冷库制冷工艺设计第二章冷库制冷工艺设计课件.ppt

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1、第二章 制冷系统方案设计,第二章 制冷系统的方案设计,2.1 制冷系统的分类一、制冷系统的定义 广义上来说：制冷系统包括制冷循环系统、冷却水循环系统、润滑油循环系统、载冷剂循环系统（如：空调冷冻水），其中制冷循环最为复杂和重要，通常制冷系统亦即制冷剂循环系统。 制冷剂循环系统：指制冷过程四个过程的设备、辅助设备以及一系列连接管道和配件所组成 在冷藏库制冷系统中，制冷循环的四个过程，只有蒸发过程是在库内完成，膨胀过程大多数情况在机房或设备间内完成，压缩和冷凝过程则在机房内完成，设备间，因建筑设计处理时将机房及设备间布置在库房绝热建筑以外，从这些情况出发，冷藏库制冷系统分为库房和机房系统来阐述，而

2、冲霜热氨管路则单独介绍。,二、机房系统和库房系统的划分,机房系统：氨液分离器或低压循环桶后的吸气管道算起，包括压缩机、中冷器、油分、冷凝器、贮液器、总调节站、节流阀及其间的所有管道。 库房系统：从节流阀后算起，包括库房氨液分离器、低压循环桶、氨泵、液体分调、冷却设备、汽体分调、机房氨液分离器及其间的所有管道。 不易划分的空分、集油器、排液桶列入机房系统。,制冷系统是通过包括全部机器，设备，指示和控制仪表，制冷管道，阀门等在内的系统原理图表达出来。绘制冷系统原理图常用的图例参见书中表2-1表2-3，表中列举了制冷工艺常用管线，阀件及小件设备图例，用图例所绘制出来且能表示实际制冷系统的机器，设备，

3、阀件，仪表之间的关系图，称为制冷系统原理图，见图2-1所示。,2.2 制冷系统的特点,机房系统在整个制冷系统中的作用，是通过制冷压缩机把库房系统吸回的低压制冷剂蒸汽压缩为高压蒸汽，排入油分离器他离去除蒸汽所夹带的润滑油之后，进入冷凝器（双级压缩后，低压级制冷压缩机排汽先经中间冷却器冷却，再被高压级制冷压缩机吸入，压缩到冷凝压力，再经油分离器分离润滑油，然后进入冷凝器），将高压高温的制冷剂蒸汽冷凝为高压常温的液体，泄入高压贮液器，然后再经过节流阀送入库房系统，使制冷循环得以进行 。,一、机房系统,为了便于说明，把机房系统分为吸入管段，排汽管段和高压液体管段三个部分。1.制冷压缩机的吸入管段1）单

4、独压缩机的吸入管段此时吸入管与压缩机的连接方案是比较简单的，如图2-2所示。,图2-2 单一的蒸发系统配连方案（图中1由氨液分离器来；2去油分离器）,2)多个蒸发系统的单级压缩机的,2.双级压缩机的吸入管段,对于单级、双级兼有的压缩机的吸入管段，压缩机与蒸发系统的连接，除考虑单级、双级各自的灵活性外，尚应在单级、双级蒸发系统之间采取措施。如图2-4所示。,图2-4 单级、双级兼有的压缩系统配连方案,3.压缩机的排气管路,压缩机排气口至冷凝器汽体入口管段由于TK是由其冷却介质和冷却方式而定，因而只有一个，亦即可用一个总排气总管排气管上需装油分，(干式、洗涤式)安装位置: 单级：冷凝器前双级：高级

5、压缩机排气管后，如图：25,(1)单级压缩机的排气管段,图2-5 单级压缩制冷循环一台压缩机对一台冷凝器排汽端连接方式示例,如果是两台压缩机对一台冷凝器的连接方式如图2-6（a）（b）（c）（d）所示。,图2-6 单级压缩制冷循环两台压缩机对一台冷凝器的连接方式示例,单级压缩机制冷循环中，多台压缩机对多台冷凝器的连接方式如图2-7所示。,图2-7 单级压缩制冷循环中，多台压缩机对多台冷凝器的连接方式,(2)双级压缩机的排汽管段,氨系统多采用一次节流完全中间冷却的制冷循环，并且多用立式中间冷却器（如图2-8所示）,图2-8 立式中间冷却器的示意图,单级双级压缩机和配组双级压缩机,连接注意事项,注

