机械制冷培训课件(PPT 131页).ppt

1、1,机械制冷,工程技术大队 联系电话：5673115 欢迎指正,机械制冷,第2页，共131页,简介,制冷是将一种流体冷却到低于环境温度的过程。本分册将论述制冷过程在处理装置中的应用，如用于冷却贫油吸收装置的气体和吸收油。 目前，常用的制冷方式有两种：机械制冷和吸收制冷。机械制冷是用压缩机将制冷剂压缩到一个可冷凝的压力，本分册将讨论这种制冷方式。吸收制冷采用氨做制冷剂，在油田不常用。,机械制冷,第3页，共131页,流程描述,一套制冷系统包括四个基本部分：（1）气体压缩机；（2）冷剂冷凝器；（3）膨胀阀；（4）制冷器或蒸发器,机械制冷,第4页，共131页,流程描述,制冷剂在制冷器中汽化后进入压缩机

2、，被压缩到接近环境温度后去冷凝。压缩机出来的气体进入冷凝器，冷凝后变成液体。通常还设有缓冲罐，当然它不是系统所必须的。,机械制冷,第5页，共131页,流程描述,液体从缓冲罐出来，进入膨胀阀，压力降低并且温度也降低，然后进入制冷器。在制冷器中，液体制冷剂从换热管内流动的工艺流体中吸收热量。制冷剂吸热后汽化，汽化的制冷剂从制冷器的顶部流出，回到压缩机进行下一个循环。,机械制冷,第6页，共131页,流程描述,图表示一个更高效的具有两级膨胀阀的制冷系统。流程与前述流程类似，不同点在于液体制冷剂是从高压缓冲罐流向第一个膨胀阀，接着进入低压缓冲罐，缓冲罐的操作压力等于两级制冷压缩机的级间压力。,机械制冷,

3、第7页，共131页,流程描述,低压缓冲罐的气相进入压缩机二级压缩气缸。液体从缓冲罐出来，进入第二个膨胀阀，然后进入制冷器。这种流程比前面的简单流程能耗低。,机械制冷,第8页，共131页,流程描述,当制冷压缩机是离心压缩机时，系统可以包括如图 所示的3 个膨胀阀和3 个缓冲罐。每一级缓冲罐是同一台容器的一个间隔腔，有时我们称之为经济器。,机械制冷,第9页，共131页,流程描述,在这种容器设置中，液体制冷剂从高压缓冲腔通过三级膨胀阀逐级降压。 第一和第二级膨胀阀出来的流体进入缓冲罐，气相从顶部出来，从级间进入压缩机。,机械制冷,第10页，共131页,流程描述,后面我们将说明，这种3 个膨胀阀系统比

4、一个或两个膨胀阀系统效率更高，压缩机能耗也更低。,机械制冷,第11页，共131页,设备描述-制冷压缩机,制冷压缩机既有活塞式的又有离心式的，还有螺杆压缩机。它和其它的工艺压缩机以及管道压缩机相同。唯一不同的是机械润滑油的选择，显然制冷压缩机的润滑油在低温下仍需保持其润滑性能。 压缩机可由电机、燃气轮机或燃气发动机驱动。,机械制冷,第12页，共131页,设备描述-冷剂冷凝器,冷凝器是典型的管壳式换热器或空冷器，选用哪种形式取决于是否有冷却水。制冷剂没有腐蚀性，因此不需采用特殊的材质。,机械制冷,第13页，共131页,设备描述-膨胀阀,膨胀阀是典型的薄膜操作调节阀。阀内组件必须能够承受阀内压降和汽

5、化引起的冲蚀。 阀上装有作为辅助动力部件的定位器，能保证在给薄膜空气信号发生变化时改变阀的开度。,机械制冷,第14页，共131页,设备描述-制冷器,制冷器，或制冷专业人员常称的蒸发器，通常是一种釜式换热器。工艺流体在管程被冷却，而液体制冷剂走壳程或管外。随着制冷剂不断的从工艺流体中带走热量，制冷剂被汽化。因此，在制冷剂液体的上面，必须有足够的气相分离空间，也就是说，这种换热器是分离器和换热器的组合。 如果制冷器温度低于-29，需采用特殊材质。,机械制冷,第15页，共131页,设备描述-管道和容器,低温下运行的设备，其材质的选用必须满足低温工况的要求。碳钢可以用在-29以上。低于这一温度，会变脆

6、和断裂。经过特殊热处理和试验，碳钢可用于-46以上。低于这个温度，则要填加镍来防止钢材变脆。 镍是不锈钢的主要成分，低温工况要求用较高镍含量合金。铝也可用在低温下。 容器和管道的材质的选择一定要满足低温的要求，尤其是在进行现有设施的改造时，更应注意这一点。新的管道不仅应满足它所接触的介质的温度要求，对于它所接触到的金属，尤其是焊接在旧的管道上时，也应满足这些管道相匹配。,机械制冷,第16页，共131页,设备描述-管道和容器,下面是不同金属材料的使用温度： 操作温度 适用金属材质 -29 碳钢 -30 到-46 低碳钢，冲击试验 -47 到-59 2.5%镍钢或铝 -60 到-101 3.5%镍

7、钢或铝 低于-101 304 或316 镍钢或铝,机械制冷,第17页，共131页,制冷原理,制冷过程与汽车冷却系统是相似的，不同的是它在低于环境温度下移走热量，再把热量传给空气或冷却水。制冷剂是一种传热介质。制冷过程的关键是制冷剂的冷却。 多数处理装置的制冷系统用丙烷或氟里昂做制冷剂。为了简化我们的叙述，我们按丙烷做制冷剂考虑，氟里昂和其它制冷剂的制冷原理与丙烷是一样的。,机械制冷,第18页，共131页,制冷原理,制冷过程是利用低温流体移走热量，然后通过冷凝器传递给处于环境温度下的水或空气。制冷剂只不过是一种传热介质。它从低温流体中移走热量，传递给高温的水或空气。 制冷系统和汽车冷却系统相似。

