Автоматизация чиллера

Ниже рассмотрим основные и наиболее применяемые компоненты автоматизации, применяемые при производстве промышленных чиллеров.

Ключевые элементы автоматизации промышленного чиллера:

 

1. Аварийное реле низкого давления хладагента. Служит для оповещении об аварии низкого давления хладагента в чиллере. Перейдя по ссылке Вы сможете подробно ознакомиться с причинами аварии низкого давления в промышленном чиллере.

Первый вариант размыкания цепи управления  при снижении давления хладагента в области низкого давления (всасывания и кипения хладагента), реле размыкает защитную электрическую цепь линии управления, ведущую к контроллеру, отвечающему за запуск компрессора по показанию датчика температуры.

Одновременно с размыканием цепи управления, реле посылает электрический сигнал о наличии аварии на индикаторную лампочку, лампочка загорается, оповещая эксплуатационщика о причине остановки процесса охлаждения. В данном варианте, если потребуется задержка фиксации аварии, например в системе холодно запуска, то для этого должно применяться реле времени, через которое пропускается линия управления. Таким образом, при временном снижении давления хладагента, под воздействием низкой температуры окружающей среды (в зимний период), компрессор продолжает работать в течении установленного промежутка времени (как правило 30 — 60 секунд). Если снижение давления было штатным, а не из — за аварии (утечка фреона и проч.), то через 30 — 60 секунд давление вырастает до рабочей нормы, отсчет времени на реле времени прекращается и работа чиллера продолжается в штатом режиме. Если все же снижение давления вызвано аварией, то после отсчета времени, давление фреона не выходит на рабочую отметку — чиллер останавливается. Реле времени фиксирует аварию, посредством промежуточного реле.

Второй вариант размыкания цепи управления (если это специализированный контроллер, произведенный для управления чиллерами)  реле низкого давления посылает электрический сигнал на контроллер о наличии аварии, затем контроллер останавливает работу компрессора с единовременной визуализацией кода ошибки на дисплее непосредственно контроллера. Эксплуатационщик, смотрит в таблицу ошибок и по коду выясняет  какую из аварий зафиксировал контроллер. В данном варианте, непосредственно на контролере задается задержка фиксации аварии низкого давления, в системах с системой холодного запуска.

Также в чиллерах малой мощности иногда ставят нерегулируемые реле давления., т.е. аварийная отметка срабатывания и дифференциал возврата к рабочему режиму чиллера заданы производителем реле и эксплуатационщик не имеет возможности его регулировать.

Реле низкого давления для чиллера

2. Аварийное реле высокого давления хладагента. Служит для фиксации и оповещении превышения давления в области высокого давления (нагнетания и конденсации) хладагента. Перейдя по ссылке Вы сможете подробно ознакомиться с причинами аварии высокого давления в промышленном чиллере.

Как и в случае с аварией низкого давления существует два варианта размыкания  когда цепь размыкает непосредственно реле высокого давления или контроллер. С той лишь разницей, что для аварии высокого давления нет необходимости в задержке фиксации аварии, более того она недопустима, если реле высоко давления не сработает при достижении аварийного давления  произойдет сброс хладагента через аварийный клапан, как правило, расположенный на ресивере. Если такого клапана не предусмотрено, на чиллерах малой холодопроизводительности, то может произойти разрыв контура хладагента и(или) выход из строя компрессора.

Так как в любом промышленном чиллере всегда применяются оба реле, то часто монтируют сдвоенные реле, когда реле низкого и высокого давлений находятся в одном монолитном корпусе, в котором размещаются их сильфоны с присоединительными штуцерами, шакалы и регулировочные винты.

