Холодильные системы и пищевые технологии – эффективное взаимодействие

Уровень благосостояния России и уровень развития техники и технологии в мире оказывают прямое влияние на строительство новых пищевых производств и реконструкцию или техническое перевооружение действующих предприятий. В настоящее время предприниматели стремятся использовать высокоэффективные технологии для пищевых производств и оснастить их такими высокоэффективными вспомогательными системами, как автоматизированные холодильные установки, котельные и т.д. После реализации красивого плана нередко оказывается, что кое-что не совсем так, как предполагалось. Математикам такая ситуация известна: не всегда оптимальная система состоит из оптимальных частей. В этом случае действует принцип Парето: возможно множество комбинаций, каждая из которых дает

оптимальный результат. Есть и оговорка: при решении экономических задач важно обращать внимание на возможность существования «подводных камней». В применении к нашей теме один из таких «подводных камушков» – это несостыковка технологических линий пищевого производства с системой холодоснабжения. Опыт фирмы «ОК» показывает, что своевременное решение такой проблемы позволяет избежать дополнительных затрат на переделки в период эксплуатации, когда последствия несостыковки проявляются очень наглядно, выражаясь в росте затрат на энергоресурсы, техническое обслуживание и ремонт технологического и холодильного оборудования. Все эти, казалось бы, мелочи выливаются в непроизводительные финансовые затраты и в конечном итоге приводят к снижению выпуска продукции. А последнее уже может повлиять на положение производителя на рынке этой продукции. Рассмотрим три аспекта взаимодействия технологических линий и обеспечивающей их системы холодоснабжения: безопасность, эффективность и энергосбережение.

 

 

Безопасность технологической и холодильной систем

«В реальных жизненных ситуациях люди не используют свои знания, а исходят из сложившихся у них стереотипов, предрассудков и эмоций». Это высказывание, принадлежащее Д. Канеману (Kahneman D.) – лауреату Нобелевской премии 2002 г. по экономике, – основано на его многолетних исследованиях.

Полученный Д. Канеманом вывод блестяще согласуется с афоризмом, распространенным среди инженеров: «Если машина после многочисленных попыток не начинает работать, то надо прочитать инструкцию!» Хорошо известно, что большинство предаварийных ситуаций вызывается человеческим фактором. Автоматизация всех процессов с целью минимизировать влияние человеческого фактора сегодня недостаточна в первую очередь по экономическим причинам. Что же касается обучения персонала, то для специалистов в ряде особо ответственных профессий разрабатываются тренажеры, на которых отрабатываются до автоматизма действия при различных изменениях в работе машин или внешних воздействиях. В холодильной технике ситуация другая. Автору статьи пришлось на протяжении нескольких лет проводить занятия со слушателями факультета повышения квалификации на простейшем компьютерном тренажере, имитирующем работу холодильной установки. Только единицы слушателей, проанализировав показания контрольно-измерительных приборов, принимали правильное решение и восстанавливали регламентный режим работы холодильной установки. Большинство же хаотично «дергали» холодильное оборудование и нередко вводили холодильную установку в аварийный режим.

Давние исследования ВНИХИ (см. журнал «Холодильная техника» № 4/1984) показывают, что нарушение условий эксплуатации дает более 85% аварий. Более поздние данные по анализу аварий в химической отрасли (к которой относят и аммиачные холодильные установки), приводимые в аналитических докладах Ростехнадзора, подтверждают названную цифру.

На каких же этапах реализации и эксплуатации холодильной установки могут быть созданы условия для аварийных ситуаций и какими путями можно уменьшить возможность их возникновения?

Первый этап – оформление задания на проектирование холодильной системы. Снизить возникновение будущих аварий может формализация требований заказчика. Выбор практически состоит из двух вариантов:

  • простая система: чем проще система холодоснабжения, тем дешевле ее автоматизация, но сложнее произвести перенастройку под изменение технологического процесса;
  • гибкая система: чем более гибкая система холодоснабжения с точки перехода на различные варианты эксплуатации при перестройке технологических процессов, тем сложнее уровень автоматизации.

Частота изменения технологических процессов определяется спросом на продукцию технологических линий, а предвидеть колебания рынка по выпускаемой продукции может только заказчик.

 

Этап проектирования. Снижение ошибок напрямую связано с применением унифицированных и апробированных на практике технических решений. В период проектирования часто возникают проблемные ситуации с обязательными для выполнения требованиями противоположного назначения, изложенными как в разных нормативных технических документах, так и в одном документе.

На этом этапе немаловажное значение имеет качество подбираемого основного оборудования, а также арматуры, контрольно-измерительных приборов, приборов и средств автоматизации, трубопроводов, теплоизоляции и т.д. Если с каким-либо поставщиком не всегда качественного товара не удается договориться о качестве поставок, то приходится использовать только ту часть продукции, на которую нет нареканий от заказчиков, и подыскивать поставщиков с качественным ассортиментом аналогичной продукции.