8、水在发动机箱循环，从汽缸吸收热量，热水流向散热器，将热量又传递给散热器周围的空气。水在这里面只是将热量从发动机传到空气的中间载体。,机械制冷,第19页，共131页,制冷原理-汽化热,制冷过程一个最基本的要素是沸腾或汽化。液体从外部热源吸热而沸腾。例如，1kg100的水变成蒸气能从火中或其它热源吸收2257kj 的热量。液体的汽化和闪蒸实际上是沸腾，从液体变成气体状态必须获得汽化热。,机械制冷,第20页，共131页,制冷原理-汽化热,丙烷的汽化热见图。1kg丙烷在低温下的汽化热比高温时的高。,机械制冷,第21页，共131页,制冷原理-汽化热,冷凝器出口丙烷温度为49，制冷器温度为-23，确定冷凝

9、器和制冷器中的汽化热。,C3 冷凝温度 49 汽化热 285kJ/kg,机械制冷,第22页，共131页,制冷原理-汽化热,冷凝器出口丙烷温度为49，制冷器温度为-23，确定冷凝器和制冷器中的汽化热。,C3 制冷器温度 -23 ，汽化热 401 kJ/kg,机械制冷,第23页，共131页,制冷原理-汽化热,从例题中可以看出，1 kg 丙烷在-23时的汽化热为401 kJ/kg，丙烷必须获得这些热量才能被汽化。 制冷器中的丙烷处于沸点温度。管程的工艺流体将热量传递给壳程的丙烷。当1 kg，-23的丙烷吸收401 kJ/kg 热量而汽化后，它的温度仍然是沸点温度。 压缩机出口的丙烷气体温度高于冷凝温

10、度（冷凝温度等于沸点），必须将气体冷凝到冷凝温度，再脱除掉相当于汽化热的热量。,机械制冷,第24页，共131页,制冷原理-蒸气压,制冷过程的另一个重要因素是制冷剂的蒸气压。为了帮助你了解蒸气压的概念，可以假设一个装丙烷液体的缓冲罐。缓冲罐压力表的读数就是丙烷在容器中的蒸气压。,机械制冷,第25页，共131页,制冷原理-蒸气压,丙烷和氟里昂的蒸气压曲线见图 可以看到蒸气压随温度的升高而增加。 也就是说，缓冲罐内丙烷的温度升高时，罐内的压力也升高。如果温度不变，而缓冲罐压力降低，则丙烷会汽化。,蒸汽压，kPa(g,机械制冷,第26页，共131页,制冷原理-蒸气压,蒸气压曲线同时也是沸点曲线。即，缓

11、冲罐中的液体丙烷处于沸点温度，如果它从环境移走热量，有些丙烷则会被汽化。 同样，如果环境温度低于缓冲罐温度，一些丙烷蒸气会被冷凝成液体。因此，容器中的液体丙烷处于沸点，而气体丙烷则处于它的冷凝温度。,蒸汽压，kPa(g,机械制冷,第27页，共131页,制冷原理-蒸气压,正如前面所说的，在沸点状况，液体汽化和气体冷凝时，系统热量在增加或减少，但却没有温度变化。,蒸汽压，kPa(g,机械制冷,第28页，共131页,制冷原理-蒸气压,蒸气压曲线是按纯丙烷绘制的。但是，在很多装置中丙烷制冷剂中还含有1-3%乙烷。图中虚线为含有2%乙烷的丙烷制冷剂蒸气压曲线。 图中蒸气压为海拔高度为0 时测得的表压，当

12、海拔高于0 时，会略高于图中数值。,蒸汽压，kPa(g,机械制冷,第29页，共131页,制冷原理-蒸气压,制冷剂的蒸气压用来确定系统设备的操作压力和设计压力。 冷凝器出口丙烷温度为49，制冷器温度为-23，确定操作压力。纯丙烷做制冷剂。冷凝器的压降为50kPa。,蒸汽压，kPa(g,机械制冷,第30页，共131页,制冷原理-蒸气压,冷凝器出口丙烷温度为49，制冷器温度为-23，确定操作压力。纯丙烷做制冷剂。冷凝器的压降为50kPa。 C3 冷凝器出口温度（C3 蒸气压）,蒸汽压，kPa(g,C3 冷凝器出口压力 1600kPa 冷凝器压力降 50kPa 压缩机出口压力 1650kPa,机械制冷

13、,第31页，共131页,制冷原理-蒸气压,C3 冷凝器出口压力 1600kPa 冷凝器压力降 50kPa 压缩机出口压力 1650kPa,蒸汽压，kPa(g,C3 低压缓冲罐温度 10.5,C3 低压缓冲罐压力 550 kPa,机械制冷,第32页，共131页,制冷原理-蒸气压,C3 冷凝器出口压力 1600kPa 冷凝器压力降 50kPa 压缩机出口压力 1650kPa C3 低压缓冲罐压力 550 kPa,蒸汽压，kPa(g),C3 制冷器温度 -23,C3 制冷器压力（压缩机吸入压力） 120kPa,机械制冷,第33页，共131页,制冷原理-减压和汽化,制冷过程最后一个步骤是用膨胀阀对液体

