Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 15
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СОЛОВЬЕВ А.А. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ к выполнению курсового проекта «РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ КОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ СТАНЦИИ» (для студентов специальности 7.090510 – Теплоэнергетика дневной и заочной формы обучения) МАРИУПОЛЬ 2004 УДК 621. 51 (077) Методические указания «Тепловой расчет и выбор вспомогательного оборудования компрессионной холодильной установки» к выполнению курсового проекта «Расчет технологической схемы компрессионной холодильной станции» (для студентов специальности 7.090510 – Теплоэнергетика дневной и заочной формы обучения) /Сост.: Соловьев А.А. – Мариуполь: ПГТУ, 2004. –26 c. Изложены краткие сведения по выбору вспомогательного оборудования компрессионной холодильной станции. Дана методика и рекомендации по расчету и выбору теплообменных аппаратов схемы холодильной установки и системы оборотного водоснабжения. Приведены необходимые материалы и справочные таблицы для выбора стандартного вспомогательного оборудования. Имеется список необходимой литературы. Составитель: А.А. Соловьев, доц. Рецензент В.М. Житаренко, ст. преп. Отв. за выпуск: В.Н.Евченко, доц. 1 РАСЧЕТ И ВЫБОР ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ КОМРЕССИОННОЙ УСТАНОВКИ 1.1 Испарители Выбор испарителей определяется принятой системой охлаждения. В промышленных компрессионных холодильных установках наиболее широко используются испарители с промежуточным холодоносителем (рассол, вода), которые бывают закрытого (кожухотрубные) и открытого (панельные) типов. Для рассматриваемой в курсовой работе схемы холодильной станции обычно рекомендуются кожухотрубные рассольные испарители типов ИТГ и ИКТ. Площадь теплопередающие и поверхности испарителя определяют из уравнения теплопередачи где Средняя разность температур для машин, работающих на аммиаке, обычно составляет 5-6 0
С, на хладонах в аппаратах с кипением хладагента внутри труб 8-10 0
С. Для ориентировочных расчетов можно принимать следующие значения удельного теплового потока, Вт/м2
, Испарители для аммиака: - кожухотрубные - панельные Испарители для хладона –22: - кожухотрубный с трубами - накатанными медными - гладкими стальными По рассчитанной величине площади теплообмена подбирают один или несколько испарителей (Приложения 1, 2). В качестве холодоносителя наиболее широко применяется водный раствор хлористого кальция, основные физические свойства которого приведены в Приложении 3. где Величина батареи и воздухоохладители 2-3 технологические аппараты 4-6 По расходу холодоносителя подбирают насосы с учетом резерва и необходимого напора (Приложения 4, 5). Целесообразно выбирать два рабочих насоса половинной производительности каждый и один резервный. 1.2 Конденсаторы Конденсаторы подбирают по действительному тепловому потоку, определенному при тепловом расчете компрессора. Тип конденсатора выбирают в зависимости от назначения установки, условий водоснабжения и качества воды с учетом климатологических данных. В большинстве случаев для крупных и средних установок, работающих на аммиаке и хладонах, применяют конденсаторы с водяным охлаждением - горизонтальные кожухотрубные. Такие конденсаторы целесообразно использовать при наличии оборотного водоснабжения. В случае прямоточной системы водоснабжения из естественных водоемов на крупных холодильных установках, работающих на аммиаке, обычно используют вертикальные кожухотрубные конденсаторы. Расчет конденсатора сводится к определению площади теплопередающей поверхности, по которой подбирают один или несколько конденсаторов с суммарной площадью