1000噸果品冷藏庫制冷系統(tǒng)及制冷設(shè)備的選擇方案

1000噸果品冷藏庫制冷系統(tǒng)及制冷設(shè)備的選擇方案1.1冷庫制冷系統(tǒng)的選擇1.1.1制冷劑工質(zhì)選擇表1.1常用制冷劑的比較制冷劑名稱優(yōu)點缺點適用場合氨蒸發(fā)壓力與冷凝壓力適中，單位制冷量較大;具有較強的溶水性；微溶于融化油，價格低廉，對臭氧層沒有破壞作用等易揮發(fā)，有毒，具有強烈的刺激性臭味，易燃，易爆主要用于大中型的冷庫，小型冷庫應用較少氟利昂無味，不易燃燒，毒性小滲透性很強，易于泄露，傳熱性能差，密度大，粘度大，流動性能差，價格貴；對環(huán)境有破壞作用主要用于有嚴格衛(wèi)生安全要求的場合本設(shè)計為中型冷藏庫，采用氨為制冷劑。1.1.2冷藏庫制冷系統(tǒng)形式的選擇冷藏庫內(nèi)的蒸發(fā)系統(tǒng)形式根據(jù)連接方式不同可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混合式，考慮應該滿足供液均衡性和制冷劑流量可調(diào)節(jié)的要求，系統(tǒng)選擇并聯(lián)空氣冷卻器蒸發(fā)系統(tǒng)，這樣在系統(tǒng)中不致出現(xiàn)制冷劑液體和潤滑油從某一蒸發(fā)回路竄到另一蒸發(fā)回路中去。供液方式有上進下出式和下進上出式，兩種方式各有利弊。表1.2蒸發(fā)系統(tǒng)供液方式的比較供液方式優(yōu)點缺點上進下出冷卻設(shè)備所需的制冷劑量少，沒有液柱靜壓的影響，避免了潤滑油的沉積，沖霜效果好。冷卻設(shè)備均勻供液較為困難，傳熱表面制冷劑液體潤濕性差，需要的低壓循環(huán)貯液器的容量較大。下進上出制冷劑在冷卻設(shè)備內(nèi)分配比較均勻，有助于充分發(fā)揮冷卻設(shè)備的傳熱效果。冷卻設(shè)備制冷劑重量較大，液柱靜壓的會影響到蒸發(fā)溫度，進入冷卻設(shè)備的油污不易排凈。根據(jù)上述分析比較，結(jié)合國內(nèi)常用的供液形式，本設(shè)計采用下進上出的供液方式。1.1.3方案選擇現(xiàn)確定了以下三個方案以供分析、比較和選擇：方案一：螺桿式壓縮機的氨泵供液系統(tǒng)。方案二：活塞式壓縮機氨泵供液系統(tǒng)。方案三：活塞式壓縮機重力供液系統(tǒng)。制冷壓縮機是蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的心臟,起著壓縮與輸送制冷劑的作用,它的性能對于整個冷庫系統(tǒng)的性能有著重要影。壓縮機根據(jù)原理不同有活塞式制冷壓縮機和螺桿式制冷壓縮機?；钊绞且环N傳統(tǒng)的氣體壓縮方式。利用曲軸連桿機構(gòu)，把原動機軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞在氣缸中往復運動來提高冷媒壓力。活塞式壓縮機使用范圍較小，一般適用于中小規(guī)模的建筑，熱效率高，適用于多種制冷劑的優(yōu)點。而且往復式的氣體壓縮只能通過調(diào)整氣缸的工作個數(shù)進行上、卸載控制，使得在容量控制方面只能做到級別調(diào)節(jié)。螺桿式壓縮機是一種回轉(zhuǎn)式的容積氣體壓縮機，利用螺桿回轉(zhuǎn)壓縮提高冷媒壓力。