14、制冷剂减压。我们知道液体丙烷在低于其蒸气压时会汽化。但是我们也知道，液体汽化需要吸收热量。这些热量只能从那些压力降低后未汽化的液体中获得。因此，当液体丙烷的压力通过膨胀阀降低时，有些液体会汽化，它们从那些未被汽化的液体中吸收热量，从而，液体的温度会降低。,机械制冷,第34页，共131页,制冷原理-减压和汽化,制冷剂的冷却是通过膨胀阀获得的，冷却负荷的大小取决于膨胀阀的汽化率，进一步是取决于膨胀阀的压力降。 图表示膨胀阀降压时不同汽化率对应的液体丙烷的温度。,机械制冷,第35页，共131页,制冷原理-减压和汽化,确定图中所示操作压力下膨胀阀的汽化率和出口温度。,机械制冷,第36页，共131页,制

15、冷原理-减压和汽化,1 级膨胀阀进口C3 压力 1600kPa 1 级膨胀阀出口C3 压力 550 kPa,1 级膨胀阀汽化率 30% 1 级膨胀阀出口温度 10.5,机械制冷,第37页，共131页,制冷原理-减压和汽化,2 级膨胀阀出口C3 压力 120 kPa,1 级膨胀阀汽化率 20% 1 级膨胀阀出口温度 -23,机械制冷,第38页，共131页,制冷原理-减压和汽化,低压缓冲罐气体流率占流进膨胀阀1 液体流量的30%，膨胀阀的流量也是压缩机2 级出口流量。也就是说，压缩机出口气体中，有30%在冷凝器、缓冲罐、1 级膨胀阀和2 级压缩机之间循环。 在1 级膨胀阀没有汽化的70%的液体丙烷

16、流向2 级膨胀阀，在这里有20%被汽化，使其余80%的制冷剂温度降到-23。,机械制冷,第39页，共131页,制冷原理-制冷器内的热量传递,制冷系统的功能是将工艺物流冷却到环境温度以下。制冷器常见用途是降低气体的温度，使气体中的烃类冷凝下来。,如图所示流程，气体走制冷器的管程，而制冷剂液体走壳程，热量从管程热的气体中传递到壳程的制冷剂中。制冷剂处于沸点温度，因此，它吸热后汽化。在制冷器壳程设有液位控制系统，将制冷剂的液位控制在略高于管程的管子，膨胀阀做液位调节阀。,机械制冷,第40页，共131页,制冷原理-制冷器内的热量传递,从热的工艺流体传递给低温制冷剂的热量，称为制冷器的制冷负荷。它的计量

17、单位是kJ/h。制冷负荷通常是百万个热量单位，缩写为：MJ/h。,制冷剂在制冷器中处于沸点温度，所有传递的热量都是制冷剂的 汽化热。制冷剂的温度并不变化。另外，膨胀阀出口的制冷剂是气液混相的，但气体制冷剂却不能提供任何冷量。因此，热量的传递完全取决于液体制冷剂的汽化。,机械制冷,第41页，共131页,制冷原理-制冷器内的热量传递,当制冷器的制冷负荷为4000 MJ/h时，丙烷制冷剂的流量是多少？,制冷器制冷负荷 4000MJ/h 制冷器中C3 温度 -23,机械制冷,第42页，共131页,制冷原理-制冷器内的热量传递,当制冷器的制冷负荷为4000 MJ/h时，丙烷制冷剂的流量是多少？ 制冷器制

18、冷负荷 4000MJ/h 制冷器中C3 温度 -23,C3在温度 -23时汽化热 401kJ/kg,机械制冷,第43页，共131页,制冷原理-制冷器内的热量传递,制冷器制冷负荷 4000MJ/h 制冷器中C3 温度 -23 C3 汽化热 401kJ/kg 制冷器中C3 汽化重量 4 000 000/401 =9 975kg/h,机械制冷,第44页，共131页,制冷原理-制冷器内的热量传递,制冷器中C3 汽化重量9 975kg/h 2 级膨胀阀汽化率 20% 2 级膨胀阀出口液体分率 100-20=80% 2 级膨胀阀总C3 流量 9 975/0.80 =12 469kg/h,汽+液,总液,机械

19、制冷,第45页，共131页,制冷原理-制冷器内的热量传递,2 级膨胀阀总C3 流量12 469kg/h 1 级膨胀阀汽化率 30% 1 级膨胀阀出口液体分率 100-30=70% 1 级膨胀阀总C3 流量 12 469/0.7 =17 813kg/h,汽+液,总液,机械制冷,第46页，共131页,制冷原理-制冷器内的热量传递,制冷器出口工艺物流温度比制冷剂温度高为6左右。前面例子中工艺物流出制冷器的温度为-17。 要想使工艺物流温度更低，制冷器必须传递更多的热量。这就要求增加进制冷器的制冷剂流量，和降低制冷剂温度。 可以通过降低制冷器压力来降低制冷剂的温度，也就是降低制冷压缩机入口压力。,机械

20、制冷,第47页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,制冷系统的主要运行费用是制冷压缩机动力消耗。每 KW 功率一年对应的电耗或燃料消耗为300 美元。降低压缩机功率实际上是降低运行成本。压缩机的功率决定于下面三个因素： 压缩机功率影响因素 影响效果 1 压缩机吸入压力 吸入压力越高，功率越小 2 压缩机出口压力 出口压力越高，功率越大 3 压缩机的气体流量 流量越大，功率越大,机械制冷,第48页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,压缩机功率影响因素 影响效果 1 压缩机吸入压力 吸入压力越高，功率越小 2 压缩机出口压力 出口压力越高，功率越大 3 压缩机的气体流量 流量越大，功率越大

