Фреон, аммиак или СО2 - Ассоциация "Холодная Логистика

III-я международная конференция «Холодная
логистика в Украине»
10 декабря 2012 г., г. Киев, Украина
ФРЕОН, АММИАК ИЛИ СО2 –
ОБОСНОВАННЫЙ ВЫБОР КОНЦЕПЦИИ
ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ ПИЩЕВОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ
Докладчики: Пред. общ-ва, д.т.н., профессор Г.А. Горбенко.
Рук. отд. новых технологий Р.Ю. Турна.
Компания:
«Энергосберегающий Инжиниринг»
Примеры используемых аргументов при сравнении
аммиака и фреонов
№
ФРЕОНЫ
1.
АММИАК ИМЕЕТ РЯД СЕРЬЕЗНЫХ НЕДОСТАТКОВ:
•
ОБЛАДАЕТ ВЫСОКОЙ ТОКСИЧНОСТЬЮ;
•
ЯВЛЯЕТСЯ ВЗРЫВООПАСНЫМ;
•
СОЗДАЕТ ОПАСНОСТЬ ОЖОГОВ ПРИ РАСТВОРЕННИИ
В ВОДЕ;
•
ИМЕЕТ ВЫСОКУЮ ТЕМПЕРАТУРУ НАГНЕТАНИЯ ПРИ
СЖАТИИ В ХОЛОДИЛЬНЫХ КОМПРЕССОРАХ
ИЗ-ЗА НЕДОСТАТКОВ АММИАКА ВОЗНИКАЮТ СЕРЬЕЗНЫЕ
ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЮРИДИЧЕСКИЕ
ПРОБЛЕМЫ В ПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, МОНТАЖА И
ЭКСПЛУАТАЦИИ АММИАЧНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ
УСТАНОВОК.
ПРИВОДЯТСЯ ПРЕИМУЩЕСТВА НАИБОЛЕЕ УПОТРЕБИМЫХ
ФРЕОНОВ:
•
НЕТОКСИЧЕН И ВЗРЫВОБЕЗОПАСЕН;
•
НИЗКАЯ ТЕМПЕРАТУРА НАГНЕТАНИЯ ПРИ СЖАТИИ В
КОМПРЕССОРАХ;
•
УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНЫЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ;
•
НОВЫЕ ВИДЫ ФРЕОНОВ ИМЕЮТ НИЗКИЙ
ОЗОНОРАЗРУШАЮЩИЙ ПОТЕНЦИАЛ;
•
ПРИЕМЛЕМАЯ СТОИМОСТЬ
2.
3.
АММИАК
МНОГИЕ ФРЕОНЫ ОБЛАДАЮТ ВЫСОКИМ
ПОТЕНЦИАЛОМ РАЗРУШЕНИЯ ОЗОНОВОГО СЛОЯ И
ПОТЕНЦИАЛОМ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ. ИХ
ПРИМЕНЕНИЕ ДОЛЖНО СОКРАЩАТЬСЯ.
АММИАК ИМЕЕТ ВЫДАЮЩИЕСЯ
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
АММИАК ИМЕЕТ НИЗКУЮ СТОИМОСТЬ
4.
АММИАК ЭКОЛОГИЧЕСКИ АБСОЛЮТНО БЕЗВРЕДЕН
5.
АММИАК ФОРМАЛЬНО ВЗРЫВООПАСЕН, НО ПРИ
ТАКИХ ПАРАМЕТРАХ, КОТОРЫЕ РЕАЛЬНО
НЕВОЗМОЖНЫ: ТЕМПЕРАТУРА +625 ОС И
КОНЦЕТРАЦИЯ - ОТ 14 ДО 28 %
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
2
Примеры используемых аргументов при сравнении СО2
и аммиака
№
1.
2.
ДИОКСИД УГЛЕРОДА (СО2)
СО2 не токсичен и безопасен, инертен к
материалам, дешев и доступен.
АММИАК
У СО2 низкая критическая температура и
очень высокое давления в области
рабочих температур, в силу чего
предъявляются специальные требования к
оборудованию
Компрессора работающие на СО2 имеют очень Для СО2 чрезвычайно критическим
высокую объемную
является наличие влаги. Вода в смеси с
холодопроизводительность.
углекислотой становится серьезным
фактором интенсификации коррозии (труб,
арматуры, приборов). Требования к
качеству углекислоты должны быть
максимально высокие (чистота 99,99)
3.
