Thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy chế biến thuỷ sản và thực phẩm đông lạnh xuất khẩu

ruyền nhiệt qua nắp cối đá, W/m2 . K kn = , W/m2 . K Trong đó : : Hệ số toả nhiệt bên ngoài nắp cối đá ra môi trường không khí , W/m2 . K = 23,3 W/m2 . K : Chiều dày của lớp vật liệu thứ i , m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/m . K : Chiều dày của lớp cách nhiệt Polyurethane, m = 100 mm = 0,1 m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt , W/m . K = 0,018 0,02 W/m . K : Hệ số toả nhiệt từ vách ra môi trường không khí bên trong cối đá, W/m2 . K Tra bảng 3-7/ Sách HDTKHTL – Trang 65 chọn : = 8 W/m2 . K Do là rất bé nên ta bỏ qua, lúc đó ta có hệ số truyền nhiệt là : kn = = = 0,193 W/m2 . K Như vậy : = kn . Fn . t = kn . Fn ( tn - tb ) = 0,193 . 1,52 [38 – ( -2) ] = 11,734 W Vậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che cối dá Q11 là : Q11 = + , W = 77,698 + 11,734 = 89,432 W 4.6.1.2/ Nhiệt truyền kết cấu bao bể nước tuần hoàn Q12 Ở bể nước tuần hoàn quá trình truyền nhiệt thực hiện từ môi trường không khí bên ngoài vào nước lạnh tuần hoàn : Q12 = kB . FB . t , W Trong đó : FB : Diện tích bể nước tuần hoàn, m2 Bể nước tuần hoàn có kích thước là : Chiều dài bể nước : 1600 + 100 = 1700 mm = 1,7 m Chiều rộng bể nước : 1600 + 100 = 1700 mm = 1,7 m Diện tích FB = 1,7 . 1,7 = 2,89 m2 t = tn - tb tn : nhiệt độ không khí bên ngoài, 0C tn = 38 0C tb : Nhiệt dộ của nước tuần hoàn, 0C tb = 50 C kB : Hệ số truyền nhiệt của bể nước tuần hoàn, W/m2 . K kB = , W/m2 . K Trong đó : : Hệ số toả nhiệt bên ngoài bể nước ra môi trường không khí , W/m2 . K = 23,3 W/m2 . K : Chiều dày của lớp vật liệu thứ i , m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/m . K : Chiều dày của lớp cách nhiệt Polyurethane, m = 100 mm = 0,1 m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt , W/m . K = 0,018 0,02 W/m . K : Hệ số toả nhiệt từ vách trong của bể ra nước tuần hoàn, W/m2 . K = 21 W/m2 . K Do là rất bé nên ta bỏ qua, lúc đó ta có : kB = = = 0,196 W/m2 . K Thay tất cả vào ta có : Q12 = 0,196 . 2,89 ( 38 – 5 ) = 18,692 W Vậy tổn thất do truyền nhiệt Q1 sẽ là : Q1 = Q11 + Q12 = 89,432 + 18,692 = 108,124 W 4.6.2/ Tổn thất nhiệt do làm lạnh nước đá Q2 Q2 = E , W Trong đó : E : Năng suất của cối đá, kg/ngày E = 20 tấn/ngày = 20000 kg/ngày 24 x 3600 : Qui đổi ngày đêm ra giây, đó là thời gian làm việc qo : Nhiệt lượng cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn , kJ/kg Nhiệt làm lạnh 1kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn qo được xác định theo công thức: qo = Cpn . t1 + r + Cpđ . , kJ/kg Cpn: Nhiệt dung riêng của nước , kJ/kg.K Cpn = 4,186 kJ/kg.K r : Nhiệt đông đặc , kJ/kg r = 333,6 kJ/kg Cpđ : Nhiệt dung riêng của đá , kJ/kg.K Cpđ = 2,09 kJ/kg.K t1 : Nhiệt độ nước đầu vào, 0C t1 = 250C t2 : Nhiệt độ cây đá , 0C t2 = -5 -8 0C Thay vào ta có : qo = 4,186 . 25 + 333,6 + 2,09. = 454,97 kJ/kg Thay tất cả vào ta có : Q2 = 20000 = 105,317129 kW = 105317,129 W 4.6.3/ Tổn thất nhiệt do mô tơ dao cắt đá tạo ra Q3 Mô tơ dao cắt đá được đặt bên ngoài cối đá, vì vậy nhiệt lượng tạo ra bằng công suất trên trục của mô tơ. Q3 = . N , kW Trong đó : : Hiệu suất của động cơ điện . = 0,8 0,95 N : Công suất mô tơ dao cắt đá, kW N = 2,5 kW Thay vào ta có : Q3 = 0,85 x 2,5 = 2,125 kW 4.6.4/ Xác định tải nhiệt cho máy nén và năng suất lạnh của máy nén ¨ Tải nhiệt cho máy nén QMN = 80 % Q1 + 100%Q2 + 75% Q3 = .108,124 + .105317,129 + . 2125 = 106997,378 W ¨ Năng suất lạnh của máy nén QO = , W Trong đó : K : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh . Chọn K = 1,07 b: hệ số thời gian làm việc Chọn b = 0,9 QMN : Tổng tải nhiệt của máy nén đối với nhiệt độ bay hơi, W Thay tất cả vào ta có : QO = 127208 W = 127,208 kW 4.7/ THÀNH LẬP SƠ ĐỒ , TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN 4.7.1/ Chọn các thông số của chế độ làm việc Chế độ làm việc của máy đá vảy được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau : Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql Nhiệt độ hơi hút về máy nén ( nhiệt độ quá nhiệt) tqn 4.7.1.1/ Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh Theo yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế thì nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế là : to = - 230C 4.7.1.2/ Nhiệt độ ngưng tụ tk Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ tk = tw + tk, oC Trong đó : tw : Nhiệt độ nước tuần hoàn, oC Do thiết bị ngưng tụ được chọn để thiết kế trong hệ thống lạnh là thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngưng bay hơi . Vì vậy tw = tư + ( 4 8 k ) Mà tư = 34,5o C ==> tw = 34,5 + ( 4 8 k ) chọn 39 oC tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, oC tk = 3 5 oC Thay vào ta có : tk = 39 + (3 5 oC ) chọn 42oC 4.7.1.3/ Nhiệt độ quá lạnh tql Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu tql = tw1 + (3 5 oC ) Trong đó : tw1 : nhiệt độ nước vào dàn ngưng, oC tw1 = 30oC Thay vào ta có : tql = 30 + ( 3 5 oC) Chọn tql = 33 oC 4.7.1.4/ Nhiệt độ hơi hút th Là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất . Với môi chất là NH3, Nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi từ 5 đến 15oC, nghĩa là độ quá nhiệt hơi hút th = 5 15 K là có thể đảm bảo độ an toàn cho máy khi làm việc. th = to + ( 5 15)oC = -23oC + ( 5 15)oC Chọn th = -18oC 4.7.2/ Thành lập sơ đồ và tính toán chu trình lạnh Do sử dụng môi chất là NH3 nên nhiệt độ cuối tầm nén khá cao vì vậy người ta sử dụng máy nén 2 cấp cho cối đá vảy trong hệ thống NH3 . Ta nhận thấy : Po ( to = - 23oC ) = 0,1661 MPa Pk ( tk = 42 oC) = 1,6429 MPa Do đó ta có : Tỷ số nén Ta thấy tỷ số nén p = 9,891 > 9 Vì vậy ta chọn chu trình lạnh máy nén 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn bình trung gian có ống xoắn . 