6、：加装反向运转装置：作用：冷凝器检修时，抽空中冷器检修时，（排完液）抽空倒循环融霜，热氨进入（蒸发器当作冷凝器用）方法：两根管加两个截止阀，,在压缩机的吸气管和排气管上应装截止阀（机头操作阀除外）以便在检修机器时能与系统切断在排气管上装上止回阀，使排气保持单向畅通，以防止压缩机停机时，制冷剂蒸汽逆流，凝结于车头，不利重启，若洗涤式油分，其装在油分前，干式油分，可在油分的前或后;压缩机吸排气管与总管的连接,4、冷凝器至节流阀的高压液体管段,1）冷凝器至高压贮液器的管道系统连接从冷凝器到高压贮液器的管子有两个作用。其一，使液态制冷剂能及时地从冷凝器流向高压贮液器，使冷凝器中不留存制冷剂液体；其二，

7、是当贮液器中液面升高时必然有一部分汽体排除，汽体便从贮液器至冷凝器的连接管中流回冷凝器，连接管的目的是使两者通畅。,若采用涨缩式贮液器，其连接方式如图2-12所示,图2-12 涨缩式贮液器的连接方式,若采用直通式贮液器，其连接方式如图2-13所示,图2-13 直涌式的贮液器的连接方式,这种接法的不利之处是冷凝器中带有一些过冷的液体进入贮液器后将失去过冷。当前国内广泛使用的是所谓“直通式”的贮液器，而少用“涨缩式”贮液器，那是因为“涨缩式”易于将润滑油带进库房系统的缘故，且在贮液器处没有形成液封，不凝性气体也可能被带进低压系统，影响蒸发器中的热交换 。应改进除油方法，方可采用。,由于洗涤式油分需

8、从冷凝器的出液管引进氨液，因此要控制两者的相对高差，以维持油分离器的液面线，那么，在设计布置时，一般先确定贮液器的标高，然后确定立式冷凝器的标高，使冷凝器中的氨液能自流入贮液器，最后确定洗涤式油分的标高。,在氨制冷系统中多采用洗涤式油分离器。,洗涤式油分离器、冷凝器、贮液器的连接如图2-142-15所示。,图2-14 氨油分离器、立式冷凝器和贮液器连接方式（一）,图2-15 氨油分离器、立式冷凝器和贮液器连接方式（二）,常用空气分离器有立式自动空气分离器和四套管式空气分离器两种，其接管示意图如图2-16所示。其与冷凝器和贮液器的连接方式如图2-17所示。,图2-16 两种空气分离器的型式其接管

9、示意图,图2-17 空气分离器与冷凝器和贮液器之间的连接方式图,卧式冷凝器与高压贮液器的连接,卧式冷凝器可布置在贮液器的上方，多台并联时，如图 为使冷凝器排液顺畅，冷凝器出液管的截止阀应低于出液口至少300，使阀的上方有一段流程，能克服阀门及弯头的阻力（卧式冷凝器必须排液顺畅，若冷凝器内积存氨液，将使冷凝面积减少，）,蒸发式冷凝器与贮液器的连接,特点:氨通过盘管时有较大的压力损失 淋水通风条件的变化，如损坏冷凝能力（冷凝负荷 小，压力损失 小）H应大于冷凝器在冷凝效率最高，即NH3流量最大时的压力损失 H12001500（用液柱克服压损）用通过式贮液器时，装U型液封在排液立管和水平集管间排液出

10、口与出液控制阀之距大于300与壳管式并联使用时，壳管式的阻力约为零，蒸发器排液口比壳管式排液口高1500用均压管联通蒸发式冷凝器的进口和贮液器的顶部,如下图所示, 冷凝器与贮液器的连接注意事项：,贮液器应低于冷凝器，阀门、弯头应尽量少水平管要有一定的坡度，其向贮液器倾斜0.2冷凝器与贮液器（直通式）之间连接均压管，无论是何种冷凝器，平衡管应能与各个并联的冷凝器及贮液器相通,因冷凝器和贮液器中会积集空气，所以要在两者上连接放空气管。因空气比NH3重，所以空气积聚在NH3液上，NH3在下 图218放油管伸入容器底部的油包中多台贮液器并联，应在底部装连通管和截止阀，正常运行时，打开截止阀，使每台贮液

