9制冷管道设计

第七节制冷剂管道设计第六章制冷设备管道将制冷机各组成部件连接成一个完整的制冷系统，使制冷剂在封闭的系统中循环。制冷剂管道系统的设计原则(1)保证各个蒸发器得到充分的供液；(2)管径的选择合理，避免过大的压力损失；(3)根据制冷系统的不同特点和不同管段，必须设计有一定的坡度和坡向；(4）制冷系统在运行中，如发生有部分停机或全部停机时，必须防止液态制冷剂进人制冷压缩机；(5)防止制冷压缩机曲轴箱内缺少润滑油；(6)应能保持气密、清洁和干燥；(7)按工艺流程合理，操作、维修、管理方便的原则进行管道的配置；(8)输送液体的管段，除特殊要求外，不允许设计成倒“U”字形管段，以免形成阻碍流动的气囊；(9)输送气体的管段，除特殊要求外，不允许设计成“U”字形管段，以免形成阻碍流动的液囊；(10)必须按照制冷系统所用的不同制冷剂特点，选用管材、阀门和仪表等。氟利昂制冷剂的主要特点是与润滑油互相溶解，因此，必须保证从每台制冷压缩机带出的润滑油在经过冷凝器、蒸发器和一系列设备、管道之后，能全部回到制冷压缩机的曲轴箱里来。一、氟管道布置1.回气管(1)考虑到润滑油能从蒸发器不断流回压缩机，压缩机的吸气管应有不小于0.01的坡度，坡向压缩机。(2)当蒸发器高于制冷压缩机时，为了防止停机时液态制冷剂从蒸发器流入压缩机，蒸发器回气管应先向上弯曲至蒸发器的最高点，再向下通至压缩机。(3)氟利昂压缩机并联运转时，回到每台制冷压缩机的润滑油不一定和从该台压缩机带走的润滑油量相等，因此，必须在曲轴箱上装有均压管和油平衡管，使回油较多的制冷压缩机曲轴箱里的油通过油平衡管流入回油较少的压缩机中。并联的氟利昂压缩机为了防止润滑油进人未工作的压缩机吸人口，压缩机的吸气管应按图所示安装(4）上升吸气立管中的氟利昂气体必须具有一定的流速，才能把润滑油带回压缩机内。氟利昂12和氟利昂22上升吸气立管需要的带油最低流速可从图查得。(5)在变负荷工作的制冷系统中，为了保证低负荷时也能回气，管径可能需要选用得很小，特别是能量调节范围较大时，问题更加突出。为了避免全负荷时压力降太大，可用两根上升立管，两管之间用一个集油弯头连接，由低负荷转高负荷最低负荷时全负荷时B(粗）(细）A图7-12(a)双上升回汽立管图7-12(b)回油弯中积油变化工作原理：按满负荷运行确定管子流通总截面积。A管管径按最小负荷带油速度确定，B管管径则由总截面积减去A管截面积来确定。低负荷时，管内流速低于最小带油速度，油（或液）滴就逐渐沉积到回油弯内，直至形成油封，将B管堵住，此时气体只从A管流过。由于A管是按最小负荷能够回油设置的，所以油可通过A管被连续提升。恢复满负荷工作时，开始仍是A管单独工作，由于负荷大、流速快，使流动阻力增加，导致双上升立管两端的压差明显增大，当增大到足以把回油弯内的油带走时，油通过B管上升进入水平管，油封消除，A、B管同时工作。由于A、B管是按满负荷工作时能带油确定的，油能连续上升。适用于机器负荷变化较大的系统。(6)多组蒸发器的回气支管接至同一吸气总管时，应根据蒸发器与制冷压缩机的相对位置采取不同的方法处理，2．排气管制冷压缩机排气管的设计也应考虑带油问题，此外，还应避免停机后在排气管中可能凝结的液滴流回制冷压缩机。(1)为了防止润滑油或可能冷凝下来的液体流回压缩机，制冷压缩机的排气管应有0.01~0.02的坡度，坡向油分离器或冷凝器。(2)在不用油分离器时，如果压缩机低于冷凝器，排气管道应设计成一个U型弯管，以防止冷凝的液体制冷剂和润滑油返流回制冷压缩机。三、液体管1．高压液体管防止高压液体管中产生闪发气体是十分重要的。在管道设计中，防止高压液体管中出现闪发气体的主要手段是加设过冷器对液体过冷。2．低压液体管低压液体管是由节流阀到蒸发器的供液管段。这段管道设计中应注意能向各蒸发器均匀供液，且有利于回油。(1)冷凝器至储液器之间的液管，其连接方法有两种。3.