4.7.2.1/ Thành lập sơ đồ 6 8 TL2 TL1 7 5’ 4 2 1 1’ NT BH NCA NHA BTG 3 5 BH : Bình bay hơi NHA :Máy nén hạ áp NCA : Máy nén cao áp NT : Bình ngưng tụ TL1, TL2 : Van tiết lưu 1 và 2. BTG Bình trung gian 9 Hình 4-4 : Chu trình hai cấp nén bình trung gian có ống xoắn to, Po tK, PK 5’ 5 6 8 7 9 3 1’ 1 2 4 T S Ptg Hình 4-5 : Chu trình biểu diễn trên đồ thị T-S to,Po tK,PK Ptg 9 8 7 6 5 5’ 1’ 1 2 4 h 3 lg P Hình 4-6 : Chu trình biểu diễn trên đồ thị lgP-h 1/ Chu trình hoạt động như sau Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi được máy nén hạ áp nén đoạn nhiệt đến áp suất trung gian (điểm 2) rồi được sục vào bình trung gian và được làm mát hoàn toàn thành hơi bão hoà khô, hỗn hợp hơi bão hoà khô tạo thành ở bình trung gian được máy nén cao áp hút về và nén đoạn nhiệt đến áp suất ngưng tụ PK (điểm 4). Sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ và nhả nhiệt trong môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (điểm 5). Tại đây nó chia ra làm 2 dòng, một dòng nhỏ thì đi qua van tiết lưu 1 giảm áp suất đến áp suất trung gian Ptg (điểm 7) rồi đi vào bình trung gian. Tại đây lượng hơi tạo thành do van tiết lưu 1 cùng với lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn hơi nén trung áp và lượng hơi tạo thành do làm quá lạnh lỏng cao áp trong ống xoắn được hút về máy nén cao áp . Một dòng lỏng cao áp còn lại đi vào trong ống xoắn của bình trung gian và được quá lạnh đẳng áp đến điểm 6 sau đó đi qua van tiết lưu 2 giảm áp suất đến áp suất bay hơi (điểm 9). Sau đó đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của sản phẩm cần làm lạnh hoá hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi (1’) và chu trình cứ thế tiếp tục . 2/ Các quá trình của chu trình 1’-1: Quá nhiệt hơi hút 1-2 : Nén đoạn nhiệt áp hạ áp từ Po lên Ptg 2-3 : Làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường bảo hoà x = 1 3-4 : Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ Ptg lên Px 4-5’-5 : Làm mát ngưng tụ và quá lạnh lỏng trong dàn ngưng tụ 5-7 : Tiết lưu từ áp suất PK vào bình trung gian 5-6 : Quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian 6-9 : Tiết lưu từ áp suất PK xuống Po 9-1’ : Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh . 3/ Xác định chu trình hai cấp bình trung gian ống xoắn a/ Thông số trạng thái của các điểm nút của chu trình Bảng 4-1 : Các thông số trạng thái tại các điểm nút cơ bản của chu trình Điểm nút t, oC p, MPa h, kJ/kg v, m3/kg Trạng thái 1’ 1 2 3 4 5’ 5 6 7 8 9 -23 -18 25 -8 112 42 33 -5 -8 -8 -23 0,1661 0,1661 0,3151 0,3151 1,6429 1,6429 1,6429 1,6429 0,3151 0,3151 0,1661 1432,5 1445,28 1532,3 1451,8 1660,6 391,14 352,78 177,19 352,78 163,55 177,19 0,7068 0,7586 0,4461 0,387 0,128 0,00173 0,00169 0,00155 0,387 0,00154 0,7068 Hơi bão hoà Hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt Hơi bão hoà Hơi quá nhiệt Lỏng bão hoà Lỏng bão hoà Lỏng quá lạnh Hơi bão hoà Lỏng trung áp Hơi bão hoà ẩm Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn bình trung gian t6= -5oC cao hơn nhiệt độ trong bình trung gian 3oC, do đó nhiệt độ trong bình trung gian sẽ là t8 = - 8oC. b/ Năng suất lạnh riêng qo qo = h1’ – h9 = 1432,5 – 177,19 = 1255,31 kJ/kg c/ Năng suất lạnh riêng thể tích qv = = 1654,772 kJ/m3 d/ Công nén riêng l = l1 + kJ/kg m1 : Lưu lượng môi chất qua máy nén hạ áp m3 : Lưu lượng môi chất qua máy nén cao áp l1 , l2 : Công nén riêng cấp hạ áp và cấp cap áp Cân bằng Entanpi ở bình trung gian ta có : m1 . h5 + ( m3 – m1 ) h7 + m1h2 = m3h3 + m1h6 m3 ( h3 – h7 ) = m1 ( h5 – h7 – h6 – h2 ) = Thay vào ta có : L = l1 + .l2 Mà theo đồ thị LgP-h ta có : l1 = h2 – h1 l2 = h4 – h3 h5 = h7 Thay vào ta có : l = ( h2 – h1 ) + = ( 1532,3 – 1445,28 ) + = 87,02 + 257,453 = 344,473 kJ/kg e/ Năng suất nhiệt riêng qk = ( h4 – h5 ) , kJ/kg mà do h5 = h7 nên Vậy ta có : qk = (h4 – h5 ) = ( 1660,6 – 352,78 ) = 1612,563 kJ/kg f/ Hệ số lạnh = 3,644 4.7.2.2/ Tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén A/ Tính toán cấp hạ áp 1/ Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp m1 = kg/s Trong đó : Qo : Năng suất lạnh của máy nén , kW Qo =127,208 kW Vậy m1 = = 0,101 kg/s 2/ Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp VttHA = m1. v1 = 0,101 . 0,7586 = 0,076 m3/s 3/ Hệ số cấp máy nén Trong đó : Po : Áp suất tại thời điểm môi chất sôi. Po = 0,1661 MPa Ptg : Áp suất trung gian Ptg = 0,3151 MPa Theo sách HDTKHTL – Trang 168 : Lấy Po = Ptg = 0,005 0,01 MPa m = 0,95 1,1 đối với máy nén amoniac c : Tỷ số thể tích chết c = 0,03 0,05 To : Nhiệt độ tuyệt đối sôi To = -23 + 273 = 250oK Ttg : Nhiệt độ trung gian của môi chất Ttg = -8 + 273 = 265 oK Thay vào ta có = 0,838 4/ Qui đổi năng suất lạnh sang chế độ tiêu chuẩn để chọn máy nén Chế độ tiêu chuẩn của hệ thống lạnh amoniac đối với chu trình 2 cấp được qui định theo bảng 7.1/ Sách HDTKHTL – Trang 172 Như sau : Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to = -40oC Nhiệt độ ngưng tụ tk = 35oC Nhiệt độ quá lạnh tql = 30oC Nhiệt độ hơi hút tqn = -30oC Theo các thông số nhiệt độ của chu trình tiêu chuẩn ta có thể vẽ được chu trình tiêu chuẩn trên đồ thị lgP- h như sau : to,Po tK,PK Ptg 9 8 7 6 5 1’ 1 2 h lg P TC TC TC TC TC 5’TC TC TC TC 3TC 4TC Hình 4-7 : Chu trình tiêu chuẩn biểu diễn trên đồ thị lgP-h Ta xác định 1 số thông số cần thiết để tính các đại lượng yêu cầu - Tại điểm 1’TC : to = -400C ( Trạng thái hơi bão hoà ) Po = 0,0717 MPa ; h1’TC = 1407,3 kJ/kg Tại điểm 1TC ( Trạng thái quá nhiệt ) tqn = - 300C pqn = 0,0717 MPa h1TC = 1429,5 kJ/kg ; v1TC = 1,6246 m3/kg Tại điểm 5’TC ( Trạng thái lỏng bão hoà ) tk = 35oC pk = 1,3503 MPa Tại điểm 3TC ( Trạng thái hơi bão hoà ) Ptg = = 0,3111 MPa Ta suy ra ttg = t3TC = -8 oC Tại điểm 6TC Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn bình trung gian. t6TC = - 5oC h6TC = 177,19 kJ/kg Tại điểm 9 TC ( trạng thái hơi bão hoà ẩm ) to = -40oC Po = 0,0717 MPa h9TC = h6TC = 177,19 kJ/Kg 5/ Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn qoTC = h1’TC – h9TC , kJ/kg = 1407,3 – 177,19 = 1230,11 kJ/kg 6/ Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn qVTC = kJ/m3 = = 757,177 kJ/m3 7/ Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn Trong đó : To = to + 273 = -40 + 273 = 233 oK Ttg = ttg + 273 = -8 + 273 = 265oK Các thông số Po = Ptg = 0,01 c = 0,05 m = 1,1 Thay vào ta có : = 0,622 8/ Năng suất tiêu chuẩn QoTC tính chuyển từ Qo ra QoTC = Qo , kW Theo tính toán ở phần trước ta có : qv = 1654,772 kJ/m3 HA = 0,838 Qo = 127,208 kW Thay vào ta có : QoTC = 127,208 = 43,2 kW Với QoTC = 43,2 kW ta tra bảng 7.12/ Sách HDTKHTL- Trang 200 chọn tổ máy nén 2 cấp AY80 có các thông số kỹ thuật của cấp hạ áp là - Năng suất lạnh : 93 kW - Công suất lắp đặt : 55 kW - Thể tích pittông quét phần hạ áp : 0,169 m3/s - Số vòng quay phần hạ áp : 12 Vòng /s 9/ Số máy nén cần chọn ZMN = , chiếc Trong đó : QoTCMN : Năng suất lạnh tiêu chuẩn của máy nén cụ thể QoTCMN = 93 kW Vậy ta có : ZMN = = 0,464 Chọn 1 máy nén hạ áp . 