1000吨果品冷藏库制冷系统及制冷设备的选择方案

1000吨果品冷藏库制冷系统及制冷设备的选择方案1.1冷库制冷系统的选择1.1.1制冷剂工质选择表1.1常用制冷剂的比较制冷剂名称优点缺点适用场合氨蒸发压力与冷凝压力适中，单位制冷量较大;具有较强的溶水性；微溶于融化油，价格低廉，对臭氧层没有破坏作用等易挥发，有毒，具有强烈的刺激性臭味，易燃，易爆主要用于大中型的冷库，小型冷库应用较少氟利昂无味，不易燃烧，毒性小渗透性很强，易于泄露，传热性能差，密度大，粘度大，流动性能差，价格贵；对环境有破坏作用主要用于有严格卫生安全要求的场合本设计为中型冷藏库，采用氨为制冷剂。1.1.2冷藏库制冷系统形式的选择冷藏库内的蒸发系统形式根据连接方式不同可分为串联式、并联式和混合式，考虑应该满足供液均衡性和制冷剂流量可调节的要求，系统选择并联空气冷却器蒸发系统，这样在系统中不致出现制冷剂液体和润滑油从某一蒸发回路窜到另一蒸发回路中去。供液方式有上进下出式和下进上出式，两种方式各有利弊。表1.2蒸发系统供液方式的比较供液方式优点缺点上进下出冷却设备所需的制冷剂量少，没有液柱静压的影响，避免了润滑油的沉积，冲霜效果好。冷却设备均匀供液较为困难，传热表面制冷剂液体润湿性差，需要的低压循环贮液器的容量较大。下进上出制冷剂在冷却设备内分配比较均匀，有助于充分发挥冷却设备的传热效果。冷却设备制冷剂重量较大，液柱静压的会影响到蒸发温度，进入冷却设备的油污不易排净。根据上述分析比较，结合国内常用的供液形式，本设计采用下进上出的供液方式。1.1.3方案选择现确定了以下三个方案以供分析、比较和选择：方案一：螺杆式压缩机的氨泵供液系统。方案二：活塞式压缩机氨泵供液系统。方案三：活塞式压缩机重力供液系统。制冷压缩机是蒸汽压缩式制冷系统的心脏,起着压缩与输送制冷剂的作用,它的性能对于整个冷库系统的性能有着重要影。压缩机根据原理不同有活塞式制冷压缩机和螺杆式制冷压缩机。活塞式是一种传统的气体压缩方式。利用曲轴连杆机构，把原动机轴的旋转运动转化为活塞在气缸中往复运动来提高冷媒压力。活塞式压缩机使用范围较小，一般适用于中小规模的建筑，热效率高，适用于多种制冷剂的优点。而且往复式的气体压缩只能通过调整气缸的工作个数进行上、卸载控制，使得在容量控制方面只能做到级别调节。螺杆式压缩机是一种回转式的容积气体压缩机，利用螺杆回转压缩提高冷媒压力。螺杆式压缩机通常适用于中大规模的建筑，而且通过滑阀调节能进行无级能量控制。本设计规模属于中型。经过上述比较，活塞式压缩机是一种比较传统的压缩方式，虽然比螺杆式压缩机存在一些缺点，但是，它应用比较普遍，造价也比螺杆式压缩机的低，所以本设计选用活塞式制冷压缩机。表1.3制冷系统供液方式的比较供液方式优点缺点重力供液经过气液分离器后，经过节流后的闪发气体不会进入冷却设备；回气经过气液分离器后，进入到压缩机不会引起湿压缩氨液分离器必需设置在紧靠库房的上方，不便于集中管理，而且土建造价高；制冷剂液体在较小的压差下流动，流速小、其传热系数较小，而且容易集油，影响传热；当氨液分离器的液位自动控制装置故障时，难以随时根据系统负荷变化而稳定氨液分离器的正常液位，操作上比较复杂，所以仍有引起运行事故的可能性。系统的融霜、排液、放油等也比氨泵供液强制循环系统要麻烦。氨泵供液依靠氨泵供液，气液分离器的安装高度不会很高，可以减少土建造价，而且氨泵强制供液，提高了流速，制冷装置的效率高，安全性高，管理方便，造价省，易于实现自动化操作，适用于各种类型的冷藏库。用氨泵供液，消耗电能通过上述比较，本设计选择方案二：活塞式压缩机氨泵供液系统。1.2冷风机融霜形式的确定根据资料[7]P257霜层的出现降低了冷风机的换热效率，应该采取措施清除霜层。常用的融霜方法有人工扫霜、热气融霜、水融霜、热气-水融霜。人工扫霜虽然操作简单，不影响库温，但劳动强度大，而且扫霜不彻底。热氨融霜就是将压缩机排出的热氨气引进蒸发器利用热氨冷凝时放出的热量将蒸发器表面的霜层融化。热氨融霜必须保证有足够的量及适当的压力和温度，而且在较大的制冷系统中，要设置专用的油分离器（非洗涤式的），融霜热氨管要设在常温穿堂内，并应敷设耐高温的隔热层，比如石棉，玻璃纤维，矿棉站或水玻璃膨胀珍珠岩制块等等材料，而不能用软木或泡沫塑料等不耐高温的材料。