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 (температуру и влажность воздуха в камерах, температуру 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 и 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, 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, обязательная 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 контролируемого параметра возвращается в допустимую область.

Наибольшее число видов защиты имеют компрессоры, поскольку по опыту эксплуатации 75% всех аварий на холодильных установках происходит именно с ними.

Число параметров, контролируемых САЗ, зависит от типа мощности компрессора и вида холодильного агента.

Вида 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.куб., или 0,021% по объему) в воздухе контролируется газоанализатором.

Введение……………………………………………………………………………..

1 Описание технологического процесса …………………………………………......

1.1 Автоматизация холодильных компрессорных станций………………………….

1.2 Анализ возмущающих воздействий объекта автоматизации…………………...

1.3 Схема холодильного цикла………………………………………………………..

2 Разработка функциональной схемы холодильной установки…………………….

2.1 Методика разработки схемы………………………………………………………

2.2 Функциональная схема автоматизации холодильного модуля……………….. .

2.3 Работа узлов функциональной схемы автоматизации холодильного модуля….

2.3.1 Узел автоматической защиты компрессоров…………………………………..

2.3.2 Узел автоматического включения резервного водяного насоса………………

2.3.3 Узел оттаивания воздухоохладителей…………………………………………..

3 Выбор технических средств холодильной установки………………......................

3.1 Выбор и обоснование выбора приборов и средств автоматизации……………..

Заключение……………………………………………………………………………

Список литературы……………………………………………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизированные системы управления и регулирования являются неотъемлемой частью технологического оснащения современного производства, способствуют повышению и качества продукции и улучшают экономические показатели производства за счет выбора и поддержания оптимальных технологических режимов.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

По уровню автоматизации компрессорные холодильные установки занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Холодильные установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка холода в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на холодильных установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в охладительной технике.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

Обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т. е. повышение производительности его труда,

Приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала,

Увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого холода,

Повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,

устройства управления

Цель автоматизации холодильных машин и установок - это повышения экономической эффективности их работы и обеспечение безопасности людей (в первую очередь обслуживающего персонала).

Экономическая эффективность работы холодильной машины обеспечивается уменьшением эксплуатационных расходов и сокращением затрат на ремонт оборудования.

Автоматизация уменьшает количество обслуживающего персонала и обеспечивает работу машины в оптимальном режиме.

Безопасность работы холодильного оборудования обеспечивается применением автоматических устройств, защищающих оборудование от опасных режимов работы.

По степени автоматизации холодильные машины и установки делятся на 3 группы:

1 Холодильное оборудование с ручным управлением.

2 Частично автоматизированное холодильное оборудование.

3 Полностью автоматизированное холодильное оборудование.

Оборудование с ручным управлением и частично автоматизированные машины работают с постоянным присутствием обслуживающего персонала.

Полностью автоматизированное оборудование не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, но не исключает необходимости периодических контрольных осмотров и проверок по установленному регламенту.

Автоматизированная холодильная установка должна содержать одну или несколько систем автоматизации, каждая из которых выполняет определенные функции. Кроме того, существуют устройства объединяющие (синхронизирующие) работу этих систем.

Система автоматизации - это совокупность объекта автоматизации и автоматических устройств, позволяющих управлять работой автоматизации без участия обслуживающего персонала.

Объектом курсового проекта является холодильная установка в комплексе, отдельные ее элементы.

Целью данного курсового проекта является описание технологического процесса холодильного оборудования, разработка функциональной схемы данной установки и выбор технических средств автоматизации.

1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Автоматизация холодильных компрессорных станций

Искусственный холод находит широкое применение в пищевой промышленности, в частности при консервировании скоропортящихся продуктов. При охлаждении обеспечивается высокое качество хранимых и выпускаемых продуктов.

Искусственное охлаждение может осуществляться периодически и непрерывно. Периодическое охлаждение происходит при плавлении льда либо при сублимации твердого диоксида углерода (сухого льда). Этот способ охлаждения обладает большим недостатком, так как в процессе плавления и сублимации хладагент теряет свои охлаждающие свойства; при длительном хранении продуктов трудно обеспечить определенную температуру и влажность воздуха в холодильной камере.

В пищевой промышленности широко распространено непрерывное охлаждение с применением холодильных установок, где хладагент - сжиженный газ (аммиак, фреон и др.) - совершает круговой процесс, при котором он после осуществления холодильного эффекта восстанавливает свое первоначальное состояние.

Применяемые хладагенты кипят при определенном давлении, зависящем от температуры. Следовательно, изменяя давление в сосуде, можно изменять температуру хладагента, а следовательно, и температуру в холодильной камере. Компрессор / всасывает пары аммиака из испарителя II, сжимает их и через маслоотделитель III нагнетает в конденсатор IV. В конденсаторе пары аммиака конденсируются за счет охлаждающей воды, и жидкий аммиак из конденсатора, охлажденный в линейном ресивере V, через регулирующий вентиль VI поступает в испаритель II, где, испаряясь, охлаждает промежуточный хладоно-ситель (рассол, ледяную воду), нагнетаемый к потребителям холода насосом VII.