10/ Công nén đoạn nhiệt NS = m1. l1 , kW Trong đó : m1 : Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp, kg/s m1 = 0,101 kg/s l1 : Công nén riêng cấp hạ áp l1 = h2 – h1 = 1532,3 – 1445,28 = 87,02 kJ/kg Thay vào ta có : NS = 0,101 . 87,02 = 8,789 kW 11/ Hiệu suất chỉ thị = + bto Trong đó : = = b = 0,01 to : Nhiệt độ sôi, oC to = - 23oC Thay vào ta có : 12/ Công suất chỉ thị Ni = kW 13/ Công suất ma sát Nms = VttHA . Pms , kW VttHA : Thể tích hút thực tế của máy nén phần hạ áp, m3/s VttHA = 0,076 m3/s Pms : áp suất ma sát riêng , MPa Đối với máy nén amoniac thẳng dòng Pms = 0,049 0,069 MPa Thay vào ta có : Nms = 0,076 . 0,049 = 0,0037 kW 14/ Công suất hữu ích ( Trên trục máy nén ) Ne = Ni + Nms , kW = 9,553 + 0,0037 = 9,5567 kW 15/ Công suất tiếp điện NelHA = , kW Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động khớp , đai ..... : Hiệu suất truyền động của khớp, đai... = 0,95 : Hiệu suất dộng cơ = 0,80 0,95 Thay vào ta có : NelHA = = 11,834 kW B/ Tính toán cấp cao áp 1/ Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cấp cao áp, do h5 = h7 nên m3 = m1 , kg/s = 0,101 = 0,124 kg/s 2/ Thể tích hút thực tế VttCA = m3 . v3 , m3/s = 0,124 . 0,387 = 0,048 m3/s 3/ Hệ số cấp của máy nén Trong đó : Ptg = 0,3151 MPa Pk = 1,6429 MPa Ttg = - 8 + 273 = 265 oK TK = 42 + 273 = 315 oK Ptg = PK = 0,005 0,01 MPa c = 0,03 0,05 m = 0,95 1,1 Thay vào ta có : = 0,634 4/ Hệ số cấp của máy nén ở điều kiện tiêu chuẩn Ở điều kiện tiêu chuẩn : Ptg = 0,3111 MPa Pk = 1,3503 MPa Ttg = -8 + 273 = 2650K Tk = 35 + 273 = 3080K Thay vào ta có : = 0,686 5/ Năng suất tiêu chuẩn tính chuyển từ Qo ra QoTC = Qo , kW = 127,208 . = 62,98 kW Với QoTC = 62,98 kW ta tra bảng 7.12/ Sách HDTKHTL- Trang 200 chọn máy nén 2 cấp AY80 có các thông số kỹ thuật của cấp cao áp là : - Năng suất lạnh : 93 kW - Công suất lắp đặt : 55 kW - Thể tích pittông quét phần cao áp : 0,0564 m3/s - Số vòng quay phần hạ áp : 12 Vòng /s 6/ Số máy nén cần chọn ZMN = , chiếc Trong đó : QoTCMN : Năng suất lạnh tiêu chuẩn của máy nén cụ thể QoTCMN = 93 kW Vậy ta có : ZMN = = 0,677 Chọn 1 máy nén cao áp . 7/ Công nén đoạn nhiệt cao áp NS = m3. l2 , kW Trong đó : m3 : Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén cao áp, kg/s m3 = 0,124 kg/s l2 : Công nén riêng cấp cao áp , kJ/kg l2 = h4 – h3 = 1660,6 – 1451,8 = 208,8 kJ/kg Thay vào ta có : NS = 0,124. 208,8 = 25,891 kW 8/ Hiệu suất chỉ thị = + bttg Trong đó : = = b = 0,01 ttg = - 8oC Thay vào ta có : 9/ Công suất chỉ thị Ni = kW 10/ Công suất ma sát Nms = VttCA. Pms , kW VttCA : Thể tích hút thực tế của máy nén phần cao áp, m3/s VttCA = 0,048 m3/s Pms : áp suất ma sát riêng , MPa Đối với máy nén amoniac thẳng dòng Pms = 0,049 0,069 MPa Thay vào ta có : Nms = 0,048 . 0,049 = 0,002 kW 11/ Công suất hữu ích Ne = Ni + Nms , kW = 31,081 + 0,002 = 31,083 kW 12/ Công suất tiếp điện NelCA = , kW Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động khớp , đai ..... : Hiệu suất truyền động của khớp, đai... = 0,95 : Hiệu suất dộng cơ = 0,80 0,95 Thay vào ta có : NelCA = = 38,492 kW 13/ Nhiệt thải ra ở bình ngưng Qk = m3 . l3 , kW = m3 ( h4 - h5 ) = 0,124 ( 1660,6 – 352,78 ) = 162,169 kW CHƯƠNG V TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 5.1/ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Kiểu thiết bị ngưng tụ ta chọn để lắp đặt là thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi hay còn gọi là tháp ngưng tụ . 5.1.1/ Thông số thiết bị ngưng tụ - Môi chất đi trong thiết bị ngưng tụ : NH3 - Nhiệt độ không khí bên ngoài : t1 = 380C - Độ ẩm : j = 77 % - Nhiệt độ nhiệt kế ướt : tư = 34,50C - Nhiệt độ nước tuần hoàn trong tháp : tw = 390C - Nhiệt độ ngưng tụ : tk = 420C Hình 5.1 : Trạng thái không khí vào (1) và ra (2) biểu diễn trên đồ thị h-x 5.1.2/ Tính toán các thông số của thiết bị ngưng tụ 5.1.2.1/ Phụ tải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ Do đây là hệ thống chung cho tủ cấp đông tiếp xúc , hầm cấp đông gió , cối đá vảy nên phụ tải nhiệt để tính cho tháp ngưng tụ là tổng nhiệt thải ngưng tụ của tủ cấp đông tiếp xúc , hầm cấp đông gió và cối đá vảy . QK = , kW Trong đó : : nhiệt thải ngưng tụ của tủ cấp đông , kW = 136,013 kW : nhiệt thải ngưng tụ của hầm cấp đông ,kW = 172,632 kW : nhiệt thải ngưng tụ của cối đá vảy = 162,169 kW Thay vào ta có : QK = 136,013 + 172,632 + 162,169 = 470,814 kW 5.1.2.2/ Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của tháp ngưng tụ Theo phương trình truyền nhiệt ta có : QK = k . F. , kW Ta suy ra : F = = , m2 Trong đó : F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt , m2 : hiệu nhiệt độ trung bình logarit , K Khi sử dụng tháp ngưng tụ ta coi nhiệt độ nước không thay dổi . Khi đó : = tk - tw = 42 - 39 = 30C k : hệ số truyền nhiệt , W/m2.K Tra bảng 8-6/SHDTKHTL- Trang 217 chọn : k =700 W/m2.K qF : mật độ dòng nhiệt còn gọi là phụ tải nhiệt riêng , W/m2 QK : phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ , W QK = 470,814 kW = 470814 W Lúc đó ta có : F = = 224,197 m2 ¨ Bề mặt truyền nhiệt Bề mặt nhẵn của ống thép trơn để chế tạo dàn ngưng amoniăc 5.1.2.3/ Lưu lượng khối lượng của không khí qua thiết bị ngưng tụ MKK = 3,25, kg/s Trong đó : : khối lượng riêng của không khí ở t1 = 380C và j = 77% và có thể xác định theo công thức : = , kg/m3 Với : d1 : độ chứa ẩm của không khí khí quyển (vào thiết bị ngưng tụ ) – Tra trên đồ thị h-x ta có : x1 = 0,034 kg/kg . p1 : áp suất khí quyển (trạng thái 1) p1 = 9,81.104 N/m2 R : hằng số khí của không khí , lấy R = 287 J/kg.K T1 : nhiệt độ không khí môi trường T1 = t1 + 273 , K = = 1,077 kg/m3 Thay vào phương trình trên ta có : MKK = 3,25 . 