Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ФГОУ СПО «Мелеузовский механико-технологический техникум»
Специальность1711
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
ПРОЕКТ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОДЫ ВТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ
200 кВт В г. КИРОВЕ
Студент: С.А. Наумов
Руководитель
проекта: З.В. Кайбушева
Консультант
по экономической части: Т.В. Ишбаева
Нормоконтроль: В.В. Прокудин
Мелеуз 2005
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
ММТТ СД.00.20.00.000 П3
Разраб.
Наумов С.А
Провер.
Кайбушева З.В
Рецензент
Каримова Л.А.
Н. Контр.
Прокудин В.В.
Утверд.
Суркова Л.Л.
ЗАПИСКА ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ
Лит.
Листов
53
741. 04 ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 4
1. Технико-экономическое обоснование 6
2. Выбор расчётных параметров 8
3. Выбор системы охлаждения 10
4. Тепловой расчёт 12
5. Расчёт изоляции 15
6. Расчёт и подбор компрессора 17
7. Расчёт и подбор теплообменныхаппаратов 22
8. Расчёт и подбор вспомогательногооборудования 24
9. Автоматизация холодильныхустановок 28
10. Подбор приборов автоматики 31
11. Издержкипроизводства и основные показатели работы предприятия 34
12. Охранатруда и окружающей среды 44
Списокиспользуемых источников 49
Приложение 50
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
ММТТ СД.00.20.00.000 П3 ВВЕДЕНИЕ
Холодильная техника внастоящее время представляет собой высокоразвитую отрасль промышленности,способную удовлетворить самые разнообразные требования, возникающие в связи снеобходимостью отводить теплоту от различных объектов при температурах нижетемпературы окружающей среды.
Холодильная техникаприменяется на предприятиях различных отраслей промышленности. Практически неттаких отраслей, где бы не применялся искусственный холод. Одной из важнейшихобластей применения искусственного холода является мясная, и молочнаяпромышленность входит в состав агропромышленного комплекса. Основные задачиагропромышленного комплекса – достижение устойчивого ростасельскохозяйственного производства, надёжное обеспечение страны продуктамипитания и сельскохозяйственным сырьём. Решение задач, поставленных передагропромышленным комплексом, зависит от внедрения достижений холодильнойтехники и технологии развития сети холодильников, оснащений отраслейагропромышленного комплекса рефрижераторным транспортом, контейнерами длятранспортировки и хранения продукции. В мясной и молочной промышленностиискусственный холод применяется для охлаждения, замораживания и хранениямолочных и мясных продуктов.
Во многих технологическихпроцессах, например при изготовлении масла и молочных продуктов на молочныхкомбинатах, в системах кондиционирования воздуха охлаждение осуществляют вспециальных аппаратах с помощью промежуточного хладоносителя (холодной воды либо рассола), поступающего из центральной холодильной станции посети трубопроводов.
В данном проектеприменяется система централизованного холодоснабжения с потребителями холода,удалёнными от холодильной станции. Основное отличие этой установки отхолодильных установок с рассольным охлаждением состоит в меньшей зависимости отпотребителя холода. Назначение такой установки – приготовление хладоносителя сзаданным расходом, напором начальной и конечной температурами.
Вид промежуточногохладоносителя выбирается в зависимости от его температуры: при температуре 1°Си выше применяют воду, при более низких температурах (до – 30°С) – водныерастворы солей и этиленгликоля.
Для сглаживаниянеравномерности тепловых нагрузок в течение суток, уменьшения капитальных иэксплуатационных затрат на получение холода на предприятиях молочнойпромышленности широко применяют аммиачные холодильные установки саккумуляторами холода. Эти аккумуляторы созданы на базе панельных испарителейтипа ИП, применяемых для охлаждения жидких хладоносителей. В период малыхтепловых нагрузок на поверхности панелей намораживается слой льда толщиной 30-40 мм, который тает в периодпиковых нагрузок, уменьшая тем самым нагрузку на холодильную установку.
Таким образом применениеустановки для охлаждения воды с использованием промежуточной ёмкости иаккумуляторов АКХ является эффективным способом сглаживания колебаний втепловых нагрузках.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
ММТТ СД.00.20.00.000 П3
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
ММТТ СД.00.20.00.000 П3 1.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Город Киров являетсяадминистративным центром Кировской области. Он расположен на левом высокомберегу реки Вятки, в 900 км от Москвы на северо-восток. Город былоснован в 1374 г.как город Вятка, с 15 века по 1780 год носил название Хлынов, затем былпереименован в город Вятку, и свое современное название получил в 1934 году.Издревле город был известен как местный центр ремесел и торговли.
Климатумеренно-континентальный, с продолжительной умеренно холодной зимой и коротким,но сравнительно теплым летом. Средние температуры: января – от 14°С до -16°С,июля – от 17 до 19°С. Осадков – около 500 мм в год. Вегетативный период – 155-170дней.
