Охлаждение термопластавтоматов: пресс-формам — чиллер, гидравлике — драйкулер или градирня

Термопластавтомат охлаждают двумя контурами. Пресс-формам нужна холодная вода, обычно 8–20 °C в зависимости от полимера и изделия, — её даёт чиллер. Маслоохладителю гидравлики хватает оборотной воды 25–30 °C, и её дешевле получать с драйкулера или градирни. Если гидравлику убрать с чиллера, а зимой охлаждать пресс-формы наружным воздухом, расход энергии на охлаждение падает в разы: британский завод литья пластмасс Fisher Plastics после такой перестройки экономит 357 667 кВт·ч в год — на 90 % меньше прежнего.

Какая вода нужна термопластавтомату?

Пресс-формам — холодная, 8–20 °C, гидравлике — оборотная, 25–30 °C.

1. Пресс-форма. От того, как быстро и равномерно остывает отливка, зависят цикл и брак. Воду подают по каналам формы, часто через термостат пресс-формы. Поставщик чиллеров EVROPROM приводит диапазон 8–20 °C, для тонкостенных и технических пластиков — до 5 °C. В исследовательском центре в Гамбурге три термопластавтомата разных производителей, в том числе Arburg и Battenfeld, охлаждает один чиллер на 12 кВт с водой на подаче 20 °C.
2. Гидравлика. Насосы и цилиндры греют масло, его охлаждает встроенный маслоохладитель. Холодная вода ему не нужна: в типовой схеме литейного цеха его охлаждают водой с градирни. На британском заводе в этот же контур включили охлаждение зоны загрузки материального цилиндра.

Почему гидравлику не стоит охлаждать чиллером?

Потому что за холод, который маслу не нужен, платят работой компрессора. Американский журнал Plastics Technology описывает типовую схему литейного цеха так: вода с чиллера идёт только на пресс-формы, гидравлику охлаждает вода с градирни. Автор статьи, основатель консалтинговой компании Tangram Technology Робин Кент, пишет, что многие заводы держат воду холоднее, чем нужно процессу: уставки просто никто не проверял.

На британском заводе в Хаддерсфилде чиллеры охлаждали и формы, и масло. Подрядчик Summit Process Cooling демонтировал старый чиллер, поставил на гидравлику и зону загрузки адиабатический охладитель, а второй, исправный чиллер оставил только на пресс-формы. Раздельные контуры добавили надёжности: раньше отказ единственного большого чиллера останавливал производство.

У производителя пластмассового кабельного крепежа в кейсе ICS Cool Energy гидравлические приводы перевели на свободный охладитель, и при низкой наружной температуре компрессоры отключаются полностью.

Драйкулер или градирня для литейного цеха?

Для гидравлики обычно хватает драйкулера; градирню берут, когда нужна вода холоднее, а на площадке есть вода на подпитку. Драйкулер охлаждает жидкость до температуры воздуха плюс 3–5 °C и выше, воду не расходует, контур остаётся чистым. Гидравлику он закрывает почти весь год, но в жаркие часы сухому аппарату может не хватить запаса. Тогда берут адиабатический драйкулер, который в жару увлажняет воздух, или подбирают аппарат на более высокую расчётную температуру.

Открытая градирня охлаждает испарением и даёт воду холоднее, но ей нужны подпитка, продувка и водоподготовка. На заводе пластмасс в Костроме 14 термопластавтоматов охлаждает открытая градирня NCT VR0: заказчик собирался ставить закрытые градирни другого производителя, а наши инженеры посчитали нагрузку и предложили схему проще. Подробнее — в статье «Охлаждение химического производства и полимеров».

Зимой открытой градирне грозят обмерзание и сосульки, нужен подогрев. Университет штата Юта в Логане, где мороз часто опускается ниже −23 °C, поставил V-образный драйкулер EVAPCO: зимой он вместе с теплообменником снимает всю нагрузку, и чиллер выключают. За первую, довольно мягкую зиму энергии ушло на 21 % меньше, чем обычно тратила зимой открытая система, а воды драйкулер не израсходовал вовсе. Как сравнить варианты, разбираем в статье «Замкнутая система охлаждения воды».

Как работает фрикулинг для пресс-форм?

Когда наружный воздух холоднее воды, вернувшейся из пресс-форм, драйкулер через пластинчатый теплообменник охлаждает эту воду сам, а чиллер догружает остаток или стоит. Так бывает зимой и в межсезонье.

