Проект холодильной установки для охлаждения воды в технологических целях холодопроизводительностью 200 кВт в г. Кирове

   tw1 = 22 + 3 = 25ºC

   

   tw1 = 25ºC

   Конечную  температуру воды принимают на 4…5ºС выше начальной температуры воды, °С:

   tw2 = tw1 + (4…5)                                                                                           (1.2)

   tw2 = 25 + 5= 30ºC

    tw2 = 30°C

   Температуру конденсации принимают на 4…6ºС выше средней температуры воды в конденсаторе, °С:

   tк = + (4…6)                                                                                   (1.3)

   tк = + 5,5 = 33ºC

   

   

3. ВЫБОР СИСТЕМЫ  ОХЛАЖДЕНИЯ

    При подборе оборудования учитывают  показатели основных его свойств: потребительских, отражающих полезный эффект от использования (холодопроизводительность, расчётная температура охлаждаемой среды, объёмная подача, суммарная холодонагрузка и др.); надежности, характеризующих безотказность, долговечность и ремонтопригодность; стандартизации и унификации, безопасности и экономичности.

    При проектировании установки для охлаждения воды, необходимо в первую очередь определиться со схемой холодильной установки. В данном проекте применяется безнасосная схема. В ряду некоторых недостатках перед насосно-циркуляционной схемой, которая обеспечивает сто процентную надёжность в защите от влажного хода компрессора, безнасосная схема компенсирует этот недостаток путем введения в систему отделителя жидкости и защитного ресивера. Кроме того, безнасосная схема более экономична, чем насосно-циркуляционная, т.к. отсутствие насосов снижает затраты на электроэнергию

   Следующим шагом в выборе системы охлаждения является хладагент. В качестве хладагента в проекте используется аммиак (R717). Аммиак наряду с другими хладагентами имеет несколько преимуществ: специфический запах, что в свою очередь облегчает определение утечек и своевременное их устранение, не активен к металлам, один из лучших хладагентов по термодинамическим свойствам. Надо также отметить, что аммиак полностью экологичен и по сравнению с хладонами не разрушает озоновый слой Земли, что в наше время так актуально. Ещё одно и наверно самое главное преимущество аммиака – его экономичность. По-сравнению с хладоном-12 (R12), аммиак во много раз дешевле.

   

   Так как проектируется установка  для охлаждения воды то хладоносителем также является вода. В качестве оборудования для охлаждения хладоносителя  будет целесообразно применить  панельный испаритель, а точнее аккумуляторы холода марки АКХ созданных на базе панельных испарителей марки ИП. А период малых тепловых нагрузок на поверхности панелей намораживается слой льда толщиной  30 – 40 мм, который тает в период пиковых нагрузок, уменьшая тем самым нагрузку на холодильную установку.

   Также для сглаживания колебаний холодонагрузки схема холодоснабжения предусматривает  промежуточную ёмкость в виде открытого бака. При этом одна группа насосов осуществляет циркуляцию хладоносителя  между испарителем и промежуточной  ёмкостью, а другая между ёмкостью и потребителем холода.

   Тип конденсатора выбирается в зависимости  от климатических условий местности  проектирования. Так, конденсаторы водяного охлаждения применяют при достаточном количестве относительно чистой и мягкой воды. Кроме того, горизонтальные кожухотрубные и кожухозмеевиковые конденсаторы требуют более чистой и мягкой воды, чем вертикальные, так как теплопередающую поверхность горизонтальных аппаратов труднее очищать от накипи и загрязнений. Вертикальные кожухотрубные конденсаторы менее чувствительны к загрязнениям; их можно устанавливать на открытой площадке, не опасаясь замерзания воды в холодное время года. Основываясь на выше изложенном, для отвода теплоты конденсации выбираются вертикальные кожухотрубные конденсаторы. 
 
 
 
 
 
 

   4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

   Тепловой  расчёт в данном проекте заключается  в определении количества холода, которое необходимого запасти в  баке-аккумуляторе для сглаживания  тепловых нагрузок на холодильную установку.