СО2 имеет высокую теплопередающую
способность
Системы на СО2 требуют установки
автономных термостатирующих фреоновых
холодильных агрегатов для поддержания
низкого давления при остановках системы
4.
Размеры компонентов холодильных систем на
СО2 (труб, арматуры, элементов автоматики)
намного меньше, чем в установках на
аммиаке.
Аммиак имеет выдающиеся
термодинамические свойства и низкую
стоимость
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
3
ВЫВОДЫ:
• При сравнении систем обычно приводятся лишь общие
соображения в пользу того или иного хладагента, что не дает
возможность сделать объективный выбор концепции системы
холодоснабжения для конкретного предприятия.
• На
практике
часто
решения
принимаются
без
профессионального технико-экономического обоснования (ТЭО),
а исходя из опыта выполненных ранее проектов и предпочтений
того
или
иного
проектировщика,
компании-поставщика
оборудования.
• Необходимо использовать методику ТЭО, которая бы позволила
определить объективные количественные и качественные
показатели эффективности конкурирующих систем для
конкретного производства
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
4
ЭТАПЫ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО
ОБОСНОВАНИЯ ВЫБОРА КОНЦЕПЦИИ
СИСТЕМ ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
5
Количественные и качественные показатели
эффективности можно разбить на три группы:
1. Общие требования.
2. Функциональные.
3. Эксплуатационные.
Общие требования - определяют обычно предъявляемые к данному
классу изделий условия.
Функциональные требования - направлены на безусловное
выполнение пунктов технического задания, определяющих назначение
системы.
Эксплуатационные требования обеспечивают безопасность и
удобство эксплуатации будущего изделия.
Рассмотрим применение технико-экономического обоснование
концепций холодоснабжения на примерах следующих предприятий:
1. Убойное производство птицы (сравниваются распределенная
фреоновая система с централизованной аммиачной системой)
2. Производство мороженого (сравниваются каскадная система
СО2/NH3 с централизованной аммиачной бустерной системой)
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
6
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ УБОЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ПТИЦЕФАБРИКИ
Максимальная потребность в холоде
Потребная
Наименование потребителя
холодопроизводительность, кВт
Этап 1а
Этап 3б
Год освоения производства:
2006
2011
1. Камеры заморозки
344
1514
2. Камеры хранения замороженной продукции
40
202
3. Предварительное охлаждение
570
1710
4. Камеры хранения охлаждённой продукции
187
467
5. Технологические помещения
196
464
Суммарная потребность в холоде
1337
4352
(максимальная)
Суточный график потребления холода летом (Этап 1а)
Суточный график потребления холода летом (Этап 3б)
450000
1600000
400000
1400000
350000
1200000
1000000
250000
Q, Вт
Q, Вт
300000
200000
150000
800000
600000
400000
100000
200000
50000
0
0
0
2
4
6
8
10
12
14
Время, часы
16
18
20
22
24
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Время, часы
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
18
20
22
7
24
КОМПАУНДНАЯ СХЕМА АММИАЧНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
ПТИЦЕФАБРИКИ (УПРОЩЕННАЯ)
ИСПАРИТЕЛЬНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ
ПОДАЧА ВОДЫ ИЗ
СИСТЕМЫ
ВОДОПОДГОТОВКИ
ВОЗВРАТ АММИАКА ОТ
ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДА
ВОЗВРАТ ВОДЫ В СИСТЕМУ
ВОДОПОДГОТОВКИ
ВОЗВРАТ АММИАКА ОТ
ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДА
ЛИНЕЙНЫЙ РЕСИВЕР
ЦР НД
ЦР ВД
ПОДАЧА
ГЛИКОЛЯ
ПОДАЧА АММИАКА К
ПОТРЕБИТЕЛЯМ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДА
ВОЗВРАТ ГЛИКОЛЯ
ПОДАЧА АММИАКА К ПОТРЕБИТЕЛЯМ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХОЛОДА
ПЛАСТИНЧАТЫЙ
ИСПАРИТЕЛЬ
КОМПРЕССОРЫ СНД
КОМПРЕССОРЫ СВД
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
8
СРАВНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ
ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ ПТИЦЕФАБРИКИ
ЭТАП ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 1а
№№
1
Наименование показателя эффективности
2
Аммиачная система
ПриориЭтап 1а
тет
3
Фреоновая система
ПриориЭтап 1а
тет
4
5
6
0
+++
726,3
0
+++
40
0
+++
766
+++
+
137
+
++
14
0
+++
11
0
+++
0
++
+++
++
++
++
+++
+++
++
162
+++
+++
Отвечает
+++
++
15
+++
+++
++
++
Отсутствует (если R22)
35…45 оС
Общие требования
1.1
1.2
1.3
1.4
2.1
2.2
2.3
2.4
Капитальные затраты, тыс. EUR
1 225
 на холодильное оборудование
 на строительство специальных помещений и
560
сооружений для оборудования
ИТОГО:
1 785
Эксплуатационные расходы, тыс. EUR в год:
107
 затраты на электроэнергию (0,053 euro/кВтч)
 затраты на текущий ремонт и обслуживание
24
оборудования
26
 заработная плата обслуживающего персонала
 дополнительные затраты
4
- стоимость расходуемой воды на нужды
испарительных конденсаторов
1
- стоимость расходуемых умягчителей и ингибиторов
ИТОГО:
162
Ресурс
Надёжность (резервирование системы)
Преемственность разработки, унификация
1.5 узлов
Функциональные требования
Соответствие требованиям техн. задания
Отвечает
Коэффициент запаса по холодопроизводительноСтупень НД: 55
сти, %
Ступень ВД: 45
Влияние на окружающую среду
Отсутствует
Температура конденсации хладагента
25…33 оС
ПРИОРЕТЕТЫ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ЭФФЕКТИВНОСТИ:
+++ «ОТЛИЧНО»; ++ «ХОРОШО»; + «УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО»; 0 «ПЛОХО».
9
СРАВНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ
ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ ПТИЦЕФАБРИКИ
ЭТАП ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 3б
№№
1
Наименование показателя эффективности
2
Аммиачная система
ПриориЭтап 3б
тет
3
Фреоновая система
ПриориЭтап 3б
тет
4
5
6
++
+
2 448
0
+++
80
0
+++
2 528
+++
0
703
++
+
49
0
++
18
+
++
0
+++
+++
++
++
0
+++
+++
++
770
+++
+++
Отвечает
+
++
15
+++
++
+++
++
Отсутствует (если R22)
35…45 оС
Общие требования
1.1
1.3
1.4
1.5
1.6
2.1
2.2
2.3
2.4
Капитальные затраты, тыс. EUR
2 409
 на холодильное оборудование
 на строительство специальных помещений и
750
сооружений для оборудования
ИТОГО:
3 159
Эксплуатационные расходы, тыс. EUR в год:
440
 затраты на электроэнергию (0,053 euro/кВтч)
 затраты на текущий ремонт и обслуживание
48
оборудования
33
 заработная плата обслуживающего персонала
 дополнительные затраты
8
- стоимость расходуемой воды на нужды
испарительных конденсаторов
3
- стоимость расходуемых умягчителей и ингибиторов
ИТОГО:
532
Ресурс
Надёжность (резервирование системы)
Преемственность разработки, унификация узлов
Функциональные требования
Соответствие требованиям техн. задания
Отвечает
Коэффициент запаса по холодопроизводительноСтупень НД: 12
сти, %
Ступень ВД: 4
Влияние на окружающую среду
Отсутствует
Температура конденсации хладагента
25…33 оС
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
10
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
ЭТАПЫ ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 1а И 3б
Наименование показателя
№№
эффективности
3.1
Пожаровзрывобезопасность
3.2
Токсичность
3.3
Удобство обслуживания
3.4
3.4
3.5
3.6
Ремонтопригодность
Степень автоматизации (автономность)
Кол-во обслуживающего
персонала, чел
Уровень квалификации обслуживающего персонала
Аммиачная система
Этапы 1а и 3б
Аммиак – пожаровзрывоопасное вещество. Смесь с содержанием NH3 200
мг/л – взрывоопасна. Горит NH3 при
объемном содержании в воздухе 78,5
мг/л
Аммиак токсичен. Предельно допустимая концентр. 0,02 мг/л
Малое количество компрессоров и агрегатов, большая часть которых всегда
работает
Вместо отказавшего агрегата вводится
в строй резервный, а затем производится ремонт
Параметры поддерживаются автоматически, контроль и управление производится с центрального пульта в
машинном отделении
Этап 1а: 12
Этап 3б: 15
Необходимо иметь специальное образование. Не реже одного раза в 12 мес.