Этап монтажных работ. Здесь проявляется наибольшее влияние человеческого фактора. Контроль даже с использованием инструментальных методов также осуществляется людьми. Поэтому самый надежный способ – отбор монтажных фирм с положительной репутацией и специалистами, умеющими качественно работать.

Этап испытаний, пусконаладочных работ и сдачи в эксплуатацию. Основной этап для выявления и устранения большинства ошибок, допущенных на всех предыдущих этапах создания системы холодоснабжения. На этом этапе также осуществляется подготовка персонала заказчика к эксплуатации холодильной системы. Идет отладка системы холодоснабжения с учетом особенностей технологии пищевого производства на соответствующем предприятии. Персонал заказчика зачастую впервые видит и оборудование, и автоматизированную систему холодоснабжения, которая работает по сигналу от технологических линий, поэтому задает весьма неожиданные вопросы, но они позволяют по-другому взглянуть на привычные для инженеров-наладчиков ситуации и оценить их с точки зрения безопасности эксплуатации. Подключаются к разрешению возникшей задачи проектировщики необходимой специализации, поставщики соответствующего оборудования, КИПиА и т.д. Вносятся изменения в управление системой холодоснабжения для обеспечения безопасной эксплуатации в выявленной производственной ситуации.

Этап эксплуатации холодильной установки. Основная проверка безопасности проходит на этом этапе. Мониторинг параметров работы холодильной системы позволяет получить архив данных на протяжении продолжительного времени. Тренды параметров работы системы холодоснабжения дают возможность проанализировать режимы работы технологического и холодильного оборудования, а анализ позволяет выявить производственные ситуации, которые не были предусмотрены ни при разработке задания на проектирование, ни при проектировании и согласовании схемных и компоновочных решений с заказчиком. На основании выявленных особенностей эксплуатации могут быть внесены коррективы в системы автоматизации основных процессов, вспомогательных процессов, в настройки пультов управления, в программу управления системой холодоснабжения с учетом дополнительных сигналов от систем автоматизации технологических линий.

И естественно, возникает постоянная обратная связь с эксплуатационной службой заказчика. Такое взаимодействие позволяет внести изменения в систему холодоснабжения, обеспечивающие повышение безопасности эксплуатации конкретного производства.

Эффективность систем

Чаще всего оценивается экономическая эффективность как инвестиций, так и пищевого производства. В условиях неустойчивости рынка и неизбежных кризисных явлений более важной является эффективность инвестиций. Но в любом случае изыскивается компромисс между эффективностью инвестиций и эффективностью производства (рис. 1).

Меньше обращают внимание на техническую эффективность, так как она не всегда явно влияет на экономическую эффективность. Выбор технически эффективных технологических линий и холодильного оборудования является само собой разумеющимся. Проблемы начинают возникать позднее при подключении системы холодоснабжения к холодопотребляющему оборудованию технологических линий, когда приходится жертвовать высокими техническими показателями как технологических линий, так и холодильной установки. А далее требуются более или менее значительные дополнительные инвестиции либо снижение эффективности производства. Приведем для иллюстрации несколько примеров нестыковок подобного рода.

  • Холодопотребляющее оборудование технологических линий рассчитано на работу с другим хладагентом (хладоносителем) в отличие от системы холодоснабжения. Самое неприятное последствие – невозможность использовать оборудование. Несколько лучше, если оно будет работать, но с меньшей производительностью.
  • Технологический холодопотребляющий аппарат непрерывного действия обслуживается одним воздухоохладителем. Продукция на выходе из аппарата будет иметь со временем все более высокую температуру. Периодически требуется остановка линии для удаления инея с теплообменной поверхности воздухоохладителя.
  • Помещения-накопители между аппаратами (технологическими линиями) разного принципа действия. В этих помещениях чаще всего предусматривается ручной труд. Нередко температурный режим в них выше, чем температура продукции. Вряд ли необходимо пояснять, что охлажденная (замороженная) продукция отепляется и на следующем этапе технологического процесса опять затрачивается энергия на охлаждение (замораживание) продукции.
  • Универсальная холодильная камера является наиболее привлекательной по инвестиционным затратам, так как может использоваться для различных целей: хранения охлажденной или замороженной продукции, охлаждения, замораживания, домораживания и т.д. При этом техническая эффективность технологического процесса и холодильного цикла в период эксплуатации естественно ниже, чем у любого специализированного объекта холодильной обработки.

Учет влияния спроса на производимую предприятием пищевую продукцию и других маркетинговых, технологических факторов, соответствующая корректировка системы холодоснабжения позволяют найти рациональное решение среди множества других.

