Отправить вопрос +7 (495) 966-08-09

Ваш город: Москва

x
  • Москва
  • Казань
  • Красноярск
  • Владивосток
  • Владимир
  • Калуга
  • Кемерово
  • Санкт-Петербург
  • Новосибирск
  • Омск
  • Пермь
  • Саратов

04.08.2010

Регенерация хладоносителя в условиях потребителя холода

Версия для печати:PDFЗагрузить

Х.Низаметдинов, гл. инженер филиала «Шихан» ООО «Объединенные Пивоварни Хейнекен»
М.Л.Галкин, технический директор ООО «Спектропласт», к.т.н.

Наследием общезаводских систем холодоснабжения промышленных предприятий являются в большинстве случаев аммиакоёмкие системы с непосредственным кипением или использующие промежуточные хладоносители на основе CaCl2 или NaCl (рассолы). На рубеже веков многие системы были реконструированы: заменены коррозионноактивные неорганические рассолы, снижена емкость заправки токсичного и взрывоопасного аммиака. Однако вопросам коррозии, химической стойкости уплотнительных материалов, биообсеменности вторичного контура при реконструкции должного внимания не уделялось. И, как следствие, новые проблемы спустя 3-5 лет эксплуатации систем.
Дефицит финансовых средств за время мирового финансового кризиса расставил новые приоритеты в подходах к модернизации холодильных систем. С 2009 г. существенно больший спрос от потребителей холода получили заказы не на монтаж и заправку хладоносителями новых систем холодоснабжения, а на реконструкцию и восстановление эффективности теплообмена действующих систем и регенерацию действующих хладоносителей.
Такая работа была выполнена в филиале «Шихан» ООО «Объединенные Пивоварни Хейнекен» (ООО «ОПХ») совместно специалистами предприятия и ООО «Спектропласт».

Регенерация хладоносителя в условиях потребителя холода (ХБ 08_2010)_Рис.1а.jpg
Рис. 1а. Абразивный износ участка трубопровода вторичного контура

Регенерация хладоносителя в условиях потребителя холода (ХБ 08_2010)_Рис_1б.jpg
Рис. 1б. Язвенная и питинговая коррозия трубопроводов системы

Стерлитамакский комбинат пиво-безалкагольных напитков (с 2004 г. филиал «Шихан» ООО «ОПХ») выпустил первую продукцию в апреле 1984 года. Производственная мощность комбината - более 2,5 млн галлонов пива и безалкогольных напитков в год. Наряду с национальными брендами: - «Охота», «Бочкарев», «ПИТ», «Три медведя» местными пивоварами разработаны и выпускаются локальные бренды: «Шихан», «Седой Урал». На заводе установлены холодильные машины фирмы «Грассо» суммарной холодопроизводительностью 8,8 МВт. Хладагент – аммиак. Хладоноситель - 30%-ный раствор пропиленгликоля, объем – 180 м3, циркуляция осуществляется восемью центробежными насосами KSB. Температура хладоносителя на входе/выходе в испаритель составляет +1 / -5 ºС. Холодильная система изначально работала на рассоле NaCl. В 2000 г. она была реконструирована: заменены холодильные машины, хладоноситель, трубопроводы, насосы и воздухоохладители (ВОПы). Однако спустя несколько лет в системе стала интенсивно проявляться коррозия насосного оборудования, свищи в теплообменниках, потекли ВОПы. Сквозная коррозия сварных швов трубопроводов заставляла постоянно проводить сварочные работы, приводила к потере дорогостоящего хладоносителя и вынужденной остановке оборудования. Появились затруднения с поддержанием заданного температурного режима охлаждаемой продукции.

