制冷机房工艺设计

制冷技术课程设计说明书能源与机械工程学院2014 年 6 月设计题目 某制冷机房工艺设计 设 计 者 同组成员指导教师 制冷技术课程设计说明书第 2 页 共 31 页目 录第一章 设计原始资料 .41.1 参数条件 .41.2 土建资料 .41.3 室外气象参数 .41.4 空调负荷和冷热源 .4第二章 方案确定 .52.1 制冷系统型式 .52.2 冷却方式 .52.3 冷量输送方式 .52.4 制冷系统循环图 .6第三章 冷水机组的型号与数量的选择 .73.1 机房总制冷量 .73.2 制冷剂选取 .73.3 确定制冷系统设计工况 .73.3.1 冷凝温度 tk的确定 .83.3.2 蒸发温度 t0的确定 .83.3.3 过冷温度 tg的确定 .83.3.4 压缩机吸气温度 t1的确定 .83.4 设计工况制冷循环及循环 P-H图 .83.5 名义工况制冷循环及循环 P-H图 .103.6 冷水机组选型 .123.6.1 特点 .123.6.2 主要性能参数 .133.6.3 机组结构简介 .14第四章 制冷机房的布置 .154.1 机房的布置 .154.2 制冷机组安装 .154.2.1安装基础 .154.2.2安装环境 .154.3 水泵配管配置 .164.4 仪表的设置 .16第五章 水系统计算与选型 .185.1 冷冻水系统的计算 .18制冷技术课程设计说明书第 3 页 共 31 页5.1.1 循环水量计算 .185.1.2 系统补水量 .185.1.3 冷冻水泵选型 .185.1.4 分水器和集水器的构造和用途 .195.1.5 分水器和集水器的尺寸 .195.1.6 补给水箱的选型和计算 .205.2 冷却水系统的计算 .205.2.1 循环水量计算 .205.2.2 冷却塔 .215.2.3 系统循环阻力计算 .215.2.4 冷却水泵选型 .24第六章设备及管道保温 .256.1 保温的必要性 .256.2 保温的要求 .256.3 对保温材料的基本要求 .266.4 保温层的结构跟施工 .26第七章 设备明细 .27致 谢 .28参考文献 .29制冷技术课程设计说明书第 4 页 共 31 页第一章 设计原始资料1.1 参数条件某制冷机房空调冷负荷。1.2 土建资料机房建筑平面图（附后） 。1.3 室外气象参数南京地区地理位置：北纬 3200 东经 11848；夏季空调室外计算干球温度：35.0；夏季空调室外计算湿球温度：28.3；室外风速：夏季 2.6m/s；风向：夏季 SE1.4 空调负荷和冷热源本建筑空调计算冷负荷：3663kW；根据负荷要求选用冷水机组作为空调冷热源；空调冷冻水参数：供水 7，回水 12 ；冷却方式可按水冷或风冷考虑。制冷技术课程设计说明书第 5 页 共 31 页第二章 方案确定2.1制冷系统型式制冷系统型式确定是多种因素综合考虑的后果，一般应根据用途、总制冷量、当地环境条件等来确定。本设计为大型集中空调系统的冷冻站，周围无废气余热可供利用，故采用单机压缩式制冷系统，并优先选用冷水机组。制冷压缩机一般包括活塞式、螺杆式、离心式等，由制冷设计规范可得制冷量为 580 1750kW(50 x 104 - 150 x 104kcal/h)的制冷机房，当选用活塞式或螺杆式制冷机时，其台数不宜少于两台。本设计选用螺杆式，即采用螺杆式水冷冷水机组。螺杆式与活塞式压缩机相比，具有结构简单，易损部件少，重量轻，单机压缩比大，对湿行程不敏感，振动小，对基础要求低，通常无需采用隔震措施，输气系数高，排气温度低，热效率高，加工件少，压缩机的零件总数只有活塞式的1/10，检修周期长，无故障运行时间可达 35 万小时，制冷量可在 10100%的范围内无极调节，运行稳定、安全。2.2冷却方式冷却系统的方式上有水冷、风冷、蒸发冷却等，应以当地自然条件及综合经济指标为原则加以考虑。考虑南京地区靠近长江且雨量丰富，而且冷凝负荷较大因此考虑水冷。2.3冷量输送方式在冷量输送方式上有冷风、冷水、直接供冷、间接供冷等，本次设计考虑到实际的工艺要求，采用间接供冷方式。该机房制冷系统为四管制系统，即冷却水供/回水管、冷冻水供 /回水管系统。经冷水机组制冷后的 7的冷冻水通过冷冻水供水管到达分水器，再通过分水器分别送往各个区域，经过空调机组后的 12的冷冻水回水经集水器再由冷冻水回水管返回冷水机组，通过冷水机组中的蒸发器与制冷剂换热实现降温过程。从冷水机组出来的 37的冷却水经冷却水供水管到达冷却塔，经冷却塔冷却后降温后再返回冷水机组冷却制冷剂，如此循环往复。制冷技术课程设计说明书第 6 页 共 31 页2.4制冷系统循环图图 1 制冷系统循环图制冷循环系统：压缩机吸入蒸发器中的低温低压的制冷剂气体，经压缩为高温高压的气体并将其排入壳管式水冷冷凝器；在冷凝器内，高温高压的制冷剂气体与冷却水进行热交换，冷凝成为常温高压的制冷剂液体，升温后的冷却水被冷却水泵输送到冷却塔经空气冷却后循环使用。具有一定过冷度的制冷剂液体经由干燥过滤器、电磁阀、再经过热力膨胀阀降温降压后进入水冷式蒸发器；在蒸发器内，低温低压的制冷剂液体与冷冻水进行热交换，吸收冷冻水的热量后成为具有一定过热度的低温低压的制冷剂气体，再被压缩机吸入压缩，开始了新的循环。