1、动力分厂制冷系统,2011年3月,基本概念,1. 温度：标志物体冷热的程度 t ()= T (K) - 273.15 t F= 9/5 t + 322. 压力：单位面积上所受到的垂直作用力（即压强） Pa，MPa，bar, kgf/cm2 ，psia(g) 表压=绝对压力 - 大气压力 真空度=大气压力 - 绝对压力3. 焓：H=U+pV 工质内能与推动功的和 J 1kg工质的焓称为比焓 J/kg 4. 比容：单位质量物质所占的容积 kg/m35. 比热: 单位质量物质升高1 吸收的热量 J/kg，Btu/lb. F 6. 干度：两相区中的工质气体的比份 无量纲,制冷的概念,制冷：利用人工的方
2、法，将某物体或某空间的温度降到低于周围环境的温度，并使之维持这一低温的过程。制冷剂：制冷机内参与热力过程变化（能量转换和热量转移）的内部循环流动的工作介质。常用的制冷剂都是低沸点的物质，如氨（R717）、氟里昂R11、R12、R22、R134a、R123等. 制冷循环：在制冷机中，制冷剂周而复始地吸热、放热的流动循环。,制冷剂在一定压力、一定温度下，液态与气态相互转变： 气化：即蒸发，是制冷剂由液态转变成气态的过程，气化要从周围吸取热量，称为蒸发吸热。 液化： 即冷凝，是制冷剂蒸气由气态转变成液态的过程，液化要向周围释放热量，称为冷凝放热。 制冷剂在相变过程中总是伴随着吸热或放热现象，这种形式
3、的热量称为潜热，即气化潜热和液化潜热。 沸腾： 在一定的温度（沸点）下，液体内部和表面同时发生剧烈的气化过程。这时，液体内部形成许多小气泡上升至液面，迅速气化并吸收周围介质的热量。 在制冷技术中，习惯上把制冷剂液体的沸腾称为蒸发，所以该换热器叫做蒸发器。,基本概念,过冷：在饱和压力下将物质继续冷却到对应的饱和温度下的过程。过冷度：饱和温度和过冷的温度之差。制冷剂的过冷对提高制冷系数是有益的，能减少经过节流部件时的节流损失。,基本概念, 蒸气过热 蒸气过热：制冷剂蒸气的温度高于其压力对应的饱和温度（蒸发 温度）。 过热度：蒸气过热后的温度与同压力下饱和温度的差值。 过热循环：具有蒸气过热的循环。
4、 有效过热：过热所吸收热量来自于被冷却对象，产生有用的制冷 效果。 无效过热：过热所吸收热量来自于被冷却对象以外（如蒸气流经 压缩机吸气管道时吸收的周围热量），无制冷效果。,基本概念,制冷分类：按照制冷温度高低，分为三类： 普通制冷：T -120 ,空调制冷属于普通制冷。 深度制冷：-120 T -253 。 超低温制冷：T -253 。,基本概念,理论制冷循环的压焓（p-h）图,pk冷凝压力P0蒸发压力q0制冷量W0压缩功,逆卡诺循环是一种消耗机械功的循环，在温熵图上或压焓图上，循环的各个过程都是依次逆时针方向变化的。逆卡诺循环为热量的逆向转移（即制冷）提供了一种可行的方法，称为制冷循环。,
5、基本概念,逆卡诺循环是一种消耗机械功的循环，在温熵图上或压焓图上，循环的各个过程都是依次逆时针方向变化的。逆卡诺循环为热量的逆向转移（即制冷）提供了一种可行的方法，称为制冷循环。,逆卡诺循环,逆卡诺循环是一种理想循环：两个恒温热源两个等温过程两个等熵过程,基本概念,氨系统,氨的特性氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7，标准蒸发温度为33.3 ，氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生冰塞现象。氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作用，且使蒸发温度稍许提高。因此，氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料，并规定氨中