Сдвоенное реле давления фреона в чиллере

3. Дифференциальное реле высокого давления  оно же реле включения вентиляторов воздушного конденсатора.  Служит для поддержания давления хладагента на линии нагнетания и конденсации в заданном рабочем диапазонечаще всего от 13 до 25 бар. Реле настраивается на требуемое рабочее давление, согласно режиму работы, при достижении которого электрический контакт замыкается. Контакт, прерывающий подачу тока (силовой фазы) к вентилятору или (управляющей фазы) к пускателю вентилятора, для трехфазных моделей. Далее, под воздействием потока воздуха, от включенного вентилятора давления конденсации снижается на заданный на реле дифференциал, реле размыкает контакт, вентиляторы останавливаются  такая последовательность происходит циклично на протяжении всего времени работы компрессора. Иногда применяют частотные реле плавного регулирования вращения вентиляторов. Здесь регулирование давления происходит не за счет дифференциала включения/выключения вентилятора, а за счет изменения скорости вращения лопастей вентилятора. Реле создает сопротивление подаваемому току, величина сопротивления зависит от требуемого давления, таким образом, чем меньше нужны обороты, тем выше становится сопротивление на реле вращения. При повышении давления конденсации  обороты вентилятора возрастают, при снижении давления  обороты снижаются. По ссылке вы можете ознакомиться как такое решение, возможно, эффективно  применять для снижения уровня шума  холодильного чиллера. Как правило, многие европейские производители чиллеров ставят частотные реле плавного регулирования, а большинство российских производителей чиллеров применяют более недорогие дифференциальные реле вращения вентиляторов, ввиду экономии, при их высокой надежности.

Аварийные и дифференциальные реле давлений соединяются с областями низкого и высокого давлений контура хладагента чиллера посредством капиллярных трубок. Трубки соединяются в единый коллектор, обедняющий все элементы автоматизации, которым требуются параметры давлений, при работе чиллера. К таким элементам относятся: реле давлений, датчики давлений, манометры высокого и низкого давлений хладагента, внешнее уравнивание ТРВ и др. 

 Капиллярная трубка для реле низкого давления присоединяется к всасывающему трубопроводу компрессора, через впаянный в трубу клапан Шредера — как можно ближе к компрессору или через клапан на вентиле Ротолок непосредственно на компрессоре, если такой возможности нет, то не ближе 10-15 см от места креплении термобаллона (термобаллон крепиться как можно ближе к испарителю). Капиллярная трубка для реле высокого давления крепиться посредством клапана Шредера на жидкостную линию возврата сконденсированного хладагента из конденсатора в ресивер или непосредственно на вентиль Ротолок ресивера. Некоторые специалисты не рекомендуют присоединять капиллярку к области нагнетания, во избежание колебаний давления на манометре высокого давления хладагента, но если другой вариант не удобен, иногда крепят и к нагнетательному патрубку или к вентилю Ротолок на нагнетании компрессора — такое решение не критично и вполне применимо.

Капиллярные трубки автоматизации чиллера

4. Манометры хладагента областей высокого и низкого давления. Служат для визуализации фактического давления в холодильном контуре для удобства мониторинга режима работы промышленного чиллера, а также во время пуско — наладочных работ. Они также объединены капиллярным коллектором, который присоединен к соответствующей области давления хладагента.

Манометры давления хладагента в чиллере

5. Реле контроля протока жидкости  один из главных отличительных элементов защитной автоматизации чиллера от холодильного агрегата. Через испаритель чиллера циркулирует не воздух, а жидкий хладоноситель, в качестве хладоносителя часто применяют воду. Реле протока контролирует достаточный проток охлаждаемой жидкости через испаритель. Если по каким-либо причинам происходит недостаточная циркуляция хладоносителя через испаритель, это может привести к снижению давления кипения хладагента, замерзанию воды в испарителе и как следствие к его разрыву и попаданию влаги во фреоновый контур. Реле протока фиксирует отсутствие циркуляции хладоносителя через испаритель или его недостаточность и размыкает управляющую линию ведущую к замыкающему контакту контроллера и  посылает аварийный сигнал на индикаторную лампочку или на контроллер, с выводом на дисплей кода аварии. Пройдя по ссылке, Вы можете подробно прочесть о причинах  аварии протока жидкости в промышленном чиллере их решении. Реле протока монтируется в трубу выхода охлажденного хладоносителя из испарителя, посредством тройника.

