冷库设计-制冷更新.docx

课 程 设 计设计题目 厦门市某900 t土建冷库含冷库 和制冰间，制冰能力 60t/d 姓 名 ： 院 （系）: 专业班级 : 学 号 : 指导教师 : 1、冷库概况1.1、冷库规模情况该冷库位于厦门市，冷库含冰库和制冰间，制冰能力为60 t/d.1.2、冷库的气象资料地名台站位置室外计算温度（）夏季空气调节室外计算湿球温度室外计算相对湿度（%）极端最低温度（）极端最高温度（）最大冻土深度（cm）大气压力（kpa）北纬东经海拔（m）夏季通风夏季空气调节日平均最热月月平均夏季通风冬季夏季厦门24271180463.2313027.480692.038.4-101.4699.9921.3、冷库的平面布置图该冷库的贮冰吨位为900t，贮冰间一间，制冰间一间。（1） 冷间计算面积根据公式：式中：G各冷库计算吨位（t）； V1各冷藏间的公称体积（m3）； 冷藏间的容积利用系数； s食品的计算密度（kg/m3）根据制冷装置设计表2-1-4查得贮冰间机制冰密度=750。其中=0.5（取贮冰间的高度为4.8m，根据表2-1-3利用插值法得出）。依上式得，公称容积： 冷库高度的确定：净高为4.8m，堆码高度为3.5m。贮冰间有效使用面积为2400/4.8=500，净高4.8m堆高3.5m，净长25m净宽20m。（2）制冰间a、设计参数使用地：厦门市，夏季平均气温：31。制冰用水温度：20。降温终了温度：-5。盐水温度：-10。蒸发温度：-15。产量要求：每池20吨。冻结时间：Z=Cd/(-ty)=0.6*19/10=21.66小时式中C为系数，取0.6.d为冰块顶部厚度，厘米。Ty:盐水平均温度。冰块规格：50kg/块。对应冻结时间计算值18.3小时。载冷剂要求：使用绿化钙盐水作载冷剂，浓度要求18%20%。b、冰桶规格及冰池设计1、冰桶规格： 上口：360*190，下口：320*160，高850。每只桶容积：（0.36*0.19+0.32*0.16）*0.85/2=0.05立方米，每块冰重50 KG用镀锌板制作。上口用L40*3角钢围边。用-40带钢做底圈垫底。示意图如下：2、冰桶数量： Nb=（20000）/50=400只。3、冰桶排列间距 行、列间距皆为150。4、冰桶排列方案：25行，18列。实放冰桶400个。（3） 平面图如下： 2、制冷系统设计方案概述2.1、设计原则（1）满足食品冷加工工艺要求；（2）系统要运行可靠，操作管理方便，有安全保障；（3）系统应优先采用新设备、新工艺及新技术；（4）要考虑经济性。2.2、制冷系统流程双级压缩回路：蒸发器出口回汽调节站气液分离设备低压级压缩机低压级油分离器中间冷却器高压级压缩机油分离器冷凝器贮液桶中冷器高压液体调节站节流阀低循桶氨泵低压液体调节站蒸发器进口蒸发器出口单级压缩回路：蒸发器出口回汽调节站气液分离设备低压循环桶单级压缩机油分离器冷凝器高压贮液器高压液体调节站节流阀低压循环桶氨泵低压液体调节站蒸发器进口蒸发器出口汽液汽液贮冰间-10制冰间-15压缩机部分高压侧部分总调节站2.3、制冷系统方案内容（1）采用制冷系统：单双级综合氨制冷系统；（2）供液方式：氨泵供液；（3）冷间冷却方式：直接冷却； （4）融霜方式：贮冰间、制冰间采用墙、顶排管，故采用人工扫霜和热氨融霜相结合的融霜方式。（5）自控控制方法：制冷系统的安全保护；局部回路的自控（液泵、冷藏间回路）；压缩机指令开停机，库房内的冷却设备在机房的遥控和库温遥测；（6） 冷却水方式：直接冷却方式。2.4、机器、设备和管道布置方案机房分成机器间和设备间两部分。制冷压缩机安装在机房内，仪表盘应面向主要操作通道；中间冷却器安装在机房内靠近压缩机的近处，靠墙布置；油分离器可随压缩机安装；冷凝器安装在室外离机房出入门较近的地方；高压贮液器布置在室外靠近冷凝器，且安装高度应与冷凝器配合，保证液体自流进入；油分离器应根据冷凝器和高压贮液器的标高来布置；总调节站设在机器间便于观察、操作的地方；液氨分离器设在机房之上；低压循环桶设在设备间利用金属固定的平台上；氨泵布置在低压循环桶的下面近处；其余设备均按照有关资料的要求布置。