристики материалов. Арматура, детали, трубопроводы и включенные в систему узлы состоят из сырья, сохраняющего прочность и другие свойства в критически низких температурах.

Состав

•  пластинчатый теплообменник;
•  фильтр-осушитель;
•  компрессоры;
•  конденсатор;
•  маслоотделители;
•  расширительный сосуд;
•  воздухоохладитель;
•  линейный ресивер;
•  соленоидные вентили.

Холодильные установки −70 оборудуются щитом управления, благодаря которому можно полноценно контролировать работу установки: поддерживать заданные температурные отметки, изменять температуру по установленному расписанию.

Принцип работы 

Наиболее простое оборудование каскадного типа представляет собой две одноступенчатые машины, связанные между собой испарителем-конденсатором. В серийном выпуске такая конструкция встречается чаще всего. В числе ее преимуществ – компактность, простая структура, широкий температурный диапазон.

Нужная холодная среда в агрегатах достигается путем сжатия паров рабочего тела, последовательных процессов охлаждения/конденсации/испарения жидкости в змеевике. Замкнутый технологический цикл холодообразования имеет некоторые особенности и происходит следующим образом:

Низкотемпературный холодильный агент доводится до кипения в испарителе нижней ветви каскада.

Образовывается пар, который всасывается компрессором и сжимается.

Сжатый пар поступает в конденсатор-испаритель, охлаждается воздухом или водой. Происходит теплообмен с кипящим хладагентом верхней ступени каскада.

Рабочее тело конденсируется и проходит через суженный канал, что обуславливает понижение давления.

В жидком состоянии агент перенаправляется в испаритель, где опять закипает.

Цикл в нижней ветви каскада повторяется.

Термодинамический цикл на верней ступени осуществляется по схожей схеме, но в более высоких температурных условиях. Компрессор нагнетает пар средне- или высокотемпературного хладагента в маслоотделитель, после этого он направляется в конденсатор. Оттуда жидкость переходит в линейный ресивер, освобождается от влаги, частиц грязи с помощью фильтра-осушителя. Затем рабочее тело охлаждается в теплообменнике, дросселируется и вскипает в испарителе-конденсаторе. При этом отводится тепло от хладагента, конденсирующегося в нижней ступени каскада. В теплообменнике нагревается образованный пар, который в дальнейшем всасывает компрессор.

В каскадных машинах могут устанавливаться дополнительные опции:

Система запуска при низкой температуре внешней среды. Предусматривает дифференциальный клапан и специальный регулятор давления. Исключает проблемы, которые могут возникнуть при эксплуатации в холодное время года.

 Система маслоотделения. Состоит из смотрового глазка, запорного вентиля, маслоотделителя и линии возврата масла. Необходима по причине низкой плотности паров рабочего тела, которые всасываются компрессором, а также высокой вязкости маслянистого вещества.

Функция регулирования давления конденсации. Предотвращает процесс обратного оттока жидкости в конденсатор с помощью реле давления на вентилятор и клапана, установленного на • входе в ресивер. Обязательна в случае размещения конденсатора в неотапливаемом помещении или на улице. Каскадные холодильные установки – незаменимое оборудование для предприятий, в процессе деятельности которых применяется низкотемпературный холод. Они достаточно просты в эксплуатации и позволяют легко достичь необходимых температурных отметок при сравнительно небольших затратах электроэнергии.

Спасибо что прочитали нашу статью!

Если Вас заинтересовало оборудование описанное в данной статье или возникли вопросы обратитесь к нашим специалистам удобным способом

По телефону 495-744-0637

пн-чт с 8:45 до 17:30

пт  с 8:45 до 16:30

Либо отправьте письмо на электронный адрес nord@nord-sm.ru

Так же Вы можете воспользоваться формой обратной связи на нашем сайте