Специалистами ООО «Спектропласт», уже имевшим положительный опыт восстановления систем холодоснабжения на ряде крупных предприятий России, в т.ч. ОАО «Московский комбинат шампанских вин», ООО «Олимп-Империал» и др., было проведено обследование системы холодоснабжения филиала «Шихан». Обследование вторичного контура (испарителей, насосов и трубопроводов) обнаружило высокий абразивный и коррозионный износ трубопроводов (рис. 1а), в сочетании со сквозной локальной коррозией в местах сварки, стыках и изгибах трубопровода (рис. 1б и 1в). В зонах высокой турбулентности (улитки насоса) обнаружен кавитационный износ металлических поверхностей, обусловленный, в том числе высокими значениями времени устойчивости пены хладоносителя (рис. 1г). Выявлено низкое значение рН хладоносителя.
Результаты анализа состава и свойств хладоносителя приведены в Таблице 1 (образец № 1).

Таблица_1.jpg

Увеличить таблицу

* - результаты получены атомно-абсорбционным методом
** - показатели ТУ 2422-015-11490846-08 не нормируются

Высокое содержание продуктов коррозии в составе хладоносителя свидетельствует об интенсивно протекающих коррозионных процессах в системе. Высокие значения времени устойчивости пены и низкое значение рН хладоносителя, а также выявленное наличие белков и углеводов свидетельствуют о негерметичности системы и протечках в хладоноситель охлаждаемой продукции. Для исправления состояния системы холодообеспечения с учетом результатов обследования были предложены следующие способы регенерации хладоносителя и промывки системы:

  • Полная замена хладоносителя на новый и промывка системы от накипно-коррозионных отложений (способ наиболее эффективен, но дорогостоящ и требует не менее трех дней на промывку).
  • Регенерация хладоносителя без остановки системы (способ наиболее экономичный из числа предложенных, но продолжительность работ может достигать более 30 суток).
  • Регенерация хладоносителя производится в три этапа введением реагентов в хладоноситель с целью связывания, растворенных в хладоносителе продуктов коррозии в малоактивные комплексы; их коагуляция; высаживание их на фильтрах, расположенных в байпасах системы.
  • Регенерация хладоносителя и промывка оборудования с кратковременной остановкой системы холодоснабжения (способ позволяет экономичнее, чем в первом способе и оперативнее, чем во втором способе, восстановить эффективность холодоснабжения).

Основные показатели описанных выше способов регенерации хладоносителя и очистки системы холодоснабжения приведены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнение основных показателей способов регенерации хладоносителя и очистки системы холодоснабжения от накипно-коррозионных отложений составом СП-ОМ

Таблица_2.jpg
Увеличить таблицу

По совокупности параметров в конкретных условиях предприятия (доминирующими были стоимость работ в расчете на 1 тонну регенерированного хладоносителя и время остановки холодообеспечения предприятия не более 5 суток) был выбран третий способ.

Регенерация хладоносителя в условиях потребителя холода (ХБ 08_2010)_Рис_1в.jpg
Рис.1в. Язвенная коррозия воздухоохладителей

Регенерация хладоносителя в условиях потребителя холода (ХБ 08_2010)_Рис_1г.jpg
Рис. 1г. Кавитационная эрозия поверхности улитки насоса

Регенерация хладоносителя в условиях потребителя холода (ХБ 08_2010)_Рис_2.jpg
Рис. 2. Цилиндрические емкости объемом 60 м3, которые использовались для сбора и очистки хладоносителя

Выбранная технология была экспериментально отработана в лабораторных условиях ООО «Спектропласт» на емкости 60 литров, имитирующей производственные условия филиала «Шихан» ООО «ОПХ». Первоначально технология предполагала последовательное введение 3-х регенерирующих компонентов в хладоноситель и кратковременное перемешивание каждого по 3-5 мин. После введения третьего реагента хладоноситель должен сутки отстояться. За это время в емкости проходят процессы коагуляции железосодержащих частиц и их выпадение в осадок. Через сутки примерно 60% очищенного хладоносителя, содержащего в 100 раз меньше посторонних примесей даже без фильтрации, переливается в другую емкость. В очищенный хладоноситель вводятся ингибиторы коррозии, противопенные добавки, стабилизаторы, биоциды и другие целевые добавки. В результате регенерированный хладоноситель восстанавливает свои свойства и пригоден для заправки в систему охлаждения.