поверхности, равной расчетной. Затем рассчитывают расход воды и производят подбор насосов. где хладагентом и охлаждающей водой, К. Коэффициенты теплопередачи в конденсаторах Конденсаторы кожухотрубные: горизонтальные для аммиака 700-1000 вертикальные для аммиака 800 горизонтальные для хладонов 700 По рассчитанной площади поверхности подбирают конденсатор соответствующего типа (Приложения 6, 7). Расход охлаждающей воды, поступающей в конденсатор, находят по формуле где По расходу воды с учетом необходимого напора подбирают насос или несколько насосов необходимой производительности (Приложения 4, 5). Обязательно предусматривается резервный насос. 1.3 Приборы охлаждения Приборы охлаждения (камерное оборудование) подбирают в соответствии с принятым способом охлаждения. В камерах холодильной обработки и хранения продуктов используются батареи и воздухоохладители. Охлаждающие приборы бывают непосредственного охлаждения и рассольного. При рассольном охлаждении широко используются батареи из оребренных или гладких труб. На крупных холодильниках применяют потолочные, пристенные, а также панельные батареи. Гладкотрубные батареи изготавливают из труб диаметром 57х3,5 мм, шагом от 180 до 300 мм. Батареи из оребренных труб изготавливают из труб диаметром 36x2,5 мм со спиральной навивкой из стальной ленты толщиной 0,8-1,0 мм в шириной 45 мм. Секции охлаждающих батарей изготавливаются шести типов: СК - стальные оребренные одноколлекторные; СЗГ - змеевиковые головные; СЗХ - змеевиковые хвостовые; СС - средние; СЗ - змеевиковые; С2К - двухколлекторные. Из секций можно собирать батареи практически любой длины и поверхности. Площадь теплообменной поверхности батарей определяют по формуле
где k
- коэффициент теплопередачи прибора охлаждения, Вт/(м2
×К); D
t
-
разность температур между воздухом в камере и средней температурой холодоносителя при рассольном охлаждении, К. Коэффициенты теплопередачи для батарей можно принять по рекомендациям (Вт/м2
×К): Гладкотрубные батареи
Температура воздуха в камере, 0
С 0 -20 - потолочные 9 ,8 7 - пристенные 9 ,8-14 7-9 ,9 Оребренные батареи
Температура воздуха в камере, 0
С 0 -20 -потолочные - однорядные 5,9-5,1 4,7-4,2 - двухрядные 5,6-4,8 4,4-4,0 - пристенные 4 трубы по высоте 4,7-4,1 3,6-3,3 8 труб по высоте 4,3-3,7 3,4-3,0 Большие значения коэффициентов относятся к батареям с шагом ребер 30 мм, меньшие - с шагом ребер 20 мм. По рассчитанной площади теплообмена подбирают секции и составляют из них батареи (Приложения 8, 9). Минимальное количество секции - две; головная и хвостовая, если батарея змеевиковая, или обе коллекторные. Между этими секциями могут быть вварены средние, количество которых зависит от длины камеры. 1.4 Переохладители Для уменьшения потерь при дросселировании жидкого хладагента необходимо понизить его температуру перед регулирующим вентилем. Для этого обычно используют водяные противоточные пароохладители, включаемые в схему после линейного ресивера. Переохладители следует включать в схему, когда температура воды, поступающей на восполнение потерь в оборотной системе водоснабжения, ниже температуры воды, поступающей в конденсатор. В схемах с испарительным и воздушным конденсатором переохладитель не предусматривается. Расчет переохладителя сводится к определению потребной площади теплообмена по формуле где Qпо
-
тепловой поток в переохладителя , Вт; k
- коэффициент теплопередачи переохладителя, Вт/(м2
×К). По рекомендациям =
465- 700 Вт/(м2
×К); D
t
- средний температурный напор между хладагентом и водой,°С. Тепловой поток в переохладителе для одноступенчатой машины рассчитывается по формуле Переохладитель подбирают по суммарному тепловому потоку для всех машин холодильной станции. Расход воды на переохладитель определяется по формуле где D