21、压缩机吸入压力等于制冷器中制冷剂的压力。在实际应用中，为使工艺物流获得最低的温度，制冷器中制冷剂的温度通常保持最低温度。要想有效的降低制冷器中制冷剂温度和压力，则需要提高制冷压缩机的功率。,机械制冷,第49页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,压缩机功率影响因素 影响效果 1 压缩机吸入压力 吸入压力越高，功率越小 2 压缩机出口压力 出口压力越高，功率越大 3 压缩机的气体流量 流量越大，功率越大 压缩机的出口压力等于丙烷制冷剂在冷凝器出口温度对应的蒸气压，再加上50kPa冷凝器压降。当制冷剂在冷凝器的冷凝温度达到最低时，出口压力也最低，压缩机的功率也最低。 冷凝器出口温度取决于冷却介质

22、。如果采用空冷则制冷剂出冷凝器的温度应为环境空气温度再加10-15。假设环境温度是38，则冷凝器出口制冷剂温度约为50。这一温度下，液体丙烷的蒸气压为1630 kPa。压缩机出口压力比该压力高50kPa。,机械制冷,第50页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,压缩机功率影响因素 影响效果 1 压缩机吸入压力 吸入压力越高，功率越小 2 压缩机出口压力 出口压力越高，功率越大 3 压缩机的气体流量 流量越大，功率越大 在操作过程中，应密切注意冷凝器出口温度，尤其是在气温较高的季节。如果发现出口温度有变化，则应及时排除故障。温度上升通常是由于冷凝器内管束结垢。 如果是空冷器，则应检查管束是不是

23、被环境中的污物、碎屑等堵塞，可以用水冲洗这些杂质。 如果是用水做冷却介质的管壳式冷凝器，则应反冲洗换热管，或定期对换热管进行检查，看是有污垢、有机物质及其它杂质的沉积。,机械制冷,第51页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,压缩机功率影响因素 影响效果 1 压缩机吸入压力 吸入压力越高，功率越小 2 压缩机出口压力 出口压力越高，功率越大 3 压缩机的气体流量 流量越大，功率越大,机械制冷,第52页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,丙烷制冷系统的功率计算见图。,机械制冷,第53页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,求图示操作压力和流量下的压缩机功率。,机械制冷,第54页，共131

24、页,制冷原理-制冷压缩机功率,求操作压力和流量下的压缩机功率。,1 级吸入压力 120kPa 1 级出口压力 550 kPa,压缩机所需功率 17kW/1000kg/h 一级压缩C3 流量 12 469kg/h 一级压缩功率 12469/100017=212kW,机械制冷,第55页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,求操作压力和流量下的压缩机功率。,一级压缩功率 12469/100017=212kW 2 级吸入压力 550kPa 2 级出口压力 1650kPa,压缩机所需功率 16.5kW/1000kg/h,机械制冷,第56页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,求操作压力和流量下的压缩

25、机功率。,一级压缩功率 12469/100017=212kW 2级压缩机所需功率 16.5kW/1000kg/h,一级压缩C3 流量 12 469 kg/h 二级缓冲罐出口C3 流量 5345kg/h 二级压缩总气体量 17814kg/h,机械制冷,第57页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,求操作压力和流量下的压缩机功率。,一级压缩功率 12469/100017=212kW 2级压缩机所需功率 16.5kW/1000kg/h,二级压缩总气体量 17814kg/h 二级压缩功率 17814/100016.5=294kW 总功率 212+294=506kW,机械制冷,第58页，共131页,制

26、冷原理-制冷压缩机功率,以上例题的操作条件是在夏季，冷凝器制冷剂出口温度是49。 而在较冷的季节，出口温度会降低，压力也会降低，使压缩机功率降低。当出口温度为35时，功率比夏季减少33%。 在这种条件下，多余部分的功率可以用来提高制冷器的负荷。为了在制冷器中吸收更多的热量，必须降低制冷剂的温度，也就是降低压缩机的吸入压力和提高功率。下表给出的是同样电机功率，在冬季和夏季的操作状况。,机械制冷,第59页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,以上例题的操作条件是在夏季，冷凝器制冷剂出口温度是49。 而在较冷的季节，出口温度会降低，压力也会降低，使压缩机功率降低。当出口温度为35时，功率比夏季减少

27、33%。 在这种条件下，多余部分的功率可以用来提高制冷器的负荷。为了在制冷器中吸收更多的热量，必须降低制冷剂的温度，也就是降低压缩机的吸入压力和提高功率。下表给出的是同样电机功率，在冬季和夏季的操作状况。,机械制冷,第60页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,冬季充分利用压缩机功率的效果是使制冷器负荷从夏季的4000MJ/h 增加到4800 MJ/h，增加了20%。 如果使制冷器保持夏季的负荷，压缩机在冬季的运行功率比夏季低33%。然而，我们多用33%的功率，只能多获得20%的制冷量。,机械制冷,第61页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,不能多获得33%制冷量的原因是，为了获得更多的

28、冷量，必须降低C3 在制冷器中的温度，从而降低了制冷器的压力，增大了压缩机所需功率。 制冷压缩机的规格和驱动机功率限制了制冷器的负荷。也就是说，工艺物流在制冷器出口的温度受压缩机规格的限制。,机械制冷,第62页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,上述讨论均是针对两级膨胀阀和两级缓冲罐。下面我们来看看，同样的压缩机吸入压力，和同样的制冷器负荷，单级膨胀阀的制冷系统的操作状况。,机械制冷,第63页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,上述讨论均是针对两级膨胀阀和两级缓冲罐。下面我们来看看，同样的压缩机吸入压力，和同样的制冷器负荷，单级膨胀阀的制冷系统的操作状况。,两级膨胀阀,单级膨胀阀,机械

29、制冷,第64页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,确定制冷器中气化的丙烷的数量。,机械制冷,第65页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 确定制冷器中气化的丙烷的数量。,制冷器制冷负荷 4000MJ/h 制冷器中C3 温度 -23,机械制冷,第66页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 确定制冷器中气化的丙烷的数量。,制冷器制冷负荷 4000MJ/h 制冷器中C3 温度 -23,C3在温度 -23时汽化热 401kJ/kg 制冷器中C3 汽化重量 4 000 000/401=9 975kg/h,机械制冷,第67页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 确定制冷器中气化的丙烷

