Системы СЭУ. Конспект лекций для курсантов специальности 26. 05. 06 Эксплуатация судовых энергетических установок очной и заочной форм обучения Керчь, 2021
 Скачать 6.64 Mb.
|
|
Учебное оборудование Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном. Последовательность изложения учебного материала 10.1 Судовые холодильные установки Общие понятия Процесс обработки холодом применяется на судах для сохранения скоропортящегося продукта - рыбы и делится на а) охлаждение от + С до - С б) замораживание - получение более низких температур. Процесс охлаждения и замораживания рыбы на судах осуществляется с помощью холодильных установок. В настоящее время в производственных процессах применяются в основном искусственные способы охлаждения, когда температура охлажденного тела достигает более низкой температуры, чем температура окружающей среды. К искусственным способам относится машинное охлаждение - самое распространенное охлаждение на судах. По терминологии Регистра морского судоходства под холодильной машиной понимают один охлаждающий контур, всасывающий в себя испарительную часть, компрессор, конденсатор с ресивером, регулирующую и запорную арматуру. Холодильные установки служат для - предварительного охлаждения рыбы замораживания и хранения готовой продукции в охлажденных трюмах и камерах - охлаждения и замораживания пищевых продуктов - изготовления искусственного пара кондиционирования воздуха в жилых и служебных помещениях 113 - охлаждения провизионных камер и сохранения продуктов для питания личного состава. Согласно правилам Регистра морского судоходства, все судовые холодильные установки делятся на поднадзорные и не поднадзорные. В свою очередь поднадзорные холодильные установки могут быть классифицированными и неклассифицированными. Классифицируемые холодильные установки должны обеспечивать поддержание расчетного температурного режима в охлажденных трюмах. Не классифицируемые холодильные установки подлежат только техническому надзору с целью обеспечения безопасности работы. 10.2 Схема одноконтурной одноступенчатой холодильной установки На промысловых рефрижераторных судах применяют преимущественно компрессорные холодильные установки. Они работают с постоянным количеством рабочего вещества хладагента, способного испарятся при низких температурах. Схема компрессорной холодильной установки показана на рисунке 10.1. Установка состоит из компрессора 2, конденсатора 1, испарителя 3 и терморегуляторного вентилятора (ТРВ) 5. компрессор 2 всасывает пары хладагента из испарителя 3 и сжимает их. При сжатии пары хладагента перегреваются и из компрессора поступают в конденсатор 1. в конденсаторе перегретый пар прокачиваемой забортной водой 6, конденсируется ив жидком состоянии поступает к терморегулирующему (или дроссельному) вентилятору 5. Рисунок 10.1 - Схема компрессорной холодильной установки Так как сечение ТРВ меньше, чем сечение трубопровода, то там происходит процесс дросселирования, и давление хладагента за вентилем уменьшается до давления в испарителе 3, что сопровождается понижением температуры хладагента. В испарителе происходит интенсивное кипение и испарение. Хладагент, испаряясь, отбирает теплоту от рассола, циркулирующего по трубопроводу 4 и проходящего через морозильный трюм. Пары при этом нагреваются и и отсасываются в компрессор. Затем процесс повторяется и происходит непрерывно. То. холодильная установка является как бы насосом, который забирает теплоту от рассольной системы 4 и через конденсатор 1 отдает ее забортной воде 6. На этот процесс перекачки тепла затрачивается энергия электродвигателя, который приводит в движение компрессор и насосы, которые перекачивают воду. Процесс отвода тепла от охлаждаемого тела идет за счет теплоты кипения жидкости, причем температура кипения зависит от давления, которое будет поддерживаться над кипящей жидкостью в испарителе. Температура конденсации, а, следовательно, и давление в 114 конденсаторе зависят в основном от температуры среды, которой отдается тепло холодильного агрегата в процессе конденсации при всех прочих равных условиях. Рассмотрим процесс в холодильной установке в диаграмме Р и TS . В испарителе кипит холодный агент при давлении Р и температуре Т (точка 4). Образовавшийся в испарителе пар состояния 1 отсасывает