热氨融霜一般仅用于冷藏间的光滑排管中。冷风机一般不单独采用热氨融霜，因为不仅效率低，而且融霜形成的水的排放也比较麻烦。水融霜一般用于冷风机，它是通过喷水装置向蒸发器表面喷水，使霜层被水的热量融化，然后融水从排水管排走，水融霜效果比热氨融霜要好，操作程序也比较简单，但是水融霜只解决蒸发器外表面霜层对传热的不良影响，但没解决蒸发器的内部集油对传热的影响。经过以上分析，本设计的冷风机采用热氨-水融霜系统。融霜时，先将热氨气送至蒸发器，使冰霜与蒸发器表面脱开，然后喷水，即可把霜层很快冲掉。停水后，还可利用热气烘干蒸发器表面，避免蒸发器表面的水膜结成冰而影响传热。1.3制冷系统主机的选择1.3.1确定制冷剂设计工况（1）确定冷凝温度tc根据资料[7]对P151,对于使用冷却水塔的循环水系统，冷却水进水温度可按下式计算：(5-1)式中ts1—冷却水进冷凝器的温度（℃）；ts—当地夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度（℃）；Δts—安全值，对自然通风冷却塔或冷却水喷水池，Δts=5~7℃；对机械通风冷却塔，Δts=2~4℃。ts=22.8℃，Δts=2℃；代入上式，得：ts1=26℃。冷却水出冷凝器的温度ts2，与冷却水进冷凝器的温度与冷凝器的型式有关。对于卧式壳管式冷凝器：，进出水的温度差根据资料[1]P446.3.11-2查得，一般来说，当冷却水进水温度低时，取上限值，反之取下限值。故℃。冷凝温度的高低取决于所采用的冷却介质及其温度、冷凝器的结构型式和传热温差。以水作为冷却介质时，其传热温差取4～6℃，则冷凝温度为（5-2）故℃。（2）确定蒸发温度te在3.1.1节中已经根据公式（3-7）计算出制冷剂的蒸发温度te。te=-9℃（3）压缩机的吸气温度t1压缩机的吸气温度根据管道中的传热情况，后根据标准中规定的过热度确定。通常对于一般氨压缩机，Δtr=5~8℃。故℃（4）绘制p-h图并确定压缩机的级数图5-1制冷系统单机压缩P-h图各点的有关状态参数值：h1=1450kJ/kg,kJ/kg，h2=1480kJ/kg，=1700kJ/kg，kJ/kg，pe=0.34MPa，pc=1.5MPa，v’1=0.42m3/kg单位质量制冷量：q0=h1-h4=1450-380=1070kJ/kg；单位容积制冷量：qv=q0/v’1=1070/0.42=2547.6kJ/m3。在制冷循环中，工质压缩比，即Pc/Pe≤8，可采用单级压缩式制冷循环，由于Pc/Pe=1.5/0.34=5＜8，因此，本高温库采用单级压缩即可。1.2.2制冷压缩机的选择计算根据冷间的机械负荷计算值，选择压缩机，台数不宜过多，一般不设备用机。冷间机械负荷Φj=128229W=128.2KW，质量流量qm=Φj/q0=128.2/1070=0.1185kg/s,根据资料[7]P59得：理论输气量根据制冷量和理论输气量选择烟台冰轮活塞式压缩机2台，型号：2AV-125，主要性能参数：标准工况下的单台制冷量：61KW，两台共122KW；气缸直径：125mm，主轴转速：960rpm，理论输气量：141m3/h；吸气管径：Dg65，排气管径：Dg65；传动方式：直联，润滑方式：压力供油；冷却水耗量：0.7m3/h；电动机功率：标准工况下30kW控制箱型号：HSA-30；重量：40kg。（1）校核压缩机在设计工况下的制冷量根据资料[7]公式8-4压缩机在设计工况下的制冷量按下式计算：（5-3）式中Qog—压缩机在设计工况下的制冷量，（KW）；qv，th—压缩机的理论输气量，（m3/h）；（qv，th=141.3m3/h）λ—压缩机的输气系数，（根据冷凝温度和蒸发温度在资料[7]P61表3-3查得λ=0.716）；qv—单位容积制冷量，（kJ/m3）；（qv=2547.6kJ/m3）将数据代入公式（5-3）得单台压缩机在设计工况吓的制冷量Qog=70KW，两台总共140KW＞128.2KW，满足制冷量需要。