30、的数量。9 975kg/h,2 确定一级减压后汽化的丙烷数量。 膨胀阀入口压力 1600kPa 膨胀阀出口压力 120kPa,机械制冷,第68页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 制冷器中气化的丙烷的数量9 975kg/h,2 确定一级减压后汽化的丙烷数量。 膨胀阀入口压力 1600kPa 膨胀阀出口压力 120kPa,机械制冷,第69页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 制冷器中气化的丙烷的数量9 975kg/h,2 确定一级减压后汽化的丙烷数量。 膨胀阀入口压力 1600kPa 膨胀阀出口压力 120kPa,机械制冷,第70页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 制冷

31、器中气化的丙烷的数量9 975kg/h,2 确定一级减压后汽化的丙烷数量。 膨胀阀入口压力 1600kPa 膨胀阀出口压力 120kPa,一级减压后丙烷的汽化率为47%,机械制冷,第71页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 制冷器中气化的丙烷的数量9 975kg/h 2 确定一级减压后汽化的丙烷数量 47%。 3 压缩机入口的丙烷量为：9975/（1-47%）=18210kg 4 确定压缩机所需功？ 一级压缩入口压力：120kPa 一级压缩出口压力：550kPa,机械制冷,第72页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 制冷器中气化的丙烷量9 975kg/h 2 一级减压后汽化的丙

32、烷数量 47%。 3 压缩机入口的丙烷量为：18210kg 4 确定一级压缩机所需功？ 一级压缩入口压力：120kPa 一级压缩出口压力：550kPa,压缩机所需功：17kW/1000kg/h,机械制冷,第73页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 制冷器中气化的丙烷量9 975kg/h 2 一级减压后汽化的丙烷数量 47%。 3 压缩机入口的丙烷量为：18210kg 4 一级压缩机所需功17kW/1000kg/h,5 确定二级压缩机所需功？ 二级入口压力：550kPa 二级排出压力：1600kPa,机械制冷,第74页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,1 制冷器中气化的丙烷量9 9

33、75kg/h 2 一级减压后汽化的丙烷数量 47%。 3 压缩机入口的丙烷量为：18210kg 4 一级压缩机所需功17kW/1000kg/h,5 确定二级压缩机所需功？ 二级入口压力：550kPa 二级排出压力：1600kPa,二级压缩机所需功16.5kw/1000kg/h,机械制冷,第75页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,压缩机入口的丙烷量为：18210kg 一级压缩机所需功17kW/1000kg/h 二级压缩机所需功16.5kw/1000kg/h 总功率： （16.5+17）*18210/1000=610kW,机械制冷,第76页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,通过上面的讨

34、论可以看出，同样的压缩机吸入压力，和同样的制冷器负荷下 单级腹胀压缩机总功率610kW 两级膨胀压缩机总功率506kW,两级膨胀阀,单级膨胀阀,机械制冷,第77页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,单级膨胀阀的系统功率比两级膨胀阀多20%。如果是3 级或更多级膨胀阀，系统功率比两级膨胀阀略有减少。,两级膨胀阀,单级膨胀阀,610kW,506kW,机械制冷,第78页，共131页,制冷原理-制冷压缩机功率,系统中膨胀阀的数量通常取决于压缩机的类型。活塞压缩机通常为两级压缩，所以设两个膨胀阀。而离心式压缩机经常是6-8 级压缩，则可采用3 或4个膨胀阀。 毫无疑问我们所说的膨胀阀是液位调节阀，调

35、节制冷剂进缓冲罐和制冷器的流量。因此，膨胀阀实际上有两个功能：调节制冷剂的流量来保持液位，降低制冷剂的压力使制冷剂降温。阀的名称并不重要。但重要的是，应该明白膨胀阀是通过降压使制冷剂温度降低的阀门。,机械制冷,第79页，共131页,制冷原理-制冷原理小结,（1）制冷过程是在制冷器中低于环境温度下从工艺物流中移走热量，同时在冷凝器中又将热量传给空气的过程。制冷剂是热量传递介质。 （2）制冷剂通过膨胀阀时由于制冷剂液体压力降低引起温度降低。压力的降低导致部分制冷剂汽化，该部分汽化从液体中移走汽化热，从而导致液体制冷剂温度的下降。,机械制冷,第80页，共131页,制冷原理-制冷原理小结,（3）在制冷

36、器中，工艺物流所获得的热量是制冷器释放的汽化热，该热量使制冷剂汽化。制冷剂在制冷器中温度不变。 （4）制冷压缩机、缓冲罐、制冷器的操作压力等于制冷剂在该设备的温度条件下的蒸气压。,机械制冷,第81页，共131页,制冷系统的控制,制冷系统的功能是将工艺物流降低到一定的温度。当压缩机配有变速电机时，可以通过调节转速来实现它的能力调节，通过调节压缩机的能力来控制制冷器出口工艺物流的温度。提高压缩机能力则制冷器工艺物流出口温度降低，反之亦然。当压缩机满负荷运行时，工艺物流可达最低温度。,机械制冷,第82页，共131页,制冷系统的控制,制冷系统的合理控制可在最低操作成本下使工艺物流获得所要求的制冷温度。