1,077 . 470,814 . 10-2 = 16,479 kg/s 5.1.2.4/ Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị h2 Trạng thái không khí ra (2) có entanpi xác định theo biểu thức tính nhiệt : h2 = h1 + , kJ/kgKK Ở đây h1 = 125 kJ/kg – Xác định được trên đồ thị h-x ở trạng thái 1 . Thay vào ta có : h2 = 125 + = 153,57 kJ/kg 5.1.2.5/ Hệ số toả nhiệt từ vách (ngoài) của ống tới màng nước , W/m2.K Trong đó : m1 : lưu lượng nước xối tưới trên 1 mét chiều dài của ống , chọn theo kinh nghiệm m1 = 0,05 kg/m.s 0,85 : hệ số hiệu chỉnh do xối tưới không dều . = 0,85 . 9750 . 0,051/3 = 3053,14 W/m2.K 5.1.2.6/ Lượng nước phun Lượng nước phun M được chọn theo kinh nghiệm phụ thuộc vào phụ tải nhiệt QK của thiết bị : 100 kW phụ tải nhiệt mỗi giây cần 2,3 lít nước phun : M = 2,3 = 2,3 = 10,828 kg/s 5.1.2.7/ Lượng nước bay hơi và lượng nước tổng bị cuốn theo gió ¨ Lượng nước bay hơi Mb xác định theo đồ thị h-x : Mb = MKK ( x2 – x1 ), kg/s x1 = 0,034 kg/kg - Độ chứa ẩm của không khí vào thiết bị x2 = 0,044 kg/kg - Độ chứa ẩm của không khí ra thiết bị Mb = 16,479 (0,044 – 0,034) = 0,1647 kg/s ¨ Tổng lượng nước bị cuốn theo gió : bằng tổng lượng nước bay hơi và lượng nước bị gió cuốn đi . Lượng nước bị gió cuốn thường lấy bằng 10% lượng nước bay hơi ,vậy tổng lượng nước bị cuốn theo gió : Mbt = 1,1 Mb = 1,1 . 0,1647 = 0,1811 kg/s 5.1.2.8/ Các kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ bay hơi ¨ Tổng chiều dài ống tính trên mặt cắt ngang của thiết bị : L = = 108,28 m ¨ Số ống trên mặt cắt ngang của thiết bị (z) khi chọn chiều dài mỗi ống thẳng = 2,8 m z = = 38,67 Lấy z = 38 ống ¨ Bề rộng mặt cắt ngang của thiết bị xác định theo quan hệ : B = z.S2 , m Bước ngang S2 của chùm ống chọn theo kinh nghiệm S2 = (2 2,3 )d1 , chọn S2 = 2d1 = 2 . 0,025 = 0,05 m B = 38 . 0,05 = 1,9 m ¨ Số ống trong một đơn nguyên ( theo chiều thẳng đứng ) nđ xác định theo công thức : nđ = = 26,84 Lấy nđ = 27 ống ¨ Chiều cao của dàn ống (h) được xác định : h = S1 . nđ , m Các ống bố trí theo đỉnh của tam giác đều nên bước ống theo chiều đứng (S1) được xác định như sau : S1 = m Do đó : h = 0,0433 . 27 = 1,1691 m ¨ Diện tích để cho không khí đi qua : FKK = .B – .d1.z = 2,8 . 1,9 – 2,8. 0,025 . 38 = 2,66 m2 5.1.2.9/ Lượng nước làm mát cung cấp cho thiết bị ngưng tụ Vn = , m3/s Trong đó : QK : tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ , kW C : nhiệt dung riêng của nước C = 4,19 kJ/kg.K : khối lượng riêng của nước = 1000 kg/m3 : độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ ,K Thay vào ta có : Vn = = 0,0374 m3/s =134,64 m3/h Tra bảng 10-6/SHDTKHTL – Trang 303 chọn : Hai bơm 4K-18 , mỗi bơm có các thông số kỹ thuật sau: Năng suất : 83 m3/h Cột áp H : 2,2 bar Hiệu suất : 81% Công suất trên trục : 6,3 kW Đường kính bánh công tác : 148 kW 5.2/ TÍNH CHỌN DÀN LẠNH CHO HẦM CẤP ĐÔNG GIÓ Dàn lạnh của hầm cấp đông là dàn lạnh ống trao đổi nhiệt bằng thép mạ kẽm nhúng nóng , vỏ dàn lạnh làm bằng thép mạ kẽm nhúng nóng có đặc tính chống rỉ cao , môi chất lạnh là NH3 . - Phụ tải nhiệt : QTB = 103249,71 W - Nhiệt độ không khí trong phòng : t = -350C - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh : t0 = - 440C Chọn thiết bị bay hơi kiểu dàn lạnh quạt trao đổi nhiệt đối lưu cuỡng bức không khí .Vì loại này có ưu điểm so với dàn tĩnh : Có thể bố trí ở trong buồng hoặc ngoài buồng lạnh . Ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm . Nhiệt độ đồng đều , hệ số trao đổi nhiệt lớn . Ít tốn nguyên vật liệu . Nhưng chúng cũng có nhược điểm là ồn và tốn thêm năng suất lạnh cho động cơ quạt gió . Ở dây ta chọn kiểu dàn lạnh quạt đặt ngay trên sàn bên trong hầm cấp đông , mô tơ quạt dàn lạnh loại hoàn toàn kín nước và chống ẩm , quạt gió hướng trục thổi ngang , độ ồn thấp , hút gió ngang qua dàn lạnh , quạt gió được lắp lồng bao che bảo vệ . Cánh quạt làm bằng thép mạ kẽm nhúng nóng đủ sức chịu được va đập có thể có với băng tuyết bám trên dàn . Ống trao đổi nhiệt bằng thép có đường kính 38 x 3 mm ,cánh bằng thép lá rộng 30 mm , dày 0,3 mm . 5.2.1/ Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh F = , W Trong đó : F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh , m2 Q0TB : tải lạnh của thiết bị , W Q0TB = QTB = 103249,71 W k : hệ số truyền nhiệt của dàn lạnh , W/m2.K Hệ số truyền nhiệt k của dàn quạt ống cánh phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của amoniăc . Theo SHDTKHTL- Trang 252 chọn k = 11 W/m2.K : hiệu nhiệt độ giữa không khí trong buồng lạnh và môi chất lạnh sôi trong ống , K . = 9 K Thay vào ta có : F = = 1042,92 m2 Tra bảng 8-13/ Sách HDTKHTL –Trang 249 : Chọn 5 dàn quạt kí hiệu -230 , mỗi dàn có các thông số kỹ thuật sau : - Diện tích bề mặt : 230 m2 - Bước cánh quạt : 17,5 - Số lượng quạt : 1 - Đường kính quạt : 800 mm - Số vòng quay : 25 vòng/s - Lưu lượng : 4,7 m3/s - Công suất sưởi điện : 25 kW 5.2.2/ Lưu lượng không khí qua mỗi dàn VKK = , m3/s Trong đó: : khốI lượng riêng của không khí ở t = -350C = 1,48 kg/m3 Cp : nhiệt dung riêng của không khí , kJ/kg.K Cp = 1,013 kJ/kg.K = 9K Q0TB = 103249,71 W = 103,24971 kW Thay vào ta có : VKK = = 7,652 m3/s CHƯƠNG VI TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 6.1/ BÌNH TRUNG GIAN 6.1.1/ Công dụng Bình trung gian được sử dụng trong máy lạnh hai và nhiều cấp . Bình trung gian dùng để làm mát hơi môi chất sau khi nén cấp áp thấp và để quá lạnh lỏng môi chất trước khi vào van tiết lưu bằng cách bay hơi một phần lỏng ở áp suất và nhiệt độ trung gian . Bình trung gian được chọn ở đây dùng chung cho cả hệ thống lạnh , tức là dùng chung cho cả tủ cấp đông tiếp xúc , hầm cấp đông gió và máy đá vảy .Bình trung gian được chọn để dùng trong hệ thống lạnh này là bình trung gian có ống xoắn . Bình trung gian được chon theo đường kính ống hút vào máy nén cấp áp cao . Khi đó tốc độ hơi trong bình theo tiết diện ngang không quá 0,5 m/s , tốc độ lỏng trong ống xoắn từ 0,4 đến 0,7 m/s , hệ số truyền nhiệt của ống xoắn 580 700 W/m2.K . 