（2）校核电动机功率（5-4）式中：λ—压缩机的输气系数；λ=0.716；qv.，th—压缩机的理论输气量（m3/h）；qv.，th=141m3/h、—制冷剂进、出压缩机时的比焓（kJ/kg）；v′1—压缩机吸入蒸气的比体积（m3/kg）；（0.42m3/kg）ηi—压缩机的指示效率；ηm—压缩机的摩擦效率，取0.9；ηd—压缩机的传动效率，直联，取1。（5-5）Te—蒸发温度（K）；Tc—冷凝温度（K）；b—系数，氨压缩机取b=0.001。求解，ηi=0.85；代入公式，最终解得：p=21.1～22.1kW<30kW。因此，索赔电动机功率满足要求。1.2.3冷凝器的选择计算冷凝器的选择原则：冷凝器的选择原则取决于当地的水温、水质、水源、气候条件，以及压缩机房布置要求等因素。一般在冷却水水质较差、水温较高、水量比较充裕的地方，宜采用立式冷凝器；水质较好且水温较低的地区，宜采用卧式壳管式或组合式冷凝器；在缺乏水源或夏季室外空气湿球温度较低的地区，可采用蒸发式冷凝器。如果冷却水采用循环冷却供水方式，可根据制冷设备布置的要求进行合理选择。立式冷凝器可装于室外，清洗水垢方便，但耗水量大，比较笨重，搬运不方便，制冷剂泄露时不容易被发现。根据延安地区的水温、水质水源、气候条件，以设计中机房的布置情况，选用卧式壳管式冷凝器，该冷凝器具有传热系数高；冷却水耗量少；占空间高度小（可装于室内），操作管理方便的优点，要求水质好、水温低，清洗水垢时要停止冷凝器的工作。冷凝器热负荷计算（5-6）式中Qc—冷凝器的热负荷（kW）；qm—冷凝器的制冷剂流量（kg/s）；h3—制冷剂液体出冷凝器的比焓（kJ/kg）；h2s—压缩机实际排气的比焓（kJ/kg）。（5-7）式中Qog—制冷系统在设计工况下的的总制冷量，140kW；q0—单位质量制冷量，1070kJ/kg；则qm=0.131kg/s；根据压焓图h3=380kJ/kg，（5-8）kJ/kg；=1700kJ/kg，ηi=0.85，代入公式得h2s=1740kJ/kg。将所得结果代入公式（5-6）解得：Qc=178.2kW冷凝器传热面积计算（5-9）式中Ac—冷凝器的传热面积，（㎡）；K—冷凝器传热系数,[W/(m2.℃)]；根据资料[7]表8-1，K=700W/(m2.℃)；△tm—制冷剂与冷却介质之间的对数平均温差，（℃）；（5-10）式中ts2—冷凝器的出水温度，（℃）；ts1—冷凝器的进水温度，（℃）；tc—冷凝温度，（℃）；则℃，代入公式（5-9）求得冷凝面积Ac=42㎡，由于冷凝器使用一段时间后，由于污垢的影响，会降低其传热性能，因此，选择冷凝器时，其计算面积应有10%～15%的裕量，实际面积为42×1.15=48.3㎡根据资料[11]选择一台WN-56型卧式壳管式冷凝器主要参数：冷却面积56㎡；筒体直径D=616mm；总长L=3090mm。1.3制冷系统辅助设备的选择1.3.1氨油分离器由资料[1]第6.3.9条，油分离器直径按下式计算：（5-11）式中λ—压缩机的输气系数，（0.716）；v—氨压缩机的理论输气量，v=141×2=282m3/h；Wy----油分离器内的气体流速m/s；本设计选用洗涤式油分离器，它比填料式油分离器的阻力要小，比较适用于氨制冷系统，借气体经过氨液洗涤，降低气流速度和改变其方向以达到分离出氨气中夹带的润滑油。所以，取Wy=0.6m/s则由此，根据资料[11]选1台YFA80型洗涤式油分离器（烟冷）尺寸：D=412mm；H=1860mm安全附件规格见资料[11]P24，安全附件规格表。1.3.2高压贮液器贮液器容积按制冷剂循环量进行计算，但最大贮存量应不超过每小时制冷剂总循环量的1/3～1/2。同时，应考虑当环境温度变化时，贮液器内的液体制冷剂因受热膨胀造成的危险，故其贮存量一般不超过整个容积的70%～80%。贮液器的容积可按下式计算：（5-12）式中V—贮液器的容积，（m3）；qm—系统内制冷剂质量流量，（qm=0.131kg/s)；vR—冷凝温度下液体制冷剂的比体积，查压焓图得vR=0.00170m3/㎏；β—贮液器的氨液充满度，取70％。代入公式，解得，V=0.573m3。选型：选一台ZA-1型高压贮液器，（烟冷）。