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制冷主机知识及换热效率

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发表于 2019-4-12 10:05:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
主机基本原理:


制冷主机是利用液氨容易压缩液化的性质来制冷的设备,常用在化工、制药领域中。


气体变为液体的过程称为液化。气氨的液化包括气氨的压缩和冷凝,气氨在常压下冷凝温度为-33.35℃。因此,在常压常温下,气氨不能用常温水使其冷凝成液氨。氨的冷凝温度随压力的提高而升高,当压力提高1.6MPa时,冷凝温度为40℃,高于一般冷却水温度,因此可以用25~35℃的常温水冷却,使之液化。










冰机工艺流程:


气氨冷凝为液氨,是靠冷冻循环来完成的,冷冻循环主要由压缩,冷却冷凝,节流膨胀,蒸发四个过程组成。


气氨经冰机压缩提压后,进入冷凝器,由冷却水把气氨冷凝为液氨,由冷却水将气氨放出的热量带走,冷凝后的液氨通过节流阀(加氨阀)由冷凝压力降至蒸发压力。节流膨胀后的氨,在氨冷器中蒸发吸收被冷却水的热量,此时液氨又变为气氨送入冰机进口。如此构成一个循环,这个循环周而复始的进行,被冷却的物质的温度便于降低达到工艺要求。


螺杆式制冷机组概述:


螺杆式制冷机组组成:


螺杆式制冷机组由螺杆压缩机、电动机、联轴器、气路系统(包括吸气止回式截止阀和吸气过滤器)、油路系统(包括油分离器,油冷却器、油过滤器、油泵、油压调节阀和油分配管路)、控制系统(包括操作仪表箱、控制器箱、电控柜等)和设备、系统间的连接管路组成。


如将制冷压缩机配备冷凝器、蒸发器等设备,就可组成一个完整的制冷系统,满足各种不同温度的工艺需要。


螺杆式制冷机组分类:


螺杆式制冷压缩机组(标准型);


加大油冷型螺杆式制冷压缩机组;


热虹吸油冷型螺杆式制冷压缩机组;


防爆螺杆式制冷压缩机组;


经济器螺杆式制冷压缩机组。


螺杆式制冷机组工作原理:


螺杆式制冷压缩机属于容积型回转式制冷压缩机,它利用一对相互啮合的阴阳转子在机体内作回转运动,周期性地改变转子每对齿槽间的容积来完成吸气、压缩、排气过程。










螺杆式制冷机组结构特征:


止回吸气截止阀:该阀为机组与低压系统 的气体相连接,并起到气流通止作用。


螺杆压缩机主机:是螺杆压缩机最核心的部分,是压缩机输入功以及压缩输送气体的部位,是制冷系统的心脏,主要有机体部件、转子部件、滑阀部件、轴封部件、联轴器部件、内容机比测定机构部件、吸气过滤器部件组成。


油分离器:由于螺杆式压缩机工作时喷入大量的润滑油,与制冷剂蒸汽一起排出,所以在压缩机与冷凝器之间设置了高效的卧式油分离器。


油分离器的作用是分离压缩机排气中携带的润滑油,使进入冷凝器及蒸发器中的制冷剂,避免润滑油进入换热器而降低换热器的效率;油分离器还兼有贮油器的功能。


油冷却器:从油分离器分离出来的润滑油因为吸收摩擦热及气体的热量而使温度升高到接近排气温度,不能直接喷入压缩机中,需经油冷却器冷却达到压缩机所需的粘度和温度后才可重复使用。


油冷却的方式一般有以下几种:水冷油冷却器、热虹吸油冷却器、喷液冷却。


油泵:油泵的作用主要用于在压缩机的启动初期,为压缩机各个润滑点:转子与机体之间、平衡活塞及吸气端轴承、轴封及排气端轴承,能量调节滑阀以及内容积比调节滑阀的增减载等提供所需的润滑油。


油过滤器:循环系统中的焊渣、铁屑等杂质会随着制冷剂的循环最终进入油中影响润滑油的使用,使设备产生磨损,为保证设备的正常运行,机组中必须安装油过滤器。


油过滤器可分为油粗过滤器和油精过滤器。


制冷主机换热效率:


影响冰机换热效率的因素:


