Tự động điều khiển và bảo vệ tủ cấp đông 2 cấp nén NH3

Tủ cấp đông 2 cấp nén NH₃ là hệ thống làm lạnh công nghiệp hiệu quả, được sử dụng trong các nhà máy chế biến thực phẩm, bảo quản lạnh quy mô lớn. Việc tự động điều khiển và bảo vệ tủ cấp đông 2 cấp nén NH₃ đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hoạt động, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Dưới đây là các phương pháp để tự động điều khiển và bảo vệ tủ cấp đông 2 cấp nén NH_3.

Cách thức hoạt động

Một hệ thống cấp đông hai cấp nén hoạt động như sau:

• Nhấn START, thiết bị ngưng tụ hoạt động thì máy nén hoạt động cùng với cấp dịch bình trung gian SV1 và dàn bay hơi, SV2
• Khi nhấn STOP, hệ thống dừng
• Hệ thống có các bảo vệ như: áp suất cao quá cao HP, áp suất thấp quá thấp LP, dòng điện các động cơ quá cao RN, bảo vệ khi máy nén bị mất áp lực dầu OP, áp lực nước wp, bảo vệ mất phase.
• Có mạch báo động khi bị sự cố chung bằng chuông và đèn: áp suất cao quá cao, áp suất thấp quá thấp, dòng điện động cơ máy nén quá cao, bảo vệ khi máy nén bị mất áp lục dầu, mất áp lực nước.
• Có đèn báo chế độ start, stop, máy nén, bơm nước, và đèn báo phase.

Các thiết bị trong hệ thống hoạt động

Máy nén MN sử dụng động cơ 3 pha và có cơ chế khởi động giảm tải thông qua phương pháp đổi nối Y-Δ.

Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và có cơ chế bảo vệ khi mất áp lực nước thông qua bảo vệ WP. Nếu áp lực nước giảm quá mức, hệ thống sẽ ngắt máy nén để tránh quá nhiệt hoặc hỏng hóc.

Bơm nước P1 và P2

• Bơm nước P1 và P2 đều sử dụng động cơ 3 pha và được khởi động trực tiếp.
• Chế độ hoạt động của bơm:
  • Bơm P1 hoạt động trong điều kiện bình thường.
  • Khi bơm P1 gặp sự cố, bơm P2 dự phòng sẽ được kích hoạt để tiếp tục cung cấp nước làm mát.
• Quá trình điều khiển hoạt động của hai bơm được thực hiện thông qua công tắc xoay W.

Cấp dịch cho dàn lạnh

• Bình chứa thấp áp cấp dịch cho dàn lạnh, và mức lỏng trong bình này được khống chế bởi công tắc phao FV1.
• Van điện từ SV2 điều khiển quá trình cấp dịch cho bình chứa thấp áp. Khi mức lỏng giảm dưới ngưỡng, công tắc phao sẽ tác động cấp nguồn cho SV2, cho phép cấp dịch.

Bình trung gian

• Bình trung gian có ống trao đổi nhiệt để làm mát dịch lạnh, điều khiển bởi van điện từ SV1.
• Mức lỏng trong bình trung gian được khống chế bởi các công tắc phao:
  • Công tắc phao FV2: Khi mức lỏng trong bình trung gian vượt qua mức cao, công tắc phao FV2 sẽ tác động ngắt cấp dịch và đèn báo ngập dịch D11 sáng.
  • Công tắc phao FV3: Khi mức lỏng trong bình trung gian giảm xuống mức thấp, FV3 sẽ kích hoạt lại quá trình cấp dịch, đèn D11 sẽ tắt.

Xử lý ngập dịch và xả dầu

Quá trình xử lý ngập dịch trong bình trung gian và xả dầu từ các thiết bị được thực hiện bằng tay, nghĩa là cần có sự can thiệp thủ công để điều chỉnh và quản lý các yếu tố này.

Sơ đồ mạch điện

Sơ đồ nguyên lý

1. Máy nén, 2. Tháp giải nhiệt, 3. Bình chứa cao áp, 4. Bình ngưng, 5. Bình tách dầu, 6. Bình trung gian, 7. Bình tách lỏng, 8. Bình chứa thấp áp, 9. Tủ cấp đông, 10. Bình tập trung dầu

Sơ đồ nguyên lý của tủ cấp đông tiếp xúc sử dụng môi chất NH3 với cấp dịch từ bình chống tràn vận hành dựa trên nguyên lý cấp dịch nhờ cột áp thủy tĩnh, mang đến những đặc điểm và cơ chế hoạt động như sau:

Nguyên lý cấp dịch từ bình chống tràn

Bình chống tràn (hay còn gọi là bình giữ mức – tách lỏng) có hai nhiệm vụ chính:

• Chứa dịch lỏng ở nhiệt độ thấp: Môi chất được chứa trong bình này, đảm bảo cung cấp đủ lỏng cho các tấm lắc trong quá trình cấp đông. Bình phải duy trì sao cho các tấm lắc luôn ngập đầy dịch để hiệu suất trao đổi nhiệt đạt tối đa.
• Tách lỏng trước khi hút về máy nén: Bình chống tràn giúp tách lỏng để tránh hiện tượng lỏng bị hút về máy nén, có thể gây ra va đập thủy lực và hư hỏng máy nén. Trên bình chống tràn có trang bị van phao để duy trì mức lỏng. Khi mức lỏng trong bình vượt quá giới hạn, van phao sẽ ngắt điện van điện từ để ngừng cấp dịch vào bình, đảm bảo không có lỏng dư thừa.

Trong bình chống tràn, có thể có các tấm chắn (tương tự như các nón chắn trong bình tách lỏng), giúp hạn chế việc hơi môi chất mang theo lỏng hoặc ẩm khi hút về máy nén.

Van tiết lưu tay

Cả bình trung gian và bình chống tràn trong hệ thống đều sử dụng van tiết lưu tay để điều chỉnh lưu lượng môi chất vào bình. Điều này cho phép điều chỉnh thủ công quá trình tiết lưu, nhưng cần có sự kiểm soát chính xác và kinh nghiệm để duy trì hiệu suất tối ưu.

Môi chất lạnh NH3

Hệ thống này có thể sử dụng môi chất lạnh R22 hoặc NH3, nhưng NH3 (amoniac) hiện được ưu tiên hơn. R22 (HCFCs) là môi chất có khả năng phá hủy tầng ôzôn và gây ra hiệu ứng nhà kính, do đó, việc sử dụng R22 đang dần bị loại bỏ. Trong khi đó, NH3 là một lựa chọn thân thiện với môi trường, không gây ảnh hưởng đến tầng ôzôn.

Ưu và nhược điểm của hệ thống

• Ưu điểm: Hệ thống cấp dịch từ bình chống tràn trước đây được sử dụng rộng rãi do tính chất đơn giản, dễ vận hành và chi phí đầu tư thấp hơn so với hệ thống sử dụng bơm tuần hoàn.
• Nhược điểm: Do tốc độ chuyển động của môi chất trong các tấm lắc khá chậm, thời gian cấp đông của hệ thống tương đối dài, thường mất từ 4 đến 6 giờ mỗi mẻ.

---

*Nguồn tham khảo: Tự động điều khiển các quá trình nhiệt lạnh – Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng