Anvendelse af naturlige kølemidler i supermarkeder

3. Dimensionering af komponenter

3.1 Trykudstyrsdirektivet
3.2 Konstruktion af det trykbærende system
3.2.1 Kommentar
3.3 Sammenfatning af hovedkomponenter - propan
3.4 Anvendelse af propananlæg:
3.4.1 Maskinkort
3.5 CO2-anlægget
3.6 Brineanlæg
3.7 Sikkerhed
3.7.1 Sikkerhed – maskinrum
3.7.2 Sikkerhed – drift
3.7.3 Sikkerhed – stilstand (CO2)
3.7.4 Sikkerhed – service
3.8 Service af anlægget
3.8.1  Propan
3.8.2 CO2
3.8.3 Propananlægget
3.8.4 CO2-anlægget
3.9 Styring
3.9.1 Propankompressorer
3.9.2 Propankondensator
3.9.3 Ekspansionsventiler til propan
3.9.4 Brinepumper
3.9.5 CO2-kompressor
3.9.6 Kaskadevekslerens regulering
3.9.7 KA-værdi
3.10  Daglig drift
3.11  Zoneinddeling og el-installation
3.11.1 Zone 2
3.11.2 El-installation
3.11.3 Propan
3.11.4 Egensikkerhed
3.11.5 El-komponenter i Fakta Beder
3.12 ATEX-direktivet
3.12.1 ATEX og Fakta Beder
3.12.2 Kommentar


Der henvises til bilag 3-6 for oversigt over anvendte komponenter (styklister).

3.1 Trykudstyrsdirektivet

I forbindelse med konstruktion af propananlægget er Det Europæiske Råds direktiv 97/23/EF, også benævnt Trykudstyrsdirektivet (PED), benyttet. Trykudstyrsdirektivet er indført i dansk lov med Bekendtgørelse nr. 743/99. Anvendelse af trykbærende udstyr er derimod et nationalt anliggende, og her gælder p.t. Bekendtgørelse 746.

Konstruktionen kan enten foretages efter beregningsmetode som f.eks. AD-Merkblätter eller tilsvarende eller efter eksperimentel konstruktionsmetode. Her benyttes beregningsmetoden til understøttelse af de væsentlige sikkerhedskrav og dermed overensstemmelse med direktivet.

Figur 5:
Princip for opfyldelse af bekendtgørelse

3.2 Konstruktion af det trykbærende system

1. Klassificering af kølemidlet
2. Bestemmelse af køleanlægstype
3. Design af rørsystem
4. Bestemmelse af maksimal tilladelig temperatur/tryk
5. Bestemmelse af designtryk Pd
6. Bestemmelse af rørdimensioner
7. Bestemmelse af beregningsmetode for styrkeberegning
8. Kategorisering af rørsystemet
9. Kategorisering af trykbeholdere
10. Bestemmelse af dokumentationsomfang
11. Bestemmelse af fremstillings- og materialenormer
12. Krav til fittings
13. Krav til komponenter og ventiler
14. Krav til sikkerhedsudstyr, pressostater og sikkerhedsventiler
15. Krav til samlingsmetoder
16. Bestemmelse af materialedokumentation
17. Overensstemmelsesvurdering
18. Teknisk dokumentation
19. Bestemmelse af kontrol- og kvalitetsstyringsomfang
20. Afsluttende afprøvning og verifikation
21. Godkendelsesprocedure

(Der henvises til Miljøstyrelsens vejledning "Kulbrinter i mellemstore køleanlæg"/1/)

Ad 1. Propan er brandfarlig og klassificeres derfor i Gruppe 1.
  
Ad 2. Anlægget opstilles i eget maskinrum med aflåst dør. Altså fordamper i personkategori C, hvilket er tilladt med propan.
  
Ad 3. Rørtværsnit er valgt ud fra almindelige krav til tryktab og dernæst for at sikre tilstrækkelig hastighed til olietilbageføring.

Se her!
  
 
Ad 4. Maks. tilladeligt tryk (PS) fastsættes til 18 bar. Der sikres mod overskridelse af det maksimale tryk vha. en sikkerhedsventil SFV 15. Max. temperatur (TS) fastsættes til 55°C.
  
Ad 5. Designtryk er bestemt ud fra EN 378-2 :2000 kap. 5 - omgivelsestemperatur <32°C Højtryksside: 18 bar (55°C)
Lavtryksside: 10,3 bar (32°C)
  

Omgivelsestilstand

£ 32 °C

£ 43 °C

Højtryksside med luftkølet kondensator

55 °C (18 bar)

63 °C

Højtryksside med vandkølet kondensator

43 °C

43 °C

Lavtryksside

32 °C (10,3 bar)

43 °C

   
Ad 6. Propananlægget er et kompakt anlæg med meget korte rørlængder.  Trykledningen og væskeledningen (til og fra kondensator) er de længste rørlængder (ca. 10 m). Sugeledningen er meget kort, ca. 2 m. Tryktabet i dette system hidrører primært fra enkelttab (ventiler og bøjninger). For hhv. væske-, suge- og trykledning er tryktabene ca. 0,01 bar (0,03K), 0,035 bar (0,8K) og 0,1 bar.
   
Ad 7. Ved rørstyrkeberegningerne koncentrerer opmærksomheden sig omkring materialevalg og godstykkelse for derigennem at tilgodese de væsentlige sikkerhedskrav i Trykudstyrsdirektivet. Der anvendes deoxideret kobberrør, hvor kobberandelen er større end 99,9%, og fosfordelen udgør 0,015-0,04 %. Fosfor modvirker dannelse af kobberoxid, som gør materialet skørt. Materialesammensætningen følger DIN 1787 SF-Cu 2.0090. Den minimale godstykkelse bestemmes ud fra AD-Märkblat B1. Beregningstrykket er det maximale tryk (PS). Som 0,2%-spænding anvendes værdien for udglødet kobber, værdien oplyses af rørleverandøren (kobberet må betragtes som udglø det efter opvarmning ved lodning). Fittings ligestilles med rør, men styrkefaktoren er her valgt efter AD Märkblätter B9 diagram Bild 7d. Kondensatoren ligestilles ligeledes med rør (Varmevekslere i form af rør til afkøling af eller opvarmning af luft sidestilles med rørsystemer – PED artikel 1 stk. 2.1.2). Aktuelle rør findes i bilag 2. Ud fra gennemførte kontrolberegninger bestemmes rørkonstruktionen mht. godstykkelse til at følge og opfylde de væsentlige sikkerhedskrav, hvilket er forudsætningen for at være i overensstemmelse med Trykudstyrsdirektivets artikel 1 stk. 2.1.2 og artikel 3 stk. 1.3 samt stk.
    

  
Ad 8. Bestemmelse af rørsystemet sikkerhedskategori følger AT Bekg. 743/99 Artikel 3
  

Rørsystemets sikkerhedskategori fremgår af bilag 2

Ad 9. Bestemmelse af trykbeholderes sikkerhedskategori følger PED, AT Bekg. 743 artikel 3 stk. 1.1 – pladevekslerne opfattes som beholdere –Pladevarmevekslernes sikkerhedskategori fremgår af bilag 3.

  
Ad 10. Dokumenteringsomfang bestemmes entydigt af den sikkerhedska tegori, som enheden hører under. I denne konstruktion indgår ingen komponenter i højere sikkerhedskategori end I. For at konstruktionen kan vurderes som værende i overensstemmelse med Bekg.743, skal kravene til dokumentation fra modul A (bilag III i PED) være opfyldt.
  

Modul A

Intern fabrikationskontrol

Beskrivelse:

Ved denne kontrol har fabrikanten selv ansvaret for at kontrollere, at udstyret opfylder Trykbeholderdirektivet, og at produktet er konstrueret og fremstillet som beskrevet i den tekniske dokumentation.

Godkendelses- procedure:

Ingen godkendelse.

Kontrolomfang:

Den tekniske dokumentation stilles tilrådighed for de nationale myndigheder med henblik på inspektion ti år fra datoen for ophøret af fremstillingen af det trykbærende udstyr. Man skal herunder være opmærksom på, at den tekniske dokumentation også omfatter prøvningsrapporter.

CE-mærkning:

Fabrikanten sætter selv CE-mærke på hvert stykke trykbærende udstyr og udsteder en skriftlig overensstemmelseserklæring.

Identifikations- nummer:

Der udstedes intet identifikationsnummer fra det bemyndigede organ.

    
Ad 11. I den tekniske dokumentation findes materialecertifikater og beregninger, der understøtter godstykkelse- og materialeoverenstemmelse på kobberrørene og vekslere.
  
Ad 12. Fittings i kategori I skal være fremstillet af samme materiale som rørene. Materialets overensstemmelse og sammenfald erklæres skriftlig af leverandøren af rør. Rørenes overensstemmelse bekræftes af et materialecertifikat EN10204 type 3.1B. Der findes ikke fittings med 3.1B certifikat. Minimumsgodstykkelse bestemmes vha. AD Mark blätter. Fremstillingsnormen for det anvendte fittings er ANSI 16.22- 89, hvilket er det normale i Danmark.
  
Ad 13. Det er endnu ikke muligt at få overensstemmelseserklæringer med PED på ventiler. Leverandøren har i dette tilfælde erklæret skriftligt, at ventilerne er egnede og anvendelige i forbindelse med propan.
  
Ad 14.  For komponenter i sikkerhedskategori I er det tilstrækkeligt, at der er foretaget trykprøvning ved stikprøvekontrol. Pladevekslerne følges af et trykprøvningscertifikat. Sikkerhedsventilen (SFV) er afprøvet af TÜV nord og plomberet af samme. Sikkerhedsventilen forhindrer trykket i at overstige 18 bar.
  
Ad 15. Sammenføjninger er udført med hårdlodning – udført af rutineret montør. Visuel inspektion samt test af loddeprøve. Tilsatsmateriale: AGOP 15 med 15% Ag, 80% Cu og 5% P. Smeltetemperatur 600- 800°C.
  
Ad 16. Som dokumentation for overensstemmelse anvendes den tekniske dokumentation leverandøren stiller til rådighed. Heri er indeholdt oplysninger om fabrikantens navn, tilladeligt tryk og temperatur, anvendelighed med propan, materialer som indgår i komponenten, bestillingsnummer, trykprøvning og i nogle tilfælde bemyndigende organ.
   
Ad 17. Overensstemmelsesvurdering af konstruktionen efter modul A kræver, at den tekniske dokumentation er tilgængelig således, at det er muligt at vurdere konstruktionens overensstemmelse med de relevante krav ti  år frem. Dokumentationen er samlet i en mappe.
  
Ad 18. Den tekniske dokumentation skal, foruden ovenstående oplysninger, også indeholde diagrammer, tegninger og funktionsbeskrivelse, hvilket ligeledes er samlet.
  
Ad 19. Da konstruktionen er bestemt til sikkerhedskategori I, skal fabrikanten ikke have en godkendelse af kvalitetsstyringen. Det er tilstrækkeligt med intern fabrikskontrol.
  
Ad 20. Konstruktionen er afslutningsvis tæthedsprøvet ved det maximale tryk som under normal drift kan opstå. Der er samtidig udført lækage test.


3.2.1 Kommentar

Et nøgleord, som ofte går igen i forbindelse med PED Bekg. 743 er overensstemmelseserklæring. En overensstemmelseserklæring bekræfter, at komponenten opfylder kravene til en bestemt sikkerhedskategori i Trykudstyrsdirektivet. Det er til stadighed vanskeligt at opdrive komponenter med erklæringer på overensstemmelse. Situationen ændrer sig med tiden, da det er et krav pr. 29. maj 2002 for at CE-mærke produktet. Indtil denne dato må dokumentationen på overensstemmelse vurderes fra komponent til komponent.

I denne konstruktion af en propan/CO2 -enhed er det propan-rør-konstruktionen, der er interessant, og som er vurderet grundigt. CO2-rørkonstruktionen kommer mht. til godkendelse ikke i søgegruppen. CO2 tilhører gasgruppe 2, og grænserne for produkttallet PxV er større. Tværsnittet på CO2 -rørene (½" og 3/8") er små, og dermed er godstykkelsen på standardrør rigeligt til endog meget høje tryk.

3.3 Sammenfatning af hovedkomponenter - propan

Tabel 3:
væsentlige/hovedkomponenter til propananlæg

Antal

Beskrivelse

Leverandør

2

Kompressorer

Bitzer, 4T-8.2P

1

Luftkølet kondensator

ECO FCE 071C63

1

Pladevarmeveksler

Propan/glykol: 21 kW, Swep, B25x70

1

Pladevarmeveksler

Propan/CO2: 10 kW, Swep V27x80 HP

1

Pladevarmeveksler

Propan/propan: 2 kW, Swep, B12x70

1

Pladevarmeveksler

Propan/glycol 3 kW, Swep B27x50

1

Elektr. ekspansionsventil

Danfoss ETRE – 30 kW

1

Elektr. ekspansionsventil

Siemens Staefa – 14 kW

3.4 Anvendelse af propananlæg:

Som det fremgår tidligere i dette afsnit, er anvendelsen af trykbærende udstyr et nationalt anliggende, og her gælder Bekendtgørelse 746. Enheden skal derfor anmeldes til Arbejdstilsynet med kopi af konstruktionsgrundlag. Desuden er der følgende oplysninger, der skal leveres med anlægget:

Anlægget skal være forsynet med et passende antal drifts- og vedligeholdelses-vejledninger, der giver anvisninger på, hvordan systemet skal serviceres.

Desuden skal vejledningerne indeholde oplysninger om de forholdsregler, der skal tages i tilfælde af nedbrud eller lækager. Alle vejledninger skal af fabrikanten eller installatøren være udfærdiget på dansk. Manualerne skal mindst indeholde følgende informationer, såfremt de skønnes relevante:

  1. Anlæggets formål
  2. Beskrivelse af anlægget og dets udstyr
  3. Beskrivelse og driftsdetaljer for hele systemet inklusiv komponenter med diagram for kølekredsen samt diagram for det elektriske kredsløb
  4. Instruktioner for start, stop og stilstand af systemet eller dele heraf
  5. Instruktion for bortskaffelse af væske og udstyr
  6. Årsager til de mest almindelige fejl og forholdsregler, der skal tages f.eks. instruktioner vedrørende lækager, som opdages af autoriseret personale og behovet for tilkaldelse af kompetent vedligeholdelses-personale i tilfælde af lækage eller nedbrud
  7. Forholdsregler, der skal tages for at hindre frysning af vand i kondensator, fordampere osv. ved lave omgivelsestemperaturer eller ved reduktion af systemtrykket
  8. Forholdsregler, der skal tages i forbindelse med løft og transport af systemet eller dele heraf
  9. Informationer som de fremgår af maskinkort i uddrag eller hvis nødvendigt i sin helhed
  10. Forebyggende foranstaltninger til førstehjælp og procedurer, der skal følges i forbindelse med f.eks. lækager, ild og eksplosion.
  11. Vedligeholdelsesinstruktioner for hele systemet med planlagt forebyggende vedligehold for at forebygge lækager
  12. Instruktioner for påfyldning, aftapning og erstatning af kølemidler.
  13. Instruktioner angående håndtering af kølemiddel og farer forbundet hermed.
  14. Behov for periodiske eftersyn af nødbelysning, inklusive flytbart lys.
  15. Instruktion for funktion af og vedligeholdelse af sikkerhedsudstyr, beskyttelses- og førstehjælpsudstyr, alarmer og pilotlys.
  16. Vejledning i udfyldelse af logbog.
  17. De nødvendige certifikater

3.4.1 Maskinkort

Maskinkort skal indeholde følgende informationer:

  1. Navn, adresse og telefonnummer for installatør, serviceafdelingen eller anden servicepartner eller en person, der er ansvarlig for kølesystemet, samt telefonnummer til brandvæsen, politi, hospitaler og forbrændingscentre.
  2. Angivelse af kølemiddel med angivelse af kemisk navn og dets nummer som angivet i standarderne.
  3. Instruktion for lukning af systemet i en nødsituation
  4. De maksimale tryk
  5. Detaljer om kølemidlets brændbarhed.