6、含水量不应超过0.2。,氨的比重和粘度小，放热系数高，价格便宜，易于获得。但是，氨有较强的毒性和可燃性。若以容积计，当空气中氨的含量达到0.50.6时，人在其中停留半个小时即可中毒，达到1113时即可点燃，达到16时遇明火就会爆炸。因此，氨制冷机房必须注意通风排气，并需经常排除系统中的空气及其它不凝性气体。氨作为制冷剂的优点是：易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小，泄漏时易发现。其缺点是：有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸，对铜及铜合金有腐蚀作用。,氨的特性,制冷工作原理,主要由压缩机、冷凝器、储氨器、油分离器、节流阀、氨液分离器、蒸发器、中间冷却
7、器、 紧急泄氨器、集油器、氨泵、各种阀门、压力表和高低压管道组成 。其中，制冷系统中的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器是四个最基本部件。它们之间用管道依次连接，形成一个封闭的系统，制冷剂氨在系统中不断循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换，其工作过程是：液态氨在蒸发器中吸收被冷却物的热量之后，汽化成低压低温的氨气，被压缩机吸入，压缩成高压高温的氨气后排入冷凝器，在冷凝器中被冷却水降温放热冷凝为高压氨液，经节流阀节流为低温低压的氨液，再次进入蒸发器吸热气化，达到循环制冷的目的。这样，氨在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。,氨系统辅助设备,卧式壳管式冷凝器,1-出口2
8、-端盖3-垫片4-管板5-放空气阀接头6-气态制冷剂进口7-挡气板8-管架10-安全阀接头11-水室放气旋塞12-水室放水旋塞13-泄放阀接头14-冷却管15-液态制冷剂出口16-水入口,冷凝器,油分离器,油分离器的工作原理是借油液和制冷剂蒸汽的比重不同；利用增大管道直径降低流速，并改变制冷剂的流动方向；或靠离心力作用，使油滴沉降而分离,对于蒸汽状态的润滑油，则采用洗涤或冷却的方式降低蒸汽温度，使之凝结为油滴而分离。,氨液分离器,氨液分离器的作用，一种仅是分离来自蒸发器的氨液，防止氨液进入压缩机发生敲缸。另一种是兼用来分离节流后的低压氨液中所带的无效蒸汽，以提高蒸发器的传热效果，还能起到调剂分
9、配氨液的作用。,中间冷却器,中间冷却器是用以冷却两个压缩级之间被压缩的气体或蒸气的设备。制冷系统的中间冷却器能降低低压级压缩机的排气温度（即高压级的吸气温度），以避免高压级压缩机的排气温度过高；还能使进入蒸发器的制冷剂液得到过冷，减少管中的闪发气体，从而提高压缩机的制冷能力。,制冷系统辅助设备,集油器,集油器也称放油器，只用于氨制冷系统中。其作用是存放从油分离器、冷凝器、贮液器、中间冷却器或蒸发器中分离出来的润滑油，并遵照一定的放油操作规程把制冷系统中的积油在低压状态下放出系统，这样既安全，又减少了制冷剂的损失。,制冷系统辅助设备,紧急泄氨器,紧急泄氨器设置在氨制冷系统的高压贮液器、蒸发器等贮
10、氨量较大的设备附近。其作用是当发生重大事故或出现严重自然灾害，又无法挽救情况下，通过紧急泄氨器将制冷系统中的氨液与水混合后迅速排入下水道，以保护人员和设备的安全,低压循环贮液桶,循环贮液桶是用于氨泵供液制冷系统的重要装置，它既能稳定地保证氨泵循环所需的低压氨液，又能对蒸发器的回气进行汽液分离。,制冷系统辅助设备,贮液器1高压贮液器 高压贮液器一般位于冷凝器之后，作用是：,1）贮存冷凝器流出的制冷剂液体，使冷凝器的传热面积充分发挥作用；2）保证供应和调节制冷系统中有关设备需要的制冷剂液体循环量；3）起到液封作用，即防止高压制冷剂蒸气窜至低压系统管路中去。,高压贮液器a）氨贮液器 b）氟利昂贮液器