компрессором и адиабатно сжимается в нем до давления Рк и температуры Тк (состояние 2), а затем нагнетается в конденсатор. Процесс сжатия показан на диаграммах линией 1 - 2. благодаря охлаждению конденсатора забортной водой пары холодильного агента сжимаются и образуют жидкость (состояние 3). Процесс конденсации выражен линией 2-3. В сжиженном состоянии холодный агент поступает в ТРВ, в котором он адиобатно расширяется до давления Р и температуры Т (состояние 4), совершая внешнюю работу. В диаграммах этот процесс показан линией 3-4. Далее холодильный агент вновь поступает в испаритель, где кипит, забирая для этого тепло, например, от воздуха охлаждаемого помещения или рассола в испарителе, те. от прокачиваемого через него жидкого теплоносителя. Процесс кипения показан линией 4 - 1. Как известно из термодинамики, работа компрессора кв диаграмме pv равна а - 1 - 2 - в, а работа расширительного цикла - (ТРВ) 1 рц площади в - 3 - 4 - а. работа цикла определяется разностью указанных площадей, тек- 1 рц = пл. 1-2-3-4; точно также в диаграмме TS работа 1-2-3-4; тек пл. С - 1 - 2 - 3; работа 1 Р.Ц. = С - 3 - 4. 10.3 Хладогенты и хладоносители (рабочие вещества рабочих машин) На современных промысловых и транспортных судах в качестве холодильных агентов широко применяют вещества, которые при атмосферном давлении кипят при низкой температуре и должны удовлетворять следующим требованиям - создать температурные режимы работы и максимально использовать эффективность работы компрессора - не быть взрывоопасными и негорючими- не оказывать вредного воздействия на организм человека, иметь низкую стоимость - не разрушать детали и узлы холодильного оборудования и конденсироваться при положительных температурах - иметь низкую температуру затвердевания. В известной мере этим требованиям удовлетворяют - хладон-12 (фрион-12), R-12; - хладон-22 (фрион-22), R-22; - аммиак NH3. Хладон-12 (R-12) тяжелый бесцветный газ, пары его в 3,4 раза тяжелее воздуха. Температура кипения при атмосферном давлении - С. температура затвердевания -С. Хладон-12 при малых концентрациях не имеет специфического запаха, не поддерживает горение, но под действием открытого огня (при температуре Си выше) разлагается и выделяет фосген и другие ядовитые вещества. Поэтому курить и пользоваться открытым огнем в помещении с холодильной установкой, работающей на R-12, запрещено. R-12 используется в холодильных установках с малой и средней мощностью и производительностью. Хранят его в жидком виде в баллонах с серебристой окраской с надписью хладон-12. Хорошо растворяется в минеральном масле. Хладон-22 — это бесцветный газ, взрывоопасен, относительно безвреден, температура кипения при атмосферном давлении - С. Хладон-22 нашел применение в 115 одноступенчатых холодильных установках с температурой испарения до -С. воздействует на озоновую оболочку. Хорошо (неограниченно) растворяется в минеральном масле. Хладоны представляют собой фтористые и хлористые производные метана, этана и других углеводородов. Легко проникают через плотности. Аммиак – NH 3 - бесцветный газ с резким запахом, вреден для человека. Аммиак горючи взрывоопасен при концентрации 16- 25%, При концентрации 0,03% вредно воздействует на слизистую оболочку дыхательных путей, а при большей концентрации может вызвать оттек легких. Обладает способностью разрушать медь и ее сплавы - брошу, латунь, а также цинк. Жидкий аммиак имеет температуру кипения -С. хорошо растворяется вводе. Аммиак дешевле хладонов, но хладоны более текучи, чем аммиак, поэтому качество систем и трубопроводов, а также арматуры должно быть более высоким. Хладоносители - вещества, отбирающие тепло от охлажденной среды и передающие ее кипящему холодильному агенту. Хладоносители применяются когда охлаждение непосредственным испарением нежелательно. К хладоносителям предъявляются следующие требования - они должны иметь низкую температуру замораживания - малую вязкость и плотность - быть химически нейтральными к металлами прокладочным материалам - обладать большей теплоемкостью - быть безвредными. Наиболее дешевые теплоносители - воздух и вода, но применяются они ограниченно из-за высокой температуры замерзания воды. Воздух имеет малую теплоемкость. Наибольшее распространение в качестве хладоносителей получили