проводится проверка знаний персонала по обслуживанию холодильной
установки, технике безопасности, инструкции по эксплуатации оборудования и практическим действиям по оказанию доврачебной помощи.
Фреоновая система
Приоритет
Приоритет
Этапы 1а и 3б
0
+++
-
0
+++
-
+++
++
++
+++
+++
++
+
+++
0
+++
Большое количество компрессоров и агрегатов со
свободным доступом к
каждому из них
Сломанный агрегат отключается и ремонтируется
параметры поддерживаются
автоматически. Управление
осуществляется из компрессорных и локальных
агрегатов
Этап 1а: 5
Этап 3б: 8
Необходимо иметь свидетельство о окончании специального учебного заведения или курсов
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
11
ВЫВОДЫ:
1. Капитальные затраты на фреоновую распределенную
систему на начальном этапе освоения производства 1а
составляют 770 тыс. Евро, а на централизованную
аммиачную систему 1800 тыс. Евро.
2. При полном освоении производства на этапе 3б
капитальные затраты систем отличаются не значительно и
составляют 2550 тыс. Евро для фреоновой распределенной
системы и 3150 тыс. Евро для аммиачной системы.
3. Годовые эксплуатационные расходы систем на этапе 1а
одинаковые. На этапе 3б годовые эксплуатационные
расходы на аммиачную систему на 250 тыс. Евро меньше.
4. На этапе 1а явным преимуществом обладает фреоновая
распределенная система, а на этапе 3б централизованная
аммиачная.
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
12
ПРИМЕР №2: Завод по производству мороженного
Основные показатели производства
1) Максимальная потребность в холоде предприятия
Температура кипения
хладагента
Объект/процесс холодопотребления
Подготовка ледяной воды для охлаждения,
Потребная
холодопроизвдительность,
кВт
-5-(-3)оС
600
Фризерование
-36 оС
900
Закалка в туннелях
-47 оС
1400
6 оС
1100
хранения и созревания смеси
Система кондиционирования
2) Годовой график производства
реализации продукции
3) Годовое изменение параметров
окружающей среды для заданного региона
Объем продукции, т
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1
2
3
4
5
График производства
6
7
8
9 10
Месяц
График реализации
11
12
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
13
Централизованная каскадная
система СО2/NH3
Централизованная аммиачная
бустерная система
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
14
СРАВНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ
ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ ЗАВОДА ПО ПРОИЗВОДСТВУ
МОРОЖЕНОГО
№№
Каскадная система СО2/NH3
Наименование показателя эффективности
1
2
Бустерная аммиачная система
Значение
Приоритет
Значения
Приоритет
3
4
5
6
Примечания
Общие требования
1.1
Капитальные затраты, на проектирование, закупку
оборудования, монтаж и пуско-наладку (включая «холод»
для системы кондиционирования), тыс. EUR с НДС
3 800…4100
Разница в капитальных затратах
прогнозируется на уровне 5…12%
в пользу каскадной системы.
4 305
Сопутствующие капитальные затраты (экспертная
оценка)
1.2
Для каскадной системы
прогнозируется большая
стоимость технологического
оборудования.
Эксплуатационные расходы, тыс. EUR в год, с НДС:

затраты на электроэнергию
615

стоимость водоснабжения на нужды испарительных
конденсаторов
39
39
Одинаковые

затраты на текущий ремонт и обслуживание
оборудования
70
55
Поршневые агрегаты в
обслуживании дороже винтовых

заработная плата обслуживающего персонала
31
31
Одинаковые
ИТОГО, тыс. EUR в год с НДС:
1.3
Общее энергопотребление за год, МВтЧ
1.4
Годовое потребление воды на нужды конденсаторов, м
1.5
Потребная заправка системы аммиаком, кг
3
+++
615
+++
Одинаковые
755
+++
740
+++
Близкие по величине
6800
+++
6800
+++
Одинаковое
36500
+++
36500
+++
Одинаковое
До 3300
++
8000… 12000
+
Существенно меньше заправка
аммиаком у каскадной системы
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
15
СРАВНЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ТРЕБОВАНИЙ
№№
1
Наименование
показателя
эффективности
2
2.1.