6.1.2/ Tính chọn bình trung gian Đường kính bình trung gian được xác định theo công thức : d = , m Trong đó : : tốc độ môi chất trong bình , m/s = 0,6 m/s Vh : thể tích hút của máy nén cấp cao áp , m3/s Do bình trung gian được chọn là dùng cho cả tủ cấp đông tiếp xúc , hầm cấp đông gió và máy đá vảy .Vì vậy thể tích hút của máy nén cấp cao áp được tính cho cả tủ cấp đông tiếp xúc , hầm cấp đông gió và máy đá vảy . Vh = , m3/s : thể tích hút của máy nén cấp cao áp của tủ cấp đông tiếp xúc, m3/s = 0,04 m3/s : thể tích hút của máy nén cấp cao áp của h ầm cấp đông gió , m3/s = 0,051 m3/s : thể tích hút của máy nén cấp cao áp của máy đá vảy , m3/s = 0,048 m3/s Thay vào ta có : Vh = 0,04 + 0,051 + 0,048 = 0,139 m3/s Lúc đó ta có : d = = 0,54324 m = 543,24 mm Tra bảng 8-19/ Sách HDTKHTL – Trang 266 chọn : Bình trung gian có thông số kỹ thuật sau : Loại bình : Đường kính bình : D = 600 x 8 mm Đường kính ống xoắn : d = 150 mm Chiều cao : H = 2800 mm Diện tích bề mặt ống xoắn : 4,3 m2 Thể tích bình : 0,67 m3 Khối lượng : 570 kg CHÚ THÍCH Hình 6-1 : Bình trung gian 6.2/ BÌNH TÁCH DẦU Bình tách dầu lắp vào đường đẩy của máy nén amoniắc để tách dầu ra khỏi dòng hơi nén trước khi vào giàn ngưng tụ . Có nhiều loại bình tách dầu khác nhau . Bình tách dầu ta chọn ở đây là bình tách dầu kiểu khô , chọn 1 bình tách dầu dùng chung cho 3 máy nén . Bình tách dầu chọn theo đường kính bình hoặc đường kính ống nối với máy nén . 1/ Đường kính bình d được tính theo công thức d = , m Trong đó : : tốc độ môi chất đi qua bình tách dầu , m/s = 0,6 m/s V : thể tích của môi chất qua bình tách dầu , m3/s Do bình tách dầu được chọn là dùng chung cho 3 máy nén của tủ cấp đông tiếp xúc , hầm cấp đông gió và máy đá vảy . Thể tích của môi chất qua bình tách dầu bằng thể tích hút của máy nén cấp cao áp được tính cho cả tủ cấp đông tiếp xúc , hầm cấp đông gió và máy đá vảy . V = Vh = , m3/s : thể tích hút của máy nén cấp cao áp của tủ cấp đông tiếp xúc, m3/s = 0,04 m3/s : thể tích hút của máy nén cấp cao áp của h ầm cấp đông gió , m3/s = 0,051 m3/s : thể tích hút của máy nén cấp cao áp của máy đá vảy , m3/s = 0,048 m3/s Thay vào ta có : V = Vh = 0,04 + 0,051 + 0,048 = 0,139 m3/s Lúc đó ta có : d = = 0,54324 m = 543,24 mm Vậy tương ứng ta chọn theo catalog để chọn bình tách dầu . 2) Chiều dày của bình Chiều dày của bình được tính theo công thức : , mm Trong đó : Ptk : áp suất thiết kế, kG/cm2 Ptk = 19,5 kG/cm2 Dt : đường kính trong của bình , mm Dt = 543,24 mm : ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo bình, kG/cm2 Đối với vật liệu CT3 : ở 500C = 1133 kG/cm2 j : hệ số xét đến phương pháp hàn của đường ống Đường ống hàn chọn j = 0,7 c : hệ số dự trữ , c = 2 3 mm Thay tất cả vào ta có : = 7,87 mm 6.3/ BÌNH TÁCH LỎNG Nhiệm vụ bình tách lỏng là tách môi chất lỏng ra khỏi hơi hút về máy nén , đảm bão hơi hút về máy nén là hơi bão hoà khô để tránh gây hiện tượng thuỷ tức phá hỏng máy nén . Nó thường được đặt đứng làm việc theo nguyên tắc giảm tốc độ (0,5 m/s) và thay đổi hướng chuyển động của dòng hơi , làm cho những giọt lỏng và bụi lỏng bị tách ra rơi xuống đáy bình , còn hơi khô đi về máy nén . Chọn bình tách lỏng theo đường kính ống hút của máy nén hoặc đường kính bình , tốc độ dòng hơi trong đường hút từ 18 20 m/s đối với môi chất là amoniăc, tốc độ môi chất đi qua bình tách lỏng là 0,6 m/s . 1/ Đường kính bình d được tính theo công thức Ta có công thức tính đường kính bình tách dầu là : d = , m Trong đó : : tốc độ môi chất đi qua bình tách lỏng , m/s = 0,6 m/s Vh : thể tích riêng thục tế của môi chất trước khi vào máy nén , m3/s Ở đây ta chỉ chọn bình tách lỏng cho hầm đông gió : Vh = = 0,051 m3/s Thay vào ta có : d = = 0,329 m = 329 mm 2) Chiều dày của bình Chiều dày của bình được tính theo công thức : , mm Trong đó : Ptk : áp suất thiết kế, kG/cm2 Ptk = 16,5 kG/cm2 Dt : đường kính trong của bình , mm Dt = 329 mm : ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo bình, kG/cm2 Đối với vật liệu CT3 : ở 500C = 1133 kG/cm2 j : hệ số xét đến phương pháp hàn của đường ống Đường ống hàn chọn j = 0,7 c : hệ số dự trữ , c = 2 3 mm Thay tất cả vào ta có : = 6 mm 6.4/ BÌNH CHỨA CAO ÁP Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau bình ngưng tụ dùng để chứa lỏng môi chất ở áp suất cao , giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ , duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu .Nó được đặt dưới bình ngưng và được cân bằng áp suất với bình ngưng bằng các đường ống cân bằng hơi và lỏng .VớI môi chất NH3 dùng bình chứa nằm ngang hình trụ có 2 ống nối cho môi chất lỏng vào và ra , một ống nối đường cân bằng áp suất hơi với bình ngưng tụ .Ngoài ra bình chứa còn được bố trí mức lỏng kế , áp kế , van an toàn , van xả dầu , bộ xả khí không ngưng .Bình chứa cao áp được tính toán để làm việc với áp suất 1,8MPa . Sức chứa của bình chứa cao áp phải đạt 30% sức chứa của toàn bộ hệ thống bay hơi đối với hệ thống cấp môi chất từ trên và đạt 60% đối với hệ thống cấp môi chất từ dưới .Khi vận hành mức lỏng ở trong bình chứa cao áp đạt 50% thể tích bình . Ta chọn hệ thống cấp môi chất NH3 từ dưới lên . Hình 6-2 : Bình chứa cao áp 6.5/ BÌNH CHỨA DẦU Bình chứa dầu nhằm mục đích gom dầu từ các bình tách dầu và bầu dầu của toàn bộ hệ thống , giảm nguy hiểm khi xả dầu và giảm tổn thất môi chất khi xả dầu khỏi hệ thống lạnh . Từ bình tách dầu và bầu dầu của các thiết bị khác , dầu được xả về bình chứa dầu . Bình chứa dầu có đường ống nối với đường hút của máy nén . Khi mở van nối thông với đường hút thì có thể giảm áp suất trong bình đến áp suất khí quyển , áp suất trong bình được chỉ ra qua áp kế .Trước khi xả dầu có thể nung nóng dầu để làm hơi NH3 thoát ra hết . Khi xả dầu , áp suất trong bình chỉ được phép lớn hơn áp suất khí quyển chút ít , tất cả các van khác phải đóng . CHƯƠNG VII TÍNH CHỌN ĐƯỜNG ỐNG Do hệ thống lạnh dùng môi chất là NH3 Theo bảng 10-1/Sách HDTKHTL – Trang 299 chọn tốc độ môi chất đi trong ống như sau : Đường ống hút chọn wh = 18 m/s Đường ống đẩy chọn wđ = 20 m/s Đường ống dẫn lỏng chọn wl = 1,2 m/s Ta có thể tính đường kính trong của ống theo biểu thức : d = = , m Trong đó : m : lưu lượng , kg/s r : khối lượng riêng của môi chất ,kg/m3 w : tốc độ dòng chảy trong ống , m/s v : thể tích riêng , m3/kg 7.1/ TÍNH CHỌN ĐƯỜNG ỐNG CHO TỦ CẤP ĐÔNG TIẾP XÚC 1000 KG/MẺ 7.1.1/ Các thông số đã biết Năng suất lạnh Q0 = 95,95 kW Nhiệt độ bay hơi : t0 = - 440C Nhiệt độ ngưng tụ : tk = 420C Nhiệt độ đầu hút : th = -350C 7.1.2/ Tính toán để chọn đường ống Đối với tủ cấp đông tiếp xúc ta dùng máy nén 2 cấp do đó ta phải tính chọn đường ống cho cả cấp hạ áp và cấp cao áp . 