3.5 CO2-anlægget

Stilstandstrykket (mætningstrykket) ved f.eks. 25°C vil være ca. 64 bar, hvilket er et meget højt tryk, at dimensionere anlægget efter. Der er flere forskellige måder at dimensionere anlægget på, således at et lavere designtryk kan opnås. I dette tilfælde er valgt et system, hvor kølemidlet blot blæses af til omgivelserne, hvis trykkene overstiger de tilladte grænser. Det forventes, at anlægget er i drift hele tiden, således at trykket i CO2-anlægget hele tiden holdes under disse grænser.

 

Drift

Stilstand

Lavtryksside

19 bar

25 bar

Højtryksside

32 bar

40 bar


Maksimalt tryk på sugeside er 19 bar under drift. En starttryksregulator (KVD) placeret på kompressorens sugeside holder trykket under 19 bar ved opstart. Sikkerhedsventiler sikrer endvidere kompressoren mod for høje tryk (19/32 bar).

Maksimalt tryk på højtrykssiden er 32 bar. En højtrykspressostat sikrer kompressor mod for højt afgangstryk. Sikkerhedventiler sikrer endvidere kompressoren mod for høje tryk (19/32 bar).
Valg af komponenter til CO2-anlæg
- Semihermetiske kompressorer fra Bitzer (frekvensomformer fra Danfoss)
- Ekspansionsventiler fra Danfoss AKV
- Standard receiver/tørrefilter/skueglas
- Sikkerhedsudstyr (sikkerhedsventiler, pressostater, tryktransmittere, gassensor osv.).
Valg af materialer
- CO2-anlægget er udført i loddede kobberrør
- Fordampere er udført som traditionelle kobber/aluminium vekslere (rør/lamel) dog med 3/8" rør.
   

Antal

Beskrivelse

Leverandør

1

Kompressorer til CO2

Bitzer, X2KC-3.2, BSE 55

 

-

 


Øvrige komponenter fremgår af bilag 6.

For CO2-anlægget er der relativt større tryktab, men omsat til grader er tryk-tabene små. For hhv. væske-, suge- og trykledning er tryktabene ca. 0,11 bar (0,15K), 0,35 bar (0,8K) og 0,01 bar. Som det ses, er tryktabet selv ved anvendelse af små rørdimensioner lille. Imidlertid er det også varmeindtrængningen fra omgivelserne, der giver de største problemer i forbindelse med CO2-anlægget.

Receiveren og væskeledningerne arbejder ved ca. –10°C, hvilket kan give store problemer mht. varmeindtrængning og manglende underkøling. På sådanne anlæg med lange rørstrækninger (f.eks. 20 m) skal tryktabet holdes under 0,1K, og med omkring 30 mm isolering kan opvarmningen af CO2-væsken holdes nede på ca. 0,7K. Dette kan være tilstrækkeligt til at undgå flashgas før ventilerne. Alternativt kan der monteres en veksler i hvert møbel.

3.6 Brineanlæg

Brinekredsen reguleres af en pumpe, som p.t. kører med konstant flow. Den totale udbredelse af hovedkredsen er 30 m. Tryktabet i hhv. fremløb og retur ligger omkring 0,7 bar, mens tryktabet i de anvendte varmevekslere med brine ligger mellem 0,2 og 0,4 bar. Tryktabet i delstrengene (rør, ventiler og veksler) ligger mellem 0,3 og 0,5 bar.

Der er i brinekredsen monteret strengreguleringventiler – ASV-PV og ASV-I fra Danfoss. Ventilerne skal sikre ensartet trykfald over de enkelte delkredse.

Problemet med "skæv" belastning på delstrenge bliver mere udtalt på større brineanlæg. Forbindelsen mellem brineveksler i maskinrum og vekslere i møbler er udført med slanger, der er trukket gennem rør i gulvet. De kolde slanger, som ligger inde i møblerne, har i den varme sommermåned givet kondens-problemer på undersiden af møblet, hvilket resulterede i vand på gulvet. Problemet kan afhjælpes med forøget ventilation under møblerne.

Figur 6:
Brinekreds med ASV-PV og I strengreguleringsventiler på hver enkelt vekslerkreds .

3.7 Sikkerhed

3.7.1 Sikkerhed – maskinrum

Propananlægget er opstillet i et maskinrum i en tæt og ventileret kasse. Kassens mekaniske ventilation, som altid er i drift, sikrer et konstant undertryk i kassen (i forhold til det omsluttende maskinrum) på 10 Pa samt en ventileret volumenstrøm på 230 m3/h.

Kassen vil således kunne betragtes som en zone 2, hvor udstyrets tæthedsgrad skal svare til IP 54. Maskinrummet omkring kassen specificeres som uklassificeret område.