tпо
-
нагрев воды в переохладителе. Свежая вода подается на переохладитель, а затем обычно добавляется к оборотной или используется для охлаждении других объектов (конденсатор, компрессор). Технические характеристики противоточных переохладителей приведены в Приложение 10. 2 ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ. 2.1 Ресиверы В схему холодильной установки в зависимости от системы охлаждения могут быть включены циркуляционные, линейные, дренажные и защитные ресиверы. Правильный выбор вместимости ресиверов обеспечивает безопасность работы системы. Так линейные ресиверы типа РВ применятся для разгрузки теплообменной поверхности конденсаторов от жидкого аммиака и обеспечения его равномерного поступления к регулирующему вентилю. Технические характеристики линейных ресиверов типа РВ и их габаритные размеры приведены в Приложениях 11, 12. Расчет и подбор всех типов ресиверов заключается в определении необходимой вместимости сосуда для данной холодильной установки. Подбор линейных ресиверов зависит от способа подачи жидкого хладагента в систему охлаждения. Для насосно-циркуляционной системы с верхней подачей жидкого аммиака вместимость линейного ресивера должна составлять не менее 30% вместимости системы охлаждения. Для насосно-циркуляционной системы с нижней подачей жидкого аммиака и безнасосной системы вместимость линейного ресивера должна составлять не менее 60% вместимости системы охлаждения. Для всех систем сверх указанных объемов расчетная вместимость ресивера должна быть увеличена на 20%. Вместимость линейных ресиверов для систем с нижней подачей аммиака и для безнасосных систем можно определить по формуле где V
с
- вместимость системы охлаждения; 0,5 - коэффициент, учитывающий норму заполнения ресивера при эксплуатации, (50% от объема). Вместимость системы охлаждения складывается из вместимости батарей, воздухоохладителей и сливных трубопроводов. Все ресиверы снабжаются предохранительными клапанами, манометрами или мановакуумметрами, запорными вентилями и указателями уровня. 2.2 Маслоотделители Маслоотделители предназначены для улавливания масла, уносимого хладагентом из компрессора. Наиболее эффективно масло отделяется в аппаратах с охлаждением. Охлаждение может осуществляться водой (аппараты типа МСВ) или жидким аммиаком (барботажные аппараты типа 0ММ). Наиболее современными являются маслоотделители циклонного типа. Подбор маслоотделителей производится по диаметру нагнетательного патрубка компрессора. Цифра в обозначении маслоотделителя (например, 125 ОММ) соответствует диаметру нагнетательного патрубка. Маслоотделители типа ОММ представлены в Приложении 13, технические характеристики и габаритные размеры в Приложении 14. 2 .3 Маслосборники Маслосборники предназначены для перепуска в них масла из аппаратов и последующего удаления его из системы при низком давлении. Они позволяют уменьшить потери хладагента и обеспечить безопасность обслуживания. Перед выпуском масла аппарат отключают от линии высокого давления и подключают к всасывающей линии перед отделителем жидкости. Маслособиратель представляет собой сварной вертикальный цилиндрический сосуд, предназначенный для работы при давлении не более 1,8 МПа, в диапазоне температур от -40°С до + 150°С. Количество маслособирателей, включенных в схему, определяется числом и размерами обслуживаемых аппаратов. На крупных установках целесообразно иметь один маслособиратель на каждую испарительную систему. Маслосборник типа СМ представлен в Приложении 15, технические характеристики и размеры - в Приложении 16. 3 ВЫБОР И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ При проектировании холодильной станции необходимо выбрать систему водоснабжения. Наиболее широко используется система оборотного водоснабжения с вентиляторными градирнями. Брызгальные бассейны, ввиду их малой тепловой эффективности,