7.1.2.1/ Tính chọn đường ống cho cấp hạ áp ¨ Tính đường ống hút dh = , m Trong đó : v1 : thể tích riêng tại điểm 1 , m3/kg Theo bảng 2-2/Trang 22 : v1 = 2,1 m3/kg m1 : Lưu lượng hơi nén qua máy nén hạ áp , kg/s m1 = 0,0784 kg/s wh = 18 m/s Thay vào ta có : dh = = 0,1079 m =107,9 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 133 mm Đường kính trong : dI =125 mm Chiều dày vách ống : 4 mm Tiết diện ống : 123 mm2 Khối lượng 1m ống : 12,73 kg ¨ Tính đường ống đẩy d đ = , m Trong đó : v2 : thể tích riêng tại điểm 2 , m3/kg Theo bảng 2-2/Trang 22 : v2 = 0,521 m3/kg w đ = 20 m/s Thay vào ta có : d đ = = 0,051 m =51 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 57 mm Đường kính trong : dI = 50 mm Chiều dày vách ống : 3,5 mm Tiết diện ống : 19,6 mm2 Khối lượng 1m ống : 4,62 kg 7.1.2.2/ Tính chọn đường ống cho cấp cao áp ¨ Tính đường ống hút dh = , m Trong đó : v3 : thể tích riêng tại điểm 3 , m3/kg Theo bảng 2-2/Trang 22 : v3 = 0,387 m3/kg m3 : Lưu lượng hơi nén qua máy nén cao áp , kg/s m3 = 0,104 kg/s wh = 18 m/s Thay vào ta có : dh = = 0,0533 m = 53,5 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 76 mm Đường kính trong : dI = 69 mm Chiều dày vách ống : 3,5 mm Tiết diện ống : 37,4 mm2 Khối lượng 1m ống : 6,26 kg ¨ Tính đường ống đẩy d đ = , m Trong đó : v4 : thể tích riêng tại điểm 4 , m3/kg Theo bảng 2-2/Trang 22 : v4 = 0,128 m3/kg w đ = 20 m/s Thay vào ta có : d đ = = 0,0291 m = 29,1 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 38 mm Đường kính trong : dI = 33,5 mm Chiều dày vách ống : 2,25 mm Tiết diện ống : 8,8 mm2 Khối lượng 1m ống : 1,98 kg ¨ Tính đường ống dẫn lỏng dl = , m Trong đó : v5 : thể tích riêng tại điểm 5 , m3/kg Theo bảng 2-2/Trang 22 : v5 = 0,00169 m3/kg wl = 1,2 m/s Thay vào ta có : dl = = 0,0136 m = 13,6 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 22 mm Đường kính trong : dI = 18 mm Chiều dày vách ống : 2 mm Tiết diện ống : 2,53 mm2 Khối lượng 1m ống : 0,986 kg 7.2/ TÍNH CHỌN ĐƯỜNG ỐNG CHO HẦM CẤP ĐÔNG GIÓ 3000 KG/MẺ 7.2.1/ Các thông số đã biết Năng suất lạnh Q0 = 122,906 kW Nhiệt độ bay hơi : t0 = - 440C Nhiệt độ ngưng tụ : tk = 420C Nhiệt độ đầu hút : th = -350C 7.2.2/ Tính toán để chọn đường ống Đối với hầm cấp đông gió ta dùng máy nén 2 cấp do đó ta phải tính chọn đường ống cho cả cấp hạ áp và cấp cao áp . 7.2.2.1/ Tính chọn đường ống cho cấp hạ áp ¨ Tính đường ống hút dh = , m Trong đó : v1 : thể tích riêng tại điểm 1 , m3/kg Theo bảng 3-4/Trang 51 : v1 = 2,1 m3/kg m1 : Lưu lượng hơi nén qua máy nén hạ áp , kg/s m1 = 0,1 kg/s wh = 18 m/s Thay vào ta có : dh = = 0,1219 m =121,9 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 133 mm Đường kính trong : dI =125 mm Chiều dày vách ống : 4 mm Tiết diện ống : 123 mm2 Khối lượng 1m ống : 12,73 kg ¨ Tính đường ống đẩy d đ = , m Trong đó : v2 : thể tích riêng tại điểm 2 , m3/kg Theo bảng 3-4/Trang 51 : v2 = 0,521 m3/kg w đ = 20 m/s Thay vào ta có : d đ = = 0,0576 m = 57,6 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 76 mm Đường kính trong : dI = 69 mm Chiều dày vách ống : 3,5 mm Tiết diện ống : 37,4 mm2 Khối lượng 1m ống : 6,26 kg 7.2.2.2/ Tính chọn đường ống cho cấp cao áp ¨ Tính đường ống hút dh = , m Trong đó : v3 : thể tích riêng tại điểm 3 , m3/kg Theo bảng 3-4/Trang 51 : v3 = 0,387 m3/kg m3 : Lưu lượng hơi nén qua máy nén cao áp , kg/s m3 = 0,132 kg/s wh = 18 m/s Thay vào ta có : dh = = 0,0601 m = 60,1 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 76 mm Đường kính trong : dI = 69 mm Chiều dày vách ống : 3,5 mm Tiết diện ống : 37,4 mm2 Khối lượng 1m ống : 6,26 kg ¨ Tính đường ống đẩy d đ = , m Trong đó : v4 : thể tích riêng tại điểm 4 , m3/kg Theo bảng 3-4/Trang 51 : v4 = 0,128 m3/kg w đ = 20 m/s Thay vào ta có : d đ = = 0,0328 m = 32,8 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 38 mm Đường kính trong : dI = 33,5 mm Chiều dày vách ống : 2,25 mm Tiết diện ống : 8,8 mm2 Khối lượng 1m ống : 1,98 kg ¨ Tính đường ống dẫn lỏng dl = , m Trong đó : v5 : thể tích riêng tại điểm 5 , m3/kg Theo bảng 3-4/Trang 51 : v5 = 0,00169 m3/kg wl = 1,2 m/s Thay vào ta có : dl = = 0,0153 m = 15,3 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 22 mm Đường kính trong : dI = 18 mm Chiều dày vách ống : 2 mm Tiết diện ống : 2,53 mm2 Khối lượng 1m ống : 0,986 kg 7.3/ TÍNH CHỌN ĐƯỜNG ỐNG CHO MÁY ĐÁ VẢY 20 TẤN/NGÀY 7.3.1/ Các thông số đã biết Năng suất lạnh Q0 = 127,208 kW Nhiệt độ bay hơi : t0 = - 230C Nhiệt độ ngưng tụ : tk = 420C Nhiệt độ đầu hút : th = -180C 7.3.2/ Tính toán để chọn đường ống Đối với máy đá vảy ta dùng máy nén 2 cấp do đó ta phải tính chọn đường ống cho cả cấp hạ áp và cấp cao áp . 