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1、万吨冷库制冷系统设计Tons cold storage refrigerationsystem design 摘要正文：本设计是位于郑州市的10000t综合冷库制冷系统设计。本设计的目的在于把学习的东西运用到实际当中，使知识掌握的更加牢固，能更好的融入社会。的在本设计中首先对冷库进行库容计算，容积40322m，划分为10个冻藏间，然后进行热工计算，得冷却设备耗冷量为274.8Kw，制冷机器总负荷为214Kw，进而对制冷设备及其辅助设备进行选用，最后决定采用活塞式制冷压缩机，选用四台；冷凝器采用蒸发式冷凝器。冷间制冷工艺设计是根据冷间冷却设备负荷的大小及冷间性质，选择蒸发器并合理考虑冷间的气流组
2、织，最终选择了顶排管，并对制冷系统的试压、试漏、及管道的保温问题做了简单说明。关键词：制冷系统，活塞式制冷压缩机，冷负荷。SummaryText: This design is located in Zhengzhou City, the the 10000t integrated cold storage refrigeration system design. The purpose of this design is to be learned into practice, knowledge of a more solid, better able to integrate into
3、society. In this design, the first cold storage capacity calculation, the volume of 40322m divided into frozen between 10 and thermal calculations, have the cooling consumption of cooling equipment for 274.8Kw refrigeration machine the total load of 214Kw, and then the refrigeration equipment and it
4、s auxiliary equipment selection, and finally decided to use a reciprocating refrigeration compressor, the choice of four; condenser with evaporative condensers. Cold cooling process design is the size of the cooling load of the device according to the cold and cold nature, evaporator and reasonable
5、consideration of cold airflow organization, and ultimately select the top row of tubes, and cooling system pressure test, leak testing, and pipe insulation to do the simple instructions.Keywords: refrigeration systems, piston refrigeration compressors, cooling load目录主要符号表11.引言12.设计基本资料22.1设计目的22.2 设
6、计题目22.3 设计条件23.热工计算33.1冷藏库尺寸计算33.2冷库维护结构的传热系数计算43.3冷库围护结构传热引起耗冷量63.3.1冷库围护结构的传热面积63.3.2 冷库围护结构的耗冷量计算 （见表1-3）83.4食品冷加工的耗冷量93.5通风换气的耗冷量103.6经营操作耗冷量103.7电动运行耗冷量113.8总耗冷量113.8.1库房冷却设备的总负荷113.8.2制冷机器的总负荷114.制冷方案的确定134.1 制冷系统压缩级数及压缩机类型的确定134.2 制冷剂种类及冷凝器类型的确定144.3 制冷系统供液方式的确定144.4 冷间冷却方式的确定154.5 冷间冷却设备和融霜方
7、式的确定154.6流向确定154.7油分离器的布置154.8冷库自动调节控制系统165.制冷设备计算选型175.1制冷压缩机的选择计算175.2冷凝器的计算选用205.3中间冷却器的计算选用205.4油分离器的计算选用215.5放空气器的计算选用215.6集油器的计算选用215.7高压贮液器215.8冻藏间采用顶排管225.9低压循环贮液桶本设计225.9.1计算冷却设备的容积225.9.2计算回气管的容积235.9.3计算液管容积235.9.4低压循环贮液桶容积235.10氨泵的选用计算235.11设备明细表236 制冷系统管径的选定256.1 系统管道和阀门的设计要求256.2 系统管道的
