Tiefkühllagerung von Thunfisch
Einsatz einer NH3-/CO2-Kaskadenanlage
In einem neuen, energieeffizienten Kühllager in General Santos auf den Philippinen wird Thunfisch mit einer modernen CO2-/NH3-Kaskadenanlage tiefgekühlt und gelagert. In den Logistikräumen kommen CO2-Direktverdampfer zum Einsatz und Verdunstungsverflüssiger führen die nicht verwertbare Wärme aus dem NH3-Kältekreis ab.
Echter Bonito, Gelbflossenthun, Großaugenthun – in den neuen Kühlräumen werden große Salzwasserfische gelagert. Die Produkte werden entweder als Ganzfisch in Fischbehältern oder als vakuumverpackte Thunfischfilets „konservierfertig“ angeliefert und können mit automatisierten Anlagen zur Haltbarmachung in den Exportmärkten direkt in Dosen konserviert werden.
Das vom Anlagenbauer Omnico Engineering mit Kältetechnik ausgestattete Lager hat derzeit sechs kleine und drei große, jeweils 8 m hohe Kühlzellen. Die Gesamtlogistikfläche beträgt 84 x 66 m, die auf 6 x 324 m² (je 500 t Kapazität) und 3 x 648 m² (je 1.000 t Kapazität) große Tiefkühlräume aufgeteilt sind. Sämtliche TK-Lager werden auf die konstante Temperatur von -25 °C gekühlt. Die separaten Räume zur Größensortierung und zum Transport des Fischs innerhalb des Lagers werden auf einer Temperatur von +10 °C gehalten. Im ungünstigsten Fall wird die Ware bei -10 °C angeliefert.
Zentralisierte HochleistungsKälteanlage
„Es gab vier Hauptanforderungen, die umgesetzt werden mussten”, erklärt Bjarne Waldstrom, Geschäftsleiter von Omnico Engineering:
Lagerkapazität von 250 t Thunfisch und Thunfischfilets pro Tag in jedem der neun Kühlräume. Die Temperatur der Produkte kann bei der Einlagerung bis zu -10 °C betragen. Der Fisch muss innerhalb von 24 Stunden auf eine Kerntemperatur von -18 °C gekühlt werden.
Energieeffizienz
Keine Installation von Ammoniak-Verdampfern oder Rohrleitungen in und über den Kühlräumen, Vorräumen und Verarbeitungsräumen, da die Produkte kontaminiert werden können, falls Ammoniak austritt. Die Ammoniak-Füllmenge soll gering sein und nur im Technikraum und den Bereichen für die Verflüssiger zum Einsatz kommen.
Die Kälte soll über eine zentralisierte Hochleistungs-Kälteanlage erzeugt werden, die mit vollautomatisierter Leittechnik mit SCADA-Schnittstelle (Supervisory Control and Data Acquisition) zur Systemüberwachung und Steuerung in Echtzeit, Messwerterfassung und Stromverbrauchserfassung ausgestattet ist.
„Durch die Installation einer auf einem Rahmen vormontierten CO2-/NH3-Kaskadenkälteanlage konnten wir all das umsetzen und es hat große Freude bereitet, mit allen am Projekt Beteiligten zusammenzuarbeiten”, sagt Bjarne Waldstrom.
Omnico Engineering hat seit 2013 alleine auf den Philippinen Systeme für drei andere Anlagen installiert und arbeitet derzeit an der Aufstellung eines weiteren Systems. Alle Systeme werden mit Druckbehältern mit ASME-Zulassung (American Society of Mechanical Engineers) und Elektroschaltanlagen sowie Keypads mit UL-Listing-Prüfzeichen (Underwriters Laboratories) geliefert. Herr Waldstrom fährt fort: „Wir hören immer wieder, dass hochwertige Technik in abgelegenen Gegenden und Entwicklungsländern nicht benötigt wird. Ich bin da gänzlich anderer Meinung – und zwar deshalb, weil Betreiber und Techniker gerade in diesen Gegenden weniger qualifiziert sind. Somit braucht es dort zuverlässige Systeme und hochwertige Technik. Trotzdem gehört es zu unseren wichtigsten Aufgaben, die Betreiber und das technische Personal unserer Kunden umfassend und praxisorientiert zu schulen. Während der Inbetriebnahme der Anlage in General Santos haben wir vier Techniker drei Wochen lang praxisnah geschult und eine ganztägige Präsenzschulung für über 20 Mitarbeiter des Kunden durchgeführt. Wir gehen erst wieder, wenn das Personal des Kunden die Anlage alleine bedienen und die regelmäßigen Wartungsarbeiten selbstständig durchführen kann.”