  • Несостыковка систем автоматизации технологического процесса и холодоснабжения этого процесса. На этом стыке появляются нетривиальные решения благодаря совместной работе технологов, холодильщиков, специалистов по автоматизации технологических линий и холодильных систем.
  • Организация движения продуктов через дверные проемы. В процессе перевозки паллет с продукцией двери являются помехой и их достаточно часто не закрывают. Следствием этой мелочи является возрастание потребления электроэнергии на производство холода. Энергопотребление на компенсацию теплопритоков через распахнутые двери сопоставимо с установленной производительностью системы холодоснабжения.

Перечисленными нестыковками список не ограничивается.

Энергосбережение на стыке пищевых технологий и технологий получения холода

Чаще всего под энергосбережением понимают только экономию электроэнергии. Обратим внимание на решения в технологическом процессе, которые могут оказать влияние как на увеличение энергопотребления системой холодоснабжения, так и его снижение.

  • Теплозащита дверных проемов и шлюзов (на это следует обратить особое внимание, так как нередко двери летом распахнуты, а в зимний период плотно закрыты. Величина потерь холода через дверной проем достигает 10 кВт/м2).
  • Использование в технологическом процессе теплоты конденсации холодильной установки.
  • Отвод талой воды в систему оборотного водоснабжения конденсаторов.
  • Использование естественного холода для технологических процессов.

Непосредственно для систем холодоснабжения также можно предложить немало решений, позволяющих реализовать энергосбережение. Например, выбор хладагента влияет на потребление электроэнергии на выработку единицы холода. У фреоновых компрессоров он больше, чем у аммиачных, а у бессальниковых фреоновых компрессоров еще больше.

Способ изменения холодопроизводительности холодильной установки также влияет на величину потребления электроэнергии (рис. 2).

Самый неэкономичный способ регулирование холодопроизводительности байпасированием газа со стороны нагнетания – применяется в согласовании с технологическим процессом, от системы автоматизации которого поступают сигналы 100 % или 0 % с периодичностью, превышающей допустимую частоту пуска компрессора. Энергетически это неэффективно, но инвестиционно дешево.

Наиболее экономичный способ регулирования холодопроизводительности (использование многооборотных двигателей с частотными преобразователями) обеспечивает плавное согласование холодопроизводительности компрессорных агрегатов с тепловой нагрузкой от технологических процессов. Кроме того, в этом случае обеспечивается минимальное количество пиков тока в сети предприятия из-за пусков компрессоров.

Экономичность способов регулирования (дросселирование на всасывании, отключение цилиндров у поршневых компрессорных агрегатов, золотниковое у винтовых компрессорных агрегатов) зависит от конструктивных особенностей подобранного оборудования. Воздействует на электропотребление и организация совместной работы компрессорных агрегатов, определяемая выбранной программой режима работы. Повлияет на потребление электроэнергии также параллельно работающая программа управления работой конденсаторной группы.

Большое влияние на электропотребление оказывает согласование систем автоматизации управления технологическим процессом и системой холодоснабжения. В некоторых схемных решениях между технологическим и холодильным оборудованием устанавливают буферные устройства, которые сглаживают колебания управляющего параметра или дают задержку по времени. Подобное решение позволяет реже дергать холодильные компрессоры, а также не включать их при случайных или непродолжительных повышениях, например, температуры хладоносителя.

Уровень температур кипения определяется в первую очередь требованиями технологического процесса, но в пределах нескольких градусов его всегда можно варьировать. А, как известно холодильщикам, каждый градус изменения температуры кипения вызывает изменение потребления электроэнергии примерно на 2–3 %. При определенной температуре кипения возможно использование различных схемных решений, разного холодильного оборудования. Прежде всего речь идет о наиболее энергоемком оборудовании – компрессорных агрегатах (рис. 3), например о разнице в электропотреблении при применении разных схем аммиачных холодильных установок (АХУ). На производствах все чаще используются высокоэффективные технологические процессы, требующие поддержания температур на уровне –45...–50 °C и ниже. Наиболее экономичным оказывается холодоснабжение с использованием каскадной холодильной установки.

Есть еще один немаловажный аспект снижения энергопотребления – удаление из хладагента примесей: масла, воды и других загрязнений. Наличие воды в системе холодоснабжения вызывает повышение температуры кипения аммиака. Опыт нашей фирмы и обратная связь с нашими заказчиками убеждают в обязательности установки дополнительного аппарата, позволяющего удалять воду и другие примеси из холодильной установки.

В.С. Калюнов, канд. техн. наук, технический директор ООО «ОК»

 

Источник: holodunion.ru

 

Внимание опрос!

Какую марку автоматики вы предпочитаете?
 

Нужен сайт?

Кликай!
Баннер