凍結制冷系統(tǒng)設計 3

凍結制冷系統(tǒng)設計凍結制冷系統(tǒng)由氨循環(huán)系統(tǒng)，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和鹽水系統(tǒng)等3部分組成，如圖4-1-1所示。氨循環(huán)系統(tǒng)設計氨的制冷過程及熱力循環(huán)（表4-1-24）表4-1-24氨的制冷過程及熱力循環(huán)制冷方式制冷過程熱力循環(huán)單級壓縮1-壓縮機；2-冷凝氣；3-節(jié)流閥4-蒸發(fā)器蒸發(fā)器中的飽和蒸汽氨經(jīng)氨液分離器將夾帶的液氨離析后，被壓縮機吸入并壓縮至冷凝壓力變成過熱蒸汽，通過油脂分離器將有脂析出后，流入冷凝器，經(jīng)冷卻水冷卻后變成液態(tài)氨，然后進入氨液貯存器，并通過管路，經(jīng)節(jié)流閥降至蒸發(fā)壓力，進入蒸發(fā)器中汽化，并吸取盤管周圍鹽水的熱量后變成飽和蒸汽，以便再繼續(xù)被壓縮機吸入，進入新循環(huán)，如此不斷地循環(huán)以制取冷量。1~2線為絕熱壓縮過程或等熵過程，及液態(tài)氨經(jīng)壓縮機壓縮成過熱蒸汽，其壓力由蒸發(fā)壓力（pt)升至冷凝壓力(pc)2~3線為等壓（pc)冷卻過程，即過熱蒸汽氨在冷凝器中經(jīng)水冷卻成為冷凝溫度的飽和蒸汽氨3~4線為等溫（ic)等壓（pt)冷凝液化過程，即冷凝溫度的蒸汽氨在冷凝器中經(jīng)水繼續(xù)冷卻成液態(tài)氨4~5線為等壓（pr)再冷卻過程，即液氨經(jīng)過再冷卻使溫度降至冷凝溫度（tc)以下5~6線為在調(diào)節(jié)閥處的絕熱降壓過程或等焓過程，即液氨經(jīng)調(diào)節(jié)閥的膨脹作用降至蒸發(fā)壓力（pt)和蒸發(fā)溫度（tc)6~1線為等壓等溫蒸發(fā)制冷過程，即液氨在（pt)條件下蒸發(fā)，吸收蒸發(fā)器盤管周圍鹽水的熱量，成為飽和蒸汽氨而被壓縮機吸入 續(xù)表制冷方式制冷過程熱力循環(huán)串聯(lián)雙極壓縮1低壓機；2高壓機；3冷凝器；4,5-節(jié)流閥；6-中間冷卻器；7-蒸發(fā)器用一臺氨壓縮機作低壓機，將蒸發(fā)器中的飽和蒸汽氨吸入并壓縮至中間壓力（pin）而變成過熱蒸汽氨，過熱蒸汽進入中間冷卻器冷卻后，再由另一臺壓縮機（高壓機）吸入并壓縮至冷凝壓力（pc），隨后氨進入冷凝器，經(jīng)水冷卻降至冷凝溫度（tc）凝結成液體，并進入中間冷卻器盤管再次冷卻，經(jīng)節(jié)流閥調(diào)至蒸發(fā)壓力（pe）流入蒸發(fā)器中蒸發(fā)，吸收盤管周圍鹽水的熱量1~2線為降壓機絕熱壓縮過程，即飽和蒸汽氨經(jīng)低壓機壓縮成過熱蒸汽氨，其壓力（pt)升至中間壓力（pix)2~3線為等（pin）中間冷卻過程，即中間冷卻器中的蒸汽氨被高壓機吸入并壓縮至冷凝壓力（pc），再次變成過熱蒸汽氨4~5線為等壓（pc）冷卻過程，即過熱蒸汽氨在冷凝器中經(jīng)水冷卻成冷凝溫度的蒸汽氨5~6線為等溫（（tc）等壓（pc）冷凝液化過程，即冷凝器中的飽和蒸汽氨經(jīng)水繼續(xù)冷卻成液態(tài)氨6~7線為等壓（pc)再冷卻過程，即液態(tài)氨經(jīng)中間冷卻器再冷卻，降至冷凝溫度（tc）以下，一般比中間溫度（tin）高5攝氏度7~10線為在調(diào)節(jié)閥處絕熱降壓過程或等焓過程，即液氨經(jīng)調(diào)節(jié)閥的膨脹作用降至蒸發(fā)壓力（pe）和蒸發(fā)溫度（te）10~1線為等壓等溫蒸發(fā)制冷過程，即液氨在pttt條件下蒸發(fā)，吸收蒸發(fā)器盤管周圍鹽水的熱量，成為飽和蒸汽氨而被低壓機吸入6~8線為冷凝的液氨經(jīng)節(jié)流閥絕熱降至中間壓力8~3線為等壓等溫蒸發(fā)制冷過程，即冷卻低壓機排出的氨，過熱蒸汽放熱成飽和蒸汽續(xù)表制冷方式制冷過程熱力循環(huán)單雙極兩用制冷1-高壓機；2-低壓機；3-冷凝器；4-中間冷卻器；5-蒸發(fā)器；6-節(jié)流閥；7-高低壓聯(lián)絡管；8-截止閥該系統(tǒng)在冷凍站高中壓干管之間增設，聯(lián)絡管，并用閥控制見圖e，根據(jù)