主要参数：容积1m3，外径720㎜，长度2938㎜。技术特性及安全附件规格见资料[11]P19技术特性表和安全附件规格表。1.3.3集油器集油器的作用是收集从油分离器、冷凝器、贮液器、中间冷却器、蒸发器、排液桶等设备中放出的润滑油，并将润滑油中挟带的氨液分离出来。分离后的润滑油在低压下排向油处理系统。集油器只用于氨制冷系统。集油器的种类：顶部淋水式集油器；加热盘管式集油器。根据资料[7]P157,氨制冷系统中应该单独设置集油器，一般不进行计算，而是根据经验来选用。当标准工况下制冷量小于250KW时，选用159mm的集油器一台即可。型号：JY-150型；外径：159mm；高度：647mm接管通路（mm）：进油15；放油15；回气15；压力表Dg4；油面指示器Dg6；重量30㎏.1.3.4空气分离器由于制冷系统排空不彻底，充满制冷剂或补充润滑油，以及设备检修，更换零件等过程中，都会有空气残留或混入系统，因而氨制冷系统一般均应设置空气分离器。空气分离器一般不进行计算，而是根据经验选用。目前生产的空气分离器主要有108mm和219mm两种规格，由于制冷系统的制冷量比较小，所以选用一台小号的空气分离器即可。根据资料[11]P38选择一台KFA-32型号的空气分离器。主要参数：名义面积0.45㎡；重51㎏；主要尺寸：直径D=108mm；L=1550mm；接管口：进液DN32；回气DN32；放空气DN10；混合气DN15。1.3.5紧急泄氨器目前生产的紧急泄氨器品种较少，多为SA-25型，筒体直径D=108mm，任何规模的氨制冷系统均可采用。根据资料[11]P51选择一台JXA-108型紧急泄氨器。技术参数：设计压力1.4MPa；水压试验1.75MPa；气密性实验1.4MPa接管外径：进水D1=45mm；出水D2=45mm；进氨D3=38mm主要尺寸：直径D=108mm；总长L=854mm。1.3.6氨泵的流量计算根据资料[1]公式6.3.18计算其体积流量：（5-13）式中：qv—氨泵体积流量（m3/h）；nx—循环倍数；对负荷有波动，蒸发组数较多，容易集油的蒸发器的下井上出供液系统，采用5～6倍；本设计采用6倍；qz—氨泵所功同一蒸发温度的氨液蒸发量（㎏/h）；vz—蒸发温度下氨饱和液体的比体积（m3/㎏），（vz=1.5376×10-3m3/kg）其中，所以得到氨泵的体积流量为：1.3.7低压循环贮液器根据资料[3]P206,低压循环贮液器用于氨泵供液方式的制冷系统中，它兼有气液分离器、低压贮液器和排液桶三者的功用，既能稳定第保证氨泵供液所需的低压液压液体制冷剂，又能对库房的回气进行气液分离并接纳冲霜排液。一般在氨泵供液系统中不必选用排液桶，其作用可由低压循环贮液器代替，所以在选择低压循环贮液器时，应把容积选大一点，满足冲霜排液需要。根据资料[1]公式6.3.16计算其低压循环贮液器直径：（5-14）式中：dd—低压循环贮液器的直径，mm；λ—氨压缩机的输气系数，λ=0.716；Wd——低压循环贮液器内的气体速度，卧式低压循环贮液器不应大于0.8m/s，本设计中取为0.6；ξd——低压循环贮液器截面积系数，卧式低压循环贮液器采用0.3；nd——低压循环贮液器气体进气口的个数，卧式低压循环贮液器为1或2个，本设计中为1个。所以,低压循环储液器的直径为，根据[1]6.3.17，体积计算公式为：低压循环桶采用下进上出式供液：（5-15）式中：V′q—各冷间中，冷却设备灌氨量最大一间蒸发器的体积,(m3)；0.7—贮液器的充满度；Vb—一台氨泵的体积流量，（Vb=2.9m3/h）；Vh—回气管体积，（m3）；tb—氨泵由启动到液体自系统返回低压循环贮液器的时间，可采用0.15-0.2小时。（5-16）式中，d—蒸发器内光滑管的直径，d=25mm=0.025m；l—光滑管的长度，（mm）；计算得：m3Vh包含冷风机到气体调节站和气体调节站到低压循环贮液筒两部分管道体积。冷风机→回气调节站：100吨冷间：管长L=86m，管内径dn=30mm200吨冷间：管长L=78m，管内径dn=40mm体积,将管径和管长代入公式得：V=0.159m3；回气调节站→低压桶：L=9.0