11、器相通，液体平衡当油分是洗涤式、填料式油分，没有运动部件，氨气进出管上不装阀门，离心式油分可采用浮球的起落向集油器或压缩机排油，有运动部件，运动部件易损坏，所有接管应安装截止阀，以便检修,2）高压贮液器至节流阀的连接,从高压贮液器出来的高压制冷剂液体，一般先接至高压液体调节总站，（也有经过再冷却器再接至高压液体调节总站）再按照所采用的制冷系统不同，分别接到中间冷却器、直接供液的节流阀、重力供液的液体分离器进液节流阀或液泵强制循环供液的低压循环贮液桶进液节流阀，进入低压冷却系统（制冷循环的低压部分）。高压液体调节总站 ，其连接示意如图2-18所示，图中a、b为简单型的，一般蒸发系统比较简单。图中

12、c、d为复杂型的，系统复杂。,图2-18 氨系统高压液体调节总站的连接示意图,机房系统原理图见图2-19所示,图2-19 机房系统原理图示例,集油器的连接,1)作用：用以收集高低压容器的油、回收NH3，并使油在低压放出 由于油分未能百分百地分离油，且直接在油分放油，压力高，危险，所以油分再接到集油器 因设备和管道中有油，所以所有有可能积油的容器均应有放油接头及阀门，因氨、油的比重不同，放油接头在容器底部,2)连接方式,进油管：在一般情况下，高、低压容器宜分开，如两个集油器（尤在大系统）减压管：如空分一样，其接到T0较低、负荷稳定的总回汽管上，（如在蒸发器与低压循环桶间的回汽管上），不可接在吸入

13、管上，以免液击集油器的高度： 高中压容器的P回汽压力，油可借压差流入，但低压容器500300底座上并将集油器置于温度较高处 不包隔热层放油时，将集油器与系统切断，使其压力上升，到大气压力时，再放油,图,排液桶的连接,1)作用：排液桶主要用于重力供液系统，容纳融霜的氨液、机房的总氨液分离器分离的氨液，及中冷器液位过高排出的氨夜 氨泵供液可以不设排液桶，由低压循环桶代替，但若低压循环桶的有效容积不够，或融霜排液较频，这样对蒸发压力的稳定和降温速度有不良影响，才考虑桩排液桶一般以供压贮液桶作排液桶包隔热层（所排的液如蒸发器、中冷器、氨液分离器分离出的液，较低温）,连接管 (图),2.2.2 库房系统

14、,1、库房的热交换方式 （1）对流换热 （2）接触传热 食品冷却设备之间，是热传导的换热方式其K 值比上述（对流换热）的大,（3）混合换热 （4）液化气体式冻结装置 （5)液态氮或液态氟利昂喷淋或浸滞，,2、制冷装置的供液方式,（1）手动膨胀直接供液方式 高压桶节流阀蒸发器压缩机 优点：设备简单缺点：供液调节困难 （2）热力膨胀阀直接供液系统,1)目前热力膨胀阀直接供液系统，主要适用于氟利昂制冷系统，一个热力膨胀阀只宜用于单一通路的蒸发盘管供液。如图221所示：,图2-21 热力膨胀阀直接膨胀供液系统示意图,2)热力膨胀阀直接供液系统设计特点,多用于氟利昂系统 1个热力膨胀阀向单一通道的蒸发盘

15、管供液 为实现自动化，在膨胀阀前装电磁阀，停机时自动切断供液 可不设气液分离器，但压缩机吸入总管高于蒸发盘管最高处200300，以免突然停机，蒸发器内液体吸气管，一旦开机，产生液击,（3）重力供液系统,氨液分离器要控制一定的液面，与冷却设备保持一定的高度差，利用净液柱向库房冷却设备供液，此净液柱（H1r1H2r2）应足以克服系统的摩擦和局部阻力。,这种供液系统原理图见图2-22所示，供液示意图见图2-23所示。,图2-22 重力供液系统原理图,图2-23 重力供液系统供液示意图,还有满液式供液系统，见图2-24所示,图2-24 满液式重力供液系统示意图,2）设计重点,高差H要合适， H必须在克