Работы по регенерации предполагают параллельно проведение работ по промывке контура ингибированной кислотой. Для этого через контур, освобожденный от хладоносителя, прокачивается вода, в нее вводится кислотный состав СП-ОМ (ТУ 2458-012-11490846–07) и ингибиторы коррозии. Насосом обеспечивается циркуляция кислотного раствора по контуру. По окончании промывки от накипно-коррозионных отложений кислота нейтрализуется щелочью, а система промывается водой с пассивирующими поверхность оборудования добавками.
Для реализации выбранного варианта регенерации до остановки системы холодообеспечения были подготовлены 4 емкости по 60 м3 (рис. 2), предназначенных для отбора из системы хладоносителя и его очистки, изготовлены и завезены химические компоненты для регенерации хладоносителя, закуплена ортофосфорная кислота и другие компоненты для промывки системы. Проведены инструктажи рабочих, проведен ряд предварительных доработок системы и установлено вспомогательное оборудование.

Первоначально хладоноситель был перекачен (из вторичного контура) в четыре емкости по 45 тонн (рис. 3а). Затем поочередно в каждую емкость начали вводить очищающие реагенты.
Проблемы начались сразу после введения первых компонентов в хладоноситель – не пошли процессы изменения рН, коагуляции и выпадения осадка. В имитирующей емкости в условиях лаборатории комбината, как и в лаборатории ООО «Спектропласт» реакция с теми же компонентами идет, а в рабочих емкостях нет.

В лаборатории ООО «Спектропласт» химики экспериментально определили причину отсутствия реакции между вводимыми регенерирующими составами и хладоносителем в емкости 60 м3. Было выявлено, что штатный перемешивающий насос перемешивает лишь 1/3 нижней части объема 60-ти кубовой емкости (высота 9,0 м, диаметр 2,8 м), т.е. одна из основных причин отсутствия реакции – неэффективное перемешивание
насосами реактивов в конкретном крупногабарином емкостном оборудовании. Хладоноситель, вводимый снизу емкости, имеет плотность 1,03 г/см3, а вводимые сверху емкости регенерирующие компоненты имели плотность 1,05 и 1,45 г/см3. Т.е. легкий коагулирующий реагент сопоставим по плотности с хладоносителем и не успевает с ним перемешаться и прореагировать в верхней части емкости, где практически нет перемешивания и где не выставлена необходимая щелочность, так как тяжелый реагент щелочной природы из-за высокой плотности слишком быстро опускался на дно емкости также не успевая прореагировать с содержимым верхних слоев. Неправильный учет масштабного эффекта в условиях неэффективного перемешивания и некорректный подбор плотностей и химических потенциалов компонентов и явилось причиной отсутствия физико-химического взаимодействия реагентов во всей массе 45 тонн в объеме 60 м3.

Для практического решения задачи в создавшихся условиях нами учитывалось, что в химических процессах одновременно действуют два противоположных фактора — энтропийный (TΔS) и энтальпийный (ΔH). Суммарный эффект этих противоположных факторов в процессах, протекающих при постоянном давлении и температуре, определяет изменение энергии Гиббса (G):

Формула_1.jpg

Процесс химического взаимодействия может протекать при ΔG < 0, иными словами, если энергия Гиббса в исходном состоянии системы больше, чем в конечном, то процесс принципиально может протекать, если наоборот — то не может. В условиях неравномерного и неэффективного перемешивания в крупногабаритной емкости решающее значение приобретает соотношение плотностей реагентов и их реакционная способность в системе, оцениваемая по изменению энергии Гиббса.
Установив причину отсутствия взаимодействия компонентов в плохом перемешивании в условиях масштабного эффекта (60 м3) и низкого химического потенциала, нашли решение задачи: как улучшить распределение в объеме реактивов и хладоносителя без дополнительного перемешивания - и экспериментально его опробовали в лаборатории ООО «Спектропласт».

Реакционную способность реагентов в хладоносителе увеличили за счет введения в верхнюю часть емкости кислоты с экспериментально подобранной промежуточной по величине концентрацией и плотностью 1,33 г/см3. Сдвиг кислотно-щелочного баланса путем введения кислоты в щелочную среду позволил без дополнительного перемешивания решить проблему уменьшения значения ΔG (1) и в результате создание термодинамических условий для прохождения реакции выделения примесей из хладоносителя.