37、主要的操作成本就是制冷压缩机驱动机所耗的电或燃料。操作单元处于最大吸入压力和最小出口压力时，驱动成本最低。要想获得最小出口压力，须使制冷剂在冷凝器出口温度尽可能低。这就要求保持冷凝器管束的清洁，和冷却介质的流量最大。如果是空冷器，则应定期检查风机叶片，保持叶片的正确角度，检查是否有叶片损坏；确认风机的皮带紧固，折断的皮带需马上更换；发现翅片管有污物和碎屑时，应进行清洗。对于水冷式冷凝器，当制冷剂出口温度上升时，表明管束有结垢，应对其进行清洗。,机械制冷,第83页，共131页,制冷系统的控制,合理地操作制冷器可获得最大的吸入压力。制冷器上装有液位控制系统，将液位控制在略高于管束。这听起来简单，实

38、则不然。液位调节器由操作人员设定在在玻璃液位计上能观测到的略高于管束的位置上。如果在制冷器中，管子未浸没在制冷剂液体中，其传热量会很小。因此，制冷剂液位应略高于最顶部的管子。,机械制冷,第84页，共131页,制冷系统的控制,液位计观察到的液位并不是制冷器的液位，实际的液位要比该液位值高。好比半盆水放在炉子上烧，随着温度的升高，盆的液位并不变化。但是，一旦温度升到了沸点，形成气泡，沸腾的水的液位会上升。如果剧烈沸腾，液位可能会溢出盆外。液位计观察的液位相当于未达到沸点前，盆中水的液位。制冷器中制冷剂从工艺物流吸热后沸腾，其过程与盆中的水沸腾相似，因此，制冷剂的实际液位比液位计观察到的要高。,机械

39、制冷,第85页，共131页,制冷系统的控制,理论上，只要制冷剂液位高于管束，则制冷器传热量的多少并不不受制冷剂液位的影响。从另一个角度讲，只要制冷剂液位高于管束，制冷器工艺物流的出口温度并不受制冷剂液位的影响。但是，在某些制冷系统中，高的制冷剂液位情况下，工艺物流的出口温度不如液位略高于管束的情形低。 如果制冷剂比管束高好几厘米，一些液体制冷剂会以雾滴的形式被夹带到出口气体中。这些液体在制冷压缩机入口分液罐中会被分离出来。入口分液罐分离出来的制冷剂液体排入制冷系统的其它部分，所以系统没有制冷剂的损耗。但是，压缩机的一些功率会损失在制冷器气体出口夹带的液体上。因此制冷剂的液位应保持为仅略高于管束

40、。,机械制冷,第86页，共131页,制冷系统的控制,制冷器液位调节器的设定步骤为：改变液位设定值逐步升高或降低，同时观察制冷器工艺物流出口温度。液位设定的最佳位置是使工艺物流的温度最低。多数情况下，玻璃液位计观察到的液位低于管束顶部。 如果制冷剂液位低于管束顶部，则传热量会减少，直接导致工艺物流出口温度上升。克服这种情形的一个办法是，提高压缩机转速或能力，降低制冷剂温度。但是，这一方法却不切合实际，其结果是无端的加大了压缩机的功率。对于这种情形较为合理的方法是将制冷剂的液位调节到管束以上。,机械制冷,第87页，共131页,制冷系统的控制-润滑油的回收,影响制冷器操作的另外一个因素是制冷剂夹带压

41、缩机的润滑油。在缓冲罐的温度下，润滑油会溶解在制冷剂中。当制冷剂在末级膨胀阀降温时，润滑油又不溶于制冷剂了。当丙烷做制冷剂时，润滑油比丙烷重，会沉到制冷器底部，有一部分会可被排出。但是，气体的搅动会使润滑油向上升并在管子外面形成一层油膜，这层膜起到绝热作用，减少了热量的传递，最终的结果是使制冷器工艺物流出口温度上升。,机械制冷,第88页，共131页,制冷系统的控制-润滑油的回收,经常被采用图所示的润滑油回收器。它是一个改进的换热器，低温制冷剂出制冷器后向下流进油回收器的壳程，热的液体制冷剂进入管程，将热量传给低温制冷剂使它汽化，流向制冷器的气体出口。低温制冷剂中的润滑油不能汽化，在集液包中聚积

42、，通过排放设施或液位控制系统排至指定地点。气体出口管线设有温度调节器，控制低温制冷剂的流量，保证低温制冷剂的总汽化量。温度调节器的设定温度比低温制冷剂进回收器的温度高15。,机械制冷,第89页，共131页,制冷系统的控制-润滑油的回收,如果油回收器绝热良好，它并不会增加压缩机的功率。热的制冷剂流经管程时被冷却，减少了膨胀阀降压后的气体量。假如进入油回收器的制冷剂流量占进制冷器总流量的2%，膨胀阀处的汽化量会减少2%。例如，系统低温制冷剂2%流量进入油回收器，膨胀阀的汽化率为20-2=18%，进入油回收器的2%也会汽化，因此，总的汽化量仍为20%。,机械制冷,第90页，共131页,制冷系统的控制

43、-润滑油的回收,油回收器排出的润滑油通常含有5-10%的制冷剂，这些制冷剂会破坏润滑油的性能，因此，通常被扔掉。 如果从制冷器进入油回收器的低温制冷剂没有完全汽化，未汽化的液体会从集油器流出，通常会发现集油器出口管线结冰。,机械制冷,第91页，共131页,制冷系统的控制-润滑油的回收,油回收器能够除去制冷剂从压缩机中带出的润滑油的75-90%。剩余部分润滑油必须从制冷器的底部排出。这项排放工作应定期进行如每天一次。另外，无论制冷系统因为何种原因停车，都在停车后数分钟润滑油沉降到底部后对制冷器排放润滑油。,机械制冷,第92页，共131页,制冷系统的控制-丙烷制冷剂中的乙烷,商业丙烷通常含有 6%