16、服总阻力之后，剩余压差对蒸发温度的影响不超过1若几个库房同用一氨液分离器，必须设液、气分调站,一冷间应设一根供液管和回汽管。若一冷间冷却设备多或设备形式多（如：冷风机和排管或墙、顶排管）则应分开供液，以使供液均匀。氨液分离器的数量 分层而设，不同T0分设，冷风机与排管应分设，以及库间的间数等，与氨分中心的作用半径30m向冷间供液必须下进上出供液均匀从分调到冷却设备，液管不准有“汽囊”，汽管不准有“液囊、油囊”，防止阻 塞,（4）氨泵供液系统,2）氨泵系统的主要优点（与重力供液系统比）,a蒸发排管内表面能充分润湿，使蒸发排管发挥更大的制冷效能 b。较高流速的氨液能冲刷管内表面的润滑油油膜，提高传

17、热，且油带至低压循环桶中集中排放，即方便，又安全 c回汽过热度小，提高压缩机的效率，制冷系数 d系统简化，以低循代替重力供液的氨液分离器和融霜排液桶等辅助设备 e便于监视，操作和维修，有利安全运行 供液膨胀阀，液分控制装置，放油装置等均在机房设备间内 f便于实现自动化,对上进下出供液形式，其原理图见图2-26所示,图2-26 上进下出氨泵供液系统原理图,下进上出氨泵供液系统的供液原理图如图2-25所示,图2-25 氨泵供液系统原理图,4）设计要点,a低压循环桶内正常液面与泵的相对高度H要合适 氨液靠H的静压来克服阻力流入泵体，如果泵吸入口的压力低于氨液实际温度下的饱和压力，氨液即蒸发产生汽泡，

18、破坏氨泵的正常工作，这种现象称“气蚀”氨泵应保持液柱静压“净正吸入压头”即NPSH，保证氨泵的入口有NPSH，那么设计的液柱静压NPSH H（LRZ）NPSH 或 1.3NPSH 沿程 局部,b合理选择氨液循环量,再循环倍率氨泵供液系统中,供液总量（以重量计）对于蒸发总量之比决定其的依据：提高蒸发器的K 合适的压力损耗 在供液不均时，仍能保证蒸发器的每一通道有必需的供液量适宜的再循环倍率： 稳定的状态，可选小些，如：下进上出上进下出稳定：冷藏间或采用排管波动：冻结间、冷风机,c设立分调站,氨泵压头的选择是以满足阻力最大的冷却设备的供液为依据，对于T0低或阻力较小的冷却设备，会引起T0设立分调节

19、站调节压力和流量，分调站型式见图2-28所示,图2-28 氨泵供液系统的分调站的型式示例,d合理配管，布置科学,i。选取适当管径，减少进液管流速，如书中表23所示，同时尽量减少局部阻力ii氨泵入口过滤器尽量靠近氨泵，减少液体汽化iii为防止氨泵进液管的入口产生旋涡，将低循环桶上部的气体带近氨泵低压循环桶出液的三种方式如图230所示：,图2-30 低压循环贮液桶中出液的三种方式,vi为防气蚀设置抽气管v为氨泵能安全运行，还设： 氨泵压差控制器： 止回阀(出液管后)旁通阀，其控制原理图如图229所示 e：控制供液的每一通道压力，冷却设备的压力降相当饱和温度降1 f：氨泵出液管应根据T0不同包扎隔热

20、层,（5）液泵溢流供液系统,它是氨泵和重力相结合的供液方式。见图2-31所示,图2-31 液泵溢流供液方式原理图,2.2.3 热氨冲霜系统,除霜的方法有人工扫霜、水冲霜、热氨冲霜、水冲霜等多种，本节仅热氨冲霜的管道连接加以介绍。1、热氨冲霜1）应用范围：冷藏间的光滑管排，冷风机的冷却盘管，冻结装置中的蒸发管等。2）系统连接：热氨冲霜管路，包括由制冷压缩机排汽管上接出冲霜管，排液管和一个冲霜排液桶,冲霜液体排入冲霜排液桶的系统管路连接如图2-32所示。,图2-32 热氨融霜管道连接方案示意图（一）,对中小型冷库，且采用氨泵供液的无排液桶的系统，液体可以全部泄入低压贮液桶，如图233所示,图2-3