рассолы - водные растворы солей хлористого кальция СаС1 2 и хлористого натрия NaCl. Недостатком рассолов является их коррозионное воздействие на металлы, поэтому для уменьшения коррозии на поверхности металла создают защитную пленку (окраска, покрытие лаком, оцинковка) или вводят рассол неорганические (пассиваторы) или органические ингибиторы) вещества. Также применяют протекторную защиту. Для защиты черных металлов и сплавов из алюминия применяют протекторы из цинка для защиты бронзы, меди, латуни - из цинка, железа, кадмия. Выбор рассола зависит от температуры охлаждающей среды и технологического процесса, те. температурного режима. Температура замерзания зависит от его концентрации. При получении рассола необходимо учитывать, что с увеличением концентрации до определенного предела температура застывания его понижается. Концентрация рассола должна обеспечивать температуру его застывания на 5- С ниже температуры кипения хладоагента. Наиболее низкая температура замерзания рассола NaCl -С при концентрации 30,1 кг соли на 100 кг воды. Для рассола СаС12 температура замерзания С достигается при концентрации или 29,9 кг соли на 100 кг раствора или 42,7 кг соли на 100 кг воды, плотность рассола -1,29. Схемы холодильных установок Холодильная установка с непосредственным охлаждением обеспечивает отбор тепла от рыбопродукции непосредственно циркулирующим хладогентом (рисунок 10.2). В этой системе испаритель 3 выполнен в виде охлаждающих батарей, которые установлены в рефрижераторных камерах. 116 Рисунок 10.2 – Холодильная установка с непосредственным охлаждением Холодильная установка с рассольным испарением осуществляет перенос холода от холодильной машины к охлаждающему помещению с помощью хладоносителя - рассола, характерной особенностью которого является низкая температура замерзания. Схема холодильной установки с рассольным охлаждением показана на рисунок 10.3. Рисунок 10.3 - Схема холодильной установки с рассольным охлаждением Компрессор 1, приводимый электродвигателем 2, всасывает пары хладогента из испарителя 5 и подает их в конденсатор 3, откуда жидкий хладогент через ТРВ 4 поступает в змеевик испарителя. В междутрубном пространстве циркулирует рассол. Хладогент, испаряясь, охлаждает рассол ив парообразном состоянии вновь всасывается компрессором, а охлажденный до рабочей температуры (С) рассол циркуляционным рассольным насосом 6 прогоняет через батареи 7, расположенные в охлажденном трюме 8. проходя батареи, рассол отбирает теплоту от продукции и возвращается в испаритель для повторного охлаждения. Для увеличения теплопередающей поверхности змеевики батарей выполняются ребристыми. Холодильная установка с воздушным охлаждением использует в качестве хладоносителя воздух (рисунок 10.4). Также как у ранее рассмотренных установок, путь хладогента лежит через компрессор 1, конденсатор 2, ТРВ - 3. Роль испарителя в этой схеме выполняет теплообменный аппарат 4, называемый воздухоохладителем. Циркуляция охлажденного воздуха по каналами через отверстия в ложном потолке 7 охлаждаемого трюма 8 осуществляется при помощи вентилятора 5. 117 Рисунок 10.4 - Холодильная установка с воздушным охлаждением Сравнение систем охлаждения позволяет выявить достоинства и недостатки каждой из них. К достоинствам системы непосредственного испарения следует отнести отсутствие промежуточного хладоносителя, рассольного насоса и других элементов, возможность работать при более низких температурах кипения, что сокращает габаритные размеры и массу компрессоров, отсутствие потерь при передаче теплоты от рассолу к хладогенту. Недостатки системы - опасность порчи продуктов в случае утечки хладогента из батарей непосредственного охлаждения, а также охлаждающего действия батарей сразу после остановки холодильной установки. Достоинством системы рассольного охлаждения является возможность поддержания постоянной температуры в холодильных помещениях в перерывах между циклами работы машин с помощью холода, аккумулированного в рассоле вследствие его большой теплоемкости и массы, недостатки - большие металлоемкости и габаритные размеры, а также меньший срок службы установки вследствие агрессивного действия рассола на трубопроводы. Общий недостаток систем непосредственного и рассольного охлаждения - образование инея (снеговой шубы) на охлаждающих поверхностях змеевиков батарей вследствие выпадения влаги из охлаждающего воздуха трюма, а также отсутствия возможности регулировать относительную влажность воздуха. Наиболее приемлемой системой охлаждения следует признать рассольно-воздушную. При этом основной охлаждающей системой является рассольная, а воздушная система обеспечивает вентиляцию помещения и осушение воздуха. 