Цикли роботи станції
Під час роботи заморожуюче станції має місце три самостійних замкнутих циклу: цикл руху холодоагенту, цикл руху води в конденсаторі і цикл руху холодоносія.
Як холодоносія використовують водні розчини солей (зазвичай хлоридів): хлористого кальцію, хлористого магнію. Холодоносія, представлені водними розчинами хлоридів, отримали назву розсолів. Концентрація розсолу повинна бути такою, щоб температура замерзання його була на 8 ° нижче температури випаровування хладагента. Найбільше поширення в практиці заморожування отримав водний розчин хлористого кальцію щільністю 1,28 г/м3.
Робота заморожуюче станції при одноступінчаста циклі стиснення та використання в якості холодоагенту аміаку дозволяє знизити температуру холодоносія мінімум до -30 ° С. Для отримання більш низьких температур використовують заморожуюче станції, що працюють за принципом двоступінчастого стиснення хладагента. Принцип роботи такої станції показано на рис. 4.6. Компресор низького тиску стискає пари хладагента проміжного тиску, який дорівнює 0,4-0,5 МПа. Температура холодоагенту при цьому підвищується до 80-90 ° С. З такими параметрами пари хладагента надходять в проміжний посудину 2. У компресорі високого тиску 3 пари хладагента стискаються до тиску 1,0-1,2 МПа і через масловіддільник 4 надходять в конденсатор 5. У конденсаторі холодоагент переходить у рідкий стан і подається на регулюючий вентиль 6, де тиск знижується до 0,4-0,5 МПа, тобто до тиску в компресорі першого ступеня. Зниження тиску до такого рівня дозволяє знизити температуру хладагента до - (8-10) ° С. Рідкий холодоагент змішується з парами хладагента, що мають від компресора низького тиску. В результаті змішання рідкого холодоагенту і газоподібного температура останнього в проміжному посудині 2 знижується до -4 ° С.
З проміжного судини одна частина хладагента (газоподібний) надходить в компресор високого тиску, а друга до другого регулюючого вентиля 7, де тиск вдруге знижується до 0,05-0,15 МПа, що відповідає температурі випаровування, наприклад аміаку - (50-60) ° С, а фреону - (60-70) ° С. Від регулюючого вентиля холодоагент поступає у випарник 8, а звідти в компресор низького тиску 1. Охолодження холодоносія до негативних температур відбувається в випарнику 8 за рахунок його безперервної циркуляції.
Широке застосування водних розчинів солей (розсолів) пов'язана з тим, що вони дешеві і легко можуть бути приготовлені в умовах будівельного майданчика.
Недоліки розсолів: вони вельми агресивні по відношенню до ледопородним огорож та у разі витоків з колонок, що часто буває в практиці заморожування, призводять до руйнування раніше створеного ледопородного огородження і, як наслідок, прориву води через огорожу.
Крім того, температура замерзання хлористих розсолів вище температури випаровування хладагента при двоступінчатому стиску, що викликає небезпеку їх замерзання у випарник. У зв'язку з цим в даний час ведуться пошуки холодоносія, які були б дешевше, мали більш низькою температурою замерзання, ніж хлористі розсоли і були інертні до ледопородним огорож.
Цікавим є застосування як холодоносія діхлорметана (фреон-30) і гасу. Характеристики цих холодоносія, за даними ВНІІОМШСа, наведено в табл. 4А
Розрахунки показують, що фреон-30 і гас за інших рівних умов вимагають меншу поверхню випаровування. Однак у зв'язку з малою теплоємність і теплопровідність вони вимагають збільшення об'ємної витрати, а отже, збільшення діаметра трубопроводів та потужності двигунів насосів.
Фреон-30 в якості холодоносія в даний час застосовують на ряді хімічних підприємств країни, в установках, де водні розчини солей у разі порушення герметичності системи призводять до аварії, тобто в умовах, аналогічних шахтним. Фреон-30 не є небезпечним у пожежному відношенні. Недоліками його є наркотичні властивості, висока проникаюча здатність і висока вартість. Проте в складних гідрогеологічних умовах при низькотемпературному заморожування порід на великі глибини і при відповідному якості монтажу трубопроводів і заморожують колонок застосування фреону-30 економічно може себе виправдати.
У світовій практиці шахтостроенія були випадки застосування як холодоносія гасу. Так, наприклад, гас застосовували при проходки ствола на калійних родовищ в Канаді в 1955 р. для заморожування порід на глибину 914 м. Гас абсолютно інертний по відношенню до льоду, не корродирует, метал трубопроводів і апаратів, в'язкість його при низьких температурах менше, ніж у хлористого кальцію. До негативних властивостей гасу слід віднести його пожежонебезпечність, великий коефіцієнт об'ємного розширення (в 6 разів більше, ніж у хлористого кальцію) і підвищену проникність. Температура спалаху парів гасу при внесенні відкритого полум'я 30-40 ° С. При використанні гасу в систему необхідно включити розширювальні ємність на випадок тривалої зупинки заморожуюче станції. Ця ємність повинна бути розрахована на збільшення обсягу при підвищенні температури холодоносія на 10-15 ° С.
|