Регулирующий вентиль VI служит для дросселирования жидкого аммиака, температура которого при этом снижается. Система автоматизации предусматривает автоматическое управление работой компрессора и противоаварийные защиты. Командой на автоматический пуск компрессора служит повышение температуры рассола (ледяной воды) на выходе из испарителя. Для управления температурой используется регулятор температуры типа, датчик которого устанавливается на трубопроводе выхода рассола (ледяной воды)

из испарителя.

При работе компрессора в автоматическом режиме функционируют следующие противоаварийные защиты: от понижения разности давлений масла в системе смазки и картере - применяется датчик-реле разности давлений; от понижения давления всасывания и повышения давления нагнетания - применяется датчик-реле давления; от повышения температуры нагнетания - применяется датчик-реле температуры; от отсутствия протока воды через охлаждающие рубашки - применяется реле протока; от аварийного повышения уровня жидкого аммиака в испарителе - применяется полупроводниковое реле уровня.

При пуске компрессора в автоматическом режиме открывается вентиль с электромагнитным приводом на подаче воды в охлаждающие рубашки и закрывается вентиль на байпасе.

Автоматическое регулирование уровня жидкого аммиака в испарителе осуществляется полупроводниковыми реле уровня, управляющим вентилем с электромагнитным приводом, установленным на подаче жидкого аммиака в испаритель.

Контроль верхнего и нижнего уровней жидкого аммиака в линейном ресивере осуществляется полупроводниковыми реле уровня.

Контроль давления рассола в нагнетательном трубопроводе осуществляется датчиком-реле давления.

Дистанционный контроль температуры воздуха, аммиака, рассола, воды в контрольных точках холодильной установки осуществляется термопреобразователями.

Аппаратура контроля, управления и сигнализации остального технологического оборудования размещена в панелях щита управления.

1.2 Анализ возмущающих воздействий объекта автоматизации

В данной схеме предусмотрены контроль, регулирование, управления и сигнализация параметров технологического процесса.

Контроль верхнего и нижнего уровней жидкого аммиака в линейном ресивере, в котором контролируется уровень от которого зависит наполнение ресивера.

Также контролю подлежит температура воздуха в холодильной установке от которой зависит охлаждение и количество вырабатываемого холода.

Контроль давления холодного рассола в нагнетательном трубопроводе, который зависит от нагнетания насосом, насос воздействуя на холодный рассол изменяет его подачу.

Также контролируется температура холодной воды поступающей из бассейна в конденсатор которая необходима для конденсирования (охлаждения) паров аммиака.

На выходе из конденсатора контролируется температура жидкого аммиака, который поступает в линейный ресивер.

Регулирующий вентиль VI установленный на трубопроводе служит для дросселирования жидкого аммиака, за счет чего температура при этом снижается.

Повышение температура рассола (ледяной воды) на выходе из испарителя управляет работой компрессора и служит командой на автоматический пуск компрессора.

Назначение

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).

Основные преимущества

Надежность

• Непрерывный процесс, основанный на конденсации воды и УВ фракций в присутствии ингибитора гидратообразования.
• Отсутствие циклических колебаний.
• Кожухотрубный теплообменник газ-газ с низким температурным напором.
• Сервис-фактор мотора холодильного компрессора 110%.
• Автоматическая система поддержания давления в ресивере при эксплуатации в холодном климате.
• Электрообогрев сборника ингибитора в трехфазном сепараторе.

Эффективность

• Холодный сепаратор с эффективными коалесцирующими насадками и значительным временем пребывания.
• Теплообменник газ-пропан (чиллер) с погруженным трубным пучком.

Возможные опции

• Экономайзер холодильного цикла (стандарт для систем свыше 150 кВт и температурой испарения ниже минус 10 0 С).
• Входной сепаратор.
• Теплообменник газ-жидкость (позволяет снизить потребляемую мощность компрессора).

Технологическая схема

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.

Статьи по теме

Газопереработка - это просто

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.

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.

Автоматизация производственных процессов является важнейшим условием технического прогресса любой отрасли промышленности.

Цель автоматизации холодильных установок - замена ручного труда, точное поддержание заданных параметров, предотвращение аварий, увеличение срока службы оборудования, сокращение затрат, повышение культуры производства.

Эксплуатация автоматизированных холодильных установок обходится дешевле, так как отпадает необходимость в части обслуживающего персонала, занятого ручными операциями по пуску, регулированию и остановке холодильного оборудования, визуальному наблюдению за работой машин и аппаратов.

Устройства автоматизации могут выполнять как отдельные операции: контроль, сигнализация, включение и выключение исполнительных механизмов, так и совокупность этих операций: автоматическая защита и регулирование.

