800kW工业制冷系统设计.docx

1、武汉工程大学 本科毕业（设计）论文 800KW 工业制冷系统设计 摘要 设备的合理配置和设计，是保证制冷系统及生产系统稳定，高效运行的关键，对制冷系统安全和经济运行具有决定性作用，运行本文在选用可靠，先进制设备的基础上， 详细介绍了武汉地区在制冷压缩机型号及和冷凝器、蒸发器的 选 择计算方面的内容 。 确定制冷循环参数，完成系统热力计算，进行制冷设备选型和管道设计和管道安装布置工艺，以及机房的布置要求 , 系统调试与节能。 。 关键词： 贮液器 ;蒸发器 ;冷凝器 ; 压缩机 ;热力计算 论文 一、 设计任务和已知条件 设计已知条件： 因此设计制冷系统已成为重要的环节。制冷系统的设 总制冷量

2、800kw，蒸发温度 -15，系统所在地：武汉，采用压力供液，氨制冷剂，主机采用螺杆机。 根据要求，冷却水系统选用冷却塔使用循环水。 前言 近 50 年来，随着现代科学技术的飞速发展，制冷技术以日新月异的速度发生变化。并且，正在现代国民经济、人民生活、国防科研、文化艺术等领域中发挥着日益重要的作用。我国是最早利用天然冷源的国家之一，随着社会进步，制冷技术已经广泛应用到各个行业，制冷技术的作用更是不可替代的。 系统组成 制冷系统由 制冷剂 和四大机件，即 压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器 组成 一、压缩机 压缩机是制冷循环的动力，它由 电动机 拖动而不停地旋转，它除了及时抽出 蒸发器 内蒸气，维持

3、低温低压外，还通过压缩作用提高制冷剂蒸气的 压力 和温度，创造将制冷剂蒸武汉工程大学 本科毕业（设计）论文 气的热量向外界环境介质转移的条件。即将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态，以便能用常温的空气或水作冷却介质来冷凝制冷剂蒸气。 二、冷凝器 冷凝器是一个 热交换 设备，作用是利用环境冷却介质 (空气或水 )，将来自 压缩机 的高温高压制冷蒸气的热量带走，使高温高压制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体。值得一提的是，冷凝器在把制冷剂蒸气变为制冷剂液体的过程中，压力是不变的，仍为高压。 三、节流元件 高压常温的制冷剂液体直接送入低温垢蒸发器、根据饱和压力与饱和温度 对应原理，降低制冷剂

4、液体的压力，从而降低制冷剂液体 的温度。将高压常温的制冷剂液体通过降压装置 节流元件，得到低温低压制冷剂，再送入蒸发器内吸热蒸发。在日常生活中的冰箱、空调常用 毛细管 作为节流元件。 四、蒸发器 蒸发器 也是一个热交换设备。节流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发 (沸腾 )变为蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度下降，达到冷冻、冷藏食品的目的。在空调器中，冷却周围的空气，达到对空气降温、除湿的作用。蒸发器内制冷剂的蒸发温度越低，被冷却物的温度也越低。在冰箱中一般制冷剂的蒸发温度调整在 -26 -20 ，在空调器中调整在 5 8 。 制冷原理 单级蒸汽压缩制冷系统，是由 压缩机，冷凝器，膨胀阀，

5、蒸发器 四个基本部件组成。 它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生 状态变化，与外界进行热量交换。 武汉工程大学 本科毕业（设计）论文 液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质 (水或空气 )放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。 在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和 节流阀 是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送

6、冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如 电池阀 、分配器、 干燥器，节油器 、易熔塞、 压力控制器 等部件 组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。 部件构成 制冷系统主要部件有压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀 (或 毛细管 、过冷却控制阀 )、 四通阀 、

7、复式阀、单向阀、电磁阀、压力开关、熔塞、输出压力调节阀、压力控制器、贮液罐、热交换器、集热器、过滤器、干燥器、自动开闭器、截止阀、注液塞以及其它部件组成。 电气系统主要部件有电机 (压缩机、风机等用 )、操作开关、电磁接触器、连锁继电器、过电流继电器 继电器、热动过电流继电器、温度调节器、湿度调节器、 温度开关 (除霜、防止结冻等用 )。压缩机曲轴箱加热器，断水继电器 ，电脑板及其它部件组成。 控制系统由多个控制器件组成，它们是： 一、 制冷剂控制器： 膨胀阀 、毛细管等。 二、 制冷剂回路控制器： 四通阀， 单向阀、复式阀、 电池阀 。 三、 制冷剂压力控制器：压力开闭器、输出压力调节阀、压