Vergleichbare TK-Ausstattung bei unterschiedlicher Nutzung
CO2-/NH3-Kaskadenkälteanlagen eignen sich bestens für eine Vielzahl an Anwendungen im Tief- und Normalkältebereich, bei denen eine hohe Energieeffizienz verlangt wird und Ammoniak in der Nähe der Produkte und Produktionsmitarbeiter unerwünscht ist. Zu den Anwendungen, bei denen der Einsatz von CO2-/NH3-Kaskadenkälteanlagen bereits weit verbreitet ist, zählt das Gefrieren von Nahrungsmitteln mit IQF-, Schock- und Kontaktfrostern. Dies ist heute die bevorzugte Methode bei der Gefriertrocknung, die Temperaturen um die -50 °C erfordert; sie kommt zunehmend bei Kühlhäusern und Verteilzentren zum Tragen. „In letzter Zeit erhalten wir eine ganze Reihe an Anfragen für CO2-/NH3-Kaskadenkälteanlagen. Außerdem kontaktieren uns oft Endkunden und Lieferanten, die mehr über die Technologie sowie deren Vor- und Nachteile erfahren möchten”, sagt Herr Waldstrom.
Neben den vier Transportgängen gibt es einen Raum, in dem der Fisch sortiert wird. Die Zuluft sowohl dieses Raums als auch der Verladezone hat einen vergleichsweise hohen Wärmeeintrag, da dies arbeitsintensive Bereiche sind und nicht vollständig verhindert werden kann, dass die warme Außenluft über die Ein- und Ausgänge ins Rauminnere gelangt. Daher ist die Kühlleistung der Luftkühler hier im Vergleich zu den anderen Vorräumen um den Faktor 2,5 erhöht. Die Fischsortier-Räume und Vorräume werden durch das CO2, das in der Leitung zwischen den Güntner-Luftkühlern und dem CO2-Flüssigkeitssammler im Technikraum zirkuliert, auf einer Temperatur von +10 °C gehalten. Im Vergleich zu Solen (z. B. Propylenglykol), bei denen kein Phasenwechsel stattfindet, verbessert CO2 die Energieeffizienz.
Die Einrichtung wird von der aktuellen Lagerkapazität von 6.000 t auf künftig 10.000 t erweitert. Die Kälteanlage und die Rohrleitungen sind dafür gerüstet – die Erweiterung kann ohne Außerbetriebnahme der Anlage erfolgen.
Zweistufige CO2-/NH3-Kaskade
Zwei NH3-Kompressoren (T0=-4,8 °C/Tc=+36 °C) stellen die Kälte bereit, die für das Kondensieren von CO2 auf der Niedrigtemperatur-Seite erforderlich ist, sowie die Abkühlleistung, die für die Vorräume und Fischverarbeitungsräume benötigt wird. Ein NH3-Kompressor wird als „fixer“ Kompressor betrieben, der die Grundlast bei einer konstanten Geschwindigkeit von 1.170 U/ min bereitstellt. Ein weiterer Kompressor ist frequenzgesteuert (750 – 1.500 U/ min) und passt sich den Lastschwankungen an. Bei beiden Kompressoren beträgt der COP bei Vollast 4,39. Im Teillastbetrieb des frequenzgesteuerten Kompressors ist die Leistungszahl jedoch höher, besonders im Leistungsbereich von 20 bis 60 %, in dem der Kompressor überwiegend betrieben wird. Die gleiche Kompressor-Auslegung wird für den CO2-Kreislauf des Systems verwendet, bei dem die Kälte für die TK-Räume von zwei Kompressoren (T0=-32,0 °C/Tc=-1,0 °C) bereitgestellt wird.
Ein Hochdruck-Wärmeübertrager verbindet den NH3- und den CO2-Kreislauf. Dieser Wärmetauscher erfüllt zwei Funktionen: Durch die fortlaufende Wärmeübertragung dient er für den CO2-Kreis als Verflüssiger und für den NH3-Kreis als überfluteter Verdampfer.
Zwei „S-ECOSS 850“-Verflüssiger von Güntner (www.guentner.de) führen die nicht verwertbare Wärme der NH3-Kompressoren an die Umgebungsluft ab. Darüber hinaus sind die Kompressoren mit einer Zylinderkopfkühlung ausgestattet. Zusätzlich verfügt jeder Verflüssiger über zwei eingebaute „Split Coils” für den geschlossenen Wasserkühlkreislauf für die oben und seitlich angebrachten kleinen Kühlkammern in den NH3-Kompressoren.