上面提到冰机的热量循环分冷却和和吸收两个过程。


冷却即为被压缩后的气氨被一定温度的水冷却之后,在壳管式冷凝器中能过热交换发生由气氨到液氨的相的过程。而吸收即为节流膨胀后的氨,在满液式蒸发器中吸收被冷却水的热量,液氨变为气氨的过程。


由此可知冰机的换热效率受两方面因素的影响:


首先是实际生产中工艺条件的影响,即气氨被压缩机压缩后达到的压力大小和冷却水的进口温度和流量。


其次是冷凝器和蒸发器这两个承载换热任务的设备,设备的换热面积、传热系数和物料的传热温差是存在于这方面的影响传热效率的主要因素。


对影响冰机换热效率因素的定性分析:


(1)当气氨压力提高1.6MPa时,冷凝温度为40℃,高于一般冷却水温度。氨的冷凝温度随压力的提高而升高,因此压力升高能间接地促使气氨与冷却水的温差增大,亦即增大了冰机的传热效率。


然而压力增大是伴随着能量的大量消耗,是以当压力高于一定数值之后则可考虑通过其他方式来增加制冷机组的传热效率。


(2)通过降低冷却水的温度以加大传热温差Δt是另一个提高换热效率的有效措施。


但是,增加换热器传热温差Δt是有一定限度的,使用过程中我们应该考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。同时,我们应该认识到,传热温差的增大将使整个热力系统的不可逆性增加,降低了热力系统的可用性。所以,不能一味追求传热温差的增加,而应兼顾整个热力系统的能量合理使用。


(3)换热设备的换热效率


扩展传热面积是增加传热效果使用最多、最直接的一种方法。这样便可以使冷热物料更加充分地接触,从而可以提高换热效率。


但是由于扩展传热面积及加大传热温差常常受到场地、设备、资金、效果的限制,不可能无限制的增强。如果简单的通过单一地扩大设备体积来增加传热面积或增加设备台数来增强传热量,需要增加设备投资,设备占地面积大,造成空间的不便与浪费。


增强换热器传热效果最积极的措施就是设法提高设备的传热系数(K)。


换热器传热系数(K)的大小实际上是由传热过程总热阻的大小来决定,换热器传热过程中的总热阻越大,换热器传热系数(K)值也就越低;换热器传热系数(K)值越低,换热器传热效果也就越差。


换热器在使用过程中,其总热阻是各项分热阻的叠加,所以要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项分热阻。如何控制换热器传热过程的每一项分热阻是决定换热器传热系数的关键。


当前换热器强化传热的研究主要方向就是:如何通过控制换热器传热系数(K)值来提高换热器强化传热的效果。我们现在使用最多的提高换热器传热系数(K)值的技术就是:在换热器换热管中加扰流子添加物,通过扰流子添加物的作用,使换热器传热过程的分热阻大大的降低,并且最终来达到提高换热器传热系数(K)值的目的。


另外,通过对设备的保养和维护,也可以达到最大化地 降低换热器传热系统的目的


提高冰机换热效率的具体措施:


保证冷冻机组系统的清洁度、密封性和干燥性:


首先,管道的堵塞会减少流体流通面积,从而降低传热效率,若阀门堵塞,会造成供液不足,系统无法正常运行。


其次,系统密封性不好会造成制冷剂循环量不足,吸气压力降低,制冷量减少,系统不能正常运转。


最后,如果系统含有一定水分时,会影响传热降低制冷量,且会对管道造成腐蚀,影响传热的情况下又影响系统安全运行。


因此,在制冷机组的保养过程中保证系统的清洁度、密封性和干燥性是很有必要的。


严格控制冷却水水质和水温:


冷却水质应符合GB50050-2007规定,否则会造成金属离子超标,对换热管和筒体产生腐蚀,缩短换热器的使用寿命,危及设备安全运行。同时污垢系数会增大,严重影响传热,降低制冷量。


因此对循环水进行预先处理后再使用,并定期对循环水用质进行处理势在必行。更重要的是要严格按照工艺指标控制冷却水的温度。


规范操作认真保养:操作过程一定要按照技术规范进行,否则不光会对制冷机组造成损害,也会对生产造成很大的负面影响。在保养过程中更要严格按照机械原理进行,只有如此,方能使设备的性能发挥到最优,从而促使换热效率达到工艺设计的最大值,以全方位促进生产。

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