8、设计256.2.1 管道流速要求256.2.2 蒸发器供液管的设计256.2.3 吸气管道的设计266.2.4 排气管的设计266.2.5 其它管道的设计266.2.6 对制冷工艺管道布置要求266.3制冷系统管道设计允许流速和压力降要求266.3.1管道允许流速要求266.3.2管道允许压力降要求276.4管径的确定276.4.1氨液密度的计算276.4.2由氨泵供入库房的管道的水力计算286.4.3 回气管的水力计算296.4.4低压储液循环桶到氨泵间管道的水力计算306.4.5冷凝器到贮液器间的管道的水力计算316.4.6高压供液管的水力计算326.4.7氨泵到调氨站间管道的水力计算33
9、6.5各管段管径的估算336.6管道漆色347 制冷系统的试压试漏及管道保温357.1 系统试压、排污、试漏、抽真空357.1.1 系统试压357.1.2 系统排污357.1.3 系统抽真空实验367.1.4 系统氨试漏367.2 系统设备及管道保温368. 结论38致谢39参考文献40主要符号表符号 说明 单位m 质量 V 体积 m3d 厚度 m 热量 W 面积 m2 温度 p 压力 Pa 功率 kW 流速 m/sG 流量 /hh 焓 kJ/kg 比体积 m/kg 密度 kg/m3 热阻 C 比热容 kJ/(kgK) 热导率 传热系数 1. 引言冷库是发展冷藏业的基础设施,也是在低温条件下贮
10、藏货物的建筑群。食品保鲜主要以食品冷藏链为主,将易腐畜禽、水产、果蔬、速冻食品通过预冷、加工、贮存和冷藏运输,有效地保持食品的外观、色泽、营养成分及风味物质,达到食品保质保鲜,延长食品保存期的目的,起到调剂淡、旺季市场的需求并减少生产与销售过程中经济损耗的作用。随着市场经济的不断发展,现代物流系统的不断完善,食品冷藏链的产业化发展前景十分广阔。冷库行业发展现状；1.国外冷库行业现状：国外冷库行业发展较快的国家主要有日本、美国、芬兰、加拿大等。日本是亚洲最大的速冻食品生产国,-20以下的低温库占冷库总数的80%以上。2.国内冷库行业现状：近几年来， 我国冷库建设发展十分迅速，主要分布在各水果、蔬
11、菜主产区以及大中城市郊区的蔬菜基地。据统计，全国现有冷冻冷藏能力已达500多万吨， 其中外资、中外合资和私营冷库约占50万吨，国有冷库450多万吨，分属于内贸、农业 外贸和轻工系统，其中内贸系统冷库容量达300多万吨，占全国总量的60以上。我国商业系统拥有果蔬贮藏库面积达 200多万平方米 ，仓储能力达130多万吨，其中机械冷藏库70多万吨，普通库为60多万吨。本设计的主要内容有：1. 设计基础资料2. 热工计算3. 制冷方案的确定4. 制冷设备的计算选型5. 制冷系统管道的确定6. 制冷系统的试压试漏及管道保温通过以上的工作，本设计达到了10000t冷库的工艺要求。2.设计基本资料2.1设计
12、目的毕业设计是工科类专业教学的重要环节之一，是对学生在校所学理论知识的全面总结和综合检验。通过毕业设计初步了解建筑环境与设备工程专业的设计内容、程序和基本原则，了解设计计算的步骤和方法，培养学生的识图和制图能力，引导学生学会查找设计规范和设计手册，初步了解本专业的主要设备、附件及材料。参加制冷技术毕业设计的学生，通过设计要求掌握有关冷藏库有关制冷工艺设计的内容、程序及基本原则和制冷工艺设计计算方法并提高绘制设计图纸的能力。在设计过程中尽可能联系当前技术发展和环保要求，参照新规范进行设计，使设计达到技术、经济、运行管理的合理、可行和安全可靠。2.2 设计题目 万吨冷库制冷系统设计2.3 设计条件
13、 气象和水文资料地点：郑州夏季空气调节平均温度+31，郑州位于东经113.39，北纬34.43。冷藏容量为10000t，为中转型冷库3.热工计算 整个制冷系统的设计计算是在冷库的平面立面和具体的建筑结构和围护结构确定之后进行的。首先计算冷库的耗冷量，然后计算制冷机器和设计。计算出程序如下：3.1冷藏库尺寸计算根据1冷库设计规范.GB 500722010公式： （3-1） 式中G冷库计算吨位（t）； V1冷藏间的公称体积（m3）； 冷藏间的体积利用系数； s食品的计算密度（kg/m3）根据3冷库设计手册表3.0.5查得冻肉的密度为s=400 kg/m3根据公式（2-1）得， 冷藏间根据1冷库设计
14、规范表3.0.3初步估计其=0.5得到V=40322.58m。设置10个房间表3-1 库房尺寸房号长（m）宽（m）高（m）no.142366.5no.242366.5no.342186.5no.442186.5no.542186.5no.642306.5no.742306.5no.842246.5no.942246.5no.1042186.5图3-1 冷库平面布置图3.2冷库维护结构的传热系数计算根据1冷库设计规范.GB 500722010得 （3-2）根据1冷库设计规范.GB 500722010得： （3-3） 式中 Rmin围护结构最小总热阻（/W）； tg围护结构高温侧的气温（）； td
