Optimalisering av en 45 bars ammoniakk varmepumpe

Abstract

I løpet av 2005-2006 ble det installert en ny kombinert varmepumpe/kjølemaskin i Kongsberg Teknologipark. Den kombinerte varmepumpen/kjølemaskinen er et totrinns ammoniakkanlegg som har som formål å levere prosesskjøling til Volvo Aero Norge (VAN) og FMC Technologies (FMC), som har produksjons- og testlokaler inne i teknologiparken. I tillegg leverer varmepumpen varme til Kongsberg Teknologiparks interne fjernvarmeanlegg. Dimensjonerende kjøleytelse og varmeeffekt er henholdsvis 1600 kW og 2200 kW. Anlegget er bygget med et akkumuleringsbasseng for å akkumulere kaldt vann med hensikt å utjevne de tidvis store effektuttakene hos VAN. Temperatursjiktning i akkumuleringsbassenget er ønskelig, slik at varmt vann til fordamperen kan hentes fra toppen av bassenget, og kaldt vann til prosesskjølingen kan hentes fra bunnen av bassenget. Det har imidlertid vist seg at sjiktningen i bassenget er dårlig.Formålet med masteroppgaven har blant annet vært å kartlegge energi- og væskestrømmer inn og ut av akkumuleringstanken, for å undersøke om sjiktningsproblemet skyldes stor væskeomrøring på grunn av store væskemengder inn og ut av bassenget. Det har også blitt utarbeidet et måleopplegg og en målerigg for temperaturmålinger i bassenget, og målinger har blitt gjennomført. I tillegg har det blitt gjennomført en analyse av både prosess og konsekvenser av effektvariasjoner i anlegget, og en analyse av og beregninger på foreslåtte tiltak for optimalisering av akkumuleringsbassenget med tanke på energigjenvinning. Hovedfokus er satt på den kalde siden av anlegget og akkumuleringsbassenget.Både Kongsbergs og egne målinger verifiserer sjiktningsproblemet ved at det er observert liten temperaturdifferanse mellom topp og bunn i akkumuleringsbassenget. En sammenligning av temperaturmålinger og målinger av væskestrømmen i bassenget har vist at sjiktning ikke oppnås, selv ved den minste målte væskestrøm på 169 m3/h. Om sjiktning skal forekomme må følgelig væskestrømmen senkes under dette nivået.Analysen av prosessen over måleperioden viser at det fra et prosesskjølings-perspektiv bør tilstrebes å holde kjølekapasiteten høyere enn effektuttaket til prosesskjølingen til enhver tid, og dermed opprettholde en jevn turtemperatur til prosesskjølingen. Dette for å unngå unødvendig store væskestrømmer som blir resultatet av en høy turtemperatur. Fra et energioptimerings-perspektiv ønskes på sin side så varmt vann som mulig inn på fordamperen, og så lav temperatur som mulig i fjernvarmekretsen, ettersom dette gir den beste energifaktoren, grunnet lavt trykkforhold.Det bør derfor gjøres modifikasjoner på akkumuleringsbassenget for å optimalisere temperaturene til fordamperen og prosesskjølingen, enten ved å fysisk skille kaldt og varmt vann, eller gjennom å muliggjøre sjiktning ved omkobling av rør i akkumuleringsbassenget slik at de store væskestrømmene i bassenget vil reduseres. En løsning der energifaktoren forbedres med 10,5 % er foreslått.