44、的乙烷。乙烷含量每增加一个百分点，蒸气压提高3.5%。蒸气压的增高，会导致压缩机所需功率增加，或者系统在最大压缩机能力下操作时制冷器的负荷减少，最终导致制冷器工艺物流出口温度提高。丙烷中乙烷含量增加最直接的影响是增加了压缩机操作成本。 去除系统中一些乙烷的一个方法是将低压缓冲罐的部分气体放空至燃料气系统或其它排放地点。在低压缓冲罐处，乙烷的浓度最大，因此排放低压缓冲罐的气体，可将一些乙烷从丙烷中脱除出来。,机械制冷,第93页，共131页,制冷系统的控制-制冷器工艺物流出口温度的改变,商业丙烷通常含有 6%的乙烷。乙烷含量每增加一个百分点，蒸气压提高3.5%。蒸气压的增高，会导致压缩机所需功率增

45、加，或者系统在最大压缩机能力下操作时制冷器的负荷减少，最终导致制冷器工艺物流出口温度提高。丙烷中乙烷含量增加最直接的影响是增加了压缩机操作成本。 去除系统中一些乙烷的一个方法是将低压缓冲罐的部分气体放空至燃料气系统或其它排放地点。在低压缓冲罐处，乙烷的浓度最大，因此排放低压缓冲罐的气体，可将一些乙烷从丙烷中脱除出来。,机械制冷,第94页，共131页,制冷系统的控制-制冷器工艺物流出口温度的改变,制冷系统最常见的操作模式是： （1）将工艺物流冷却到一个恒定的温度。 （2）将工艺物流冷却到最低温度。 在第一种模式中，压缩机的能力随制冷器工艺物流出口温度的变化而变化。出口物流温度提高，则压缩机的能力

46、随之提高，反之亦然。如果压缩机是变速驱动，则可通过提高转速来提高压缩机能力。 对于第二种模式，压缩机始终处于最大能力状态下操作，工艺物流在该能力下被冷却到最低温度。工艺物流入口温度和流量的提高会导致出口温度的升高，反之亦然。,机械制冷,第95页，共131页,制冷系统的控制-制冷器工艺物流出口温度的改变,在较冷的季节，工艺物流的温度比热季低。如果制冷器及管线没有采用低温材质，在冷季节的操作温度可能会超过碳钢的使用极限，这样就需要调整压缩机功率，使系统的工作温度在允许最低温度之上。 大庆存不存在上述问题？,机械制冷,第96页，共131页,（1）制冷系统控制的目的是以最低的操作成本，使工艺物流降低到

47、所需的温度。 （2）主要的操作成本是压缩机的驱动机功率。最低成本工况是指压缩机吸入压力最高，排出压力最低。 （3）合理操作制冷器，能够获得最大的压缩机吸入压力。具体方法是使制冷器中制冷剂的液位略高于管束，并去除制冷剂中的润滑油。,制冷系统的控制-控制小结,机械制冷,第97页，共131页,（4）要使压缩机出口压力最低，应保持冷凝器管子的清洁，并且保持冷却介质最大流量，从而使制冷剂出冷凝器的温度最低。 （5）为了使压缩机所需功率最低，应保持丙烷制冷剂中的乙烷含量最低。在低压缓冲罐进行气体放空可脱除乙烷。,制冷系统的控制-控制小结,机械制冷,第98页，共131页,（1）启动冷凝器。如果是空冷器，启动

48、风机。如果是水冷型冷凝器，则通入冷却水。,操作-启动,机械制冷,第99页，共131页,（2）将工艺物流通入制冷器管程。,操作-启动,机械制冷,第100页，共131页,（3）启动制冷压缩机。压缩机启动步骤取决于其规格和类型（是活塞式还是离心式）。,操作-启动,机械制冷,第101页，共131页,（4）如果系统启动时温度较高，用30-60 分钟使之冷却。冷却后，调节压缩机的能力，使工艺物流出口温度达到设定值。,操作-启动,机械制冷,第102页，共131页,（1）停制冷压缩机 （2）切断制冷器工艺进口物流 （3）切断冷凝器冷却介质,操作-停车步骤,机械制冷,第103页，共131页,常规检查分为两种：

49、（1）观察和听，检查设备的声音变化、隔热失效，泄漏，振动等； （2）检查压力、温度、流量、液位等工艺参数。 第二条重要性不大，除非所观察的工艺参数需要进行解释。我们所要观察的主要是工艺的变化，一旦发现某一变化，应及时解决，以免发生更严重的后果。,操作-常规操作检查,机械制冷,第104页，共131页,下面是更重要的常规检查项目： （1）制冷器工艺物流进口温度； （2）制冷器工艺物流出口温度； （3）制冷器内制冷剂温度、压力、液位； （4）油回收器气体出口温度； （5）油回收器集液包液位； （6）1 级压缩机吸入压力； （7）压缩机级间压力和温度； （8）压缩机末级出口压力、温度； （9）压缩机入

50、口分液罐液位； （10）冷凝器制冷剂出口温度； （11）各级缓冲罐液体压力、温度、液位。,操作-常规操作检查,机械制冷,第105页，共131页,故障排查实际上是一个查找故障原因的过程。大多数操作问题可以通过观察温度、压力、液位以及其它的工艺状况是否有异常来判断出来。 首先要检查测得这些异常工艺状况的仪表，看它们的指示是否为虚假数据。 由于制冷系统是一个闭路循环系统，制冷剂在系统内循环，一个地方的问题可能会影响到系统中的其它设备。因此，操作人员要想查出事故的原因，必须考虑整个系统。 故障排查另一个重要的方面是，要发现和消除引起故障的原因而不是处理症状。,故障排查,机械制冷,第106页，共131页