En trykvagt (differenstrykstranducer) registrerer hele tiden, om det angivne undertryk opretholdes. Hvis dette ikke er tilfældet, afbrydes strømmen til alt ikke EEx-sikret udstyr i maskinrummet (alt udstyr ekskl. nødlys, mekanisk ventilation og trykvagt). Gennem ventilationskanalen fra kassen til omgivelserne er trykgas- og væskerør ført og forbundet til kondensatoren, der er opstillet på taget af bygningen.

CO2-anlægget er opstillet i selve maskinrummet, hvorfra væske- og sugerør er forbundet til frostmøblerne. Maskinrummet er opbygget med naturlig ventilation (gitterrest ved siden af døren). Ved udslip af CO2 i maskinrummet vil gassen lægge sig ved gulvet og automatisk blive ventileret bort. Maskinrummet har endvidere monteret CO2-detektor, der registrerer CO2-gas ved 4000 ppm.

Under 5000 ppm (0,1 kg/m3) påvirker CO2 ikke mennesker selv ved lang tids ophold i denne atmosfære. Med en fyldning på 6 kg skal vi således have et volumen på over 60 m3 for at ligge under denne grænse. De eneste rum, hvis volumen er mindre end 60 m3 med fare for CO2-udslip, er maskin- og frostrummet. Det er derfor valgt at installere CO2-detektorer i disse rum med tilhørende alarm.

Tabel 4:
Ventilationskrav

Kølemiddel: R290 og CO2

Fyldningsmængde (masse);

10 kg/6 kg

Rumvolumen (HxBxD)
Maskinrum; ((3x1, 6)+(3x1,7x0,5))x3 = 22,0 m3
Kasse; 1,4x2x1 = 2,8 m3

 

Efter EN 378 og tillæg til IEC 335-2-40
Ventilationskrav; V = 50x(m)2/3 (m3/h)

230 m3/h

Beredskabsstyrelsen
Ventilationskrav; Tømning af rummet for gas inden for 10 min.

2,8 m3/10 min x 60 = 16,8 m3/h

Klassificering af rum

 

Kassen

Zone 2 – IP44

Maskinrummet

Uklassificeret område

Ventilationsudstyr og ventilationskanal

Zone 1 – dvs. ex-sikret


3.7.2 Sikkerhed – drift

Alle kompressorer (propan og CO2) har monteret høj- og lavtrykspressostater. Propankompressorerne har endvidere intern oliepumpe, hvorfor der på disse kompressorer er monteret oliedifferenspressostater. Pressostaterne på propananlægget udgøres af KP 17W med dobbeltbælg. Kontakt sættet i pressostaten er forsynet med egensikker strømkreds, Egensikre strømkredse kan ikke frembringe gnister eller opvarmning af en sådan art, at en given eksplosiv atmosfære kan antændes.

Barrierer og kontaktorer er placeret uden for propankassen(zone 2) i eltavlen i maskinrummet (uklassificeret område).

Under drift af anlægget skal trykket i CO2-anlægget hele tiden holdes under 32 bar af propananlægget. Det er ikke muligt at køre med CO2-kompressoren, uden at propananlægget kører.

3.7.3 Sikkerhed – stilstand (CO2)

Stilstand vil i forbindelse med køleanlæg i butikker praktisk talt aldrig forekomme, kun ved fejl (strømafbrydelse) kan det ske. Under stilstand vil trykket i CO2-anlægget stige langsomt. Ekspansionsventilerne til CO2-fordamperne vil være lukkede, og højtrykssiden vil derfor være afspærret mellem kompressorens trykventil og ekspansionsventilen. Pga. varmeindtrængningen vil trykket her stige langsomt.

Trykket vil stige fra det normale kondenseringstryk på 26,5 baro (-10°C) til 32 baro (-2°C) (sikkerhedsventilens indstilling) på 3 til 4 timer. Der er på det aktuelle anlæg valgt blot at anvende sikkerhedsventil, således at der efter 3 til 4 timers stilstand af propananlægget vil blive blæst CO2 af til omgivelserne.

Afblæsningen vil foregå roligt, hvor CO2 siver ud af sikkerhedsventilen med ca. 0,4 kg/h. Afblæsning til omgivelserne er den billigste og mest rentable metode til reduktion af trykket for CO2-anlæg i supermarkeder. En anden løsning kunne være at anvende en ekspansionsbeholder, men investeringen til denne er simpelthen for stor.

3.7.4 Sikkerhed – service

Ved service af propananlægget kan montøren afbryde trykvagten, således at kassen kan åbnes, uden at strømmen til maskinrummet afbrydes. Dette gøres ved hovedtavlen i lagerlokalet vha. en nøgleafbryder. Nu kan montøren servicere propananlægget, uden at anlægget stopper. Da der nu ingen sikkerhed er i forbindelse med et eventuelt udslip af gas (propan), skal montøren medbringe en propandetektor, som ved lyd og lys vil advare ham om et eventuelt udslip (koncentrationer over 4000 ppm). Under service holdes døren til maskinrummet åben. Forekommer der udslip fra anlægget under service, og detektoren advarer montøren, skal han straks forlade rummet og afbryde strømmen til maskinrummet.

3.8 Service af anlægget

Ved service af køleanlægget er det vigtigt at være opmærksom på de specielle egenskaber som propan og CO2 har:

Tabel 5:
Huskeregler ved service af hhv. propan- og CO2-anlæg – opsat på propankasse.