8、力控制器。 四、 电机保护器：过电流 继电器 、热动过电流继电器、温度继电器。 温度调节器： 武汉工程大学 本科毕业（设计）论文 五、 温度位式调节器、温度比例调节器。 湿度调节器：湿度位式调节器。 六、 除霜控制器：除霜温度开关、除霜 时间继电器 、各种温度开关。 七、 冷却水控制：断水继电器、水量调节阀、水泵等。 八、 报警控制：超温报警、超湿报警、欠压报警及火警报警、烟雾报警等。 九、 其它控制：室内风机调速控制器、室外风机调速控制器等。 因此设计制冷系统已成为重要的环节 ,制冷系统的设计，无论是厂家装配成的整体机组，还是现场组装的系统，主要是选择制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构以及

9、风机、电动机和自动控制设备等。其步骤是根据给定的冷冻水温度 (或被冷却的空气温度 )、流量和所采用的冷却水 (或冷却用空气 )入口温度、流量，确定该制冷系统的设计工况 (即选定蒸发温度和冷凝温度等系统的内在参数设计值 )，然后，按照设计工况选择该制冷系统的各个组成设备，使之在运行过程各个设备的相互匹配，以充分发挥每个设备的工作能力。 但是，一个制冷机组或制冷系统，在实际运行过程中，当外在参数 (既冷凝器和蒸发器所通过的水流量或空气流量，以及水或空气的入口温度等 )在一定范围内改变时，该机组成系统的性能如何变化、选定的各个组成设备是否匹配恰当，都是在设计中要考虑的问题。此外，设计完成，制冷作业安

10、全技术，正确操作制冷设备，是我们在具体操作时的必然选择。 制冷剂氨气 氨是目前使用最为广泛的一种中压中温 制冷 剂。氨的凝固温度为 -77.7，标准蒸发温度为 33.3，在常温下冷凝压力一般为 1.1 1.3MPa，即使当夏季冷却水温高达时也绝不可能超过 1.5MPa。氨的单位标准容积 制冷量 大约为 520kcal/ 3。 氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生“冰塞”现象。氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作用，且使蒸发温度稍许提高。因此，氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料，并规定氨中含水量不应超过 0.2。 氨的比重和粘度小，

11、放热系数高，价格便宜 ，易于获得。但是，氨有较强的毒性和可燃性。若以容积计，当空气中氨的含量达到 0.5 0.6时，人在其中停留武汉工程大学 本科毕业（设计）论文 半个小时即可中毒，达到 11 13时即可点燃，达到 16时遇明火就会爆炸。因此，氨 制冷机 房必须注意通风排气，并需经常排除系统中的空气及其它不凝性气体。 总上所述，氨作为 制冷剂 的优点是：易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小，泄漏时易发现。其缺点是：有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸，对铜及铜合金有腐蚀作用。 因此，在制冷剂的选择上，我们应该选择有生产资质的企业，相关制冷机械如贮液器

12、等应该选择知名优质企业的产品。机房应通风，企业应该建立健全相关安全措施，作为一种能从自然界获得，对环境没有危害 的氨，会为我们的生活品质做出巨大贡献的。 供液方式压力供液 确定冷库制冷系统的供液方式 高压液体经节流后，分别流向各蒸发器。制冷系统供液方式分直接膨胀供液、重力供 液、液泵供液三种。 一、直接膨胀供液 利用冷凝压力和蒸发压力之差，将节流后的制冷剂直接送人蒸发器的供液方式称为直接 膨胀供液，如图 2-8所示。在制冷装置中，它是应用最早和最简单的供液方式。适用于小型 氨制冷装置、负荷稳定的系统及氟制冷装置。该方式的特点是： 制冷设备少，系统简单，制冷剂充注量少，工程费用低； 节流生成的闪

