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制冷主機知識及換熱效率
2019-4-8 11:50:47

制冷主機基本原理和工藝流程:

主機基本原理:

制冷主機是利用液氨容易壓縮液化的性質來制冷的設備,常用在化工、制藥領域中。

氣體變為液體的過程稱為液化。氣氨的液化包括氣氨的壓縮和冷凝,氣氨在常壓下冷凝溫度為-33.35℃。因此,在常壓常溫下,氣氨不能用常溫水使其冷凝成液氨。氨的冷凝溫度隨壓力的提高而升高,當壓力提高1.6MPa時,冷凝溫度為40℃,高于一般冷卻水溫度,因此可以用25~35℃的常溫水冷卻,使之液化。

制冷主機知識及換熱效率

冰機工藝流程:

氣氨冷凝為液氨,是靠冷凍循環來完成的,冷凍循環主要由壓縮,冷卻冷凝,節流膨脹,蒸發四個過程組成。

氣氨經冰機壓縮提壓后,進入冷凝器,由冷卻水把氣氨冷凝為液氨,由冷卻水將氣氨放出的熱量帶走,冷凝后的液氨通過節流閥(加氨閥)由冷凝壓力降至蒸發壓力。節流膨脹后的氨,在氨冷器中蒸發吸收被冷卻水的熱量,此時液氨又變為氣氨送入冰機進口。如此構成一個循環,這個循環周而復始的進行,被冷卻的物質的溫度便于降低達到工藝要求。

螺桿式制冷機組概述:

螺桿式制冷機組組成:

螺桿式制冷機組由螺桿壓縮機、電動機、聯軸器、氣路系統(包括吸氣止回式截止閥和吸氣過濾器)、油路系統(包括油分離器,油冷卻器、油過濾器、油泵、油壓調節閥和油分配管路)、控制系統(包括操作儀表箱、控制器箱、電控柜等)和設備、系統間的連接管路組成。

如將制冷壓縮機配備冷凝器、蒸發器等設備,就可組成一個完整的制冷系統,滿足各種不同溫度的工藝需要。

螺桿式制冷機組分類:

螺桿式制冷壓縮機組(標準型);

加大油冷型螺桿式制冷壓縮機組;

熱虹吸油冷型螺桿式制冷壓縮機組;

防爆螺桿式制冷壓縮機組;

經濟器螺桿式制冷壓縮機組。

螺桿式制冷機組工作原理:

螺桿式制冷壓縮機屬于容積型回轉式制冷壓縮機,它利用一對相互嚙合的陰陽轉子在機體內作回轉運動,周期性地改變轉子每對齒槽間的容積來完成吸氣、壓縮、排氣過程。

制冷主機知識及換熱效率

螺桿式制冷機組結構特征:

止回吸氣截止閥:該閥為機組與低壓系統 的氣體相連接,并起到氣流通止作用。

螺桿壓縮機主機:是螺桿壓縮機最核心的部分,是壓縮機輸入功以及壓縮輸送氣體的部位,是制冷系統的心臟,主要有機體部件、轉子部件、滑閥部件、軸封部件、聯軸器部件、內容機比測定機構部件、吸氣過濾器部件組成。

油分離器:由于螺桿式壓縮機工作時噴入大量的潤滑油,與制冷劑蒸汽一起排出,所以在壓縮機與冷凝器之間設置了高效的臥式油分離器。

油分離器的作用是分離壓縮機排氣中攜帶的潤滑油,使進入冷凝器及蒸發器中的制冷劑,避免潤滑油進入換熱器而降低換熱器的效率;油分離器還兼有貯油器的功能。

油冷卻器:從油分離器分離出來的潤滑油因為吸收摩擦熱及氣體的熱量而使溫度升高到接近排氣溫度,不能直接噴入壓縮機中,需經油冷卻器冷卻達到壓縮機所需的粘度和溫度后才可重復使用。

油冷卻的方式一般有以下幾種:水冷油冷卻器、熱虹吸油冷卻器、噴液冷卻。

油泵:油泵的作用主要用于在壓縮機的啟動初期,為壓縮機各個潤滑點:轉子與機體之間、平衡活塞及吸氣端軸承、軸封及排氣端軸承,能量調節滑閥以及內容積比調節滑閥的增減載等提供所需的潤滑油。

油過濾器:循環系統中的焊渣、鐵屑等雜質會隨著制冷劑的循環最終進入油中影響潤滑油的使用,使設備產生磨損,為保證設備的正常運行,機組中必須安裝油過濾器。

油過濾器可分為油粗過濾器和油精過濾器。

制冷主機換熱效率:

影響冰機換熱效率的因素:

