CO 2 koel-vriesinstallatie voor koeltechnisch onderwijs

Koel-vries-installaties RCC KOUDE & LUCHTBEHANDELING

Ing. Dick Havenaar Voorzitter redactieraad RCC Koude & luchtbehandeling

NH3/CO2 chill-freezing plant for education in refrigeration technology

NH3/CO2 koel-vriesinstallatie voor koeltechnisch onderwijs

Kennis met betrekking tot de toepassing van natuurlijke koudemiddelen is van groot belang voor de koeltechnische sector in Nederland. Op initiatief van de NVKL is er nu een opleiding tot stand gekomen om in deze behoefte te voorzien. Een specifiek voor instructie en onderwijs ontworpen koel-vriesinstallatie werkend met NH3/CO2 staat in de opleiding centraal om de cursisten alle beginselen bij te brengen. De installatie is ontworpen door deskundige specialisten van de brancheorganisatie NVKL en is op maat geleverd door Van Kempen Koudetechniek BV uit Tiel.

Centrale NH3/CO2-koel-vriesinstallatie opgesteld in machinekamer, voorzien van alle benodigde opschriften !"# $ %&''()'*)%+,-$./$(%0"!"


Programma van eisen en ontwerpuitgangspunten

Overzicht bovenzijde machinekamer, koelcel, vriescel en koelmeubel/koelvitrine met bijbehorende koel-en vriesleidingen voorzien van leidingisolatie en elektrische en besturingsbekabeling opgenomen in kabelgoten. Het doel van de opleiding is om de cursisten in theorie en in praktijk veilig te leren omgaan en te leren werken met natuurlijke koudemiddelen die worden toegepast in de huidige moderne koelen vriesinstallaties. Tevens wordt hen geleerd hoe ze installaties inbedrijf moeten stellen en onderhouden en welke maatregelen en acties genomen moeten worden bij mogelijk optredende calamiteiten. De installatie zelf vormt een belangrijk en praktisch onderdeel in de opleiding in het trainingscentrum voor natuurlijke milieuvriendelijke koudemiddelen, dat onlangs in Ede bij PTC+ is geopend. De cursus en het leertraject in het trainingscentrum is bestemd voor monteurs, servicemonteurs, technische-dienstmedewerkers van eindgebruiker en alle overige geïnteresseerden die hun kennis willen verrijken. Ook vergunningverleners en medewerkers van milieudiensten en brandweer zouden de opleiding kunnen volgen. De onderwijsmodule 3 biedt de cursist de mogelijkheid om praktijkervaring op te doen in het bedrijven en onderhouden van de koelen vriesinstallatie. Het uiteindelijke doel van deze installatie is om er producten in te koelen of te bewaren bij temperaturen tussen de +5°C en -20°C. De installatie is geheel geïnstalleerd in een op kleine schaal uitgevoerd koel-vrieshuis (koel-vriescel) en ten behoeve van de

