Vorteile durch Umstellung

Umrüstung eines Niedrigtemperatur-Kältelagers auf Forane 427A

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08.09.2010 Seit dem 1. Januar 2010 verbietet die Europäische Gesetzgebung die Verwendung von R22 zur Instandhaltung von Kälteanlagen. Dieses Verbot hat Folgen für alle Unternehmen des Kältesektors, und insbesondere für diejenigen, die in der Nahrungsmittelkältekette tätig sind. Modena Terminal betreibt ein Kältelager für Lebensmittel und ist unmittelbar von dieser Änderung betroffen, da das Kältelager ausschließlich mit R22 betrieben wird.

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Entscheider-Facts Für Anwender

  • Auf Grund des Verbots des Kältemittels R22 hat Modena Terminal, Betreiber eines Kältelagers, auf Forane 427A umgestellt.
  • Durch die Umstellung wurde der Wärmeübergang in den Wärmeübertragern verbessert. Bei der gleichen Überhitzung ist der Durchsatz an Kälteflüssigkeit somit höher.
  • Der Temperaturabfall in den Kältekammern ist jetzt schneller und die erreichte Temperatur niedriger; jetzt ist es möglich, die Ware ohne Einsatz des Gefriertunnels tiefzugefrieren.

Modena Terminal muss sich somit entscheiden zwischen dem Schließen des Lagers oder dem Umrüsten auf ein anderes Kältemittel, das mit der Gesetzgebung übereinstimmt. Auf der Grundlage zahlreicher erfolgreich umgesetzter Projekte hat die Firma Tecnoimpianti, die für die Instandhaltung der Anlagen von Modena Terminal verantwortlich ist, die Verwendung des Kältemittels Forane 427 empfohlen. Die Anlage besteht aus:

fünf Mehrzweck-Kältekammern mit Temperaturen zwischen 0 und -20°C für eine Kapazität von 3000t Fleisch bei einem Gesamtvolumen von etwa 8800m3, mit einem Direkt-Expansions-Verdampfer pro Kältekammer, einem Gang zwischen den verschiedenen Kältekammern im Freien bei einer Höchsttemperatur von 14°C (Volumen von 5880m3),
einer großen Kältekammer mit der Bezeichnung Cellone mit einer Kapazität von mehr als 6000t Fleisch, tiefgefroren bei -18 bzw. -20°C; Volumen mehr als 54400m3, 25m Höhe, zehn Direkt-Expansions-Verdampfer,
Lade- und Entladebereich für die große Kältekammer mit einer auf 14°C eingestellten Temperatur mit einem Volumen von 5450m3),
einem Gefrier- bzw. Schnellgefriertunnel für Frischfleisch bei -40°C mit einer Kapazität von 20t in 18 h; Überflutungsverdampfer mit vier Wärmeübertragern; Vorraum des Tunnels zur Kühlung von Rindervierteln vor dem Gefrieren und zum Abpacken vor der Lagerung in den Kältekammern.

Die gesamte Anlage wird hauptsächlich nachts mit preiswertem Nachtstrom betrieben und steht tagsüber still.

Kältekammern habenDirektverdampfungssysteme

Die Anlage ist mit vier Schraubenkompressoren ausgestattet (300kW): Kompressor 1 (CV1): Cellone und die fünf Kältekammern, Kompressor 2 (CV2): Cellone und fünf Kältekammern plus Tunnel, Kompressor 3 (CV3): Cellone und fünf Kältekammern plus Tunnel sowie positive Temperaturbereiche, Kompressor 5 (CV5 – stehender Kompressor): Kältekammern und positive Temperaturbereiche. Dieser kleinste Kompressor wird nur tagsüber betrieben.

Jeder Kompressor ist ausgestattet mit einem wassergekühlten Ölkühler mit einer Kapazität von 300000kcal/h, einem Ölabscheider am Ausgang sowie zwei Kondensatorverdampfern mit jeweils einer Kapazität von 2,1 Mio. kcal/h. Es ist möglich, einen der Kondensatoren zu bypassen. Der Druck wird über den Wasser- und Luftdurchsatz geregelt.
Die Kältekammern haben Direktverdampfungssysteme:

thermostatische Expansionsventile TEX20 sowie
Verdampfer: Cellone (zehn Wärmeübertrager mit einer Übertragungsfläche von jeweils 628m2 und einem Luftdurchsatz von 60000m3/h) sowie Kältekammern (Wärmeübertrager mit jeweils 493m2 und einem Luftdurchsatz von 40000m3/h).

Der Tiefgefriertunnel wird mit einem Überflutungsverdampfer betrieben, der die Wärmeübertrager des Tunnels versorgt, nämlich vier Wärmeübertrager mit jeweils 500 und 2000m2 Wärmeübertragungsfläche und insgesamt acht Ventilatoren, die jeweils 27500m3/h Luft durchblasen. Hinzu kommt ein Flüssigkeitsabscheider, der über den Unterkühler versorgt wird, dessen Versorgung entsprechend der Pegelmessung im Abscheider geregelt wird. Am tiefen Punkt ermöglichen Pumpe und Reservepumpe die Flüssigkeitsversorgung der vier Wärmeübertrager. Die Schieber sind am Anfang dieser Leitungen angeordnet, um den Durchfluss zu regeln. Am Ausgang der Verdampfer wird das Flüssigkeits-/Gasgemisch zum Flüssigkeitsabscheider zurückgeführt. Die Gasphase versorgt den Kompressor. Das Flüssigkeitsvolumen beträgt insgesamt etwa 1000l .