   Холодопроизводительность установки для охлаждения воды определяют по графику изменения тепловой нагрузки в течение суток. Сначала определяют суммарную потребность холода в сутки ( ), равную суточной выработке холода станцией (в кВт·ч или кДж):

                               

                                = ∑Qi·Δτi,                                            (4.1)

   где Qi – нагрузка в течение интервала времени, кВт;

       Δτi – интервал времени с постоянной нагрузкой, ч 

Рис.2. График изменения нагрузки на холодильную  станцию

= 150·3 + 350·6 + 300·3 + 100·4 = 3850 кВт·ч = 3850·3,6·10³ кДж = 13860·10³ кДж 
 

   Среднюю расчётную холодопроизводительность станции (Qх.ст), определяют по формуле:

                               Qх.ст = ,                                                 (4.2)

где τр – продолжительность работы холодильной станции в сутки (τр = 20...22 ч/сут.)

Qх.ст = = 192,5 кВт

   

   

   Количество  холода, которое необходимо запасти в баке-аккумуляторе, определяется по формуле:

                               Qак = ∑ ·Δτi,                                              (4.3)

где = Qi - Qх.ст –   превышение   нагрузки  по   сравнению   со   средне-суточной холодопроизводительностью станции. 

Qак = (350 – 200)·6 + (300-200)·3 = 1200 кВт·ч = 1200·3,6·10³ кДж = 4320·10³ кДж

   Площадь теплопередающей поверхности бака-аккумулятора должна отвечать двум требованиям: она должна быть достаточной для передачи среднесуточной тепловой нагрузки на станцию при работе в течение 15 – 16 ч в сутки; масса льда, накопленного на поверхности испарителей, должна быть достаточной для снятия пика избыточной тепловой нагрузки. 

   Исходя  из первого требования Fак, м²:

                              Fак = ,                                            (4.4)

где k – коэффициент теплопередачи панельного испарителя при накоплении на нем льда толщиной 40 – 45 мм (принимают k = 90...100 Вт/(м²·К));

ts ак – средняя температура в баке-аккумуляторе, °С (принимают 3 – 4°С);

tо – температура кипения аммиака в конце периода намораживания, °С (принимают от -12 до -15°С)

     Fак = = 120 м²

   Исходя  из второго требования:

                              Fак = ,                                             (4.5)

   где δл – толщина намороженного слоя льда, мм;

 ρл – плотность льда, кг/м³ (ρл = 900...920 кг/м³);

 360 – удельная  аккумулирующая способность льда, кДж/кг

   Fак = = 290 м²

   По  таблице 13.4,[6] подбирается аккумулятор холода марки 2АКХ-160 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

   

   5. РАСЧЁТ ИЗОЛЯЦИИ

   Расчёт  изоляции сводиться к определению  толщины теплоизоляционного слоя бака-аккумулятора, соответствующий нормативному значению коэффициента теплопередачи. Бак-аккумулятор проектируется прямоугольной формы, из углеродистой стали марки СТ 3 и толщиной 0,01 м. В качестве теплоизоляции выбирается пенополистирол (ПСБ-С). Т.к. бак-аккумулятор расположен вне помещения, на открытой площадке, то для повышения теплоизоляции снаружи бак оформлен оштукатуренной кирпичной кладкой.

   Нормативное значение коэффициента теплопередачи  выбирается из таблицы 55,[1].

   Толщина теплоизоляционного слоя определяется по формуле, м:

                            δиз = λиз [1/k – (1/αн  + Σδι/λι + 1/αв)],                             (5.1)

   где  k – нормативный коэффициент теплопередачи изоляционной  

           конструкции, Вт/(м²·К);

        αн, αв – коэффициенты теплопередачи с наружной и внутренней сторон ограждений, Вт/(м²·К), определяется из таблицы 57,[1]

          δι – толщина отдельных слоев ограждений (кроме теплоизоляции), м;

       λι – коэффициент теплопроводности изоляционного и строительного материалов, Вт/(м²·К) из таблицы 54,[1].

δиз = 0,05·[1/0,36–(1/23,3 +0,02/0,93 + 0,12/0,81 + 0,01/0,93 + 1/8)] = 121 мм

Принимаем 2 слоя теплоизоляции ПСБ-С  1х100 и 1х25

   Если  стандартная толщина изоляции превышает  расчётное значение больше чем на 10%, то необходимо определить действительное значение коэффициента теплопередачи ограждения, Вт/(м²·К):

                                    kд = 1/[(1/αн  + Σδι/λι + 1/αв)+δ

/λиз] ,                           (5.2)