Die Verdunstungsverflüssiger sind komplett aus Edelstahl gefertigt und erreichen eine Verflüssigungsleistung von insgesamt 1.214 kW bei einer Verflüssigungstemperatur von 36 °C und einer Feuchtkugeltemperatur von 28 °C, die auch der Feuchtkugel-Temperaturspitze am Aufstellort entspricht.
CO2-Direktverdampfer
Zwei Güntner-Luftkühler „CUBIC Vario“ (Typ S-CPGHN 065.2I/210-BHL/18P.E) mit jeweils 44 kW stellen die für die drei großen TK-Lagerräume benötigte Kälte bereit, und jeweils ein Luftkühler „CUBIC Vario“ (Typ S-CPGHN 065.2I/310-BHL/18P.E) aus Edelstahl mit einer Leistung von 66 kW ist in den sechs TK-Zellen installiert. Die Verdampfungstemperatur des CO2-Kältemittels beträgt -31 °C. Die Ventilatoren sind aus Aluminium gefertigt. Zur Abtauung der zwölf Kühlräume wird Warmsole verwendet.
Zusätzlich zum Warmsole-Abtaukreis (+30 °C) sind die Luftkühler mit einer Ventilatorringheizung, einer thermisch entkoppelten Wanne sowie einer isolierten Stauhaube ausgestattet, damit die Abtauwärme gespeichert wird. Dies wiederum optimiert die Abtaueffizienz und minimiert die Wärmeübertragung zur Kühlraumfläche während des Abtauvorgangs.
Die Güntner-Luftkühler mit vier verschiedenen Leistungsstufen (21,7 kW, 31,7 kW, 43,2 kW und 52,8 kW) hängen unter den Decken der Vorräume. Die Verdampfungstemperatur des zurückgeführten CO2-Kältemittels beträgt 0 °C.
Die zwölf Luftkühler, die in den -25 °C kalten Kühlräumen mit einer Verdampfungstemperatur von -31 °C installiert sind, werden von der Kälteanlage im Pumpenbetrieb mit CO2 versorgt. Der Flüssigkeitsbehälter befindet sich im Technikraum.
Warmsolekreis zur Abtauung
Die CO2-Direktverdampfer werden mit einer warmen Glykol-Lösung (50 % Propylenglykol) abgetaut. Bei diesem Abtauvorgang wird die Warmsole zur Verrohrung im Block gepumpt – und parallel zum separaten Kreislauf in der Abtauwanne. Jeder Kreislauf wird über ein Motorventil mit Federrückstellung geregelt. Zunächst wird das Ventil zwischen Glykolkreislauf und Wanne während der Abtauintervalle angesteuert. Zwei Geräte im Lager können gleichzeitig abgetaut werden. Das Heißgas der NH3-Kompressoren dient als Wärmequelle für die Warmsole; die Wärme der Kompressoren wird dabei durch Plattenwärmeübertrager auf die Sole übertragen. Die 21,2 °C warme Kühlsole erhitzt sich während dieses Prozesses auf 30 °C, während sich das Heißgas des NH3-Kältekreislaufs im Plattenwärmeübertrager verflüssigt und über ein Hochdruck-Schwimmerventil zum NH3-Abscheider für die CO2-Verflüssiger geleitet wird.
Anlagensteuerung
Die Anlage kann automatisch sowie manuell betrieben werden. Die vier mikroprozessorgesteuerten Schaltschränke des Kompressors sowie die Anlagentechnologie wie Druck- und Temperaturtransmitter, Flüssigkeitsstand-Transmitter und die Niedrig- und Hochdruck-Sicherheitsventile sind mit dem Master-Schaltschrank verbunden. Die Temperatur-Sollwerte können für jeden Raum individuell angepasst werden, und die Abtauung kann manuell erfolgen oder nach einem definierten Zeitplan. Eine Funktion zur Überwachung und Erfassung des Energieverbrauchs ist ebenfalls serienmäßig. Omnico hat darüber hinaus noch eine Computer-Schnittstelle mit passwortgeschütztem Internetzugang zur Fernüberwachung und Steuerung geliefert. Damit kann sich der Kunde von überall aus über das Internet in das System einloggen und so den Anlagenbetrieb in Echtzeit prüfen oder aufgezeichnete Daten einsehen. Darüber hinaus kann sich Omnico Engineering einloggen, um Fehler zu beheben und den Betriebern vor Ort bei Bedarf Hilfestellung zu geben.