Umrüstung verlief problemlos

Eine Woche vor der Umrüstung wurden die Kältekammern mit maximaler Belastung gefüllt und die Temperatur maximal herabgesetzt. Anschließend wurden sie 36h lang während der Abschaltung der Anlage nicht geöffnet.

24h vorher wurden zwei der vier Kompressoren abgeschaltet, die Filter dieser Kompressoren wurden ausgetauscht, und das Mineralöl wurde durch ein POE-Öl ersetzt. Danach wurde die Anlage für 36h abgeschaltet und das R22 entleert. Anschließend wurde das Öl aus den beiden anderen Kompressoren entleert, der Filter ausgetauscht und das Öl ersetzt. Die Dichtungen aus Polytetrafluorethylen, Fluorelastomeren oder Chloropren-Kautschuk wurden nicht ausgewechselt. Eingebaut wurden sieben neue Filter für jeden Ölabscheider, Ölfilter der Kompressoren sowie Entwässerungsfilter am Ausgang der Aufnahmevorrichtung. Anschließend erfolgte ein Überprüfen der Anlage hinsichtlich ihrer Dichtigkeit und ein Evakuieren während etwa 10h. Während des Befüllens mit Forane427A über den tiefen Punkt der Aufnahmevorrichtung wurde ein Kompressor in Betrieb gesetzt. Schließlich erfolgte die Inbetriebnahme der Anlage und das Einstellen der Expansionsventile. Nach 36 Stunden Abschaltung war die Temperatur im Cellone von -22 auf -20,5°C gestiegen.

Ersetzen des Öls

Das Mineralöl wurde durch ein POE-Öl ersetzt : 500l Mineralöl wurden entfernt, der Ölpegel war niedrig, und 600l des neuen Öls wurden so eingefüllt, dass wieder ein hoher Pegel in den Kompressoren hergestellt wurde.

Nach den verschiedenen Betriebszeiten des Tunnels wurde der Flüssigkeitsabscheider entleert und das Öl schließlich am tiefen Punkt entleert. Dieses Öl wurde analysiert. Es handelte sich dabei fast ausschließlich um Mineralöl. Damit ist eindeutig erwiesen, dass das Mineralöl, das in den Wärmeübertragern des Tunnels blockiert war, an dieser Stelle wieder aufgefangen wird.
Die Flüssigkeit verteilt sich in etwa wie folgt in der Anlage: 800kg im Cellone, 800kg in den fünf Kältekammern, 800kg im Tunnel, 400kg in den Kondensatoren und 800kg in der Aufnahmevorrichtung. Anschließend müssen alle Leitungen hinzugefügt werden. Bei R22 braucht man mindestens 3600kg Flüssigkeit, um die gesamte Anlage ständig zu betreiben. Mit Forane 427A sind mindestens 4000 kg Produkt notwendig, um die Anlage ohne den Tunnel zu betreiben. Der Unterkühler, der heute verwendet wird, erfordert 150kg Produkt. Somit sind 250kg mehr Flüssigkeit im Vergleich zum Betrieb mit R22 notwendig. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass das Öl nicht mehr in den Kreislauf geführt wird wie bei R22: Es konnten bis zu 300l Öl im Kreislauf sein; dieses Volumen muss jetzt mit Flüssigkeit gefüllt werden.
Die Tatsache, dass die Anlage mehr Flüssigkeit braucht, ist auch auf die vorgenommenen Regelungen zurückzuführen, nämlich ein höherer Durchfluss an Flüssigkeit mit einem höheren Flüssigkeitsgehalt in den Verdampfern sowie höhere Hoch- und Tiefdrücke.

Gefriertunnel nicht mehr notwendig

Vorher, als die Anlage mit R22 betrieben wurde, wurde das Öl ebenfalls in der gesamten Anlage im Kreislauf geführt. Es konnte somit die Fläche der Wärmeübertrager bedecken und schränkte die Wärmeübertragung aufgrund seiner Isoliereigenschaften ein. Der Ölpegel mit Forane 427A bleibt nach dem Anfahren der Anlage beständig; somit ist bewiesen, dass das Öl nicht im Kreislauf geführt wird; es gibt kein Öl in den Expansionsventilen oder am Eingang der Verdampfer des Tunnels. Der Wärmeübergang in den Wärmeübertragern wird somit verbessert. Bei der gleichen Überhitzung ist der Durchsatz an Kälteflüssigkeit höher. Dies hat folgende Auswirkungen:

ein Erhöhen des Befüllungsverlustes. Dies ist sichtbar, insbesondere bei der Leitung zwischen der Aufnahmevorrichtung und den Expansionsventilen des Cellone, die auf 25m Höhe sind. Ursprünglich war eine Teilverdampfung der Flüssigkeit zu beobachten: ein Temperaturunterschied zwischen dem oberen und unteren Punkt des Horizontalrohrs, das zu den Verdampfern des Cellone führt. Der Unterkühler wurde deshalb eingeschaltet, um die Unterkühlung zu erhöhen und diese Teilverdampfung vor den Expansionsventilen zu verhindern;
ein höherer Flüssigkeitsgrad in den Verdampfern. Der höhere Flüssigkeitsgrad und der höhere Durchsatz erklären die Erhöhung der Kälteleistung. Demgegenüber ist die erforderliche Flüssigkeitsmenge in der Anlage höher.

Der Temperaturabfall in den Kältekammern ist schneller und die erreichte Temperatur niedriger, weil man von -23 bis -24°C mit R22 zu -27 bis -28°C mit Forane 427A übergeht. Wenn die frischen Produkte in die Kältekammern gelangen, werden sie schneller tiefgefroren als vorher.

 

Heftausgabe: September 2010

Über den Autor

Dr. Béatrice Boussand ,
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