1、机器间：压缩机、总调节站2、设备间：低压循环桶、排液桶、气液分离器、油分离器、液泵、贮液桶、空气分离器3、室外： 加氨站、冷凝器、紧急泄氨站、放空气器、冷却塔、集油器2.5、库房特征冷间名称设计库温度相对湿度冷却设备形式气流组织形式贮冰间-1090%墙、顶排管自然对流方式制冰间-2095%墙、顶排管自然对流方式3、设计计算书3.1、设计依据依据冷库制冷设计手册和依据冷库设计规范，按照设计要求（基础资料、设计参数、各库房冷藏容量，冷加工能力、平面布置图等）对整个制冷系统进行设计设计计算。设计内容包括制冷负荷计算、制冷压缩机、辅助设备、冷却设备、管径的选择及安全保护等。3.2.1、设计参数冷间 编号室外计算温度tw夏季通风室外设计计算温度冷间设计温度tn冷间设计相对湿度冷间进库温度冷间出库温度冷间冷加工时间贮冰间13031-690%0024h贮冰间23031-690%0024h3.2.2制冷负荷计算，而a: 温差修正系数。围护结构的外侧加通风空气层，外墙a=1.3，屋顶a=1.6。t=tw-tn=30-（-6）=36（1） 传热系数K（附图3-3）表1各构造层的传热系数K W/(m2C)围护结构名称贮冰间1贮冰间2K外墙1/3.61/3.60.27内墙000屋面1/4.771/4.770.21地面1/2.541/2.540.39(2) 各冷间围护结构传入热Q1计算（附图3-4）表2 各冷间围护结构传入热Q1计算表冷间及库温围护结构面积m2传热系数KW/(m2C)计算温度tw 库内外温差 tw-tn 修正系数Q1W备注贮冰间（01）tn=-6东外墙800.2730361.10855.36东内墙00-6010西外墙00.2730361.100西内墙800-6010北外墙500.2730361.10534.6南外墙500.2730361.10534.6地面1600.3930360.61347.84屋面1600.2130361.601935.36小计5207.76贮冰间（02）tn=-6东外墙00.2730361.100东内墙800-6010西外墙800.2730361.10855.36西内墙00-6010北外墙500.2730361.10534.6南外墙500.2730361.10534.6地面1600.3930360.61347.84屋面1600.2130361.601935.36小计5207.76总计10415.52表3 各冷间 Q1结果汇总表(W )贮冰间（01）贮冰间（02）总计Q1（W）5207.65207.610415.52货物放热量贮冰间的冷负荷：Q2=2.1*103*（0-tn）*G*103 /（24*3600）=24.3*tn*GG=20t/dQ2=2916W表4 各冷间 Q2结果汇总表(W)贮冰间（01）贮冰间（02）总计Q2（W）291629165832通风换气耗冷量因为冷间为贮冰间，无呼吸作用，而且库内无工人长期停留，故操作人员呼吸换气冷负荷可忽略不计。所以认为无通风换气耗冷量。即Q3为0.电机运转热当量贮冰间用排管式布置，不采用电动设备，所以无电机运转热当量。Q4为0.操作管理耗冷量这部分热量主要包括：库房照明热量，出入库房时开启冷藏门冷负荷以及操作人员散发热量等三部分，即：取=2，每间冷间地板面积160，公称容积是800，温度在0以下，查表2-2-15表得：每日开门引起换气次数n2.4次；不设空气幕，则空气幕效率修正系数M1；r值查表2-2-14可得r=1.293kg/；室内、外空气的焓值，-0.99 kJ/kg，92.49kJ/kg；操作人员数量4人，每个操作人员每秒的放热量=395W。=320+2797.91+197.5=3315.40W表5 各冷间 Q5结果汇总表(W)贮冰间（01）贮冰间（02）总计Q5（W）3315.403315.406630.80库房冷却设备负荷（P=1.0）表8 各冷间冷却设备负荷 Qq汇总表（W）（附图3-5）冷间名称Q1PQ2Q3Q4Q5Qq贮冰间（01）5207.605832003315.4014354.46贮冰间（02）5207.605832003315.4014354.46 机械负荷是压缩机造型的依据，它不仅要能满足冷库生产高峰负荷的要求，还要考虑到经济性和合理性。