15、围护结 t1围护结构高温侧空气的露点温度（）； b热阻的修正系数，取b=1.0。 查表知高温侧空气的露点温度为t1=27.1围护结构最小总热阻：（/W）主要计算外墙、内墙、阁楼层和地坪的传热系数，计算公式如下：热阻的计算公式为： ,传热系数的计算公式为 （3-4） 对于墙面的对流换热系数，外墙表面取29；内墙表面取8。各冷库维护结构及其传热系数的计算见表1-1。3.3冷库围护结构传热引起耗冷量 按计算围护结构传热面积原则计算各库房围护结构的传热面积，然后计算耗冷量。3.3.1冷库围护结构的传热面积 冷库围护结构的传热面积计算见表1-2.表3-2 冷库围护结构及其传热系数的计算结构层次外墙1外墙
16、外表面空气热阻250.040220mm厚水泥砂浆抹面0.020.80.0.0253370mm厚水泥砂浆抹面0.370.700.5286420mm厚水泥砂浆抹面0.020.800.0255冷底子油一道6一毡二油 油毡沥青0.0020.0030.150.40.01330.00757125mm聚氨酯隔热层0.650.0314.03238混合砂浆切砖墙0.120.700.1714920mm厚1:2.5水泥砂浆抹面0.020.80.025010外墙内表面空气热阻70.1428总热阻5.0109传热系数0.1996屋顶阁楼层1外表面空气热阻250.040240mm厚预制混凝土板0.041.10.03633
17、空气间层0.020.020.234二毡三油 油毡沥青0.0040.0060.150.40.02660.015520mm厚水泥砂浆找平层0.020.81.350.025630mm厚钢筋混凝土屋盖0.030.02227空气间层1.50.0310.248200mm聚氨脂泡沫层0.1256.45169250mm厚钢筋混凝土板0.251.350.185110内表面空气热阻 70.1428总热阻冻藏间7.3384传热系数冻藏间 0.1363地 坪160mm厚细石钢筋混凝土层0.061.350.0444215mm厚水泥砂浆抹面层0.0150.80.01873一毡二油 油毡沥青0.0020.0030.150.
18、40.01330.0075420mm厚水泥砂浆抹面层0.020.80.350.280.800.025550mm厚炉渣预制块0.050.14286540mm厚炉渣层0.541.9285715mm厚水泥砂浆保护层0.0150.01878二毡三油 油毡沥青0.0040.0060.150.40.02660.0150920mm厚水泥砂浆保护层0.020.80.025010530mm厚单层红砖干铺0.0530.70.075711400mm厚干砂垫层0.4000.50.80012150mm厚3：7灰土垫层0.150.3450.434713100mm厚碎石灌50号水泥砂浆0.100.60.166614内表面空
19、气热阻 冷藏间70.1428总热阻冻藏间3.8853传热系数冻藏间0.2573表3-3 冷库维护结构的传热面积表计算部位传热面积计算部位传热面积长/m高/m面积/长/m高/m面积/no.1 东墙西墙北墙屋顶、阁楼、地坪36.6636.6643.3236.666.56.56.5 43.32238.29238.29281.581588.11no.6 东墙西墙北墙屋顶、阁楼、地坪30.66 30.66 43.32 30.666.5 6.5 6.5 43.32199.29199.29281.581328.19no.2 东墙西墙屋顶、阁楼、地坪3636366.56.5 43.322342341559.5
20、2no.7 东墙西墙屋顶、阁楼、地坪3030306.56.543.321951951299.6no.3 东墙西墙屋顶、阁楼、地坪181818 6.56.543.32 117117779.72no.8 东墙西墙屋顶、阁楼、地坪2424246.56.543.321561561039.68no.4 东墙西墙屋顶、阁楼、地坪 1818186.56.543.32117117779.72no.9 东墙西墙屋顶、阁楼、地坪 24 24 246.56.543.321561561039.68no.5 东墙南墙西墙屋顶、阁楼、地坪18.6643.3218.6618.666.56.56.543.32121.2928
21、1.58121.29808.35no.10 东墙南墙西墙屋顶、阁楼、地坪18.6643.3218.6618.666.56.56.543.32121.29281.58121.29808.353.3.2 冷库围护结构的耗冷量计算 （见表1-3）根据3冷库设计手册查的 （3-5） 表3-4 的计算表墙体方向KA（）a（）（）Q（w）no.1西墙0.1996238.29131-182330.572北墙0.1996281.58131-182753.965东墙0.1996238.290.731-181631.4屋顶0.13631588.1110.831-188485.215地坪0.25741588.111
22、0.831-1816024.17no.2西墙0.1996234131-182288.614东墙0.19962340.731-181602.03屋顶0.13631559.520.831-188332.453地坪0.25741559.520.831-1815735.68no.3西墙0.1996117131-181144.307东墙0.19961170.731-18801.0148屋顶0.1363779.760.831-184166.226地坪0.2574779.760.831-187867.841no.4西墙0.1996117131-181144.307东墙0.19961170.731-18801