51、,下面是常见的故障和原因以及操作人员应采取的措施。 工艺故障 原因和解决措施 制冷器工艺物流 出口温度升高,故障排查,1制冷器中制冷剂液位低于管束顶部 2制冷器管外壁被油覆盖。检查油回收器的操作状况。 3制冷器中制冷剂温度、压力过高。检查压缩机转速是否过低；冷凝器管束是否有污垢。 4工艺物流流量过大。降低流量或提高压缩机能力。 5制冷器工艺物流进口温度过高。降低物流进口温度或提高压缩机能力。,机械制冷,第107页，共131页,下面是常见的故障和原因以及操作人员应采取的措施。 工艺故障 原因和解决措施 制冷器工艺物流 出口温度降低,故障排查,1工艺物流流量过低。提高流量或降低压缩机能力。 2制冷

52、器工艺物流进口温度过低。降低压缩机能力。 3压缩机的能力大于制冷器出口气体流量。降低转速，从而降低压缩机能力，或采用其它方法。,机械制冷,第108页，共131页,下面是常见的故障和原因以及操作人员应采取的措施。 工艺故障 原因和解决措施 冷凝器制冷剂 出口温度升高,故障排查,空冷器： 1风机皮带松动或折断。修理 2风机叶片折断或错位。检查并修理 3 翅片管变脏或堵塞。清洗 管壳式冷凝器： 1冷却水流量下降或温度升高。检查流量和温度后重新调整 2管子结垢。水侧压力降过高。反冲洗冷却器或清洗管子 3冷凝器中有气袋。检查泄漏源，将气体放空,机械制冷,第109页，共131页,工艺故障 原因和解决措施

53、压缩机出口 压力升高,故障排查,1冷凝器制冷剂出口温度升高。见上条 2空气或气体进入了制冷剂中。检查泄漏源 3高压缓冲罐被液体充满。见下面 4制冷剂进压缩机气体流量增大。通常是由于工艺物流进制冷器的流量增大所致 5压缩机机械故障。修理,机械制冷,第110页，共131页,工艺故障 原因和解决措施 压缩机出口 压力降低,故障排查,1制冷剂出冷凝器温度降低。这使压缩机功率降低，所以没有必要调整,机械制冷,第111页，共131页,工艺故障 原因和解决措施 高压缓冲罐 液位降低,故障排查,1系统制冷剂泄漏。补漏并充填制冷剂 2制冷剂串到系统的其它部位。检查低压缓冲罐、制冷器、压缩机、入口分离器等。 3空

54、气或气体漏进系统并聚集在低压缓冲罐处。放空缓冲罐气体。找出气体渗漏点 4低压缓冲罐液位控制系统失灵。检查并修理,机械制冷,第112页，共131页,工艺故障 原因和解决措施 高压缓冲罐 液位升高,故障排查,1低压缓冲罐液位控制系统失灵。检查并修理 2制冷剂串到系统的其它部位。,机械制冷,第113页，共131页,工艺故障 原因和解决措施 低压缓冲罐 液位降低,故障排查,1低压缓冲罐液位控制系统失灵。检查并修理 2制冷器液位控制系统失灵。检查并修理 3制冷剂串到系统的其它部位。,机械制冷,第114页，共131页,工艺故障 原因和解决措施 低压缓冲罐 液位升高,故障排查,1低压缓冲罐液位控制系统失灵。

55、检查并修理 2制冷剂串到系统的其它部位。 3膨胀阀（液位调节阀）被冻住,机械制冷,第115页，共131页,工艺故障 原因和解决措施 制冷器中制冷剂 液位升高,故障排查,1液位控制系统失灵。检查并修理 2液位调节器的液位设定点过高。降低设定点,机械制冷,第116页，共131页,工艺故障 原因和解决措施 制冷器中制冷剂 液位降低,故障排查,1液位控制系统失灵。检查并修理 2液位调节器的液位设定点过低。提高设定点 3膨胀阀（液位调节阀）被冻住,机械制冷,第117页，共131页,工艺故障 原因和解决措施 压缩机 吸入压力降低,故障排查,1压缩机转速过高。降低转速 2吸入管线的碟阀被关上。打开阀门 3制

56、冷器工艺物流的流量或温度下降，从而减少制冷器流向压缩机的气体流量。提高工艺物流流量或降低压缩机能力,机械制冷,第118页，共131页,工艺故障 原因和解决措施 压缩机 吸入压力升高,故障排查,1压缩机转速降低。提高转速 2制冷器中工艺物流的流量或温度提高了，从而增加了制冷器去压缩机气体流量。提高压缩机能力空气或气体漏进系统。放空冷凝器或高压缓冲罐。检查泄漏点并补漏 3压缩机机械故障：阀门、活塞环、叶轮等损坏。修理和更换,机械制冷,第119页，共131页,制冷系统偶尔会发生制冷剂的迁移，此时缓冲罐玻璃液位计的液位显示不明原因的突然消失，而其它缓冲罐和制冷器液位又没有提高。在这种情形下经常是向系统填加制冷剂，使缓冲罐的液位升高到正常值。 而一个小时或更长一点的时间后，原来消失的制冷剂返回到系统中，缓冲罐的液位又会过高。 制冷剂会迁移到压缩机入口管线，最终汽化重新进入系统。,故障排查-制冷剂的迁移,机械制冷,第120页，共131页,如果发现缓冲罐制冷剂有明显的损失，应首先检查系统是否泄漏，而不是填加制冷剂。系统常见的泄漏点是： （1）管线或管线泄漏； （2）制冷剂排放到油回收器中； （3）活塞压缩机活塞杆填料泄漏； （4）冷凝器管束泄漏。 在填加新的制冷剂之前，应对上述各项进行检查。如果没有发现明显的泄漏，则说明是制冷剂可能已经迁移，通常，一小时左右制冷剂会