螺桿式壓縮機通常適用于中大規(guī)模的建筑，而且通過滑閥調(diào)節(jié)能進行無級能量控制。本設(shè)計規(guī)模屬于中型。經(jīng)過上述比較，活塞式壓縮機是一種比較傳統(tǒng)的壓縮方式，雖然比螺桿式壓縮機存在一些缺點，但是，它應用比較普遍，造價也比螺桿式壓縮機的低，所以本設(shè)計選用活塞式制冷壓縮機。表1.3制冷系統(tǒng)供液方式的比較供液方式優(yōu)點缺點重力供液經(jīng)過氣液分離器后，經(jīng)過節(jié)流后的閃發(fā)氣體不會進入冷卻設(shè)備；回氣經(jīng)過氣液分離器后，進入到壓縮機不會引起濕壓縮氨液分離器必需設(shè)置在緊靠庫房的上方，不便于集中管理，而且土建造價高；制冷劑液體在較小的壓差下流動，流速小、其傳熱系數(shù)較小，而且容易集油，影響傳熱；當氨液分離器的液位自動控制裝置故障時，難以隨時根據(jù)系統(tǒng)負荷變化而穩(wěn)定氨液分離器的正常液位，操作上比較復雜，所以仍有引起運行事故的可能性。系統(tǒng)的融霜、排液、放油等也比氨泵供液強制循環(huán)系統(tǒng)要麻煩。氨泵供液依靠氨泵供液，氣液分離器的安裝高度不會很高，可以減少土建造價，而且氨泵強制供液，提高了流速，制冷裝置的效率高，安全性高，管理方便，造價省，易于實現(xiàn)自動化操作，適用于各種類型的冷藏庫。用氨泵供液，消耗電能通過上述比較，本設(shè)計選擇方案二：活塞式壓縮機氨泵供液系統(tǒng)。1.2冷風機融霜形式的確定根據(jù)資料[7]P257霜層的出現(xiàn)降低了冷風機的換熱效率，應該采取措施清除霜層。常用的融霜方法有人工掃霜、熱氣融霜、水融霜、熱氣-水融霜。人工掃霜雖然操作簡單，不影響庫溫，但勞動強度大，而且掃霜不徹底。熱氨融霜就是將壓縮機排出的熱氨氣引進蒸發(fā)器利用熱氨冷凝時放出的熱量將蒸發(fā)器表面的霜層融化。熱氨融霜必須保證有足夠的量及適當?shù)膲毫蜏囟龋以谳^大的制冷系統(tǒng)中，要設(shè)置專用的油分離器（非洗滌式的），融霜熱氨管要設(shè)在常溫穿堂內(nèi)，并應敷設(shè)耐高溫的隔熱層，比如石棉，玻璃纖維，礦棉站或水玻璃膨脹珍珠巖制塊等等材料，而不能用軟木或泡沫塑料等不耐高溫的材料。熱氨融霜一般僅用于冷藏間的光滑排管中。冷風機一般不單獨采用熱氨融霜，因為不僅效率低，而且融霜形成的水的排放也比較麻煩。水融霜一般用于冷風機，它是通過噴水裝置向蒸發(fā)器表面噴水，使霜層被水的熱量融化，然后融水從排水管排走，水融霜效果比熱氨融霜要好，操作程序也比較簡單，但是水融霜只解決蒸發(fā)器外表面霜層對傳熱的不良影響，但沒解決蒸發(fā)器的內(nèi)部集油對傳熱的影響。經(jīng)過以上分析，本設(shè)計的冷風機采用熱氨-水融霜系統(tǒng)。融霜時，先將熱氨氣送至蒸發(fā)器，使冰霜與蒸發(fā)器表面脫開，然后噴水，即可把霜層很快沖掉。停水后，還可利用熱氣烘干蒸發(fā)器表面，避免蒸發(fā)器表面的水膜結(jié)成冰而影響傳熱。1.3制冷系統(tǒng)主機的選擇1.3.1確定制冷劑設(shè)計工況（1）確定冷凝溫度tc根據(jù)資料[7]對P151,對于使用冷卻水塔的循環(huán)水系統(tǒng)，冷卻水進水溫度可按下式計算：(5-1)式中ts1—冷卻水進冷凝器的溫度（℃）；ts—當?shù)叵募臼彝馄骄磕瓴槐ＷC50h的濕球溫度（℃）；Δts—安全值，對自然通風冷卻塔或冷卻水噴水池，Δts=5~7℃；對機械通風冷卻塔，Δts=2~4℃。