7.3.2.1/ Tính chọn đường ống cho cấp hạ áp ¨ Tính đường ống hút dh = , m Trong đó : v1 : thể tích riêng tại điểm 1 , m3/kg Theo bảng 4-1/Trang 72 : v1 = 0,7586 m3/kg m1 : Lưu lượng hơi nén qua máy nén hạ áp , kg/s m1 = 0,101 kg/s wh = 18 m/s Thay vào ta có : dh = = 0,0736 m = 73,6 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 89 mm Đường kính trong : dI = 82 mm Chiều dày vách ống : 3,5 mm Tiết diện ống : 52,8 mm2 Khối lượng 1m ống : 7,38 kg ¨ Tính đường ống đẩy d đ = , m Trong đó : v2 : thể tích riêng tại điểm 2 , m3/kg Theo bảng 4-1/Trang 72 : v2 = 0,4461 m3/kg w đ = 20 m/s Thay vào ta có : d đ = = 0,0535 m = 53,5 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 76 mm Đường kính trong : dI = 69 mm Chiều dày vách ống : 3,5 mm Tiết diện ống : 37,4 mm2 Khối lượng 1m ống : 6,26 kg 7.3.2.2/ Tính chọn đường ống cho cấp cao áp ¨ Tính đường ống hút dh = , m Trong đó : v3 : thể tích riêng tại điểm 3 , m3/kg Theo bảng 4-1/Trang 72 : v3 = 0,387 m3/kg m3 : Lưu lượng hơi nén qua máy nén cao áp , kg/s m3 = 0,124 kg/s wh = 18 m/s Thay vào ta có : dh = = 0,0582 m = 58,2 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 76 mm Đường kính trong : dI = 69 mm Chiều dày vách ống : 3,5 mm Tiết diện ống : 37,4 mm2 Khối lượng 1m ống : 6,26 kg ¨ Tính đường ống đẩy d đ = , m Trong đó : v4 : thể tích riêng tại điểm 4 , m3/kg Theo bảng 4-1/Trang 72 : v4 = 0,128 m3/kg w đ = 20 m/s Thay vào ta có : d đ = = 0,0317 m = 31,7 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 38 mm Đường kính trong : dI = 33,5 mm Chiều dày vách ống : 2,25 mm Tiết diện ống : 8,8 mm2 Khối lượng 1m ống : 1,98 kg ¨ Tính đường ống dẫn lỏng dl = , m Trong đó : v5 : thể tích riêng tại điểm 5 , m3/kg Theo bảng 4-1/Trang 72 : v5 = 0,00169 m3/kg wl = 1,2 m/s Thay vào ta có : dl = = 0,0149 m = 14,9 mm Tra bảng 10-2/Sách HDTKHTL – Trang 300 chọn : Chọn ống thép ГOCT-301-58 có : Đường kính ngoài : da = 22 mm Đường kính trong : dI = 18 mm Chiều dày vách ống : 2 mm Tiết diện ống : 2,53 mm2 Khối lượng 1m ống : 0,986 kg CHƯƠNG VIII VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG LẠNH 8.1/ Những vấn đề chung 1/ Nhiệm vụ vận hành máy lạnh Duy trì sự làm việc bình thường của hệ thống để đạt được các chế độ nhiệt độ và độ ẩm theo yêu cầu sử dụng, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, đồng thời phát hiện những hư hỏng, sự cố để khắc phục trong những điều kiện có thể được quy định trong quy trình vận hành và kỷ thuật an toàn vệ sinh. 2/ Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật chủ yếu Đảm bảo chế độ làm việc hợp lí, an toàn theo đúng các tiêu chuẩn kỹ thuật. Đạt được các chỉ tiêu về định mức, tiêu hao điện, nước, dầu, ga. Các chỉ tiêu này có liên quan mật thiết với các chỉ tiêu kỹ thuật như hạ nhiệt độ nước làm mát, làm quá lạnh lỏng, xả khí, xả hợp lý và thu hồi dầu, cung cấp lạnh hợp lí về số lượng, chất lượng ( nhiệt độ ) ..v..v..... sẽ giảm các chi phí sản xuất và vận hành. 3/ Tổ chức vận hành Các máy lạnh dùng trong sinh hoạt, các thiết bị lạnh trong thương nghiệp và ngày càng nhiều thiết bị lạnh công nghiệp được tự động hoá hoàn toàn. Tuy vậy, việc định chế độ trông coi, quản lý của người vẫn được đặt ra và tổ chức một cách hợp lý. Với các hệ thống thiết bị lạnh có trình độ tự động hoá thấp, người ta phải tổ chức trực theo ca, gồm các công nhân kỹ thuật lạnh và công nhân điện trực nhật. Các phương tiẹn ổ trợ cho công nhân trực máy lạnh lá các sơ đồ bố trí máy, thiết bị, sơ đồ điện, sơ đồ ống dẫn môi chất, các quy trình hướng dẫn vận hành máy và thiết bị, các quy trình xử lý sự cố, quy định vệ sinh an toàn, phòng chống cháy, nổ, cấp cứu người bị nạ, sổ theo dõi vận hành và các phương tiẹn đó kiểm, các phụ tùng thay thế và cả tủ thuốc cấp cứu ..v..v... để ngay trong phòng máy. 8.2/ Điều kiện làm việc bình thường của hệ thống lạnh Hệ thống máy lạnh được coi là làm việc bình thường trong những điều kiện chủ yếu sau đây : Đảm bảo trị số cho phép của nhiệt độ và độ ẩm trong các phòng lạnh và các đối tượng làm lạnh khác theo yêu cấu. Đảm bảo các chỉ tiêu chế độ làm việc của máy và thiết bị như : Thiết bị bay hơi : Nhiệt độ bay hơi thấp hơn nhiệt độ nước muối từ 35K. Nhiệt độ trong phòng lạnh cao hơn nhiệt độ nước muối 8 10 K. Thiết bị ngưng tụ : Nhiệt độ ngưng tụ lớn hơn nhiệt độ nước ra khoảng 4 8K hoặc cao hơn nhiệt độ không khí 8 12K. Khi đi qua bình ngưng, nước nóng lên khoảng 5 7K. Áp suất ngưng tụ và áp suất trong thiết bị bay hơi khôngchenh nhau quá 12 bar. Máy nén : Tỉ số nén trong một cấp nén khônglớn hơn 9. Nhiệt độ đầu hút máy nén một cấp cao hơn nhiệt độ bay hơi 5 8K. Trong máy nén hai cấp, nhiệt độ hút của xilanh hạ cấp phải cao hơn nhiệt độ sôi 5 10K. Nhiệt độ đầu hút xilanh cao áp cao hơn nhiệt độ sôi ở áp suất trung gian khoảng 5K. Với hệ thống máy lạnh amoniăc, nhiệt độ đầu đẩy máy nén một cấp duy trì phụ thuộc nhiệt độ sôi và nhiệt độ ngưng tụ nhưng không cao quá 1450C, với máy nén hai cấp, nhiệt độ đầu đẩy của xi lanh hạ áp thay đổi trong khoảng 60 800C, còn của xi lanh cao áp phụ thuộc nhiệt độ hơi trong bình trung gian và nhiệt độ ngưng tụ, nhưng không cao quá 1150C. Áp suất đầu được duy trì lớn hơn áp suất hút từ 1,52 bar. Nhiệt độ dầu trong hệ thống bôi trơn không lớn hơn 600C. Nhiệt độ nước ra khỏi áo nước làm mát máy nén không cao hơn 450C, còn nhiệt độ vỏ máy không được vượt quá 500C. Trong các phòng máy, phòng thiết bị, các phòng lạnh, các đường dẫn nước, cửa thoát các van xả, van an toàn trong hệ thống amoniăc phải đảm bảo không có môi chất. Máy nén, hệ thống thiết bị và các dụng cụ kiểm tra đo lường tự động điều chỉnh,..... làm việc bình thường ( không rung, khôngcó tiếng ồn lạ trong khi làm việc, ..... ) . Các đồng hồ đo kiểm chỉ ổn định ở trị số cho phép ( kim áp kế không dao động nhiều,....) Dầu tuần hoàn bình thường trong hệ thống. Mức dầu trong máy nén và trong các thiết bị ở phạm vị cho phép. 8.3/ Khởi động và ngừng hệ thống hai cấp 1/ Hai cấp hai máy nén riêng a/ Khởi động Nguyên tắc chung : Khởi động máy nén cao áp trước, máy nén hạ áp sau. Không để máy nén hạ áp quá tải. Không làm tăng áp suất quá mức trong bình trung gian Kiểm tra trạng thái trước khi khởi động : Các van hút và đẩy của máy nén hạ áp và máy nén cao áp và các van tiết lưu phải ở trạng thái đóng. + Các van khoá hơi trên ống đẩy , các van khoá lỏng và các van hơi phải mở. Trình tự khởi động : mở các van khởi động K1 và K2 . + Khởi động máy nén cao áp : Quay tay thử trục khuỷ, đóng điện động cơ. Khi đặt số vòng quay định mức thì mở van đẩy (1) và khoá van Khởi động K1. Nếu áp suất dầu bình thường thì từ từ mở van hút ), v.v... như khi khởi động máy nén một cấp. + Khởi động máy nén hạ áp : Cấp lỏng vào bình trung gian và thiết bị bay hơi : Mở các van tiết lưu . b/ Ngừng máy Theo thứ tự ngược lại với lúc khởi động: Dừng máy nén hạ áp trước và máy nén cao áp sau. Thao