Киров – крупныйпромышленный, транспортный и культурный центр. Через него проходят основныежелезнодорожные магистрали, соединяющие Северо-Запад и Центр с Уралом, Сибирьюи Дальним Востоком, а также северными районами страны. Территория МО «городКиров» составляет 70,5 тыс.га. Численность населения по статистическимданным в 2003 году составила 497,4 тыс. чел., из них городское населениесоставляет 474,9 тыс. чел., сельское – 22,5 тыс. чел.
Определяется численностьнаселения города Кирова в перспективе, по формуле:
Чп= Чф· (1.1)
где Чп– численностьнаселения на перспективу, чел;
Чф –Численность населения фактическая, чел;
n– число лет на перспективу;
P– прирост населения(1-1,5%)
Чп= 497,4· = 522,8 тыс.чел.
Ведущие отраслипромышленности: машиностроение и металлообработка (АО «Электромашзавод им.Лепсе» – железнодорожные краны; завод «Кирскабель» – неизолированныйалюминиевый провод; производственно-торговая фирма «Веста» – автоматическиестиральные машины); химическая
и нефтехимическая (Кировскийфосфоритный рудник – минеральные удобрения; АО «Кировский шинный завод»);микробиологическая
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
ММТТ СД.00.20.00.000 П3 (Кировский биохимический завод – кормовыедрожжи); лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная (деловая древесина,фанера, лыжи, спички; АО «Эликон» – производство кабельной и конденсаторнойбумаги); лёгкая (АО «Белка» – меха и меховые изделия; АО «Искож» –искусственные кожи, фирма «Баско»); пищевая. Производство стройматериалов.Добыча фосфоритов, торфа и др.
Сельское хозяйствообласти в основном имеет зверо-животноводческое направление. Выращиваютзерновые культуры, лён-долгунец, картофель, овощи. Средняя урожайность пообласти (ц/га, 1995 г.):зерна – 9,8; картофеля – 177; овощей – 341. Производят скот и птицу на убой,молоко, шерсть, яйца.
Структура валовогопродукта производства, (%): промышленность – 38,9; сельское хозяйство – 16,1; строительство– 3,8; транспорт – 7,0; торговля и коммерческая деятельность 9,5; прочее – 24,7.
Структура занятостинаселения, (%): промышленность – 27,5; сельское хозяйство – 16,5; лесноехозяйство – 0,7; строительство – 3,8; транспорт – 5,3; связь – 1,4; торговля иобщественное питание – 14,9; жилищно-коммунальное хозяйство – 3,9; здравоохранение, физическаякультура, социальное обеспечение – 7,4;образование – 9,3; культура и искусство – 1,8; наука и научное обслуживание – 0,3;другие отрасли – 7,4.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
ММТТ СД.00.20.00.000 П3 2.ВЫБОР РАСЧЁТНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Расчётный (рабочий) режимхолодильной установки характеризуется температурами кипения — to, конденсации — tк, всасывания (пара на входе в компрессор) — tвс, и переохлаждения жидкого хладагента перед регулирующимвентилем — tн. Значение этихпараметров выбирают в зависимости от назначения холодильной установки ирасчётных наружных условий.
Расчётные параметрынаружного воздуха.
Холодильники, какправило, рассчитывают на самый жаркий период года. Поэтому в качестве летнейрасчётной температуры в городе Кирове принимаем tл= 29,5ºС. В качестве летнейрасчётной относительной влажности наружного воздуха принимают φ =51%. Расчётноезначение среднегодовой температуры наружного воздуха tср.г= 3,1ºС.
Метод определениятемпературы мокрого термометра.
На i-dдиаграмме сначала определяется точкуАс параметрами t= 29,5ºС,φ =51%.Она находиться по линии постояннойтемпературы (t= const), с заданным значением расчётнойлетней температуры, до пересечения слиней постоянной относительной влажности (φ =const), сзаданным значением расчётной летней относительной влажности. Затем из точки Апо линии постоянной энтальпии (i= const) двигаемся допересечения с линией φ=100% (точка Б). Температура в точке Б. и будет искомойтемпературой мокрого термометра tм= 22ºС.
Рис. 1. Методопределения по i– dдиаграмметочку мокрого термометра.
Расчётная температураводы для охлаждения конденсаторов.
Оборотное водоснабжениеводы, то есть начальную температуру воды (tw1) для охлаждения конденсаторов принимают на 2…3ºС вышетемпературы воздуха по смоченному термометру tм, °С.
tw1=tм+ (2…3) (1.1)
tw1=22 + 3 = 25ºC
tw1= 25ºC
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
ММТТ СД.00.20.00.000 П3
Конечную температуру водыпринимают на 4…5ºС выше начальной температуры воды, °С:
tw2 = tw1 + (4…5) (1.2)
tw2 = 25 + 5= 30ºC
w2= 30°C
Температуру конденсациипринимают на 4…6ºС выше средней температуры воды в конденсаторе, °С:
tк = (1.3)
tк = C
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
ММТТ СД.00.20.00.000 П3 3. ВЫБОР СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
При подборе оборудованияучитывают показатели основных его свойств: потребительских, отражающих полезныйэффект от использования (холодопроизводительность, расчётная температураохлаждаемой среды, объёмная подача, суммарная холодонагрузка и др.);надежности, характеризующих безотказность, долговечность и ремонтопригодность;стандартизации и унификации, безопасности и экономичности.