На британском заводе схема собрана так:

1. Наружный контур адиабатического охладителя заполнен гликолем и не замерзает.
2. Контур пресс-форм остался на чистой воде без гликоля: протечка в форму не испортит изделие.
3. Между контурами стоят пластинчатый теплообменник и трёхходовой клапан. При низкой наружной температуре клапан пускает обратную воду из форм через теплообменник, и к чиллеру она приходит уже охлаждённой.
4. Контроллер следит за температурой обратной воды и улицы и сам выбирает режим.

В холодную погоду там снимают 200 кВт нагрузки, затрачивая 6,5 кВт электроэнергии.

Тот же принцип мы применили на бумажном заводе в Центральном федеральном округе, только для частотных преобразователей: летом драйкулер отводит тепло конденсатора чиллера NCT NWSA53, зимой сам охлаждает воду, режим переключается по датчику наружной температуры. Разбор — в кейсе с драйкулером и чиллером, общий расчёт — в статье «Фрикулинг на производстве».

Чем теплее вода в контуре пресс-форм, тем больше часов в году работает фрикулинг. Поэтому сначала проверяют, нельзя ли поднять уставку.

Сколько экономят такие схемы на действующих заводах?

От 40 до 90 % энергии на охлаждение в опубликованных примерах. Это не наши объекты: цифры взяты из источников, их называют сами заводы и подрядчики.

Можно ли поднять температуру воды без брака?

Часто можно, и это дешёвый шаг: оборудование менять не нужно. На нидерландском заводе с 32 термопластавтоматами операторы по системе контроля проверили, насколько тёплой может быть вода без потери качества изделий, — оказалось, на 7 К теплее прежнего. Это дало экономию сверх той, что принесли центральный чиллер и фрикулинг.

Как проверить:

1. Берут каждую форму отдельно.
2. Поднимают температуру воды ступенями.
3. Замеряют поверхность формы со стороны выталкивателей и со стороны неподвижной части.
4. Следят за качеством отливки.

Форма с плохой циркуляцией первой даст горячие точки. Её надо чинить, а не переохлаждать ради неё весь цех.

Как мы подбираем систему для литейного цеха?

1. Собираем список машин, мощность гидравлики и требования пресс-форм к температуре воды, проверяем, есть ли на площадке вода на подпитку.
2. Делим нагрузку на холодный контур (формы) и оборотный (гидравлика), считаем, сколько часов в году можно работать на фрикулинге.
3. Подбираем чиллер на холодный контур и драйкулер или градирню на оборотный. Если цех уже работает, встраиваем действующие чиллеры в новую схему.
4. Проектируем гидравлику, буферный бак, насосные группы и автоматику переключения режимов, изготавливаем оборудование на своём заводе в Сертолово (Ленинградская область), монтируем и запускаем.

Драйкулеры NCT выпускаем от 300 кВт в трёх исполнениях: горизонтальном, V-образном и вертикальном. Сравнение драйкулера и градирни с точки зрения владельца завода — в статье Максима Краснова «Градирня или драйкулер».

Частые вопросы

Источники

• PlastikMedia: Summit Systems Case Study — Fisher Plastics: https://www.plastikmedia.co.uk/summit-systems-case-study-fisher-plastics/
• Resource Data Management: Cooling Control for Plastic Moulding Plant: https://www.resourcedm.com/about/case-studies/cooling-control-for-plastic-moulding-plant/
• ICS Cool Energy: Injecting new efficiency into plastics production: https://www.icscoolenergy.com/case-studies/uncategorized/injecting-new-efficiency-plastics-production/
• Plastics Technology, Robin Kent: Energy Miser — Raise Temperatures to Cut Demand: https://www.ptonline.com/articles/energy-miser-for-energy-efficient-water-cooling-raise-temperatures-to-cut-demand
• Pfannenberg: Polymer Engineering, Germany: https://www.pfannenberg.com/es/conocimientos/refrigeracion-liquida/casos-practicos-refrigeracion-liquida/polymer-engineering-germany/
• EVROPROM: Use of Chillers with Free Cooling in Extrusion-Type Production and Injection Molding Machines: https://evroprom.com/news/use-of-chillers-with-free-cooling-in-extrusion-type-production-and-injection-molding-machines/
• EVAPCO: Assessment Leads to Investment in Free Cooling at Utah State University: https://www.evapco.com/news/assessment-leads-investment-free-cooling-utah-state-university
• PlasticsToday: Mold cooling and watering: https://www.plasticstoday.com/injection-molding/a-key-variable-in-injection-molding-process-control-mold-cooling-and-watering

Посчитаем охлаждение вашего литейного цеха бесплатно: оставьте заявку или позвоните 8 (800) 333-49-96.