13、发气体进人蒸发器，使制冷效率降低； 无气液分离设备，容易发生湿行程。 操作调节困难。随冷凝压力、蒸发压力、负荷大小的变化，应及时调整节流闺的开 启度，这对使用手动节流阀靠人工调节的制冷装置来讲是不容易做到恰到好处的。同时，由 于闪发气体的存在，对并联蒸发器的供液不容易均匀分配，使供液多的易发生湿行程，供液 少的则出现过热现象。 目前，国内氨制冷系统中较少采用这种供液方式。据国外资料介绍，有的国家已研究用 直接膨胀供液的氨系统替代原来的氟系统。 武汉工程大学 本科毕业（设计）论文 二、重力供液 重力供液适用于中、小型氨冷库制冷装置。 重力供液是在节流阀和蒸发器、蒸发器和压缩机之间增设氨气液分离器

14、，并将其设在高 于蒸发器的地方。节流后的两相制冷荆先进人氨气液分离器被分离，分离下来的液体利用氨 气液分离器内保持的液面和蒸发器之间高差 H形成的静压向蒸发器供液，故称为重力供 液，如图 2-9所示。 重力供菠的特点是供液稳定、能提高蒸发器的热交换效果、防止压缩机的“液击”，但 提高了土建的造价。目前在中、小型氨冷库制冷装置中已少用。 三、液泵供液（压力供液） 利用液泵的机械力，向蒸发器输送低温制冷剂 液体，叫做液泵供液。它是以液泵的机械 作用克服管道阻力及静压力向冷问蒸发器供液。在该系统中，以低压循环桶代替了重力供液 的气液分离器。液泵供液比直接膨胀供液、重力供液优点多，在国内外制冷装置中巳

15、得到日 益广泛的应用，是国内大中型冷库制冷装置应用最多的供液方式。 (1)工作原理 高压液体节流后，进入低压循环橱，闪发气体被分离出，液体由液泵输往蒸发器吸热蒸 发，蒸发形成的气体和未蒸发的液体一并返回低压循环桶被再次分离，气体和闪发气体被压 缩机吸走，液体和补充来的液体供液泵再循环。 采用螺杆式压缩机 面对市场上各式各样不同功效的压缩机，很多用户对压缩机的选型上无法有一个确切的认识，有时候是因为对不同压缩机的功效和性能不能完全了解，而导致无法合理选型，无法选择可靠、高效、节能的压缩机型。 根据用户的具体情况和实际工艺要求，选用适合生产需要的空气压缩机。既不宜贪大求洋盲目选择优质高价的机型而多

16、花费不必要的支出，也不能为了节省开支而一味选取故障频发的劣质机型充数，毕竟空气压缩机是工业生产中的重要动力设备。 武汉工程大学 本科毕业（设计）论文 现将常用的几种压缩机型的优缺点和其适用范围做一个简单的介绍，希望能为用户在选择压缩机的时候做一个参考。 若按照压缩机气体方式的不同，通常将压缩机分为两大类，即容积式和动力式（又名速度式）压缩机。容积式和动力式压缩机由于其结构形式的不同，又做了以下分类： 螺杆压缩机 螺杆空压机是回转容积式压缩机的一种，在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合，从而将气体压缩并排出。 螺杆空气压缩机按照数目分，分为单螺杆和双螺杆；按压缩过程中是否有润滑油参与分为喷油和

17、无油螺杆空压机，无油压缩机又分为干式和喷水两种。 螺杆空压机 总的来说结构简单，易损件少，排气温度低，压比大，尤其不怕气体中带液、带尘压缩，喷油螺杆式压缩机的出现，使动力工艺和制冷用的螺杆式压缩机（包括螺杆式空压机、螺杆式制冷机等）在国内外得到了飞速的发展。 工作原理 螺杆式空气压缩机是利用阴阳螺杆转子的相互啮合使齿间容积不断减小、气体的压力不断提高，从而连续地产生压缩空气。螺杆式空气压缩机也属于容积式压缩机，但由于螺杆机型的工作原理，决定了相对于活塞式空气压缩机而言，螺杆式空气压缩机供气稳定，一般不需要配备储气罐。工作过程如下图所示。 主要优点 1、可靠性高：螺杆空压机零部件少，易损件少，因