液体管直通式储液器的接管应考虑在储液器内有气体反向流入冷凝器时，冷凝器内的液体制冷剂仍能顺利流入储液器，其管径大小应按满负荷运行时液体流速不大于0.5m/s来选择。在接管的水平管段应有不小于0.01的坡度，坡向储液器。该管段应尽量减少弯头或管弯，储液器的进液阀最好采用角阀（角阀阻力较小）。储液器应低于冷凝器，角阀中心与冷凝器出液口的距离应不小于200mm。采用直通式储液器时，从冷凝器出来的过冷液体进人储液器后将失去过冷度。波动式储液器的顶部有一平衡管与冷凝器顶部连通，液体制冷剂从储液器底部进出，以调节和稳定制冷剂循环量。从冷凝器出来的液体制冷剂，可以不经过储液器直接通过液管到达膨胀阀。冷凝器与波动式储液器的高差应大于300mm，最大负荷时液体制冷剂在管道中的流速及冷凝器液体出口至储液器液面的必要高差H值见表7.(2）冷凝器或储液器至蒸发器之间的管道为了避免在液管中产生闪发气体，有条件时，应把来自储液器的供液管与压缩机的吸气管贴在一起，并应用隔热材料冷凝器或贮液器保温。必要时，可装设回热器1）蒸发器位于冷凝器或储液器下面时，如液管上不装设电磁阀，则液体管道应设有倒U形液封，其高度应不小于2m,以防止制冷压缩机停止运行时液体继续流向蒸发器。2)多台不同高度的蒸发器位于冷凝器或储液器上面时，为了避免可能形成的闪发气体都进人最高的一个蒸发器，应按图7.13所示方法接管。3）直接蒸发式空气冷却器的空气流动方向应使热空气与蒸发器出口排管首先接触，如图7.14所示。4)在压力降允许的条件下，冷却排管可以串接连接。用热力膨胀阀供液的氟利昂冷却排管，一般采用上进下出形式以保证回油。串联排管只要保持最后一组排管供液方式为上进下出，不要求每一组排管都采用上进下出的供液方式。氨在润滑油中几乎是不溶解的，由于润滑油的密度大于氨的密度，进人制冷系统的润滑油就会积存在制冷设备的底部，因此，在氨制冷系统中，应设置氨油分离器，并在可能集油的设备底部装设放油阀，制冷系统中应设有放油装置。二、氨管道布置1．吸气管为了防止氨液滴进人制冷压缩机，氨压缩机的吸气管应有不小于0.005的坡度，坡向蒸发器。2．排气管(1)为了防止润滑油和冷凝氨液流向制冷压缩机，压缩机的排气管道应有不小于0.01的坡度，坡向氨油分离器。(2)并联制冷压缩机的排气管上宜装设止回阀，以防止一台压缩机工作时，在停止运行的压缩机出口处积存较多的冷凝氨液和润滑油，重新启动时产生液击事故。3．冷凝器与储液器的连接管(1)冷凝器至储液器的液体管道应有不小于0.02的坡度，坡向储液器。(2)储液器与冷凝器出液口之间的高差应保证液体靠重力流人储液器。(3）多台冷凝器并联时，应设有压力平衡管。为了检修方便，平衡管上应装有截止阀。4．储液器至蒸发器的连接管储液器至蒸发器的液体管道可直接经手动膨胀阀接至蒸发器。节流机构采用浮球阀时，其接管应考虑正常运转时，氨液能通过过滤器、浮球阀进人蒸发器。在检修浮球阀或清洗过滤器时，氨液由旁通管道经手动膨胀阀降压后进人蒸发器。5．放油管及安全阀的接管（1)所有可能积存润滑油的制冷设备底部都应有放油接头和放油阀，并接至集油器。(2)冷凝器、储液器等设备上应装设安全阀和压力表。如在安全阀接管上装设截止阀时，必须装在安全阀之前，呈开启状态并加以铅封。三、管径确定1．制冷剂管道选择的要求氟利昂制冷系统管道常用紫铜管或无缝钢管，一般管径在20mm以下时用紫铜管，管径较大时用无缝钢管。氨制冷系统的管道一律采用无缝钢管。在氟利昂制冷系统中，应尽量减少连接管件以避免泄漏，制冷管道一般采用焊接连接。在管道与设备或阀件之间可用法兰连接，但注意不得使用天然橡胶垫料，也不能涂矿物油，必要时可涂甘油。管径在20mm以下的紫铜管需拆卸部位采用带螺纹和喇叭口的接头丝扣连接。氨制冷系统的管道一律采用焊接连接，设备或阀门上带有法兰的可用法兰连接。制冷剂管道直径的选择应按其压力损失相当于制冷剂饱和蒸发温度的变化值确定，相应的选用图表可供使用。