Propan

CO2

Brandfarligt kølemiddel. Ild og rygning er forbudt i maskinrummet under alle omstændigheder!!

Gasdetektor skal altid anvendes i maskinrummet, når vakuumet til propankassen brydes!!!

Kølemiddel påfyldes og tømmes udenfor ved filter!!!

Al udslip af propan i maskinrummet skal undgås!!!

Ved udslip af propan i maskinrummet skal al strøm til ikke ex-udstyr afbrydes!!!

Anvend CO2-detektor ved arbejde i rummet.

Kølemiddel påfyldes og tømmes ved receiver i maskinrummet. Ved tømning placeres slange i udsugning.

Pas på - tøris kan dannes af CO2-væske ved hurtig sænkning af tryk (<5,18 bar).

Pas på - CO2 arbejder ved meget høje tryk, og trykket skal holdes under 30 bar vha. propananlægget.

Pas på - meget høje tryk i alle rørledninger, også i sugeledninger.


CO2-anlægget skal stoppes og tømmes, før propananlægget stoppes, hvis større service af propananlægget skal gennemføres! Ved stoppet propananlæg vil trykket overstige tilladelige grænser inden for 2 til 3 timer!

3.8.1 Propan

Påfyldning og tømning af propan sker udendørs på taget ved tørfilteret. Propananlægget suges tomt ved pump-down og tømmes ved fyldeventil. Propan kan tømmes direkte ud i atmosfæren, men koster 250 kr./kg.

Propan påfyldes ved fyldeventil. Afgangssiden til afspærringsventilens tørfilter lukkes. Anlægget er påfyldt ca.10 kg propan. Under drift kan skueglasset anvendes til at påfylde den korrekte mængde.

3.8.2 CO2

CO2-anlægget stoppes og tømmes ved langsom afblæsning til atmosfæren gennem slange til omgivelserne (uden for rummet). CO2 koster 15 kr./kg og kan påfyldes igen. Tømningen skal ske langsomt, således at trykket i anlægget ikke kommer under 5,18 bar, mens der stadig er væske. Ellers dannes der tøris i anlægget.

CO2 kan og må kun påfyldes anlægget, hvis propananlægget kører korrekt (ellers kan trykket ikke holdes nede). CO2 påfyldes ved receiveren i maskinrummet (trykket her er lavere end mætningstrykket for CO2 ved stuetemperatur). Kølemidlet kan påfyldes ved stilstand af kompressor, men for at bestemme den korrekte fyldningsmængde skal kompressoren køre. I dette tilfælde anvendes skueglasset ved receiveren. Ved påfyldning under drift påfyldes kølemidlet langsomt for at undgå for høje tryk efter kompressoren.

Anvend anordning med reduktionsventil og manometre fra f.eks. Hydro Gas.

Før opstart skal man sikre sig, at de enkelte kølemiddelkredse er funktionsdygtige. Først skal brinekredsen startes op. Her er gennemskyldning og afluftning essentiel for anlægget funktion. Endvidere skal pumpen og pumpetryk kontrolleres (maskinrum).

Herefter kan propananlægget startes. Evakuering af anlægget er væsentlig samt kontrol af olieniveau i kompressor. Efter opstarten af propankompressoren kan anlægget efterfyldes. Efter at propananlægget er startet og kører korrekt, kan CO2-anlægget startes. Hvis anlægget har været trykløst, skal det evakueres, og kølemiddel påfyldes.

3.8.3 Propananlægget

Service
- Min. 97,5% ren propan skal anvendes
- Svejse/lodde med baggas og holde anlægget rent (vakuum skal holdes ved 1,5 mbar)
- Under 50 ppm fugt i anlægget (tørrefilter og fugtindikator)
- Ventilation i rummet ved service.


3.8.4 CO2-anlægget

Service
- Min. 99,9% ren CO2
- Lodde med baggas og holde anlægget rent (vakuum skal holdes ved 1,5 mbar)
- Under 50 ppm fugt i anlægget (tørrefilter og fugtindikator)
- Ventilation i rummet ved service

3.9 Styring

Styringen af anlægget er bygget op om separate styringer af hhv. kompressorer og møbler. Der anvendes styringer fra Danfoss til både møbler og kompressorer. Kompressorerne styres efter konstant sugetryk. Propananlægget arbejder ved –14°C, hvilket giver en fremløbstemperatur af brinen på ca. –10°C og en kondenseringstemperatur for CO2-anlægget ligeledes på –10°C.

Møblerne styres gennem Adap-Kool regulatorer uafhængigt af køleanlægget. For møblerne kan blæsere, kantvarme og afrimninger styres. Endvidere styres kondensatorblæsere og pumpe uafhængigt af kompressorerne.

Ekspansionsventilerne til de to propanfordampere (brinekøler og kaskadeveksler) anvender deres egen regulator, hvor der udelukkende styres efter overhedningen.

3.9.1 Propankompressorer

Disse kompressorer styres vha. en Danfoss AKC 25H1
Kompressorerne styres udelukkende efter fordampertrykket (sættes som udgangspunkt til 3 bar abs. ~ -14°C)
Propananlægget må ikke startes, uden at brinepumpen kører
Sikkerhed i form af oliedifferens- og højtrykspressostater er tilkoblet AKC 25H1
Ekspansionsventilerne (propan) lukkes ved kompressorstop.