ts=22.8℃，Δts=2℃；代入上式，得：ts1=26℃。冷卻水出冷凝器的溫度ts2，與冷卻水進冷凝器的溫度與冷凝器的型式有關(guān)。對于臥式殼管式冷凝器：，進出水的溫度差根據(jù)資料[1]P446.3.11-2查得，一般來說，當冷卻水進水溫度低時，取上限值，反之取下限值。故℃。冷凝溫度的高低取決于所采用的冷卻介質(zhì)及其溫度、冷凝器的結(jié)構(gòu)型式和傳熱溫差。以水作為冷卻介質(zhì)時，其傳熱溫差取4～6℃，則冷凝溫度為（5-2）故℃。（2）確定蒸發(fā)溫度te在3.1.1節(jié)中已經(jīng)根據(jù)公式（3-7）計算出制冷劑的蒸發(fā)溫度te。te=-9℃（3）壓縮機的吸氣溫度t1壓縮機的吸氣溫度根據(jù)管道中的傳熱情況，后根據(jù)標準中規(guī)定的過熱度確定。通常對于一般氨壓縮機，Δtr=5~8℃。故℃（4）繪制p-h圖并確定壓縮機的級數(shù)圖5-1制冷系統(tǒng)單機壓縮P-h圖各點的有關(guān)狀態(tài)參數(shù)值：h1=1450kJ/kg,kJ/kg，h2=1480kJ/kg，=1700kJ/kg，kJ/kg，pe=0.34MPa，pc=1.5MPa，v’1=0.42m3/kg單位質(zhì)量制冷量：q0=h1-h4=1450-380=1070kJ/kg；單位容積制冷量：qv=q0/v’1=1070/0.42=2547.6kJ/m3。在制冷循環(huán)中，工質(zhì)壓縮比，即Pc/Pe≤8，可采用單級壓縮式制冷循環(huán)，由于Pc/Pe=1.5/0.34=5＜8，因此，本高溫庫采用單級壓縮即可。1.2.2制冷壓縮機的選擇計算根據(jù)冷間的機械負荷計算值，選擇壓縮機，臺數(shù)不宜過多，一般不設(shè)備用機。冷間機械負荷Φj=128229W=128.2KW，質(zhì)量流量qm=Φj/q0=128.2/1070=0.1185kg/s,根據(jù)資料[7]P59得：理論輸氣量根據(jù)制冷量和理論輸氣量選擇煙臺冰輪活塞式壓縮機2臺，型號：2AV-125，主要性能參數(shù)：標準工況下的單臺制冷量：61KW，兩臺共122KW；氣缸直徑：125mm，主軸轉(zhuǎn)速：960rpm，理論輸氣量：141m3/h；吸氣管徑：Dg65，排氣管徑：Dg65；傳動方式：直聯(lián)，潤滑方式：壓力供油；冷卻水耗量：0.7m3/h；電動機功率：標準工況下30kW控制箱型號：HSA-30；重量：40kg。（1）校核壓縮機在設(shè)計工況下的制冷量根據(jù)資料[7]公式8-4壓縮機在設(shè)計工況下的制冷量按下式計算：（5-3）式中Qog—壓縮機在設(shè)計工況下的制冷量，（KW）；qv，th—壓縮機的理論輸氣量，（m3/h）；（qv，th=141.3m3/h）λ—壓縮機的輸氣系數(shù)，（根據(jù)冷凝溫度和蒸發(fā)溫度在資料[7]P61表3-3查得λ=0.716）；qv—單位容積制冷量，（kJ/m3）；（qv=2547.6kJ/m3）將數(shù)據(jù)代入公式（5-3）得單臺壓縮機在設(shè)計工況嚇的制冷量Qog=70KW，兩臺總共140KW＞128.2KW，滿足制冷量需要。