23、.0148屋顶0.1363779.760.831-184166.226地坪0.2574779.760.831-187867.841no.5西墙0.1996121.29131-181186.265南墙0.1996281.58131-182753.965东墙0.1996121.290.731-18830.3853屋顶0.1363808.35120.831-184318.988地坪0.2574808.35120.831-188156.328no.6西墙0.1996199.290.731-181364.395北墙0.1996281.58131-182753.965东墙0.1996199.29131-1
24、81949.136屋顶0.13631328.1910.831-187096.472地坪0.25741328.1910.831-1813401.56no.7西墙0.19961950.731-181335.025东墙0.1996195131-181907.178屋顶0.13631299.60.831-186943.711地坪0.25741299.60.831-1813113.07no.8西墙0.19961560.731-181068.02东墙0.1996156131-181525.742屋顶0.13631039.680.831-185554.969地坪0.25741039.680.831-1810
25、490.45no.9西墙0.19961560.731-181068.02东墙0.1996156131-181525.742屋顶0.13631039.680.831-185554.969地坪0.25741039.680.831-1810490.45no.10西墙0.1996121.290.731-18830.3853南墙0.1996281.58131-182753.965东墙0.1996121.29131-181186.265屋顶0.1363808.35120.831-184318.988地坪0.2574808.35120.831-188156.328注：公式，为传热系数，为传热面积，为温差修正
26、系数，为室外温度，为室内温度。3.4食品冷加工的耗冷量 冻藏间：食品入库前的温度为-15，经冷藏24h后达-18。食品前后的焓值查表得：牛肉禽类，猪肉， 。根据3冷库设计手册查得 （3-6） No.1-no.5冻藏间存放牛肉及家禽肉，no.6-no.10冻藏间存放猪肉 表3-5 的计算表G（t）Q（Kw）（w）no.1727.007000.00no.2727.007000.00no.3363.503500.00no.4353.403402.78no.5353.403402.78no.6605.285277.78no.7605.285277.78no.8484.224222.22no.9484.
27、224222.22no.10342.992990.743.5通风换气的耗冷量 这个冷库没有需要换气的库房，因而没有通风换气的耗冷量。所以。3.6经营操作耗冷量 根据3冷库设计手册查得 （3-7） 照明耗冷量：每平方米地板面积照明热量=1.16W/m；在建筑上采用常温穿堂；查得郑州地区，库温-18，10000t冷库的开门耗冷量为4968w，按使用系数摊入；表3-6 的计算表房号面积（）（w/）（w）操作人数n(w)时间t（h）（W）（W）（W）no.11588.111.161842.216382.83287.10709.712839.02no.21559.521.161809.046382.83
28、287.10709.712805.86no.3779.761.16904.523382.83143.55354.861402.93no.4779.761.16904.523382.83143.55354.861402.93no.5808.351.16937.693382.83143.55354.861436.09no.61328.191.161540.705382.83239.25591.432371.38no.71299.601.161507.545382.83239.25591.432338.22no.81039.681.161206.034382.83191.40473.141870.5
29、7no.91039.681.161206.0294382.83191.4473.14281870.572no.10808.35121.16937.68743382.83143.55354.85711436.0943.7电动运行耗冷量 冻藏间无风机，故无此项。3.8总耗冷量3.8.1库房冷却设备的总负荷根据3冷库设计手册查得 （3-8）其中，冻结物冷藏间；冻结间表3-7 的计算表房号(w)(w)(w)(w)(w)(w)no.131225.327000.00002839.0241064.34no.227958.787000.00002805.8637764.64no.313979.393500.0