10.4 Аппараты для охлаждения и замораживания рыбопродукции Для осуществления процессов охлаждения и замораживания рыбы применяют льдогенераторы, рыбоохладители и морозильные аппараты. Льдогенераторы Для пересыпки рыбы или приготовления льдосолевой смеси лучше использовать мелкодробленый лед, т.к. он деформирует рыбу. В настоящее время применяют чешуйчатый снежный и сыпучий искусственный лед. Чешуйчатый лед приготавливают из морской воды. Принципиальная схема льдогенератора показана на рисунке 10.5. 118 Рисунок 10.5 - Схема чешуйчатого льдогенератора Льдогенератор состоит из барабана 3, установленного на двух опорах 1, и ванны 2, заполненной водой. Через внутреннюю полость барабана прокачивается холодный рассол. Уровень воды в ванне обеспечивает погружение барабана вводу на одну треть. При медленном вращении барабана (через редуктор от электродвигателя) на его поверхности будет. образовываться слой льда, который скалывается скребком 4 ив виде чешуек 5 попадает на лоток 6. Рыбоохладители Предназначены для предварительного охлаждения рыбы в рыбопромысловых районах с высокой температурой забортной воды и окружающего воздуха. Предварительное охлаждение необходимо для сохранения высокого качества рыбного сырья, а также для повышения производительности рыбоморозильных аппаратов, т.к. после предварительного охлаждения на заморозку поступает рыба с более низкой температурой. На рисунке 10.6 представлена схема буксирного рыбоохладителя. Он состоит из буксира 4, загрузочного люка 3, разгрузочного люка 5, рассольного охладителя 2 и циркуляционного насоса 1. Рисунок 10.6 - Схема буксирного рыбоохладителя На рисунке 10.7 показана схема конвейерной морозилки производства ГДР, установленной на супертраулере типа Прометей. Загрузку и выгрузку продукта производят с помощью специального устройства 3. рыбу загружают в оребренные блок-формы 2, имеющие съемные крышки, что снижает усушку продукта. Блок-формы, прикрепленные к двум параллельным цепям конвейера 1, движутся в туннеле, образуя две горизонтальные ветви. Циркуляция воздуха осуществляется перпендикулярно движению блок-форм с помощью восьми вентиляторов 5, прогоняющих воздух через батареи воздухоохладителя 4. Вовремя разгрузки через устройство 3 блок-формы отсоединяются от цепей конвейера. 119 Плиточные морозильные аппараты предназначены для замораживания филе, рыбных палочек и мелкой рыбы, упакованной в пакеты, при толщине замораживаемого слоя не более 100 мм. Рисунок 10.7 - Схема конвейерной морозилки Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации судовых холодильных установок Персонал, обслуживающий холодильные установки на промысловых судах, должен быть специально подготовлен (обучен. В своей деятельности он должен руководствоваться правилами обслуживания судовых холодильных установок, а также инструкциями заводов-изготовителей. Помещения аммиачных холодильных машин должно иметь два выхода, один из которых аварийный. Помещения холодильных машин должны быть снабжены средствами пожаротушения. Личный состав, обслуживающий холодильную установку должен иметь персональные индивидуальные средства защиты и уметь ими пользоваться. Для оказания первой доврачебной помощи при поражении аммиаком в помещении холодильных машин должна находиться аптечка с лимонной и молочной кислотой, содой, мазью Вишневского, винтом, йодом, ватой. При отравлении аммиаком пострадавшего необходимо вывести на свежий воздух, давать ему пить крепкий сладкий чай, кофе, лимонад или 3% - нЩ раствор молочной кислоты. Пострадавшего надо согреть и давать ему кислород. При отравлении хладоном следует применять кислород, давать крепкий чай, вдыхать нашатырный спирт. При попадании хладона в глаза их необходимо промыть водой температурой 18 - С, закапать в глаза стерильное вазелиновое масло. 