11、 1压力表阀 2出液管 3安全阀 4放空气管 5放油管接头 6平衡管 7进液管,制冷系统辅助设备,空气分离器,制冷系统中进入空气的原因有：1）制冷系统在投产前或大修后，因未彻底清除空气故空气存在制冷系统中。2）日常维修时，局部管道、设备未经抽真空，就投入工作。3）系统充氨、充氟、加油时带入空气。4）当低压系统在负压下工作时，通过密封不严密处窜入空气。,系统中有空气带来的害处是：1）导致冷凝压力升高。在有空气的冷凝器中，空气占据了一定的体积，且具有一定的压力，而制冷剂也具有一定的压力。根据道尔顿定律：一个容器（设备）内，气体总压力等于各气体分压力之和。所以在冷凝器中，总压力为空气和制冷剂压力之和
12、。冷凝器中空气越多，其分压力也就越大，冷凝器总压力自然升高。2）由于空气的存在，冷凝器传热面上形成的气体层，起到了增加热阻的作用，从而降低了冷凝器的传热效率。同时，由于空气进入系统，使系统含水量增加，而腐蚀管道和设备。3）由于空气存在，冷凝压力的升高，会导致制冷机产冷量下降和耗电量增加。4）如有空气存在，在排气温度较高的情况下，遇油类蒸气，容易发生意外事故。,制冷系统辅助设备,空气分离器有多种形式，下图为氨系统以往常用的卧式不凝性气体分离器称四套管式空气分离器。它安装在壳管式冷凝器的上方，也可单独安装,四套管式空气分离器,制冷系统辅助设备,过冷器,将冷凝后的液氨再一次冷却到饱和温度以下，减少液
13、氨经过节流时的节流损失，提高制冷系数。,氨泵,为了将液氨送至用冷设备提供足够动力，保证各用冷设备供氨。,S8工段供氨系统图,一冷冻中冷供氨,S8工段供氨系统图,一冷冻深冷供氨,S8工段供氨系统图,二冷冻中冷供氨图,S8工段供氨系统图,二冷冻深冷供 氨图,吸收式制冷原理,1、吸收式制冷的概念吸收式制冷是利用溶液（工质对）在一定条件下能析出低沸点组分蒸气，而在另一种条件下又能吸收低沸点组分蒸气的特性来完成制冷循环。 目前，吸收式制冷机多用二元溶液，习惯上称低沸点组分为制冷剂；称高沸点组分为吸收剂，二者组成二元工质对。获得广泛应用的工质对，只有氨水和溴化锂水溶液，前者用于低温系统，后者用于空调系统。
14、溴化锂水溶液是一种吸水性极强的物质，在常温和低温下能强烈地吸收周围的水蒸气，而在高温下又能将其吸收的水分释放出来。,吸收式制冷原理,溴化锂溶液的性质,溴化锂的性质与食盐相似，属盐类。它的沸点为1265，故在一般的高温下对溴化锂水溶液加热时，可以认为仅产生水蒸气，整个系统中没有精馏设备，因而系统更加简单。溴化锂具有极强的吸水性，但溴化锂在水中的溶解度是随温度的降低而降低的，溶液的浓度不宜超过66，否则运行中，当溶液温度降低时，将有溴化锂结晶析出的危险性，破坏循环的正常运行。溴化锂水溶液的水蒸气分压，比同温度下纯水的饱和蒸汽压小得多，故在相同压力下，溴化锂水溶液具有吸收温度比它低得多的水蒸气的能力
15、，这是溴化锂吸收式制冷机的机理之一。溴化锂吸收式制冷机以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂，制取0以上的低温水 。,吸收式制冷原理,2、吸收式制冷机的构成溴化锂吸收式制冷机都有四大热交换装置： 发生器：输出高压制冷剂蒸气； 冷凝器：制冷剂水蒸气液化成水； 蒸发器：制冷剂水气化生成水蒸气； 吸收器：吸收低压制冷剂蒸气；发生器和冷凝器为高压侧；蒸发器与吸收器为低压侧，二者之间压差仅 6.58 kpa，因此，通常采用U形管或节流短管代替节流阀，就可以控制住压力平衡。,溴化锂吸收式制冷机的构成示意图,吸收式制冷原理,3、吸收式制冷循环的四个主要过程 发生过程 吸收剂稀溶液液态制冷剂气化吸收剂浓溶液 液态