При проектированииустановки для охлаждения воды, необходимо в первую очередь определиться сосхемой холодильной установки. В данном проекте применяется безнасосная схема. Вряду некоторых недостатках перед насосно-циркуляционной схемой, котораяобеспечивает сто процентную надёжность в защите от влажного хода компрессора,безнасосная схема компенсирует этот недостаток путем введения в системуотделителя жидкости и защитного ресивера. Кроме того, безнасосная схема болееэкономична, чем насосно-циркуляционная, т.к. отсутствие насосов снижает затратына электроэнергию
Следующим шагом в выборе системыохлаждения является хладагент. В качестве хладагента в проекте используетсяаммиак (R717). Аммиак наряду с другими хладагентами имеет несколько преимуществ:специфический запах, что в свою очередьоблегчает определение утечек и своевременное их устранение, не активен кметаллам, один из лучших хладагентов по термодинамическим свойствам. Надо такжеотметить, что аммиак полностью экологичен и по сравнению с хладонами неразрушает озоновый слой Земли, что в наше время так актуально. Ещё одно инаверно самое главное преимущество аммиака – его экономичность. По-сравнению схладоном-12 (R12), аммиак во много раз дешевле.
Так как проектируетсяустановка для охлаждения воды то хладоносителем также является вода. В качествеоборудования для охлаждения хладоносителя будет целесообразно применить панельный испаритель, а
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
ММТТ СД.00.20.00.000 П3 точнее аккумуляторы холода марки АКХсозданных на базе панельных испарителей марки ИП. А период малых тепловыхнагрузок 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 сглаживанияколебаний холодонагрузки схема холодоснабжения предусматривает промежуточнуюёмкость в виде открытого бака. При этом одна группа насосов осуществляетциркуляцию хладоносителя между испарителем и промежуточной ёмкостью, а другаямежду ёмкостью и потребителем холода.
Тип конденсаторавыбирается в зависимости от климатических условий местности проектирования. Так,конденсаторы водяного охлаждения применяют при достаточном количествеотносительно чистой и мягкой воды. Кроме того, горизонтальные кожухотрубные икожухозмеевиковые конденсаторы требуют более чистой и мягкой воды, чемвертикальные, так как теплопередающую поверхность горизонтальных аппаратовтруднее очищать от накипи и загрязнений. Вертикальные кожухотрубныеконденсаторы менее чувствительны к загрязнениям; их можно устанавливать наоткрытой площадке, не опасаясь замерзания воды в холодное время года.Основываясь на выше изложенном, для отвода теплоты конденсации выбираются вертикальные кожухотрубныеконденсаторы.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
ММТТ СД.00.20.00.000 П3 4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ
Тепловой расчёт в данномпроекте заключается в определении количества холода, которое необходимогозапасти в баке-аккумуляторе для сглаживания тепловых нагрузок на холодильнуюустановку.
Холодопроизводительностьустановки для охлаждения воды определяют по графику изменения тепловой нагрузкив 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 интервалавремени, кВт;
Δτi– интервал времени с постояннойнагрузкой, ч
Рис.2. График изменения нагрузки нахолодильную станцию
=150·3+ 350·6 + 300·3 + 100·4 = 3850 кВт·ч = 3850·3,6·10³кДж = 13860·10³кДж
Среднюю расчётнуюхолодопроизводительность 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=
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
ММТТ СД.00.20.00.000 П3 Количество холода, которое необходимозапасти в баке-аккумуляторе,определяется по формуле:
Qак=∑·Δτi, (4.3)
где = Qi- Qх.ст – превышение нагрузки по сравнению со средне-суточной холодопроизводительностьюстанции.
Qак= (350 – 200)·6 + (300-200)·3 = 1200кВт·ч = 1200·3,6·10³кДж = 4320·10³кДж
Площадь теплопередающейповерхности бака-аккумулятора должна отвечать двум требованиям: она должна бытьдостаточной для передачи среднесуточной тепловой нагрузки на станцию при работев течение 15 – 16 ч в сутки; масса льда, накопленного на поверхностииспарителей, должна быть достаточной для снятия пика избыточной тепловойнагрузки.
Исходя из первоготребования Fак, м²:
Fак= (4.4)
где k– коэффициент теплопередачипанельного испарителя при накоплении на нем льда толщиной 40 – 45 мм (принимают k= 90...100 Вт/(м²·К));
tsак – средняятемпература в баке-аккумуляторе, °С (принимают 3 – 4°С);
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
ММТТ СД.00.20.00.000 П3 tо– температура кипения аммиака вконце периода намораживания, °С (принимают от -12 до -15°С)
Fак= = 120 м²
Исходя из второго требования:
Fак=