为此，应把同一蒸发温度的库房的各类热量按不同情况加以修正，再考虑管路、设备等冷量的损失来确定机器负荷，即：R 制冷装置管道和设备等冷量损耗补偿系数，对直接冷却系数取R=1.07；间接冷却系统以R=1.12；（R取1.07）（附图3-6）表9 -15蒸发温度回路机器负荷Qj汇总表（W）冷间名称n1Q1n2Q2n3Q3n1 Q4n5Q5小计(Qi)贮冰间（01）1*5207.600.6*5832000.5*3315.410364.5贮冰间（02）1*5207.600.6*5832000.5*3315.410364.5总计：20729.0制冰间的冷负荷计算制冰间用水温度：25。降温终了温度：-6。盐水温度：-10。蒸发温度：-16。T：制冰间温度为20制冰池的长、宽、高分别为5.76m、3.80m、1.25m，共两个相同制冰池。冰块质量（kg）冰桶内尺寸/mm桶重（kg）上口内径下口内径外高21.55038019034016016001、制冰池传热量Q1。Q1=Fi（T-Ty）/Ri式中F：传热面积。m。Ri：总热阻，顶取0.5m2，其他取2.84 m2。Q11=（3.86*1.25*2+3.80*1.25*2+3.86*3.8）*（20+10）/2.84+3.86*3.8*（20+10）/0.5= 357.23+880.08=1237.31WQ1=Q11+Q12=3593.92W 2、水冷却和冻结热量Q2。Q2=11.57*G*(C1*ts+335+C2*tb) =11.57*20*（4.19*25+335+2.09*6）=105143.50W3、冰桶和冰桶架冷却放热量 Q3。Q3=(ts-ty)*1000*C*(ntb*wbt+nl*wl)/ (b*3600) =(25-(-10)*1000*0.419*(320*17.2)/（19.13*3600） =1161.72W4、融冰冷负荷Q4。Q4=900Fb*Q2/gb式中Fb：冰块表面积，m。：冰块溶化层厚度。取0.002m。计算得：Fb为1.24 mQ4=900*1.24*0.002*10514.35/50=4693.62W5、盐水搅拌器运转的发热量Q5。Q5=1000P。P：搅拌器功率。取8KW。Q5=8000W。Qb=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=W合计冷负荷Qjb=（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）*1.12=137303.89W。该系统工作工况就是标准工况，计算制冷量即为标准制冷量。4、制冷机器设备的选型计算4.3制冷机器设备的选型计算整个冷库的耗冷量计算以后，便可按机器总负荷进行选择制冷压缩机及所配用的设备。按这个冷库的设计条件，确定冷凝温度，氨液冷凝后的再冷温度以及制冷压缩机循环的级数，然后进行计算。4.3.1制冷机器设备的选型计算（1）蒸发温度的确定 由于蒸发器是直接布置在库房的，比一般库温低810，故贮冰间取-15。冰池的蒸发温度也是-15。（2）冷凝温度的确定根据厦门地区的水文地质条件及气象条件，采用冷却水循环冷却。冷凝器的进水温度ts1=ts+=28+3=31（其中ts为室外空气湿球温度，为冷却塔的冷幅高），冷凝器的出水温度为ts2= ts1+2=31+2=33（立式冷凝器）式中 tm对数平均温差，取值范围为46，取4。由此计算出冷凝温度为36。（3）吸入温度的确定 对于氨泵供液系统，设计工况的吸入温度为-10。（4）过冷温度的确定 采用过冷器时，过冷度为3；（5）制冷循环压缩机的级数确定此冷库要求蒸发温度-15。当冷凝温度为36时，相应的冷凝压力为=1391.6Kpa；当贮冰间蒸发温度为-15时，相应的蒸发压力为=236.20Kpa；按照冷凝压力和蒸发压力的比值考虑:贮冰间：=5.898，故宜采用单级压缩制冷循环；4.3.2制冷压缩机的选型计算（1）单级压缩机的选型计算如图，取过冷度3，节流前氨液的温度=33；过热度取3。利用相关软件求得：=1442.70kJ/kg；=1456.40kJ/kg ；=1716.51kJ/kg；=353.20kJ/kg；=0.5216m3/kg；=368.12kJ/kg；122430LgPh 1）选型 A.单位制冷量 =-=1456.4-353.2=1103.2 kJ/kg B.制冷剂质量流量 23.4xKg/s C.