Реле протока промышленного чиллера

6. Электромагнитный клапан (соленоид) на подаче жидкого хладагента к ТРВ перед испарителем, служит для открытия/закрытия подачи жидкого хладагента из конденсатора или ресивера к ТРВ. В чиллере, настраивается таким образом, чтобы его открытие происходило только вместе с запуском компрессора для того чтобы жидкий хладагент не поступал в испаритель (не заливал испаритель), при выключенном компрессоре, что могло бы привести к заливанию испарителя не вскипающим хладагентом, в связи с отсутствием разности и давлений до и после ТРВ, что как следствие станет причиной влажного хода компрессора или гидроудара.

Электромагнитный клапан в чиллере

7. Температурный контроллер управления чиллером. На котроллере задаются основные параметры работы чиллера, такие как температура и дифференциал. Далее все зависит от сложности и специализации котроллера. Самые простые контролеры работают на замыкание / размыкание контакта, запускающего компрессор по показанию температурного датчика. Температурный датчик в чиллере устанавливается в баке-аккумуляторе с объемом охлаждаемого хладоносителя или в термогильзе на входе охлаждаемого хладоносителя в испаритель. Если контролер рассчитан на два температурных датчика, то дополнительно температурной дельты хладоносителя до и после испарителя.

В более сложных специализированных контроллерах также есть входы всех аварий, задержки выключения насоса, регулирования холодопроизводительности, вводы для датчиков низкого и высокого давлений, что позволяет не применять аварийные реле давлений, также существует возможность управления вентиляторами конденсатора и многое другое. Контроллеров множество и подбор необходимого, согласно требуемого функционала можно произвести путем прочтения руководства по эксплуатации (мануала) для нескольких ориентировочно подходящих типов температурных контроллеров.

Контроллеры для чиллеров

8. Тэн подогрева масла в  картере компрессора. Применяется, при установке компрессора на улице или в неотапливаемом помещении. Существует два принципа включения тэна. Первый, когда тэн автоматически включается, когда выключается компрессора, такое решение реализуется чрез нормально закрытый контакт пускателя компрессора или при отсутствии такового через промежуточное реле.  Второй вариант  через температурный регулятор, когда важна любая экономия электроэнергии. На регуляторе выставляется температура окружающего воздуха, при которой контакт замыкается и ток поступает к тэну подогрева картера компрессора. Как правило, температуру замыкания контакта на регуляторе ставят  в диапазоне  +1°C / +2°C. Во  избежании загустевания или замерзания смазочного масла и следовательно обеспечения хорошей смазки движущихся элементов компрессора, сразу в момент запуска, что существенно снизит износ компрессора.

  9. Реле напряжения.  Контролирует ряд основных характеристик электрической сети и при ее не соответствии настройками на реле, размыкает управляющую цепь системы автоматизации чиллера. Для контроля фразировки для трехфазных двигателей  последовательности чередования фаз,  перекоса напряжения фаз  ассиметричности сетевого напряжения и полнофазности или слипания фаз. Устанавливается в силовой щит управления промышленного водоохладителя. Такое реле может предотвратить весьма серьезные поломки, такие как сгорание компрессора в чиллере и оплавление силовых кабелей.

Монитор напряжения в чиллере

9. Регулятор (клапан) подачи охлаждающей воды в жидкостной конденсатор. Применяется для кожухотрубных чиллеров или чиллеров с пластинчатыми конденсаторами. В отличие от воздушных конденсаторов, где давление регулируется потоком воздуха, в водяных моделях давление конденсации регулируется объемным расходом охлаждающей жидкости (чаще всего  воды), циркулирующей в межтрубном или межпластинчатом пространстве конденсатора. При повышении давления  клапан регулятора приоткрывается, при снижении  частично или полностью закрывается.  Рабочие — отслеживаемые колебания, в области веского давления контура хладагента контролируются посредством датчика давления регулятора, присоединенного к контуру хладагента через клапан Шредера или термобаллона, плотно закрепленного на нагнетательной трубе компрессора до конденсатора или на жидкостной сразу после конденсатора и с заизолированной не прилегающей к трубе частью.

Регулятор подачи в водяной конденсатор чиллера

Существует еще множество вариантов систем автоматизации, например, такие как схема с экономайзером, плавное регулирование холодопроизводительности в винтовых чиллерах или многокомпрессорных чиллерах, в паре с электронным ТРВ (ЭРВ) и другие, но они достаточно объемны и требуют разбора их применения и функционирования в отдельных статьях.