tác dừng từng máy cũng giống như với máy nén một cấp. Đóng các van tiết lưu , ngừng cấp lỏng vào bình trung gian và thiết bị bay hơi. 2/ Hai cấp nén trong một máy nén Nguyên tắc, trình tự khởi động và dừng máy cũng giống như trường hợp hai cấp nén riêng : thao tác khởi động xi lanh cao áp trước và dừng xi lanh hạ áp trước . a/ Khởi động Mở các van trên đường đẩy và hút ở cả hai cấp. Các van hút, van đẩy và van khởi động vẫn đóng. Mở các van cấp nước làm mát. Mở các van khởi động của xi lanh cao áp và hạ áp. Đóng điện, chờ máy đạt số vòng quay định mức Mở van đẩy các xi lanh cao áp trước, sau đó mở van đẩy của các xi lanh hạ áp. Đóng các van khởi động và mở van hút xi lanh hạ áp. Khi áp suất hút xi lanh cao áp đạt khoảng 1,5 2 bar thì từ từ mở van hút xi lanh hạ áp để áp suất hút xi lanh cao áp khôngtăng quá trị số cho phép ( khoảng 4,5 5 bar ) tuỳ theo từng máy. Nếu áp suất này tăng cao thì phải đóng van hút hạ áp rồi lại từ từ mở nhỏ, điều chỉnh lại. Xử lý hành trình ẩm cũng giống như trong hệ thống hai máy nén riêng b/ Ngừng máy Hút hết hơi khỏi máy bằng cách đóng van hút hạ áp rồi sau đó đóng van hút cao áp. Ngắt điện. Khi máy không quay nữa thì đóng các van đẩy ở hai cấp. Đóng các van cấp lỏng và tất cả các van trên đường hút và đường đẩy. Ngừng cấp nước làm mát, ngừng khuấy, quạt, ..v..v... 8.4/ Bảo dưỡng hệ thống lạnh 8.4.1/ Bảo dưỡng các thiết bị bay hơi Bộ lạnh và dàn lạnh không khí. Định kì kiểm tra bảo dưỡng quạt gió, hệ thống phá tuyết bằng điện. Phá băng dàn lạnh . Hệ thống làm lạnh trực tiếp : thường sử dụng hệ thống làm tan giá bằng hơi môi chất nóng. Với hệ thống amoniăc : ngừng cấp lỏng, nối thông các dàn lạnh với bình chứa thu hồi để lỏng được tính trong bình chứa. Mở van hơi phá băng từ máy nén vào dàn để làm tan giá. Chú ý điều chỉnh giử áp suất của hơi ngưng tụ trong dàn không nhỏ hơn 4 bar để nhiệt độ ngưng tụ của hơi cao hơn 0oC. Sau khi phá băng xong thì thổi trực tiếp amoniăc để làm sạch dầu bám trong hệ thống, sau đó đóng van thông dàn với bình chứa thu hồi và mở van cao áp thông với bình chứa này, đưa lỏng về ống góp lỏng. Hệ thống làm lạnh gián tiếp : sử dụng hệ thống làm tan giá bằng dung dịch nước muối nóng 40 50oC. 8.4.2/ Thiết bị ngưng tụ Ít nhất có một tháng một lần phải xả dầu ( qua bình chứa dầu ). Khi bề mặt ống bị bám dầu ( về phía môi chất ) hay bị dám cặn ( về phía nước làm mát ) phải xử lý bằng các phương pháp cơ học và hoá học. Sau khi làm sạch bình ngưng phải thử kín, thử bền. Có thể dùng nút kim loại có độ cồn 1 : 50 nút một số ống bị rò, nhưng số lượng ống không dùng này không được quá 5% tổng số ống của bình ngưng. Với các dàn ngưng : lau chùi bằng bàn chải lông sau đó rửa bằng nước ấm ở nhiệt độ khoảng 50 oC. Nếu bề mặt dàn ngưng có các lớp bẩn bám dính thì rửa bằng dung dịch NaCO3 ấm, nồng độ khoảng 5 % sau đó thổi khô bằng không khí nén. Kiểm tra không khí lọt vào thiết bị ngưng tụ theo cách sau : + Độ chênh giữa áp suất do áp kế chỉ và áp suất bảo hoà ở nhiệt độ môi trường càng lớn thì chứng tỏ trong hệ thống càng có nhiều khí lọt. + Làm các thao tác xả khí. 8.4.3/ Máy nén Việc bảo dưỡng máy nén rất quan trọng, đặc biệt là với các máy nén công suất lớn và với hệ thống amoniăc Bảo dưỡng dịnh kỳ : Cứ sau 72 đến 100 giờ làm việc phải thay dầu máy nén. 5 lần đầu phải thay dầu hoàn toàn bằng cách mở nắp bên tháo sạch dầu, dùng khí nén thổi sạch và đổ dầu mới vào . Kiểm tra dự phòng : Cứ sau 3 tháng làm việc phải tháo và kiểm tra các cụm chi tiết chủ yếu như xilanh, piston, tay quay thanh chuyền, cla-pê, nắpbit...... Phá cặn áo trước làm mát : nếu trong đường ống dẫn nước và mặt trong áo nước làm mát của máy nén bị đóng cặn thì phải cho axit clohydric 25% vào ngâm 8 12 giờ sau đó rửa cẩn thận bằng dung dịch NaOH 10 15% và rửa lại bằng nước sạch. 8.4.4/ Xả dầu ra khỏi hệ thống amoniăc Thiết bị tách dầu không thể loại trừ hết dầu lưu động cùng amoniăc trong hệ thống nên thường xuyên có dầu tích tụ ở các thiết bị của hệ thống. Trong khi vận hành phải chú ý xả dầu, có thể theo chu kỳ như sau : Các dàn lạnh mỗi lần phá băng Các bình bay hơi : 10 ngày /lần Bình ngưng, bình chứa, bình tách lòng : 1 tháng/lần Bình trung gian : 10 ngày/lần Bình tách dầu và bình chứa dầu 5 ngày/lần. BẢNG CÁC KÝ HIỆU QUI ƯỚC STT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị 1 t Nhiệt độ oC 2 j Độ ẩm % 3 dCN Chiều dày cách nhiệt m 4 a Hệ số toả nhiệt W/m2.K 5 lCN Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt W/m.K 6 k Hệ số truyền nhiệt W/m2.K 7 Q Dòng nhiệt W 8 F Diện tích m2 9 h Entanpi kJ/kg 10 E Năng suất tấn 11 C Nhiệt dung riêng kJ/kg.K 12 q Dòng nhiệt riêng kJ/kg 13 Q0 Năng suất lạnh W 14 Qk Dòng nhiệt toả ra ở thiết bị ngưng tụ W 15 Vtt Thể tích hút thực tế của máy nén m3/s 16 Vlt Thể tích hút lý thuyết của máy nén m3/s 17 l Công nén riêng kJ/kg 18 Ns Công nén đoạn nhiệt kW 19 l Hệ số cấp máy nén / 20 e Hệ số làm lạnh / 21 P Áp suất MPa 22 v Thể tích riêng m3/kg 23 N Công suất động cơ điện kW 24 Thời gian s 25 Hiệu suất động cơ điện / 26 r Nhiệt đông đặc kJ/kg 27 M Khối lượng kg 28 Tốc độ m/s 29 Khối lượng riêng kg/m3 30 m Lưu lượng kg/s TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh ( HDTKHTL) - Nguyễn Đức Lợi Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 1999 Kỹ thuật lạnh cơ sở - Nguyễn Đức Lợi , Phạm Văn Tuỳ Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 1996 Môi chất lạnh - Nguyễn Đức Lợi , Phạm Văn Tuỳ Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 1996 Tự động hoá hệ thống lạnh - Nguyễn Đức Lợi Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 1999 Kỹ thuật lạnh ứng dụng - Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuận Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 2000 Bài tập kỹ thuật lạnh - Nguyễn Đức Lợi , Phạm Văn Tuỳ Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 1996 Máy và thiết bị lạnh - Nguyễn Đức Lợi , Phạm Văn Tuỳ Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 1997 Truyền nhiệt - Đặng Quốc Phú , Trần Thế Sơn , Trần Văn Phú Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội 1999