Любая операция, осуществляемая машинистом современных холодильных установок, поддается автоматизации. Однако не все операции целесообразно автоматизировать.

Автоматизация процессов регулирования и защиты необходима в тех случаях, когда эти процессы требуют затрат ручного труда и когда машинист не может обеспечить точное регулирование и надежную защиту. Очень важно также автоматизировать работы во вредных и взрывоопасных помещениях.

Абсорбционные и пароэжекторные холодильные машины ввиду отсутствия движущихся механизмов (кроме насосов) легче поддаются полной автоматизации, чем крупные компрессионные, которые требуют непрерывного наблюдения и квалифицированного обслуживания.

Крупные и средние холодильные установки снабжают частичной автоматизацией, при которой автоматически регулируется лишь часть процессов. Чаще такие холодильные установки работают на полуавтоматическом режиме, при котором остановка машины происходит автоматически, а пуск вручную.

Основными частями любой автоматической системы являются: измерительный (чувствительный) элемент, или датчик, воспринимающий изменение регулируемой величины; регулирующий орган, изменяющий по сигналу измерительного элемента подачу вещества или энергии в регулируемый объект, и передаточное устройство, соединяющее датчик с исполнительным механизмом. Измерительный элемент снабжен обычно приспособлением для настройки на заданное значение регулируемой величины.

Приборы автоматического управления должны включать или выключать компрессоры и насосы при изменениях нагрузки. Компрессорами управляют с помощью реле температуры, останавливающих компрессоры при понижении температуры рассола или давления в испарителях ниже заданного предела и включающих их при повышении температуры в испарителе. Иногда холодильные машины включают с помощью реле времени, которому задают время включения компрессора.

Приборы автоматического регулирования предназначены для поддержания заданных параметров работы холодильной установки: температуры, давления, уровня. Благодаря плавному регулированию холодопроизводительности можно поддерживать заданную температуру хладоносителя при понижении тепловой нагрузки. Достигается оно следующими путями:
установкой регуляторов давления «до себя», поддерживающих постоянное давление в испарителях и дросселирующих пары перед компрессором;
установкой регуляторов давления «после себя», перепускающих часть паров из нагнетательной линии во всасывающую. За счет этого часть паров, которая могла бы поступить в компрессор из испарителя, отсекается и холодопроизводительность установки падает;
подключением дополнительного вредного пространства в поршневом компрессоре, уменьшающего отсос паров хладагента из испарителя.

Регулирование подачи хладагента в испаритель преследует две цели: обеспечение безопасной работы компрессора, путем защиты его от гидравлического удара и уменьшение или увеличение холодопроизводительности установки.

Автоматическая сигнализация оповещает о изменениях режима, которые могут повлечь за собой срабатывание элементов автоматической защиты, и извещает о включении и выключении машин, магнитных вентилей, задвижек и приборов. Примером сигнального прибора служит дистанционный указатель уровня ДУ, соединяемый с исполнительными механизмами - соленоидными вентилями или звуковыми сигнальными устройствами - ревунами.

Автоматическая защита позволяет избегать опасных для холодильной машины последствий чрезмерного повышения давления нагнетания, понижения давления и температуры испарения, нарушений режима работы смазочных устройств и т. д.

Для защиты установок от аварийного режима в схемах автоматизации предусматривают приборы, отключающие холодильные агрегаты при резких нарушениях режима работы.

Вынос вторичных показаний приборов контроля и измерения (термометров, манометров, расходомеров, указателей уровня) на центральный щит, где расположена и регулирующая станция, позволяет управлять работой холодильной установки централизованно. Часть измерений записывают самопишущие приборы (термометры, манометры).

Комплексная автоматизация холодильной установки состоит в оснащении ее устройствами автоматического управления, регулирования и защиты, а также средствами контроля и сигнализации, обеспечивающими исправную работу этих устройств.

Контрольные вопросы
1. Что дает автоматизация холодильных установок?

2. Назовите основные элементы автоматизации.

3. Из каких элементов состоит система автоматического регулирования?

4. Расскажите об устройстве ТРВ,
170
5. Объясните конструкцию и принцип работы соленоидного вентиля.

6. Как работают мембранные пневматические клапаны?

7. Назовите способы регулирования холодопроизводительности.

8. Расскажите о работе реле давления.

9. Расскажите об устройстве РУКЦ.

10. Что вы знаете о водорегулирующем вентиле?

11. Перечислите способы защиты компрессора от опасности гидравлического удара.

12. Объясните устройство и принцип работы дистанционного указателя уровня.

13. Какие виды автоматической сигнализации вы знаете?

14. Проследите работу приборов автоматизации в схеме двухступенчатой холодильной установки.

15. Расскажите об особенностях автоматизации холодильных турбоагрегатов.

16. Расскажите о схемах автоматизации отдельных узлов аммиачных холодильных установок.