16、制冷剂经气化变成气态制冷剂 冷凝过程 气态制冷剂经液化变成液态制冷剂 蒸发过程 液态制冷剂经气化变成气态制冷剂 吸收过程 吸收剂浓溶液气态制冷剂液化吸收剂稀溶液 气态制冷剂经液化变成液态制冷剂,吸收式制冷原理,吸收式制冷原理,4、吸收式制冷的两个循环 吸收剂溶液循环 溶液循环发生在发生器、热交换器与吸收器中，由吸收与发生两个过程周而复始地进行，又称热压缩循环过程。 发生器中的浓溶液经热交换器和减压阀后进入吸收器，吸收由 蒸发器产生的制冷剂水蒸气，变成稀溶液。用泵将稀溶液输送至发生器，重新加热，变成浓溶液。 制冷剂循环 发生器中产生的制冷剂水蒸气在冷凝器中冷凝成水，经U形管 进入蒸发器，在低压下
17、蒸发，产生制冷效应。制冷剂循环由发 生、冷凝、蒸发、吸收四个过程周而复始地进行。,吸收式制冷原理,吸收式制冷的两个循环：,吸收式制冷原理,吸收式制冷机的分类：,5、溴化锂吸收式制冷机,吸收式制冷原理, 蒸气型单效制冷 机的工作原理,吸收式制冷原理, 蒸气型双效吸 收式制冷机 （并联式）,吸收式制冷原理, 蒸气型双效吸 收式制冷机 （串联式）,吸收式制冷原理, 直燃型吸收式制冷机（即直燃机）：具备制冷、采暖、卫生热 水三种功能。,直燃机制冷循环原理图,吸收式制冷原理,直燃机制热循环原理图,6、溴化锂吸收式制冷的优缺点（1）吸收式制冷的优点 以水/溴化锂作介质的吸收式制冷具有以下优点： 以热能为动
18、力，可利用各种低势热能和废汽、废热等。 以溴化锂水溶液为工质，无毒、无公害，不破坏大气臭氧层。 主机负压运转，无爆炸隐患，机房可设在建筑内任何位置。 制冷量调节范围宽，可随负荷的变化，在10% 100%范围内 无级调节 。 主机的电动部件只有功率很小的屏蔽泵，运转时振动小，噪声 低，运行平稳，对安装基础要求低。 直燃型机组，夏季可供冷，冬季可供暖，可节省锅炉设备投资。,吸收式制冷原理,（2）吸收式制冷的缺点 吸收式制冷具有以下缺点： 溴化锂溶液对碳素钢和紫铜等金属具有较强腐蚀性，影响制冷 机的寿命，腐蚀产生的氢气和铁锈等杂质，直接影响机组的性 能。为此，必须加铬酸锂作缓蚀剂，以减小腐蚀。 制冷
19、机在真空下运行，空气容易漏入，造成机组制冷量下降， 这给设备使用和维护带来困难。 制冷剂蒸汽的冷凝和吸收过程均为排热过程，排热负荷大，所 需的冷却水量比压缩式制冷大得多。 溴化锂的溶解度随温度变化，当温度降低时，溶解度减小，溶液 会产生“结晶”现象，严重时会堵塞管路，造成机组停运。,吸收式制冷原理,7、吸收式制冷与压缩式制冷的不同点 消耗的能源形式不同：吸收式消耗热能；压缩式消耗电能。 吸取制冷剂蒸气的方式不同：压缩式采用压缩机吸取；吸收式 采用吸收剂在吸收器内吸取。 低压制冷剂的升压方式不同：压缩式通过压缩机完成制冷剂蒸 气的升压；吸收式通过吸收器、溶液泵和发生器等完成升压。 制冷剂发生相变
20、的次数不同：在一个制冷循环周期内，压缩式 发生2次相变，而吸收式发生4次相变。 排放热量的过程不同：压缩式在冷凝器中排放全部热量，而吸 收式在吸收器和冷凝器都排放热量。 提供的冷源温度不同：压缩式可提供低于0低温冷源，应用范 围广泛；而吸收式只能提供0以上的冷源，只适用于空调。,吸收式制冷原理,吸收式制冷原理,工作过程在 图上的表示溴化锂吸收式制冷机的理想工作过程可以用图表示，见右图。理想过程是指工质在流动过程中没有任何阻力损失，各设备与周围空气不发生热量交换，发生终了和吸收终了的溶液均达到平衡状态。,吸收式制冷原理,(1)发生过程点2表示吸收器的饱和稀溶液状态，其浓度为 ，压为Pa，温度为t2，经过发生器泵，压力升高到P，然后送往溶液热交换器，在等压条件下温度由 升高t7 ，浓度不变，再进入发生器，被发生器传热管内的工作蒸气加热，温度由 升高到 压力下的饱和温度 ，并开始在等压下沸腾，溶液中的水分不断蒸发，浓度逐渐增大，温度也逐渐升高，发生过程终了时溶液的浓度达到 ，温度达到 ，用点4表示。2-7表示稀溶液在溶液热交换器中的升温过程，7-5-4表示稀溶液在发生器中的加热和发生过程，所产生的水蒸气状态用开始发生时的状态（点4 ）和发生终了时的状态（点3 ）的平均状态点3 表示，由于产生的是纯水蒸气，故状态 位于的纵坐标轴上。,a,