18、而它运转可靠，寿命长。 2、操作维护方便：操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转，操作相对简单，可按需要排气量供气。 3、动力平衡性好：螺杆空压机没有不平衡惯性力，机器可以平稳地高速工作，可实现无基础运转，特别适合用作移动式压缩机，体积小，重量轻，占地面积少。 4、适应性强：螺杆空压机具有强制输气的特点，排气量几乎不受排气压力的影响，运转平稳、振动小，排气稳定，在宽广的范围内能保持较高的效率。 5、多相混输：螺杆空压机的转子齿面间实际上留有间隙，因而 能耐液体冲击，可压送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。 6、单位排气量体积小，节省占地面积。 武汉工程大学 本科毕业（设计）论文

19、 虽说螺杆压缩机具有以上优点，但是要保持螺杆压缩机组工作运行正常，安全可靠，工作寿命长，还必须制定详细的维护计划。最好执行定人操作、定期维护、定期检查保养，使压缩机保持清洁、无油、无污垢。只有全面的掌握维护常识和熟悉故障的解决方法，才能保证压缩机的平稳运行。 主要缺点 1、运转噪音较大、一般情况下需安装消声降噪设备。 2、由于其具有较强的平衡性，能高速运转，因此功耗相对稍高。 3、长期运转后螺杆间隙会变大，定期修复或更换费用较大。 应用范围 螺杆压缩机具有可靠性高、维护方便、适应性强等独特的优点，随着对其研究的不断深化和设计技术的持续提高，螺杆压缩机的性能将会得到进一步的改善，其应用领域会越来

20、越广泛。除传统的应用场合外，螺杆压缩机在燃料、电池等新领域的应用将迅速扩大。同时，由于螺杆式压缩机工作可靠性的不断提高，使之在中等制冷量范围内已逐渐替代往复式压缩机，并占据了离心式压缩机的部分市场。 发展趋势 在石化领域，目前国内离心压缩机在高技术和特殊产品等方面还不能满足国内的需要。另外在技 术水平、质量、成套性等方面与国外还有差距。随着我国石化生产规模的不断扩大，离心压缩机在大型化方面将面临新的课题，国内在设计制造这些大型气体压缩机上还没有成熟的经验。由于受到单螺杆压缩机的挑战，部分双螺杆空气压缩机市场将被单螺杆压缩机挤占。但国内双螺杆工艺压缩机一直依靠进口，故双螺杆工艺压缩机将是一个发展

21、方向。 武汉工程大学 本科毕业（设计）论文 热力计算 二、 制冷压缩机型号及台数的确定 1、确定制冷系统的总制冷量 制冷系统的总制冷量，应该包括用户实际所需要的制冷量，以及制冷系统本身和供冷系统冷损失，可按下式计算： Q0=(1+A)Q=(1+0.1)800=880Kw 式中 制冷系统的总制冷量（ KW） 用户实际所需要的制冷量（ KW） A 冷损失附加系数。 一般对于间接供冷系统，当空调制冷量小于 174KW 时， A=0.150.20；当空调制冷量为 1741744KW 时， A=0.100.15；当空调制冷量大于 1744KW 时， A=0.050.07；对于直接供冷系统， A=0.05

22、0.07。 2、确定制冷剂种类和系统形式 根据设计的要求，选用氨为制冷剂并且采用间接供冷方式。 3、确定制冷系统设计工况 确定制冷系统的设计工况主要指 确定蒸发温度、冷凝温度、压缩机吸气温度和过冷温度等工作参数。有关主要工作参数的确定参考制冷工程设计手册进行计算。 确定冷凝温度时，冷凝器冷却水进、出水温度应根据冷却水的使用情况来确定。 武汉工程大学 本科毕业（设计）论文 、 冷凝温度（ ）的确定 从制冷工程设计手册中查到武汉地区夏季室外平均每 年不保证 50h 的湿球温度（） 对于使用冷却水塔的循环水系统，冷却水进水温度按下式计算： 式中 冷却水进冷凝器温度（）； 当地夏季室外平均每年不保证 50h 的湿球温度（）； 安全值，对于机械通风冷却塔， =24。 冷却水出冷凝器的温度 （），与冷却水进冷凝器的温度及冷凝器的 形式有关。 按下式确定： 选用立式壳管式冷凝器 = +（ 24） =31.2+3=34.2 注意： 通常不超过 35。 系统以水为冷却介质，其传热温差取 46，则冷凝温度为 式中 冷凝温度（）。 、 蒸发温度（ ）的确定 te=-15