De onderwijskoel-vriesunit is specifiek voor dit doel ontworpen. Het bestek en programma van eisen is geschreven door de NVKL, Cofely Refrigeration en Wijbenga. Tijdens het ontwerp en de uitvoering is veel overleg gevoerd omdat niet alleen de techniek maar ook vele andere raakvlakken van deze onderwijsinstallatie met de lesstof getoetst worden. Het machineframe (zie foto 3) is in de fabriek van de leverancier gebouwd. Aanpassingen konden hierdoor tijdig worden doorgevoerd. Tevens zijn op deze wijze de kwaliteitseisen van de leverancier gewaarborgd. • De besturing en visualisatie zijn ook door de leverancier geschreven. Vanwege het integreren van de lesstof in de besturing/visualisatie kon niet in alle gevallen op standaard protocollen worden teruggevallen. In deze gevallen werd er custom made software geschreven. Een essentieel onderdeel om de overzichtelijkheid te waarborgen en de studenten gespreid opdrachten uit te laten voeren, is de keuze van de projectgroep geweest om de installatie in tien groepen te verdelen. Deze tien groepen zijn in de visualisatie ook als tien groepen weergegeven, waarbij na de groepskeuze de mogelijkheid er is om de diverse meetwaardes af te lezen en instellingen te wijzigingen. Ook op het machineframe zijn de componenten gegroepeerd opgebouwd. • In het theorie leslokaal kan real time ingelogd worden op de besturing van de installatie. Indien er vanuit de theorieles instellingswijzigingen doorgevoerd worden, kunnen de gevolgen hiervan direct gemonitored worden in het systeem. • Uiteraard is het geheel gebouwd en afgenomen volgends de geldende normen. • De isolatiepanelen zijn door de leverancier gebouwd waarbij de machinekamer geheel volgens de regels 60 minuten brandwerend is afgewerkt. • Belangrijke leveranciers die componenten hebben toegeleverd zijn: Wijbenga (afscheiders, hoge drukvlotter, HDB dat staat voor olieaftapreservoir met snelafsluiter en verwarming, BDP dat staat voor olieretour persgaspomp), Alfa Laval (koelers, condensor, drycooler), ECR (compressoren, componenten, noodkoeling); Brabants isolatiebedrijf (isolatie); Leertouwer (elektrotechnische installatie). • De serviceafdeling van de leverancier heeft de installatie onder beheer en fungeert als contactadres tussen Van Kempen Koudetechniek BV en PTC+.

koeling van een supermarkt is separaat een koelmeubel aangesloten op de installatie. Hierdoor wordt de praktijksituatie van zowel een industriële als een bedrijfskoelinstallatie voor een supermarkt nagebootst.

Werking en opbouw van de installatie

Het ammoniak-kooldioxide cascadecompressiekoelsysteem werkt in twee stappen. In de eerste trap, het hoge temperatuurgedeelte, circuleert NH3 als koudemiddel in een gesloten kringloop (zie: log P-H diagram van NH3 voor

koelen). In de tweede trap, het lage temperatuurgedeelte, wordt CO2 als koudemiddel in eveneens een gesloten kringloop gebruikt om de producten in te vriezen ( zie: log P-H diagram van CO2 voor vriezen). Ammoniak wordt alleen gebruikt in de eerste trap en daarmee wordt in de praktijk het gebruik beperkt tot de compressorruimte en de condensor die buiten staat opgesteld. Bij deze onderwijsinstallatie zijn de hoge en lage temperatuurssystemen compact samengebouwd op één frame. CO2 is in principe niet giftig en niet brandgevaarlijk. De risico’s van het gebruik van ammoniak in productieruimten worden daardoor in de praktijk vermeden.

!"# $ %&''()'*)%+,-$./$(%0"!"

1


Log P-H diagram van het (R717) NH3 circuit, waarin het koelproces is aangegeven

Log P-H diagram van het (R744) CO2 circuit, waarin het vriesproces is aangegeven

De installatie is voorzien van de volgende compressorunits: a) NH3-zuigercompressorunit bestaande uit: compressor, elektromotor, samengebouwd met benodigde componenten op een stalen frame tot een complete unit. De zuigercompressor fabrikaat Bitzer, type W4TA is geschikt voor het koudemiddel NH3 en heeft een koelvermogen van 21,0 kW bij een verdampingstemperatuur van -10°C en een condensatietemperatuur van +40°C. Het opgenomen vermogen bedraagt 6,6 kW en het toerental 1.450 omw./min. De compressor is

2

!"# $ %&''()'*)%+,-$./$(%0"!"

voorzien van 100% capaciteitsregeling. De unit is voorzien van een elektromotor fabrikaat Leroy Somer met een vermogen van 11 kW, toerental 1450 omw./min. en uitgevoerd in beschermingsklasse IP 54. b) CO2-zuigercompressorunit bestaande uit: Semi-hermetische zuigercompressor fabrikaat Bitzer, type 2HHC-2K-40S met benodigde componenten. Het geheel is opgebouwd op een stalen frame tot een complete unit. De semi-hermetische zuigercompressor is geschikt voor het koudemiddel CO2 en heeft een koel-

vermogen van 5,8 kW bij een verdampingstemperatuur van -40°C, en een condensatietemperatuur van -6°C. Het opgenomen vermogen bedraagt 2 kW en het toerental 1.450 omw./min. Verder is de installatie (zie koeltechnisch schema) opgebouwd uit de volgende belangrijke componenten: NH3-afscheider, CO2-cascadecondensor, horizontaal CO2-vat, lagedruk CO2-afscheider, (zie foto 2) NH3-circulatiepomp CO2circulatiepomp voor het -6°C circuit, CO2-circulatiepomp voor het -40°C circuit, olieterugvoersysteem vanuit -40°C afscheider, noodkoelvoorziening, warm-