这样，经过蒸发器的冷冻水被冷却、降温并通过冷冻水泵输送到末端设备换热器，与室内空气进行热交换从而不断送出冷风。制冷技术课程设计说明书第 7 页 共 31 页第三章 冷水机组的型号与数量的选择3.1机房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最大制冷量，供给单位及系统的冷量损耗。用户实际耗冷量可由工艺部分给定，亦可由计算得出。冷量损耗一般由设备和管道等有关情况计算。工程中一般可按附加系数确定。因为间接供冷系统附加系数为 7%15%，本次设计取中间值 11%。则总制冷量可按下式计算：Q=(1+A)Q0=(1+0.11)3663=4066kW （3-1）式中：Q 制冷系统的总制冷量（kW）Q0用户实际所需要的制冷量（kW）A冷损失附加系数，间接供液，取 11%。3.2 制冷剂选取氟利昂是一种透明、无味、无毒、不易燃烧和爆炸以及化学性能稳定的制冷剂，与空气混合遇火也不爆炸，因此适用于公共建筑或实验室。不同的化学组成和结构的氟利昂制冷剂热力性质相差很大，可适用于高温、中温和低温制冷压缩机，以适应不同制冷温度的要求。常用的氟利昂制冷剂有 R12、R22、R502 及R134a 等。其中，R22 是家用空调中应用较多的一种氟利昂制冷剂，它的热力学性能与氨相近，但不燃、不爆，中低温冷水机组使用中比氨更安全可靠。R22 是一种良好的制冷剂，在空调装置使用 R22 已很普遍。它的蒸发温度（-40.0 ）比 R12 低。R22 的单位容积制冷量比 R12 的高 60%，稍小于氨，其导热系数比 R12 的稍高，比氨的小得多。R22 稳定性也好，若 R22 与金属接触则在 135150范围内开始分解；R22 不燃烧，也不爆炸；故常用在窗式空调器、冷水机组、立柜式空调机组中。R22 破坏臭氧层能力是 R12 的 1/20。所以，在中近期内仍不失为一种可靠代用制冷剂。目前国内外已生产和使用 R22 的离心式冷水机组。所以，本设计选用 R22 作为冷水机组制冷工质。制冷技术课程设计说明书第 8 页 共 31 页3.3 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冷凝温度、蒸发温度、过冷温度、吸气温度。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，冷冻水要求参数及冷却剂参数应作为选择确定制冷剂系统型式及设计工况参数的依据。3.3.1 冷凝温度 tk 的确定冷凝温度取决于所采用的冷却介质（水或空气）和冷凝器的结构形式。由于冷凝负荷大，故选用水作为冷却介质并设有冷却塔。则冷凝温度为：tk=(t1+t2)/2+(35) （3-2）式中：t 1 冷凝器冷却水进口温度（）t2 冷凝器冷却水出口温度（）一般取 t132，冷凝器进出口温差取：立式冷凝器：t 2-t1=24卧式冷凝器：t 2-t1=48当冷却水进水温度偏高时，温度取下限；进水温度较低，温度取上限。一般根据冷却塔进出水温度 t2 取 37，t 1 取 32。本设计中，冷却系统采用循环水冷却，卧式冷凝器，设置冷却塔，t 1 取 32，t2 取 37，则冷凝温度 tk=(t1+t2)/2+5=(32+37)/2+4=38.53.3.2 蒸发温度 t0的确定蒸发温度主要取决于被冷却物体的温度和蒸发器的型式，一般根据用户工艺要求确定。对于冷却液体的蒸发器：t 0=t2-(34) （3-3）式中：t 2 蒸发器中被冷却液体的出口温度（）。本设计中冷水供水温度为 7，回水温度为 12，所以蒸发温度t0= t2-3=7-3=43.3.3 过冷温度 tg的确定过冷温度取决于冷却介质的温度和过冷器的传热温差。由于过冷器的热负荷较小，可选用较小的温差。通常取过冷温度较相同压力下的冷凝温度低 23，则过冷温度 tg=tk-3=38.5-3=35.53.3.4 压缩机吸气温度 t1的确定压缩机的吸气温度根据低压蒸汽离开蒸发器时的状态及吸气管道中的传热情况来确定。对于氟利昂制冷压缩机通常定为 15，本设计的压缩机吸气温度t1 取 15。制冷技术课程设计说明书第 9 页 共 31 页3.4 设计工况制冷循环及循环 p-h图将设计工况主要参数输入到 Solkane 8.0 中，得到 R22 制冷循环 p-h 图，如图 1 所示，其中点 0 为饱和蒸汽点，点 1 为压缩机吸气口（蒸发器出口），点 2为压缩机排气口（冷凝器入口），点 3 为冷凝器出口，点 4 为蒸发器进口根据绘制的 p-h 图查表求得各状态参数，表 1 列出了循环各点参数图 2 设计工况制冷循环 lgp-h 图表 1 设计工况循环各状态点参数状态点 0 1 2 2s 3 4制冷技术课程设计说明书第 10 页 共 31 页P/MPa 0.566 0.566 1.478 1.478 1.478 0.566t/ 4.00 15.00 64.66 71.96 35.50 4.00v/Lkg-1 41.54 44.02 18.52 19.21 0.87 8.68h/kJkg-1 406.36 414.63 439.79 446.08 243.78 243.78hmVpNQkWMqmJVhskgqQMkgJhqsRmisiiksvsssisk /14.52683