3.9.2 Propankondensator

ECO Type FCE 071C63
Tre kondensatorblæserene styres af AKC 25H1 via tryktransmitter og neutralzoneregulator, sætpunktet er 25°C.

3.9.3 Ekspansionsventiler til propan

Brineveksleren styres af Danfoss AKC med ETRE-ekspansionsventil.
Kaskade veksleren styres af Siemens Steafa ventil.

3.9.4 Brinepumper

Anlægget er monteret med Grundfos CRE 5-4 brinepumpe. Pumpen er monteret med Grundfos´ egen styring. Pumpen kan få styresignal fra differenstryktransmitter monteret i reolen eller over brineveksler.

3.9.5 CO2-kompressor

Styres vha. AKC 25H5 med frekvensomformer VLT 2800, hvor sætpunkt for sugetryk som udgangspunkt sættes til 14 bar abs. (~ -32°C)
Kompressoren må ikke startes, uden at propananlægget kører
Høj- og lavtrykspressostat tilkoblet (der er ikke oliepumpe på kompressor).

CO2-kompressoren tvangsstarter en propankompressor på halv kapacitet. Kompressorens omdrejningstal bestemmes af AKC 25 H5.

Omdrejningsreguleringen foregår via intern PI-regulator, hvor forstærkning og integrationskonstant er valgt således, at ændringen af omdrejningstal er behersket grænsende til langsom. Langsom ændring af omdrejninger på CO2-kompressor giver langsom forøgelse af kondenseringstryk, hvilket forbedrer indsprøjtningsventilens mulighed for at tilpasse overhedningen på propansiden af kaskadeveksleren.

3.9.6 Kaskadevekslerens regulering

Indsprøjtningsventilen på kaskadeveksleren er i dette tilfælde en Siemens-Staefa ventil - styret af en Siemens PolyCool-regulator. Regulatoren er en "ren" PID-regulator med overhedningssignal som procesvariabel.

Figur 7:
By-pass på kaskade

Under opstart stiger trykket på CO2-siden hurtigt. Overhedningssignalet på propansiden stiger som følge af et stort p-bånd langsommere, og CO2-kompressoren stopper på højtryk.

Det store p-bånd er en nødvendighed, da CO2 -gassen er +45°C ved tilgangen og -10°C ved afgang.

For at kompensere for stort p-bånd, indstilles differencial-leddet højt, således at forholdsvis små ændringer i procesvariablen (overhedning) giver reaktion i ventilen. Desværre reagerer ventilen også hurtigt med lukning ved mindre opkog af væske.

Konklusionen på denne unøjagtige opstartssekvens er, at regulatoren skal styre ventilen med en opsstartsrutine, som fastholder åbningsgraden på ventilen under opstart i forudbestemt tid, efterfølgende frigives PID-regulatoren til styring af ventil. Under normal drift skal regulatoren kun anvende proportionalregulering.

På den aktuelle sag er opstartsrutinen klaret med et by-pass, som vist på figur 7, hvilket ikke bliver den eneste løsning på problemet i fremtiden. Flere leverandører implementerer opstartsrutine i softwaren.

3.9.7 KA-værdi

Figur 8:
Kaskadevekslerens temperaturdifferens og KA-værdi afhængig af ydelse

Som det ses, er temperaturdifferensen meget afhængig af ydelsen. Dette bliver endda forstærket ved, at vekslerens KA-værdi falder med stigende ydelse.

3.10 Daglig drift

Mht. drift af anlæg henvises til Journal nr. 731327/99-0199: Demonstration af naturlige kølemidler i supermarkeder.

3.11 Zoneinddeling og el-installation

Zoneklassificering:

Det er Beredskabsstyrelsen, der suverænt afgør zoneklassificeringen i Danmark. Beredskabsstyrelsen har vurderet, at kassen er tilstrækkeligt ventileret til at holde evt. gasser nede på max. 25% af nedre eksplosionsgrænse, og der er særlig sikret ventilation, som i tilfælde af ventilationssvigt afbryder alt ikke EEx-udstyr. Dermed er kassen klassificeret som zone 2 under normal drift og som zone 1 ved svigt. Området uden for propankassen, men inden for i maskinrummet er uklassificeret. I ventilationskanalen er der zone 1 og ventilatoren skal derfor være i EEx-udførelse (Brandteknisk Vejledning nr. 19).

Ved ventilationssvigt brydes hovedafbryderen til hele køleinstallationen, dvs. møbelstyringer, lys i møbler osv. Alarmer kan dog stadig sendes fra systemet.

Systemet er sikret mod overskridelse af designtrykket på højtrykssiden med en sikkerhedsventil. Området omkring udblæsning fra sikkerhedsventilen er ligeledes zone 2-område, ventilen er placeret på taget. Afblæsningsåbningen fra udluftningsventilen på brinesystemet er også klassificeret som zone 2-område.

3.11.1 Zone 2

Zone 2 er områder, hvor der kun undtagelsesvis og da kun i korte perioder forekommer eksplosiv atmosfære. I den harmoniserede standard 60079-10 defineres korte perioder som maks. 10 timer pr. år.