Пожаровзрывобезопасность,
подконтрольность
надзорным органам.
2.2
Токсичность
2.3
Унификация
оборудования.
2.4
2.5
2.6
Удобство
обслуживания
Надежность,
отказоустойчивость,
ремонтопригодность
Степень
автоматизации
(автономность)
Каскадная система CO2/NH3
Бустерная аммиачная система
Описание
Приоритет
7
8
Каскадная
система
снижает
пожаровзрывоопасность в цехах, где потребители
используют СО2.
Каскадная система исключает токсичность
выбросов в цехах, где потребители
используют СО2.
В каскадной системе предполагается
установка разных типов компрессоров, два
различных контура с различными
хладоагентами, используютяс два вида
масла. Требуется постоянно иметь на складе
расходные материалы и для компрессоров
работающих на СО2, и для аммиачных
компрессоров.
Большое количество компрессоров и
агрегатов со свободным доступом к каждому
из них. Конструкция компрессоров простая.
Верхний каскад в системе обслуживается
тремя агрегатами, электрической мощностью
400кВт каждый. В выходные дни, при
холодильной нагрузке только от камер (10%
от общей холодильной нагрузки) работа
системы менее стабильна.
Параметры поддерживаются автоматически,
контроль и управление производится с
центрального пульта в машинном отделении
+++
+++
Описание
Приоритет
5
6
Аммиак – пожароопасное вещество.
Смесь с содержанием NH3 200 мг/л –
взрывоопасна.
Горит
NH3
при
объемном содержании в воздухе 78,5
мг/л.
Аммиак токсичен. Предельно
допустимая концентрация аммиака в
воздухе составляет 0,02 мг/л
В бустерной системе возможна
установка 11 одинаковых
компрессоров
++
++
++
+++
++
++
+++
Среднее количество компрессоров и
агрегатов со свободным доступом к
каждому из них. Конструкция
компрессоров простая.
Используются надежные однотипные
агрегаты с длительной историей
эксплуатации. Вместо отказавшего
агрегата вводится в строй резервный,
а затем производится ремонт.
Параметры поддерживаются
автоматически. Управление
осуществляется из шкафов
компрессорных и локальных
агрегатов, а также с центрального
пульта
+++
+++
Примечания
Меньшая пожаровзрывоопасность у
каскадной системы
Меньшая
токсичность у
каскадной системы
В бустерной
системе высокая
степень
унификация
оборудования
Одинаковые
агрегаты упрощают
обслуживание
бустерной системы
Желательно
установить
дополнительный
агрегат для
верхнего каскада
системы Йорк с
малой
холодопроизводите
льностью.
+++
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
16
ВЫВОДЫ:
1. Капитальные затраты, без учета сопутствующих затрат, для обеих систем
близкие. Для каскадной системы прогнозируются несколько меньшими: на
5…12%.
2. Расход электроэнергии на годовой цикл эксплуатации систем одинаковый.
3. Аммиакоемкость каскадной системы (3т) значительно ниже бустерной
системы (8-12 т.).
4. Основными преимуществами каскадной системы являются:
• Прогнозируемая меньшая стоимость капитальных затрат на систему
холодоснабжения на 5…12%.
• Меньшая заправка аммиаком.
• Высокая
безопасность
производства.
производственных помещениях.
Отсутствие
аммиака
в
5. Основными преимуществами бустерной системы являются:
• Высокая унификация оборудования (все компрессорное оборудование
однотипное).
• Высокая надежность оборудования и системы в целом.
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина web: www.es-e.com.ua
17
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Выбор концепции системы холодоснабжения должен
выполняться на основе ТЭО для конкретного
предприятия
2. ТЭО
должно
содержать
сравнение
ряда
количественных
и качественных показателей
эффективности холодильных систем, рассчитанных с
учетом суточного и годового циклов работы
предприятия, сезонных изменений параметров
окружающей среды.
3. Конечное
решение
по
выбору
концепции
холодоснабжения должен принимать Заказчик исходя
из выводов ТЭО, располагаемых инвестиционных
ресурсов, перспектив развития рынка, тенденций роста
цены на электроэнергию и т.д.
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина web: www.es-e.com.ua
18
ВМКК ХЛАДОЦЕНТР
Компания «ЕС Инжиниринг», г. Вышгород Киевской области, Украина www.es-e.com.ua
19