21、3 热氨冲霜方案示意图之二,2、水融霜,（1）对于冷风机来说，通常可以采用水冲霜，水冲霜的给排水设计如下图所示：,（2）融霜水的选择,水温25左右 冬季或寒冷：用冷凝水的冷却水作融霜水 （4）缺点：只解决蒸发器外表霜层，没解决管内部积油，对于冷风机应定期热氨融霜（热氨加压排除管内积油）,3、水热氨冲霜联合冲霜,比单独水溶霜效率高 缺点：操作和自动化程序复杂 一般：以水融霜作经常性融霜，（自动化）辅以手动热氨融霜,23制冷循环方案的热力学分析,例： t0 tL tg 采用单极压缩 -15 tL1=35 tg1=30 8S12.5A -28 8S12.5A -33 tL2=40 tg2=35 8S

22、12.5A1、单极压缩（一种T0配一台压缩机）比较一，各蒸发温度下的产冷量QC，电动机功率N，QCN，压力比PLPZ,图2-36 单级压缩制冷循环装置示意图,分别计算在tL1，tg1下各t0的以上数据，再计算tL2，tg2下a制出压焓图，查出各状态点参数b在此状态下8AS12.5A的理论排气量vp可查制冷设备手册或制造厂提供或计算得vp(/4)D2Sn8=566c可查表4-7（P119）求实际输气量系数或根据状态点求出ptvdd压缩机的氨循环量压缩机的产冷量 e 理论压缩功：在等熵压缩下压缩所消耗的功,指示功率：实际条件下压缩所消耗的功Ne轴功率（Ne=Ns+Nm ） 摩擦功率 压缩机配的电动

23、机的功率NNe（1.11.15）安全系数 f单位功率产冷量QCN g压力比PLPZ,表2-5 8AS-12.5在蒸发温度为-15、-28、-33循环回路中运行情况对比,1。在-15系统， tL从3540，QCN降低12， 在-28系统， tL从3540，QCN降低9.8，即tL每升高1，QCN降低2左右降低冷凝温度tL可提高压缩机产冷量，降低电力消耗 2tL不变，t0从-15-28，QCN降低32 即t0每降低1，QCN降低2.4左右提高蒸发温度t0可提高压缩机产冷量，降低电力消耗,3 tL35时，-28系统的排气温度（表4-1氨的排气温度150能勉强工作， 但QC只有-15时的68，tL40

24、时，-28系统的排气温度已超过150，超过压缩机的允许工作范围4在-33系统中，系统的排气温度已超过150，超过压缩机的允许工作范围,2、不同库房采用统一蒸发温度，单级压缩,在蒸发温度-28的系统，对-18库房，产冷量 QC102.73kw不变对-5库房，产冷量 QC102.73kw减少（比较蒸发温度-15的系统能达：QC226.5kw）系统要满足其产冷量，需配226.05102.732.2，即配2.2台压缩机该方案不经济,图2-38 不同库温同一蒸发温度单级压缩制冷循环示意图,3、一台（组）压缩机承担多个蒸发温度，单级压缩,图2-39 两个蒸发温度的制冷循环回路 用一台压缩机的制冷装置示意图

25、在-15的回路上设置恒压阀，使其回汽节流降压至-28对应的压力1，并与-28的回汽1混合成1，再被压缩机吸入。,计算步骤：,2)压缩机的总产冷量 （226.5+102.5328.78）3)压缩机的配置 对-28的系统，一台压缩机的产冷量QC102.73kw，应配置台数n=328.87102.733.2台4)分析须多配一台压缩机（与各自蒸发温度配各自压缩机比较：2个T0配2台）混合点1比原1”的温度高，t排=151比-28单独使用时的t排=145高功率N大此配置方案也是不经济的,4双级压缩与单级压缩的比较,tL=40，双级：QC112.53kw，N59kw，QCN1.91，t排=85（好！）,2.4 制冷系统方案设计的主要内容,在进行制冷工艺的方案设计时，主要应考虑以下几个方面。1)制冷剂的选择2)单双级压缩循环的选择3) 冷却方式的选择 4)供液方式的选择 5)运转方式选择6)制冷系统组合方式的选择,