- de Laagspanningsrichtlijn - de EMC- richtlijn - de NEN 1010. - de PED (Pressure Equipment Directive)

Elektrotechnische installatie en regeling

Centrale NH3/CO2-koel-vriesinstallatie is geheel samengebouwd op een robuust stalen frame in de fabriek van de leverancier en wordt getransporteerd naar PTC+ in Ede teafvoer/warmteterugwinningsysteem, persgaskoeler, desuperheater, cilinderkop koeling vriescelkoeler met heater, koelcelkoeler met heater en een koelmeubel en lekbakafvoeren met verwarmingslint en isolatie, NH3-koudemiddelleidingen in RVS 304 uitvoering met attest DIN 50049-3.1B voorzien van coating en leidingisolatie. CO2-leidingen met diameter kleiner dan 28 mm zijn uitgevoerd in koperen buis, die met grotere diameter in RVS. De afscheiders en cascadekoeler en de koudemiddelleidingen zijn geïsoleerd met PIR schalen en voorzien van dampremmende laag afgewerkt met isogenepak.

Toevoegingen

De installatie is voorzien van de benodigde vulling aan koudemiddel ammoniak (R717), kooldioxide( R744, H2O<10 vpm) en de benodigde vulling aan koelolie. De machinekamer is voorzien van luchttoevoer dakkap een luchtafvoer dakventilator, met een luchtverplaatsing van 1.500 m3/h die is aangesloten op een luchtkanaal in gegalvaniseerde uitvoering, met onder/ boven toevoerventielen tot maximaal drie meter buiten de machinekamer. Een NH3-detectiesysteem bevat een in het schakelpaneel gemonteerde alarmmodule waarop twee sensoren aangesloten zijn met een meetbereik van 20-1000

1"

!"# $ %&''()'*)%+,-$./$(%0"!"

p.p.m. De sensors werken volgens z.g. chemosorptie systeem. Er zijn twee alarmniveau’s in te stellen van bijvoorbeeld 100 en 800 p.p.m. Voor detectie van CO2 bevat het schakelpaneel alarmmodules waarop per module twee sensoren zijn aangesloten. Het alarm is ook op twee niveaus in te stellen. Dit meetprincipe is gebaseerd op NDIR, dat staat voor nondispersive infrared sensor. Dit is een betrekkelijk simpel spectroscopisch apparaat dat vaak gebruikt wordt voor analyse van de samenstelling van een gas. In dit geval gaat het om detectie van kooldioxide. De installatie is voorzien van de volgende wettelijk vereiste persoonlijke beschermingsmiddelen: een volgelaat masker geplaatst in een kastje bij de machinekamer ingang, oogdouche-spuitfles, chemicalienjas, poederbrandblusser

Overige beveiligingen

Bij elke toegangsdeur tot de machinekamer is een noodstopschakelaar gemonteerd. Bij bediening van de noodstop wordt de installatie direct gestopt en de machinekamerventilatie ingeschakeld. Deze actie is gelijk aan het aanspreken van de detectie op hoog niveau. De installatie voldoet aan: - EN-378 - PGS 13. - de Machinerichtlijn

De benodigde schakel- en regelapparatuur is in een plaatstalen paneel gemonteerd. Het paneel is voorzien van alle benodigde schakelapparatuur en beveiligingen en geschikt voor uitlezing via de PC. Een PLC-regelaar verzorgt de regeling van de installatie. De bekabeling van de koeltechnische installaties en die naar de benodigde werkschakelaars is uitgevoerd in YMVKkabel.