制冷剂饱和蒸发温度的变化值，应符合下列要求：(1)氟利昂吸气管，不应大于1℃;(2)氟利昂排气管，宜采用0.5℃-1℃;(3)氨吸气管、排气管和液体管，不宜大于0.5℃,2．管径的确定制冷剂管道的直径按下式计算wvMdRn4式中MR——制冷剂的质量流量，kg/s;v一一制冷剂的比体积，m3/kg;w—制冷剂的流速，m/s管内阻力损失（压力降）包括沿程阻力和局部阻力两部分。△P=△Pm+△P§（1）沿程阻力的计算公式：22wdLfPnmm算出管径后，校核阻力损失是否符合管道允许的压力降（2）局部阻力的计算公式：局部阻力系数22WP22wdLfPndm当量长度制冷剂管道各管段的压力损失采用当量长度计算法，可按下式计算：22wdLLfPndm公式计算法步骤总结：1.计算管子内径根据公式进行管径计算；2.初选管径根据计算结果由管材表选取管径，如果计算得出的管道内径是在表中所列规格的两种管径之间时，应按管径大的一种选用；3.计算压力降根据初选的管径由公式计算压力降△P，与允许压力降［△P］进行比较，若△P＞［△P］，则需沿着使△P与［△P］差值减少的方向修正dn，直至符合要求。允许压力降的确定常用制冷剂在不同条件下每米当量管长的摩擦阻力损失图3.制冷管道的图算法公式计算方法比较准确，但计算繁琐。线算图法虽然精确不如计算法，但方法简便，用于工程初步计算中已足够用。线算图法是将管径与阻力、冷量、流速等关系绘制成图及表格，管径就可根据要求直接查出。图为不同工况下的管径计算图，可供设计过程中参考使用。例：已知R22回气管道有直管20m，各种管件的当量直径总数∑Le/di=400，制冷负荷为58.15kW，蒸发温度t0=-30℃，计算铜管回气管内径。1.氟管径1）回气管径说明：管段中的压降控制在相当于饱和温降1℃；根据制冷能力、管路当量长度、蒸发温度，即可查得回气管最小内径。上升回气立管上升立管中必须保持一定的流速，借以带油前进。为了做到既能带油上升又不致使阻力过大，管内流速一般取其满足带油的最小值，称为“最小带油速度”。只要管内流速大于或等于最小带油速度，气体就能带油上升。最小带油速度参考值：前苏联为8m/s；美国为5m/s。上升回气立管管径工程上多用最小制冷量来确定上升立管的最大管径。根据制冷负荷和蒸发温度，即可确定管道最大内径。说明：附图是按节流前液体温度为40℃考虑的，不同条件应进行修正。上升回气立管是关键管段，管径必须选好。2.排气管径、高压液体管径排气管径、高压液体管径根据制冷能力、当量管长、蒸发温度由线图确定。二、氨管径线算图的使用方法根据工况条件确定选用的线算图。由设计工况负荷、管子当量长度，确定设计管道的公称直径。根据计算得到的公称直径，选定无缝钢管的规格。不同工况下使用条件的修正。根据蒸发温度降约1℃，压缩机制冷量降低4%。辅助管道管径融霜用热氨管为DN32～DN50。放油管为DN20～DN32，低温放油管应适当加大。安全管与安全阀管接头相同，主管取DN25～DN50。排液管为DN25～DN32。设备的加压、减压管为DN20～DN32。均压管与接头通径一致，设备多时，总管管径加大一档。管接头法参照已选定机器、设备的管接头确定管径。如：6AW17压缩机的吸气管通径为125mm，排气管通径为100mm，则可选吸气管径为D133mm，排气管径为D108mm。并联管道，根据情况适当加大。该方法简单、可行。四、制冷设备和管道的保冷1．压缩式制冷设备和管道应设保冷的部分压缩式制冷机的吸气管、蒸发器及其与膨胀阀之间的供液管、分水器、集水器、冷水箱和冷水管道等应采取保冷措施。2.设备和管道保冷的要求(1）保温层的外表面不得产生凝结水；(2)采用非闭孔材料的保温层的外表面应设隔汽层和保护层；(3)管道和支架之间，管道穿墙、穿楼板处，应采取防止“冷桥”的措施。3:设备和管道保冷的材料应按下列要求选择：(1)保冷材料的主要技术性能应按国家现行《设备及管道保冷设计导则》的要求确定；(2)优先采用导热系数