Рис_3.jpg
Рис.3 а. Образец хладоносителя до регенерации,
                 б. Образец хладоносителя после регенерации.

Разработанная технология позволила оперативно (менее чем за 48 часов) в четырех емкостях по 45 тонн исходного хладоносителя (рис. 3а) регенерировать 120 м3 кондиционного хладоносителя (рис. 3б). Остаток хладоносителя в 60 тонн, обогащенный примесями, из четырех емкостей был слит в одну емкость – 60 тонн. В этом осадке содержалось приблизительно 30% продуктов коррозии и посторонних включений. В эту емкость повторно ввели реагенты и оставили на разделение и высаживание тяжелых фракций. За двое суток удалось выделить еще 37 тонн кондиционного хладоносителя и направить его в систему охлаждения. Недостаток в 23 тонны (потери при регенерации) хладоносителя (180 м3) был оперативно восполнен за счет приготовления нового хладоносителя, а также введения в хладоноситель концентрата противокоррозионных добавок марки КПГ-ПК (ТУ2422-014-11490846-07) и корректирующих компонентов. На пятые сутки от начала работ холодильная система предприятия была запущена в работу.

Параллельно регенерации хладоносителя проводилась, по возможности, очистка контура. Надо отметить, что ввиду дефицита времени, обусловленного вышеописанными непредвиденными обстоятельствами при регенерации, промывка системы не была проведена в полном объеме. В результате оставшиеся в системе отложения перешли в новый хладоноситель, что потребует в перспективе усиление контроля за его состоянием и своевременной корректировки состава. Химический анализ хладоносителя на 7-ой день эксплуатации приведен в таблице 1 (образец №3). Он показал, что содержание продуктов коррозии в хладоносителе до регенерации (образец №1) снизилось более чем на два порядка. Коррозионная активность, время устойчивости пены, рН, концентрация пропиленгликоля, ингибитора коррозии и продуктов коррозии соответствуют норме.

Служба главного инженера филиала «Шихан» ООО «ОПХ» констатировала, что в работе системы холодоснабжения произошли качественные изменения после проведенных работ:
- снизилось энергопотребление холодильной машины на 5% (за счет повышения температуры кипения хладагента на 1,5ºС при обеспечении той же температуры хладоносителя); на 15% повысилась скорость охлаждения продукции (за счет большей эффективности теплообмена); из-за меньшей плотности и вязкости хладоносителя на 10% снизилось гидравлическое сопротивление контура;
- прекратились потери хладоносителя из-за протечек, обусловленные коррозионным разрушением контура.

Технологами филиала «Шихан» ООО «ОПХ» после регенерации хладоносителя и частичной очистки контура была отмечена стабилизация границ температурных полей, требуемых по технологии производства пива, хранения дрожжей, хмеля, солода, сусла и др. Отдельно отмечена возросшая чувствительность к регулированию температурных параметров технологического холода, что позитивно сказалось на качестве конечнойпродукции предприятия.

Таким образом, теоретически обоснованы, экспериментально подобраны и реализованы в производственных условиях реагенты и технология регенерации хладоносителя, позволяющие в условиях неэффективного перемешивания компонентов в крупногабаритной емкости производить выделение, коагуляцию и осаждение посторонних примесей, содержащихся в хладоносителе. После удаления осадка из емкости остающийся хладоноситель даже без фильтрации является кондиционным по составу и свойствам.

Практически неограниченный ресурс работы регенерированных хладоносителей достигается регулярным проведением мониторинга состояния
хладоносителя, который ООО «Спектропласт» проводит без дополнительной оплаты, и, при необходимости производит корректировку состава.
В результате регенерации хладоносителя и очистки системы холодоснабжения филиала «Шихан» ООО «ОПХ» удалось снизить энергопотребление и затраты на обслуживание холодильной машины, повысить качество выпускаемой продукции.


Наши партнеры:

https://serber05.wixsite.com/lansada

https://radiant-17.pulscen.ru/

https://opthim.tiu.ru/