需要即可單級壓縮運轉，又可雙級運轉單級同單級雙極同雙極凍結管散熱能力的計算（表4-1-25）表4-1-25凍結管散熱能力的計算計算公式符號意義Q1=ndeHOhekt(KJ/h)Qt-凍結管總散熱能力，KJ/hDe--凍結管外直徑，mH0--凍結深度，mHe--凍結孔數(shù)，個Kt--凍結管散熱系數(shù)或單位熱流量，kJ/（m2.h），與鹽水溫度、運動狀態(tài)、巖層的導熱性能、凍結時間、凍結壁厚度有關，見表4-1-26表4-1-26凍結管最大散熱系數(shù)（單位熱流量）Kt參考值鹽水運動狀態(tài)凍結管最大散熱期的鹽水溫度/℃Kt值/kJ.（m2.h）-1備注層流-20~-25-25~-30756~882882~1080表中Kt值按凍結段平均地溫為23.5℃計算，平均地溫升高（或降低）1℃，Kt值約增加（或減少）12.6kJ/m2.h紊流-20~-25-25~-30983.8~1146.61146.6~1310.4冷凍站需冷量計算（表4-1-27）表4-1-27冷凍站需冷量計算公式用途計算公式符號意義說明為一個井筒服務Q1=mcQTQT---凍結管的總散熱能力，kJ/hQ1--為一個井筒服務時的凍結需冷量，kJ/hmc--鹽水系統(tǒng)（包括冷凍站內(nèi)外的低溫設備和管路）的冷量損失系統(tǒng)，一般取1.10~1.25。當冷凍站制冷能力大、鹽水管路短、保溫質(zhì)量好、在冬季進行積極凍結時，mc取1.10~1.15;黨冷凍站制冷能力小、鹽水管路長、保溫質(zhì)量差、在夏季進行積極冷凍時，mc取1.2~1.25Qc、Qb--主井，副井凍結需冷量（計算方法同Q1），kJ/hμ--維護凍結期的冷量供給系統(tǒng)，根據(jù)凍結時間確定，一般取0.3~0.51、主、副井共用一個冷凍站時，一般考慮到副井直徑較大，從減少總需冷量出發(fā)，最好先凍副井，待副井轉入維持凍結后在進行主井的積極凍結，以便更好的發(fā)揮冷凍設備的使用效率，即Q2=μQb+Qc，但從井筒改裝方便出發(fā)，往往先凍主井而后凍副井，即Q2’=μQr+Qb2.冷凍站的裝機容量一般要考慮一定的備用系數(shù)mn當需要冷量小于6.3×109KJ/h標準制冷能力時，mn取1.15當需冷量大于12.6×109KJ/h標準制冷能力時，取mn取1.1為兩個井筒服務Q2=μQb+Qc或Q2’=μQr+Qb氨的熱力性質(zhì)氨的壓焓圖見圖4-1-2單級與串聯(lián)雙級壓縮制冷的應用見表4-1-28制冷方式運用條件實際應用范圍優(yōu)缺點單級壓縮制冷冷凝壓力（pc）；蒸發(fā)壓力（pe）≤8冷凝溫度≤30℃蒸發(fā)溫度為5~-25℃Pc-Pt≤1.4MPa1.淺井凍結，設計需冷量小，設備少，鹽水溫度在-22℃2.冷卻水的溫度低于25℃1.系統(tǒng)簡單2.在左欄條件下能達到安全運轉，制冷效率較高3.冷卻水溫度不能太高4.制冷溫度較高串聯(lián)雙級壓縮制冷1.冷凝壓力：蒸發(fā)壓力≥82.冷凝溫度≥33℃3.蒸發(fā)溫度≤-30℃4.Pc-Pt>1.4MPa1.深井凍結，設計需冷量大，設備多，積極凍結后期和維護凍結初期的鹽水溫度低于-25℃2.冷卻水的溫度≥25℃1.降低壓縮比和排氣溫度，減少量壓縮機和由于提高供給系數(shù)，制冷效率高2.在左欄條件下運轉，比單級壓縮制冷安全，效率較高3.管路安裝較為復雜4.當冷卻水溫度較低和蒸發(fā)溫度較高的條件下，不如單級壓縮制冷的效率高單雙級兩用制冷單級同單級雙極同雙級凍結深度大于100m時的冷凍站均適用1.跟據(jù)需要可單級壓縮，又可雙級壓縮，靈活性大2.在降溫初期和井筒維護凍結期，如果用單級壓縮制冷較為經(jīng)濟合理單級壓縮制冷計算氨壓縮機的制冷量分標準制冷量和工作制冷量。標準制冷量是指冷凝溫度（tc)為30℃，過冷溫度為25℃，蒸發(fā)溫度（tc)為-15℃，吸氣溫度為-10℃條件下的小時制冷量。工作制量是指工作條件下的小時制冷量，氨機壓縮機的標準制冷量可由說明書查得。氨壓縮機的工作制冷量一般需要標準壓縮機的工作溫度的確定，詳見表4-1-29.計算壓縮機的工作制冷量，必須首先知道氨的蒸發(fā)溫度（ta)。當采用立式蒸發(fā)器和套管冷凝器時，tc和ta可按表4-1-29確定，并可從表4-1-30查