压缩机理论输气量 式中：、吸入气体的焓和比容，KJ/Kg,m3/Kg; 节流阀后制冷剂的焓值，KJ/Kg; Qj该蒸发温度压缩机总负荷，kW 压缩机的输气系数。对于氨压缩机，有表3-1-9可查得=0.70 故 =62.6 D.查大连冷冻设备网上资料，选用一台大连冷机公司100系列氨压缩冷凝机组LN2AZ1-1单级压缩机，其性能参数如下：压缩机的型号蒸发温度（）冷凝温度（）标准工况制冷量（kW）理论排气量（m3/h）标准轴功率（kW）换热面积（）LN2AZ10-15-304026.763.38.12102）校核 A.实际制冷量式中Gc制冷剂实际总流量，kg/s；其中，Vp选用压缩机理论总输气量，m3/s； B.电动机功率 a.理论功率 式中h2，h1进排出气体的焓值，kJ/kg； 故B.指示功率 式中，zs指示效率，对开启式压缩机，按下式计算：其中：Tz、Tl绝对蒸发温度和冷凝温度，K；b系数，取0.001； c.摩擦功率 式中Pm平均摩擦压力kPa，查表3-1-10取60kPa ； 故d.有效功率 电机轴功率 式中c传动效率，取0.96； 故 e.配用电动机功率4.3.3冷凝器的选型计算（1）冷凝器热负荷的计算 =30kw 式中：制冷剂流量，kg/s； 、冷凝器进出口制冷剂焓值，kJ/kg；（2）冷凝面积的计算 式中：F冷凝器传热面积，；K冷凝器传热系数，kW/；tm对数平均温差，取值范围为46；qf冷凝器单位面积热负荷，kW/，取3kW/ 即：（3）冷凝器其技术参数如下：压缩机的型号蒸发温度（）冷凝温度（）标准工况制冷量（kW）理论排气量（m3/h）标准轴功率（kW）换热面积（）LN2AZ10-15-304026.763.38.12104.3.4冷却设备的选型计算（1）冷却面积计算 式中：F冷却设备的传热面积，；K冷却设备的传热系数，贮冰间取9.59，W/K；t冷却设备的计算温差，冰池。贮冰间均10；Qq冷却设备负荷，W； （2）计算结果汇总表冷却面积冷间KtQq冷却面积F冰池7.561017131227贮冰间9.5910617464 均采用氨单层光滑蛇形顶排管。4.3.5节流阀选型计算（1）流量计算 （2）通道截面积计算 式中 G流经节流阀的制冷剂流量，kg/s；A通道截面积，；l节流阀前液体的密度，取604.5kg/ m3；Pv节流前后的压差，Pa；CD流量系数，取0.35； 代入公式，有 （3）节流阀的选型 采用双久空分公司型号为DG4FPF的节流阀，其技术参数如下：型号公称通径mm适用温度（）公称压力（MPa）重量（kg）DG4FPF4-240-8041.234.3.6辅助设备的选型计算 （2）油分离器的选型计算 式中 p，pg压缩机排气口制冷剂蒸汽的比容，m3/kg；G，Gg制冷剂流量，Kg/s；油分离器内气体流速，取0.2 m/s； 故， =0.028m选用YF-65（洗涤式油分离器）一台，其技术参数如下：型号容器类别外形尺寸（mm）重量（kg）壳体直径高YF-65SM-23251551130 （3）高压贮液器的选型计算 式中 冷凝温度下液态制冷剂的比容，m3/ kg；G 制冷系统制冷剂总循环量，kg/s；G =(12.6+8.185)/10=23.4/10kg/s0.7 贮液器的允许液体充满度； 贮液器的容量系数，取1.2；所以，综上所述，选用大连冷冻机厂ZA-0.25一台，其技术参数如下：型号容积（m3）容器类别外形尺寸（mm）重量（kg）长通体直径高ZA-0.250.25CmM-22000400750230 （4）气液分离器的选型计算 式中：G通过气液分离器供液量，kg/s； 在该蒸发压力下气体制冷剂的比容，m3/kg； 气体制冷剂流速，取=0.5m/s； 故-15蒸发回路：气液分离器桶身高度一般为桶身直径的3-4倍，即： -15蒸发回路： Hef=3-4Ddf =0.5220.696m选用大连冷冻厂AF-50气液分离器两台，其技术参数如下：回路型号筒体尺寸D（mm）主要尺寸（mm）重量kgLH-15AF-505253001500150（5）低压循环桶的选型计算 1）低压循环桶桶径计算 式中 Vp 压缩机（双级压缩时指低压机）的理论输气量，m3/s； 压缩机（双级压缩时指低压机）的输气系数； 低压循环桶内气体流速，取0.5m/s； 低压循环桶的面积系数，取1；n 低压循环桶气体进口个数，取1； 贮冰回路： 