Автоматизация охлаждения ледяной воды
Наиболее распространенным способом получения ледяной воды (с температурой 1.52°С) в настоящее время является охлаждение воды в пластинчатых испарителях. Конструкция пластинчатого испарителя представляет собой набор гофрированных каналов, по которым циркулируют кипящий хладоноситель и охлаждаемая вода. Существует множество различных вариантов циркуляции рабочих сред внутри пластинчатого испарителя, которые обусловлены требованиями к распределению потоков в каналах, потерям давления, турбулентности течений и рядом других. Но основной схемой, отображающей особенности функционирования пластинчатого испарителя можно назвать схему, приведенную на рис. 1.
Охлаждаемая вода и хладагент движутся с разных сторон гофрированных пластин, которые выполняют функцию теплопередающей поверхности. Хладагент находится в состоянии насыщения и кипит при температуре порядка 0°С, осуществляя при этом отвод теплоты от охлаждаемой воды, что приводит к снижению ее температуры с 5°С до 2°С.
Несмотря на такие преимущества использования воды в качестве хладоносителя, как высокая теплоемкость, возможность применения для охлаждения пищевых продуктов, отсутствие коррозионной активности при отсутствии воздуха, у воды есть один серьезный недостаток по сравнению с другими хладоносителями. Этим недостатком является сравнительно высокая температура замерзания воды, равная 0°С. В связи с этим, при получении ледяной воды возникает опасность замерзания воды к каналах пластинчатого испарителя, что может привести к повреждению аппарата.
При поддержании заданных параметров режима работы испарителя замерзание воды в нем невозможно. С этой целью предусмотрен автоматический контроль и регулирование параметров, а также противоаварийная защита испарителя.
Система автоматического управления осуществляет контроль и регулирование следующих параметров:
- давления кипения в отделителе жидкости;
- температуры кипения в отделителе жидкости;
- перепада давления ледяной воды на входе и выходе из испарителя;
- протока воды через испаритель;
- температуры воды на выходе из испарителя.
На рис. 2 приведена мнемосхема узла охлаждения ледяной воды, на которой красными контурами выделены элементы, связанные с параметрами, подлежащими контролю и регулированию.
Рассмотрим варианты отклонения контролируемых параметров от заданных значений и связанные с эти действия системы автоматического управления. Низкая температура кипения хладагента приводит к снижению температуры воды на выходе из испарителя. Для повышения температуры кипения хладагента снижается количество пара, отсасываемого из отделителя жидкости компрессором.
Высокий перепад давления воды на входе и выходе из испарителя может быть вызван замерзанием воды в каналах испарителя. В этом случае происходит остановка компрессора, и в испаритель подаются горячие пары хладагента для растапливания образований льда.
Отсутствие протока воды через испаритель приводит к снижению температуры воды в каналах испарителя до 0°С и ее замерзанию. Для предотвращения этого, при поступлении сигнала об отсутствии протока происходит остановка компрессора, и в испаритель подаются горячие пары хладагента.
В случае низкой температуры воды на выходе из испарителя снижается количество пара, отсасываемого из отделителя жидкости компрессором, что приводит к увеличению температуры кипения хладагента и, как следствие, к увеличению температуры воды на выходе из испарителя.
Итак, применение системы автоматического управления, выполняющей контроль и регулирование параметров работы пластинчатого испарителя, связанных с возникновением опасности замерзания воды, позволяет безопасно использовать ледяную воду в качестве хладоносителя.