используются значительно реже. Схема оборотного водоснабжения с вентиляторной градирней приведена на рисунке. Тепло конденсации в градирне отдается воздуху, проходящему через градирню (большая часть - за счет испарения воды, а меньшая - вследствие разности температур между водой и воздухом). В результате теплообмена с разбрызгиваемой водой энтальпия воздуха увеличивается с ів1
до ів2
. Уравнение теплового баланса будет иметь вид Q
к
= Gвд
(tвд1
– tвд2
)Cвд
r
вд
= Lв
r
в
(iв2
–iв1
), (3.1) где Q
к
-
тепло конденсации, кВт; Gвд
- количество циркулирующей воды, м3
/с;
tвд2
, tвд1
-
температура воды на входе и выходе из градирни, °С; Lв
-
производительность вентилятора градирни, м3
/с; r
в
-
плотность воздуха, кг/м3
. В формуле не учтено тепло, уносимое из градирни с испарившейся водой и мелкими каплями. Унос воды из градирни относительно небольшой (3-10% от количества воды, циркулирующей в системе), однако в схеме предусмотрена подпитка от сети водопровода для компенсации этого уноса. Количество циркулирующей воды Gвд
определяемся при расчете конденсатора (Gвд
= V
вд
). Охлаждение воды в вентиляторных градирнях обычно находится в пределах Dtвд
= 3,5-4,5°С. Температура воды на выходе из градирни tвд1
зависит от совершенства конструкции градирни и температуры воздуха по мокрому термометру. В реальной градирне вода охлаждается до температуры несколько более высокой (на 3-4°С), чем температура мокрого термометра tв1м
. I – градирня; II – конденсатор холодильной машины; III – центробежный насос; 1-8 – запорные вентили; 9 – манометр; 10 – расходомер; 11 – водорегулирующий вентиль. Рисунок1 – Схема оборотного водоснабжения с применением градирни Отношение действительного охлаждения воды к теоретически возможному называют коэффициентом эффективности градирни h
Выбор градирни обычно производят по требуемой площади поперечного сечения где qF
-
удельная тепловая нагрузка. Для вентиляторных градирен характеристики обычно следующие: qF
= 40¸50 кВт/м2
; qF
h
=0,75¸0,85. Задаваясь величиной охлаждения воды в градирне и ее эффективностью, можно вычислить температуру воды на выходе из градирни и на входе в нее:
По рассчитанной величине площади поперечного сечения градирни ПЕРЕЧЕНЬ ИСТОЧНИКОВ 1. Мальгина Е.В., Мальгин Ю.В. Холодильные машины и установки – М.: Пищ. промышленность, 1973. – 608 с. 2. Свердлов Г.З., Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. – М.: Пищ. промышленность, 1978. – 264 с. 3. Холодильные машины: Справочник. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. – 223 с. 4. Чумак И.Г., Никульшина Д.Г. Холодильные установки. Проектирование: Учебное пособие для вузов. – К.: Вища школа. Головное издательство, 1988. – 280 с. 5. Методические указания к выполнению курсового проекта «Расчет технологической схемы компрессионной холодильной станции» (для студентов специальности 10.07)/Сост. А.А. Соловьев. – Мариуполь: ПГТУ, 2003. ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рисунок 2 - Кожухотрубчатый испаритель: 1 – мановакууметр; 2 – клапан предохранительный. Типоразмеры горизонтальных кожухотрубчатых испарителей типа ИТГ. Испаритель Площадь поверхности теплообмена, м2
Размеры, мм Количество труб, i Количество ходов, z Штуцера (условные проходы) Dвн
L B H d d1
d2
d3
d4