（2）校核電動機功率（5-4）式中：λ—壓縮機的輸氣系數(shù)；λ=0.716；qv.，th—壓縮機的理論輸氣量（m3/h）；qv.，th=141m3/h、—制冷劑進、出壓縮機時的比焓（kJ/kg）；v′1—壓縮機吸入蒸氣的比體積（m3/kg）；（0.42m3/kg）ηi—壓縮機的指示效率；ηm—壓縮機的摩擦效率，取0.9；ηd—壓縮機的傳動效率，直聯(lián)，取1。（5-5）Te—蒸發(fā)溫度（K）；Tc—冷凝溫度（K）；b—系數(shù)，氨壓縮機取b=0.001。求解，ηi=0.85；代入公式，最終解得：p=21.1～22.1kW<30kW。因此，索賠電動機功率滿足要求。1.2.3冷凝器的選擇計算冷凝器的選擇原則：冷凝器的選擇原則取決于當?shù)氐乃疁?、水質(zhì)、水源、氣候條件，以及壓縮機房布置要求等因素。一般在冷卻水水質(zhì)較差、水溫較高、水量比較充裕的地方，宜采用立式冷凝器；水質(zhì)較好且水溫較低的地區(qū)，宜采用臥式殼管式或組合式冷凝器；在缺乏水源或夏季室外空氣濕球溫度較低的地區(qū)，可采用蒸發(fā)式冷凝器。如果冷卻水采用循環(huán)冷卻供水方式，可根據(jù)制冷設(shè)備布置的要求進行合理選擇。立式冷凝器可裝于室外，清洗水垢方便，但耗水量大，比較笨重，搬運不方便，制冷劑泄露時不容易被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)延安地區(qū)的水溫、水質(zhì)水源、氣候條件，以設(shè)計中機房的布置情況，選用臥式殼管式冷凝器，該冷凝器具有傳熱系數(shù)高；冷卻水耗量少；占空間高度?。裳b于室內(nèi)），操作管理方便的優(yōu)點，要求水質(zhì)好、水溫低，清洗水垢時要停止冷凝器的工作。冷凝器熱負荷計算（5-6）式中Qc—冷凝器的熱負荷（kW）；qm—冷凝器的制冷劑流量（kg/s）；h3—制冷劑液體出冷凝器的比焓（kJ/kg）；h2s—壓縮機實際排氣的比焓（kJ/kg）。（5-7）式中Qog—制冷系統(tǒng)在設(shè)計工況下的的總制冷量，140kW；q0—單位質(zhì)量制冷量，1070kJ/kg；則qm=0.131kg/s；根據(jù)壓焓圖h3=380kJ/kg，（5-8）kJ/kg；=1700kJ/kg，ηi=0.85，代入公式得h2s=1740kJ/kg。將所得結(jié)果代入公式（5-6）解得：Qc=178.2kW冷凝器傳熱面積計算（5-9）式中Ac—冷凝器的傳熱面積，（㎡）；K—冷凝器傳熱系數(shù),[W/(m2.℃)]；根據(jù)資料[7]表8-1，K=700W/(m2.℃)；△tm—制冷劑與冷卻介質(zhì)之間的對數(shù)平均溫差，（℃）；（5-10）式中ts2—冷凝器的出水溫度，（℃）；ts1—冷凝器的進水溫度，（℃）；tc—冷凝溫度，（℃）；則℃，代入公式（5-9）求得冷凝面積Ac=42㎡，由于冷凝器使用一段時間后，由于污垢的影響，會降低其傳熱性能，因此，選擇冷凝器時，其計算面積應有10%～15%的裕量，實際面積為42×1.15=48.3㎡根據(jù)資料[11]選擇一臺WN-56型臥式殼管式冷凝器主要參數(shù)：冷卻面積56㎡；筒體直徑D=616mm；總長L=3090mm。