10.5 Устройство судовой водоопреснительной установки Наиболее распространенным способом получения пресной воды на судах является способ выпаривания (дистилляция, который заключается в следующем. Морская вода нагревается до температуры кипения. При кипении в парообразное состояние переходят только молекулы воды. Соли, растворенные в морской воде, остаются в жидком состоянии, поскольку для их перехода в парообразное состояние недостаточно подводимой тепловой энергии. Полученный таким образом пар отводится и конденсируется. Основными элементами опреснительной дистилляционной установки являются два теплообменника – испаритель и конденсатор. В качестве типичного примера на рисунке 9.1 показана принципиальная схема водоопреснительной установки типа ДУ, отражающая также и основные особенности ее конструкции. В испарителе 12 происходит нагрев и кипение рассола, находящегося внутри труб. Образующийся пар (так называемый вторичный пар) поднимается вверх и через отбойный щит 8 и жалюзийный сепаратор 7 поступает в конденсатор 6. Отбойный щит и сепаратор предназначены для снижения влажности пара (путем отделения капель соленой влаги от собственно пара) и повышения качества дистиллята. 120 В конденсаторе 6 вторичный пар охлаждается, конденсируется истекает в сборник 13 с поплавковым регулятором уровня. Кроме сливной трубы сборник сообщен уравнительной трубой с конденсатором. Дистиллят из сборника удаляется насосом 14, на напорной магистрали которого установлены реле давления 15, электромагнитный клапан 16, дроссельный клапан и ротаметр (расходомер) 1. Из напорной магистрали дистиллятного насоса 14 часть дистиллята по обводному каналу протекает через датчик соленомера 2. При засолении дистиллят через электромагнитный клапан 16 и дроссельную диафрагму автоматически сбрасывается в испаритель. Реле давления автоматически отключает питание электродвигателя насоса 14 при понижении давления в его напорной магистрали. В обоих случаях включается световая и звуковая сигнализация. Насос 11 прокачивает забортную воду по трубам конденсатора 6, где она выполняет функцию охлаждающей среды. Далее (после конденсатора) часть циркуляционной забортной воды используется для питания испарителя через ротаметр, невозвратно-запорный подпружиненный клапан и дроссельную диафрагму. Остальная забортная вода используется в качестве рабочей среды для работы эжектора 9. На всасывающих трубопроводах эжектора паровоздушной смеси из конденсатора и рассола из испарителя установлены невозвратно-запорные клапаны, предотвращающие подсос забортной воды в испаритель и конденсатор. От эжектора вода вместе с рассолом и воздухом удаляется по трубе 10 за борт. Питательная морская вода поступает в испаритель и движется внутри трубок снизу вверх. Неиспарившийся рассол стекает в отводную трубу в центре пучка труб испарителя и откачивается эжектором. Эжектор, постоянно удаляя из установки рассол и паровоздушную смесь из конденсатора, поддерживает низкой давление в установке, что необходимо для работы ВОУ. В качестве греющей среды в установке используется горячая пресная вода из системы охлаждения судовых двигателей. По трубам 3 греющая вода поступает в испаритель и уходит из него. Внутри испарителя она движется в межтрубном пространстве. При низкой температуре греющей воды предусмотрен подвод 5 греющего пара от вспомогательного котла в испаритель и отвод конденсата по трубе 4. Установка оснащается набором контрольно-измерительных приборов. Предусмотрены термометры на патрубках греющей воды на входе и выходе из испарителя и охлаждающей воды на выходе из конденсатора. Для измерения разрежения в установке имеется вакуумметр, для измерения давления нагнетания дистиллятного насоса 14 – мановакуумметр и для измерения давления рабочей воды эжектора – манометр. Соленость дистиллята автоматически контролируется соленомером. Установка выводится на режим вручную ив дальнейшем требует только периодического наблюдения. Полученный в установке дистиллят имеет солесодержание не более 8 мгла его температура не превышает С. Соленость рассола в испарителе поддерживается на уровне 5000 °Бр. Вакуум в испарителе при минимальной и максимальной производительности составляет от 705 до 600 мм рт. ст. Установки могут кратковременно работать на греющем паре давлением не свыше 70 кПа. Продолжительность работы установки между чистками не менее 1500 ч. |