Globale beschrijving van de visualisatieprogrammatuur

Voor de visualisatie en bediening van de installatie is een PC aanwezig in de technische ruimte. Op deze PC is het visualisatiepakket ICE_STAR van Van Kempen Koudetechniek geïnstalleerd. Voor de visualisatie is gebruik gemaakt van een Control Maestro Scada pakket. De gecombineerde expertise van de automatiseringsafdeling van de leverancier en van Control Maestro draag zorg voor een uiterst stabiele en functionele IT-omgeving. Vanuit de leslokalen kan door middel van de daar aanwezige PC op de beamer het visualisatie pakket ‘live’ bekeken worden. De installatie kan tevens via internet bediend worden voor servicedoeleinden of voor eventuele lessen op andere locaties. Per studiecase is er een overzichtscherm gemaakt met daarop alleen de procesdata welke relevant zijn voor de betreffende case. Diverse case-afhankelijke grafieken en data overzichten zijn gecreëerd om zo duidelijk mogelijk gegevens te kunnen presenteren. De PC communiceert door middel van het TCP/IP-protocol met de PLC welke voor de regeling van de installatie zorg draagt. Per case kunnen casespecifieke instel-


lingen gewijzigd worden. Hierbij valt te denken aan ruimtetemperaturen, gewenste verdamperdrukken, gewenste zuigdrukken, alarmwaarden, enzovoorts. Door deze procesdata te wijzigen kunnen afwijkende bedrijfcondities gesimuleerd worden. Alle te wijzigen proceswaarden kunnen alleen binnen veilige marges versteld worden, waardoor de hardware tegen beschadigen wordt beschermd. Alleen als er ingelogd wordt op een hoger niveau (Van Kempen Service), kunnen kritische instellingen gewijzigd worden.

Samenvatting

Het koelen met natuurlijke koudemiddelen is voor een groot aantal toepassingen gewenst omdat de koudeopwekking op een bijzonder effectieve en milieuvriendelijke manier plaats vindt. Voor de sector koel-vrieshuizen is deze toepassing in meerdere opzichten aantrekkelijk en vaak ook voor te plannen nieuwbouw of voor een ingrijpende retrofit noodzakelijk. Deze koudemiddelen en zeker ook in de combinatie NH3/CO2 zijn energiezuinig (de laagst mogelijke indirecte CO2-uitstoot bij de elektriciteitscentrale), bij emissie niet milieubelastend (ODP en GWP zijn nagenoeg nul).

Summary

The use of natural refrigerants in refrigerating plants is for the most applications required because the generation of refrigeration take place in a very environmentally and energy efficient way. For the cold storage branch is these application in different point of views attractive and also for the development of future extensions or for the execution of a drastic retrofit very necessary. The natural refrigerants and for sure in the combination NH3/CO2 saving energy (produce the lowest possible indirect CO2 emission at the electric power station), and don’t charge the environment by direct emission (ODP and GWP are zero). Knowledge in the thermodynamics and application of al natural refrigerants is very important for the industrial and

Koeltechnisch schema van de NH3/CO2-koel-vriesinstallatie

Meer informatie: commercial refrigeration sector in the Netherlands. The Dutch Association of Refrigeration Industry ‘NVKL’, took the initiative to start a refrigeration technology education for natural refrigerants to fulfil the necessaries of this knowledge. A special designed instruction and education refrigeration plant operated with NH3/CO2 is the basic to instruct the participants of the course. Well-known specialists of the branch organisation ‘NVKL’ had designed the plant which is custom made delivered and installed and commissioned by Van Kempen Koudetechniek BV in Tiel.

Van Kempen Koudetechniek BV Spoorstraat 14, 4000 CN Tiel Postbus 510, 4000 AM Tiel T: 0344 - 634884 F: 0344 – 615617 I: www.vankempen/tiel.nl E info@vankempen/tiel.nl NVKL Postbus 190, 2700 AD Zoetermeer T: 088-4008490 F: 088-4008401 I: www.nvkl.nl E: [email protected]

!"# $ %&''()'*)%+,-$./$(%0"!"

1!

CO 2 koel-vriesinstallatie voor koeltechnisch onderwijs

Recommend Documents