1.3制冷系統(tǒng)輔助設(shè)備的選擇1.3.1氨油分離器由資料[1]第6.3.9條，油分離器直徑按下式計算：（5-11）式中λ—壓縮機的輸氣系數(shù)，（0.716）；v—氨壓縮機的理論輸氣量，v=141×2=282m3/h；Wy----油分離器內(nèi)的氣體流速m/s；本設(shè)計選用洗滌式油分離器，它比填料式油分離器的阻力要小，比較適用于氨制冷系統(tǒng)，借氣體經(jīng)過氨液洗滌，降低氣流速度和改變其方向以達到分離出氨氣中夾帶的潤滑油。所以，取Wy=0.6m/s則由此，根據(jù)資料[11]選1臺YFA80型洗滌式油分離器（煙冷）尺寸：D=412mm；H=1860mm安全附件規(guī)格見資料[11]P24，安全附件規(guī)格表。1.3.2高壓貯液器貯液器容積按制冷劑循環(huán)量進行計算，但最大貯存量應不超過每小時制冷劑總循環(huán)量的1/3～1/2。同時，應考慮當環(huán)境溫度變化時，貯液器內(nèi)的液體制冷劑因受熱膨脹造成的危險，故其貯存量一般不超過整個容積的70%～80%。貯液器的容積可按下式計算：（5-12）式中V—貯液器的容積，（m3）；qm—系統(tǒng)內(nèi)制冷劑質(zhì)量流量，（qm=0.131kg/s)；vR—冷凝溫度下液體制冷劑的比體積，查壓焓圖得vR=0.00170m3/㎏；β—貯液器的氨液充滿度，取70％。代入公式，解得，V=0.573m3。選型：選一臺ZA-1型高壓貯液器，（煙冷）。主要參數(shù)：容積1m3，外徑720㎜，長度2938㎜。技術(shù)特性及安全附件規(guī)格見資料[11]P19技術(shù)特性表和安全附件規(guī)格表。1.3.3集油器集油器的作用是收集從油分離器、冷凝器、貯液器、中間冷卻器、蒸發(fā)器、排液桶等設(shè)備中放出的潤滑油，并將潤滑油中挾帶的氨液分離出來。分離后的潤滑油在低壓下排向油處理系統(tǒng)。集油器只用于氨制冷系統(tǒng)。集油器的種類：頂部淋水式集油器；加熱盤管式集油器。根據(jù)資料[7]P157,氨制冷系統(tǒng)中應該單獨設(shè)置集油器，一般不進行計算，而是根據(jù)經(jīng)驗來選用。當標準工況下制冷量小于250KW時，選用159mm的集油器一臺即可。型號：JY-150型；外徑：159mm；高度：647mm接管通路（mm）：進油15；放油15；回氣15；壓力表Dg4；油面指示器Dg6；重量30㎏.1.3.4空氣分離器由于制冷系統(tǒng)排空不徹底，充滿制冷劑或補充潤滑油，以及設(shè)備檢修，更換零件等過程中，都會有空氣殘留或混入系統(tǒng)，因而氨制冷系統(tǒng)一般均應設(shè)置空氣分離器。空氣分離器一般不進行計算，而是根據(jù)經(jīng)驗選用。目前生產(chǎn)的空氣分離器主要有108mm和219mm兩種規(guī)格，由于制冷系統(tǒng)的制冷量比較小，所以選用一臺小號的空氣分離器即可。根據(jù)資料[11]P38選擇一臺KFA-32型號的空氣分離器。主要參數(shù)：名義面積0.45㎡；重51㎏；主要尺寸：直徑D=108mm；L=1550mm；接管口：進液DN32；回氣DN32；放空氣DN10；混合氣DN15。