2）低压循环桶容积的计算 选用下进上出供液系统： 式中 Vd 低压循环桶的容积，m3；Vq各冷间中，冷却设备注氨量最多的一间蒸发器总净容积，m3，不兼作排液桶时可以不计；Vh 回气管内净容积，m3；=qb 一台氨泵的流量，m3/s；b 氨泵由启动到液体制冷剂自蒸发器返回低压循环桶的时间，一般可采用540720s； 所以， 选用型号为DXZ-1.5的低压循环桶，其技术参数如下：型号容积m3容器类别外形尺寸（mm）重量（kg）壳体直径高DXZ-1.51.5CM-28003700710（6）氨泵的选型计算 根据氨泵的流量进行氨泵的型号选择 式中 Qd 氨泵回路蒸发器负荷，kW；该蒸发温度下液体制冷剂的比容，m3/ kg；qo 制冷剂单位质量制冷量，kJ/kg；氨泵的供液倍率，取34； 故，由于选用1个低压循环桶，故氨泵也选用1台。均选用大连冷冻设备厂的32P-40A型号屏蔽泵，其技术参数如下：型号流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）效率%轴功率（kW）电机功率（kW）重量（kg）32P-40A2.8322850191.273.097（7）排液桶的选型计算 式中 Gz 注氨量最多的一间库房蒸发器的注氨量，kg；在该蒸发温度下，液体制冷剂的比容，m3/ kg；0.7 排液桶允许充满度； 5组16m16根的光滑蛇形顶排管 Gz=571=355kg 所以， 根据以上数据，选用烟台冷冻机厂PYA-3型号排液桶，具体参数如下：型号容积m3接管通径mmL （mm）H（mm）重量kgPYA-3 50 920 4956 17621376（8）空气分离器的选型依据冷库的规模，冻藏回路、贮冰回路均选择大冷生产的KF-32空气分离器，参数如下表：型号公称直径mm换热面积 m2L （mm）H（mm）KF-32 32 0.45 1593 110（8）集油器的选型压缩机在标准工况下的总制冷量小于230kW，选用桶身直径159mm集油器1台。故选用大连冷冻机厂JY-150型号集油器1台，具体参数如下：型号外形尺寸（mm）重量（kg）壳体直径高JY9）过滤器的选型1）氨液过滤器的选型 选用YG-32的氨液过滤器两个，其技术参数如下：型号公称口径（mm）外形尺寸（mm）重量（kg）宽高YG-323218018514 氨气过滤器的选型 选用QG-65的氨气过滤器两个，其技术参数如下：型号外形尺寸（mm）重量（kg）宽高QG-65450280555系统管道设计51 管径的选择计算511 主要管道管径式中，dn：管子内径，mm； G：制冷剂流量， 贮冰间：0.022 制冰间0.185 ：制冷剂密度，氨液为kg/m3；0.771 w：制冷剂限定流速，查表，m/s。算出内径后查表选取合适的钢管规格：(6-1)冷库冷间管段wDn（mm）公称口径Dg（mm）外径壁厚（mm）贮冰间排气管201825252.0冷凝器至贮液器0.516.8818182.0贮液器至调节阀1.011.9414142.0回汽管77076763.5氨泵进出液管1.011.2614142.0制冰间排气管2014.1218182.0冷凝器至贮液器0.512.9214142.0贮液器至调节阀1.09.1410102.0回汽管777.9489893.5氨泵进出液管1.08.4710102.0 512 其他辅助管道的管径 (6-2)对于其他辅助管道的管径，采用经验的方法来确定；具体大小如下表名称公称口径Dg（mm）外径壁厚（mm）排液管25322.5集油管20252.0安全管25322.5放空气管20252.06 管道及设备的隔热61 管道的伸缩 制冷系统的管道由于工作温度与安装时的温度不同，必然会产生热胀冷缩，其伸缩变化的数值与材质、温度变化的大小及管道长短有关，可按下式计算：式中：管道长度变化值，m；管道材料的线膨胀系数，；管道长度，m；管道的工作温度，；管道安装温度，；如果管道可以自由伸缩，管道就不会产生热应力，若将管道两端固定，管道不能随温度变化而自由伸缩，管道将产生热应力，热应力大小可由下列公式求得：式中：热应力，；管材的弹性模数，；钢：；铜：管道受热或受冷后相对变形值。在管道设计中，管道的热应力不允许超过管材的许用拉伸或压缩应力，即：式中：管材的许用拉伸或压缩应力，；普