30、0001402.9318882.32no.413979.393402.78001402.9318785.1no.517245.933402.78001436.0922084.8no.626565.525277.78002371.3834214.68no.723298.985277.78002338.2230914.97no.818639.194222.22001870.5724731.98no.918639.194222.22001870.5724731.98no.1017245.932990.74001436.0921672.773.8.2制冷机器的总负荷根据3冷库设计手册查得 （3-9）
31、冷库的生产旺季不在夏季，的修正系数取0.8；冷藏间面积时，修正系数取0.5；冻结间取0.75；带入计算后见表1-5j表3-8 的计算表房号(w)(w)(w)(w)(w)(w)no.131225.327000.00002839.0231992.75no.227958.787000.00002805.8629178.85no.313979.393500.00001402.9314589.42no.413979.393402.78001402.9314537.41no.517245.933402.78001436.0917351.31no.626565.525277.78002371.3826832
32、.39no.723298.985277.78002338.2224018.48no.818639.194222.22001870.5719214.79no.918639.194222.22001870.5719214.79no.1017245.932990.74001436.0917130.874.制冷方案的确定制冷方案是设计单位依据设计任务书而提出的初步设想，冷库的使用效果与所选用的制冷方案有着密切的联系。如果确定的制冷方案不当，会给冷库建设造成不应有的经济损失和操作管理的不便，关系到机器设备先进性及经常运转费用的高低等。因此在确定方案时，应从先进、使用、发展、经济等诸多方面出发，同时考虑几
33、个不同方案，进行分析比较，权衡利弊，选择最佳的设计方案。确定冷库制冷方案的内容包括制冷系统压缩级数及压缩机类型的确定，制冷剂种类及冷凝器类型的确定，自动化方案的确定，制冷系统供液方式的确定，冷间冷却方式的确定，冷间冷却设备和融霜方式的确定。制冷方案确定的依据如下：1.冷库的使用性质；2.建设规模和投资限额；3.生产工艺要求；4.当地水文气象条件；5.制冷装置所处环境。4.1 制冷系统压缩级数及压缩机类型的确定制冷系统的压缩形式包括单级压缩和双级压缩。单级压缩形式就是在制冷系统中将压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四大部件，一次用管道连接起来，形成一个最基本的单级压缩系统。制冷剂在系统中经过压缩、冷
34、凝、节流、蒸发四个过程，即可完成一个制冷循环。双级压缩形式又可分为单机双级压缩和配组式双级压缩。单机双级压缩形式就是采用一台制冷压缩机进行双级压缩，具有占地面积小、系统管道简单、施工周期短、操作管理方便等优点，用于大、中型冷库中，但不能根据工作条件变化灵活调整。配组式双击压缩是由几台单级压缩机配合来完成高、低压级压缩。用来配组的制冷压缩机应尽量选择相同系列的，这样便于零部件互换。确定系统压缩级数的主要依据是压力比值，即一定工况下，系统冷凝压力与蒸发压力的比值。当压力比值小于或等于8时，氨系统应采用单级压缩；压力比值小于或等于10时，氟系统采用单级压缩。当压力比值大于8时，氨系统应采用双级压缩；
35、当压力比值大于10时，氟系统采用双级压缩。根据相关计算，我们此次设计的冷库应该采用双级压缩形式。制冷压缩机包括活塞式压缩机、螺杆式压缩机和离心式压缩机。活塞式制冷压缩机工艺成熟，热力性能好，目前在制冷系统中应用广泛。但是这种类型的压缩机，易损部件多，零部件也多，管理和维修比较麻烦。螺杆式制冷压缩机是一种容积型回转式压缩机，结构简单，体积小，易损部件少，检修周期长，运转平稳可靠，维修方便，因而在各种制冷装置中得到较为广泛的应用；尤其在空间有限、需要移动的制冷系统。但是由于加工精度较高，制造比较复杂，噪声大，效率稍低，在使用上受到一定的限制。离心式制冷压缩机是无油压缩，机械磨损小，重量轻，并能实现
36、自动控制，用于制冷量较大的制冷装置上；由于单机制冷量不能过小，限制了使用范围，离心式压缩机制造加工精度较高，维护困难较大。综合各项因素，我们此次设计的冷库应该采用活塞式制冷压缩机。4.2 制冷剂种类及冷凝器类型的确定压缩机制冷剂的选用对于提高制冷系统的热力完善度，降低制冷装置的造价以及确保安全运转具有重要意义。确定制冷剂的种类，通常从以下几个方面进行考虑：货源和冷库造价；安全性能；蒸发系统压缩级数。氨的单位制冷量较大，且价格便宜，易溶于水但不溶于润滑油。氟利昂的单位制冷量较小，且价格昂贵，与油互溶性较好，但容易泄漏。通过对比特点，我们此次设计的冷库应该采用氨作为制冷剂。冷凝器类型有多种，应该根据制冷装置所处的环境、冷却水水质、水温和水量来进行确定。在具有充足水源、是指较差的地区，采用立式壳管式冷凝器