1.3.5緊急泄氨器目前生產(chǎn)的緊急泄氨器品種較少，多為SA-25型，筒體直徑D=108mm，任何規(guī)模的氨制冷系統(tǒng)均可采用。根據(jù)資料[11]P51選擇一臺JXA-108型緊急泄氨器。技術(shù)參數(shù)：設(shè)計壓力1.4MPa；水壓試驗1.75MPa；氣密性實驗1.4MPa接管外徑：進水D1=45mm；出水D2=45mm；進氨D3=38mm主要尺寸：直徑D=108mm；總長L=854mm。1.3.6氨泵的流量計算根據(jù)資料[1]公式6.3.18計算其體積流量：（5-13）式中：qv—氨泵體積流量（m3/h）；nx—循環(huán)倍數(shù)；對負荷有波動，蒸發(fā)組數(shù)較多，容易集油的蒸發(fā)器的下井上出供液系統(tǒng)，采用5～6倍；本設(shè)計采用6倍；qz—氨泵所功同一蒸發(fā)溫度的氨液蒸發(fā)量（㎏/h）；vz—蒸發(fā)溫度下氨飽和液體的比體積（m3/㎏），（vz=1.5376×10-3m3/kg）其中，所以得到氨泵的體積流量為：1.3.7低壓循環(huán)貯液器根據(jù)資料[3]P206,低壓循環(huán)貯液器用于氨泵供液方式的制冷系統(tǒng)中，它兼有氣液分離器、低壓貯液器和排液桶三者的功用，既能穩(wěn)定第保證氨泵供液所需的低壓液壓液體制冷劑，又能對庫房的回氣進行氣液分離并接納沖霜排液。一般在氨泵供液系統(tǒng)中不必選用排液桶，其作用可由低壓循環(huán)貯液器代替，所以在選擇低壓循環(huán)貯液器時，應把容積選大一點，滿足沖霜排液需要。根據(jù)資料[1]公式6.3.16計算其低壓循環(huán)貯液器直徑：（5-14）式中：dd—低壓循環(huán)貯液器的直徑，mm；λ—氨壓縮機的輸氣系數(shù)，λ=0.716；Wd——低壓循環(huán)貯液器內(nèi)的氣體速度，臥式低壓循環(huán)貯液器不應大于0.8m/s，本設(shè)計中取為0.6；ξd——低壓循環(huán)貯液器截面積系數(shù)，臥式低壓循環(huán)貯液器采用0.3；nd——低壓循環(huán)貯液器氣體進氣口的個數(shù)，臥式低壓循環(huán)貯液器為1或2個，本設(shè)計中為1個。所以,低壓循環(huán)儲液器的直徑為，根據(jù)[1]6.3.17，體積計算公式為：低壓循環(huán)桶采用下進上出式供液：（5-15）式中：V′q—各冷間中，冷卻設(shè)備灌氨量最大一間蒸發(fā)器的體積,(m3)；0.7—貯液器的充滿度；Vb—一臺氨泵的體積流量，（Vb=2.9m3/h）；Vh—回氣管體積，（m3）；tb—氨泵由啟動到液體自系統(tǒng)返回低壓循環(huán)貯液器的時間，可采用0.15-0.2小時。（5-16）式中，d—蒸發(fā)器內(nèi)光滑管的直徑，d=25mm=0.025m；l—光滑管的長度，（mm）；計算得：m3Vh包含冷風機到氣體調(diào)節(jié)站和氣體調(diào)節(jié)站到低壓循環(huán)貯液筒兩部分管道體積。冷風機→回氣調(diào)節(jié)站：100噸冷間：管長L=86m，管內(nèi)徑dn=30mm200噸冷間：管長L=78m，管內(nèi)徑dn=40mm體積,將管徑和管長代入公式得：V=0.159m3；回氣調(diào)節(jié)站→低壓桶：L=9.0