3.11.2 El-installation

El-installationen følger Elektricitetsrådets stærkstrømsbekendtgørelse kapitel 704 - Eksplosionsfarlige områder. Iflg. bekendtgørelsen skal materiel anvendt i zone 2 være mindst IP 44, overfladetemperaturen må ikke overstige 100°C og stikkontakter skal være med låg. Der er ligeledes generelle regler om beskyttelse mod farlige gnister og krav om egensikkerhed ved benyttelse af materiel i forbindelse med gasgrupperne IIA, IIB og IIC.

Kravene i Stærkstrømbekendtgørelsen til installation i eksplosionsfarlige områder læner sig op af EN 60079-14.

3.11.3 Propan

Propan hører til gasgruppe IIA og temperaturklasse T1 – identisk med NH3.

3.11.4 Egensikkerhed

Ved egensikkerhed forstås: en strømkreds, som både under normal drift og under fejlforhold ikke kan frembringe gnister eller opvarmning af en sådan art, at en given eksplosionsfarlig atmosfære kan antændes.

3.11.5 El-komponenter i Fakta Beder

Propankonstruktionen i Fakta Beder indeholder pressostater til høj- og lavtryksovervågning, tryktransmittere til regulering af kompressorerne og olietryksovervågning. Alle disse komponenter er i direkte kontakt med propan. Komponenterne er monteret i zone 2 område (i propankassen). De fælles bestemmelser for eksplosionsfarlige områder omfatter disse dele. Kravene bliver derfor egensikkerhed for tryktransmitterne og beskyttelse mod farlige gnister mellem kontaktsæt i pressostater. Oliedifferenstrykovervågningens timerfunktion erstattes af PLC.

Pressostaterne er med dobbeltbælg, guldkontakter og IP 54 indkapsling (KP17W). Sikkerhed mod gnistdannelse opnås med EEx-godkendt impuls-isolator (fra PR), hvor spændingen til kontaktsættet ikke overstiger 8 volt.

Oliedifferenstryksovervågningen på kompressorerne foretages med traditionel MP54er, hvor varmelegemet er erstattet af mindre PLC, som er monteret uden for zone 2 i el-skab.

Tryktransmittere til kompressorstyringen er med egensikker strømkreds, som er opnået med en Eex-godkendt zenerbarrier(fra PR).

Klemkassen på kompressoren er i IP54 udførelse og med speciel klemrække. Spoler til magnetventiler er adskilt fra gas med et ankerrør. Spolerne er IP67 og 24 volt AC.

Det kan diskuteres, om det er et krav i Stærkstrømsbekendtgørelsen kapitel 704, at der skal anvendes egensikker strømkreds i forbindelse med tryktransmitterne.

3.12 ATEX-direktivet

Med indførelse af ATEX-direktivet ved Bekendtgørelse 696 og 697 med virkning fra 30.06.03 er det ikke længere muligt at anvende kapitel 704 fra Stærkstrømsbekendtgørelsen som regelgrundlag. Direktivet omfatter elektrisk og mekanisk udstyr, der anvendes i eksplosive atmosfærer. Ved indførelse af direktivet bliver de harmoniserede standarder gældende grundlag for opfyldelse af ATEX-direktivet.

De harmoniserede standarder for el-materiel hedder EN 60079-10 til 17 og EN 50014 til 50021.

Alt elektrisk og mekanisk materiel, der skal anvendes i EEx-område, skal være godkendt og certificeret iht. EN 50014 til 20.

For materiale i zone 2 gælder: Materiel egnet for zone 0 og 1 eller udstyr specielt egnet for zone 2 kan benyttes. F.eks. efter beskyttelsesmåde "n" eller udstyr, der er kapslet med IP54, og som ikke producerer gnister. Udstyr, som evt. producerer gnister, skal opfylde kravene beskrevet i IEC 79-11.

Ved indførelse af ATEX direktivet sikres ensartet sikkerheds- og sundhedsforhold gennem fælles europæiske regler og retningslinier.

3.12.1 ATEX og Fakta Beder

Kravene til el-installationen bliver ikke skærpet ved indførelse af ATEX-direktivet. Reglerne er muligvis mere entydige og klare.

Producenter af komponenter til EEx-installationer skal dokumentere overensstemmelse med direktivet og de harmoniserede standarder. Produktet skal CE-mærkes iht. ATEX.

Efter den 30/6-2003 skal tryktransmittere være i Eex udførelse med CE-mærke og påstemplet: "EEx", som viser overensstemmelse med standarderne, "ia eller ib", der viser beskyttelseskategori IIA, som er gasgruppen for bl.a. propan og T1 for temperaturklasse. Stemplingen vil i praksis være "bedre" end disse. Komponenterne er generelt klassificeret til højere gasgrupper og temperaturklasser end de her nævnte.

Pressostaterne skal ligeledes CE-mærkes og beskyttet med zenerbarrierer. Stærkstrømsbekendtgørelsens kapitel 704 lægger sig ofte op af de samme standarder, som er harmoniseret og gældende fra den 30/6-2003. Af samme grund bliver det ikke den store forskel for installatøren.

3.12.2 Kommentar

Ved indførelse af ATEX-direktivet bliver også el-delen omfattet af den "nye" metode til godkendelse af installationer, altså at producenten skal dokumentere overensstemmelse med direktivet og CE-mærke enheden identisk med Trykudstyrsdirektivet. Den leverede enhed (køleanlægget) skal CE-mærkes også mht. ATEX.