上面提到冰機的熱量循環分冷卻和和吸收兩個過程。

冷卻即為被壓縮后的氣氨被一定溫度的水冷卻之后,在殼管式冷凝器中能過熱交換發生由氣氨到液氨的相的過程。而吸收即為節流膨脹后的氨,在滿液式蒸發器中吸收被冷卻水的熱量,液氨變為氣氨的過程。

由此可知冰機的換熱效率受兩方面因素的影響:

首先是實際生產中工藝條件的影響,即氣氨被壓縮機壓縮后達到的壓力大小和冷卻水的進口溫度和流量。

其次是冷凝器和蒸發器這兩個承載換熱任務的設備,設備的換熱面積、傳熱系數和物料的傳熱溫差是存在于這方面的影響傳熱效率的主要因素。

對影響冰機換熱效率因素的定性分析:

(1)當氣氨壓力提高1.6MPa時,冷凝溫度為40℃,高于一般冷卻水溫度。氨的冷凝溫度隨壓力的提高而升高,因此壓力升高能間接地促使氣氨與冷卻水的溫差增大,亦即增大了冰機的傳熱效率。

然而壓力增大是伴隨著能量的大量消耗,是以當壓力高于一定數值之后則可考慮通過其他方式來增加制冷機組的傳熱效率。

(2)通過降低冷卻水的溫度以加大傳熱溫差Δt是另一個提高換熱效率的有效措施。

但是,增加換熱器傳熱溫差Δt是有一定限度的,使用過程中我們應該考慮到實際工藝或設備條件上是否允許。同時,我們應該認識到,傳熱溫差的增大將使整個熱力系統的不可逆性增加,降低了熱力系統的可用性。所以,不能一味追求傳熱溫差的增加,而應兼顧整個熱力系統的能量合理使用。

(3)換熱設備的換熱效率

擴展傳熱面積是增加傳熱效果使用最多、最直接的一種方法。這樣便可以使冷熱物料更加充分地接觸,從而可以提高換熱效率。

但是由于擴展傳熱面積及加大傳熱溫差常常受到場地、設備、資金、效果的限制,不可能無限制的增強。如果簡單的通過單一地擴大設備體積來增加傳熱面積或增加設備臺數來增強傳熱量,需要增加設備投資,設備占地面積大,造成空間的不便與浪費。

增強換熱器傳熱效果最積極的措施就是設法提高設備的傳熱系數(K)。

換熱器傳熱系數(K)的大小實際上是由傳熱過程總熱阻的大小來決定,換熱器傳熱過程中的總熱阻越大,換熱器傳熱系數(K)值也就越低;換熱器傳熱系數(K)值越低,換熱器傳熱效果也就越差。

換熱器在使用過程中,其總熱阻是各項分熱阻的疊加,所以要改變傳熱系數就必須分析傳熱過程的每一項分熱阻。如何控制換熱器傳熱過程的每一項分熱阻是決定換熱器傳熱系數的關鍵。

當前換熱器強化傳熱的研究主要方向就是:如何通過控制換熱器傳熱系數(K)值來提高換熱器強化傳熱的效果。我們現在使用最多的提高換熱器傳熱系數(K)值的技術就是:在換熱器換熱管中加擾流子添加物,通過擾流子添加物的作用,使換熱器傳熱過程的分熱阻大大的降低,并且最終來達到提高換熱器傳熱系數(K)值的目的。

另外,通過對設備的保養和維護,也可以達到最大化地 降低換熱器傳熱系統的目的

提高冰機換熱效率的具體措施:

保證冷凍機組系統的清潔度、密封性和干燥性:

首先,管道的堵塞會減少流體流通面積,從而降低傳熱效率,若閥門堵塞,會造成供液不足,系統無法正常運行。

其次,系統密封性不好會造成制冷劑循環量不足,吸氣壓力降低,制冷量減少,系統不能正常運轉。

最后,如果系統含有一定水分時,會影響傳熱降低制冷量,且會對管道造成腐蝕,影響傳熱的情況下又影響系統安全運行。

因此,在制冷機組的保養過程中保證系統的清潔度、密封性和干燥性是很有必要的。

嚴格控制冷卻水水質和水溫:

冷卻水質應符合GB50050-2007規定,否則會造成金屬離子超標,對換熱管和筒體產生腐蝕,縮短換熱器的使用壽命,危及設備安全運行。同時污垢系數會增大,嚴重影響傳熱,降低制冷量。

因此對循環水進行預先處理后再使用,并定期對循環水用質進行處理勢在必行。更重要的是要嚴格按照工藝指標控制冷卻水的溫度。

規范操作認真保養:操作過程一定要按照技術規范進行,否則不光會對制冷機組造成損害,也會對生產造成很大的負面影響。在保養過程中更要嚴格按照機械原理進行,只有如此,方能使設備的性能發揮到最優,從而促使換熱效率達到工藝設計的最大值,以全方位促進生產。

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