ИТГ-40 42,7 500 4510 820 1286 144 8 80 25 25 80 32 ИТГ50 48,5 600 3560 895 1470 214 8 80 25 25 100 40 ИТГ-63 65,0 600 4560 895 1470 214 8 80 25 25 100 40 ИТГ-80 81,5 600 5560 895 1470 214 8 80 25 25 125 40 ИТГ-125 124,0 800 4650 1145 1800 386 8 125 25 25 150 50 ИТГ-160 155,0 800 5650 1145 1800 386 8 125 25 25 150 50 ИТГ-200 194,0 1000 4780 1315 2062 616 8 150 40 40 200 70 ИТГ-250 242,0 1000 5780 1315 2062 616 8 150 40 40 200 70 ИТГ-315 315,0 1200 5890 1550 2520 870 4 200 40 40 250 70 Окончание таблицы Испаритель Установочные размеры, мм Вместимость пространства, м3
Масса, кг D1
D2
l1
l2
l3
l4
l5
h1
h2
h3
h5
межтрубного трубного ИТГ-40 273 219 65 590 3990 1990 1720 165 758 310 120 0,50 0,22 1557 ИТГ-50 325 273 90 690 2990 1490 1220 190 893 310 160 0,52 0,27 1663 ИТГ-63 325 273 90 690 3990 1990 1620 190 893 310 160 0,70 0,34 2086 ИТГ-80 325 273 90 690 4990 2590 2590 190 893 310 160 0,885 0,41 2509 ИТГ-125 426 325 100 890 3990 1990 1624 250 1113 400 235 1,14 0,64 3542 ИТГ-160 426 325 100 890 4990 2590 2521 250 1113 400 235 1,58 0,76 4252 ИТГ-200 426 325 130 1090 3990 1990 1630 320 1284 480 300 2,10 1,10 5516 ИТГ-250 426 325 130 1090 4990 2590 2530 320 1284 480 300 2,64 1,26 6853 ИТГ-315 516 325 170 1295 4990 2590 2530 375 1560 600 380 3,80 1,86 9808 Свойства водного раствора хлористого кальция Плотность при 15 о
С, кг/л Содержание соли в растворе, % Температура замерзания, о
С
Удельная теплоемкость в кДж/(кг•К) при 0 -10 -20 -30 -40 1,00 0,1 0 4,2 - - - - 1,05 5,9 -3,0 3,83 - - - - 1,10 11,5 -7,1 3,5 - - - - 1,15 16,8 -12,7 3,22 3,2 - - - 1,16 17,8 -14,2 3,17 3,15 - - 1,17 18,9 -15,7 3,13 3,11 - - - 1,18 19,9 -17,4 3,09 3,06 - - - 1,19 20,9 -19,2 3,04 3,02 - - - 1,20 21,9 -21,2 3,00 2,98 2,95 - - 1,21 22,8 -23,3 2,96 2,94 2,91 - - 1,22 23,8 -25,7 2,93 2,91 2,88 - - 1,23 24,7 -28,3 2,90 2,87 2,85 - - 1,24 25,7 -31,2 2,87 2,84 2,82 2,79 - 1,25 26,6 -34,6 2,84 2,81 2,79 2,76 - 1,26 27,5 -38,6 2,81 2,78 2,76 2,73 - 1,27 28,4 -43,6 2,78 2,76 2,73 2,71 2,68 1,28 29,4 -50,1 2,76 2,73 2,71 2,68 2,65 1,286 29,9 -55,0 2,73 2,71 2,69 2,68 2,64 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Технические характеристики водяных насосов, выпускаемых Ереванским насосным заводом Насос Подача м3
/ч Полный напор, кПа Электродвигатель Масса насоса, кг Марка Мощность, кВт 1,5К-8/19 6,0 203 А02-21-2 1,5 16,3 11,0 174 14,0 140 1,5К-8/19а 5,0 160 А02-21-2 1,5 16,3 9,5 140 13,5 112 1,5К-8/19б 4,5 128 А02-12-2 1,1 12,5 9,0 114 13,0 88 2К-20/30 10,0 345 А02-32-2 4,0 31 20,0 308 30,0 240 2К-20/З0а 10,0 285 А02-31-2 3,0 26 20,0 252 30,0 200 2К-20/30б 10,0 220 А02-22-2 2,2 19,8 20,0 188 25,0 164 2К-20/18 11,0 210 А02-22-2 2,2 19,8 20,0 185 22,0 175 2К-20/18а 10,0 168 А02-21-2 1,5 16,3 17,0 150 21,0 132 2К-20/18б 10,0 130 А02-21-2 1,5 16,3 15,0 120 20,0 103 3К-45/30 30,0 348 А02-42-2 7,5 68 45,0 310 54,0 270 3К-45/30а 25,0 242 А02-41-2 5,5 56,5 35,0 225 45,0 195 4К-90/20 60,0 257 А02-42-2 7,5 68 80,0 228 100,0 189 4К-90/20а 50,0 207 А02-41-2 5,5 56,5 70,0 182 90,0 143 Технические характеристики водяных насосов, выпускаемых Катайским насосным заводом Насос Подача м3
/ч Полный напор, кПа Электродвигатель Масса насоса, кг Марка Мощность, кВт 4К-12 65 400 А02-62-2 17 165 90 340 112 275 4К-12а 61 325 А02-51-2 10 95 85 286 100 230 6К-8 122 365 А02-72-4 30 236 162 325 198 280 6К-8а 115 310 А02-71-4 22 208 140 286 184 240 6К-8б 106 280 А02-7- 22 208 140 220 170 180 6К-12 126 225 А02-61-4 13 143 162 200 182 175 6К-12а 108 180 А02-52-4 10 110 150 150 165 140 8К-12 220 330 А02-81-4 40 335 288 290 330 250 8К-12а 194 270 А02-72-4 30 236 250 240 300 200 8К-18 220 207 А02-71-4 22 208 288 175 330 150 8К-18а 200 175 А02-62-4 17 165 260 155 300 130 1 – клапан предохранительный; 2 – манометр ПРИЛОЖЕНИЕ 7 Типоразмеры конденсаторов КТГ Конденсатор Площадь поверхности теплообмена, м2
Размеры, мм Количество труб, i Количество ходов, z Штуцера (условные проходы) Dвн
L B H d d1
d2
d3
КГТ-25 26,5 500 2910 810 910 144 8 50 25 25 70 КГТ-32 31,8 500
|