制冷系统的管道设计⑴⑵

制冷系统的管道设计⑴⑵
制冷系统管道设计包括管径的确定、管道和设备的防腐、保温以及管道的布置问题。

管道设计的好坏，关系到制冷装置运行的安全性、经济性和安装操作的简单方便程度。

通过本章的学习，掌握公式法和图表法确定系统管径以及管材、阀件的正确选用、管道安装布置时需注意的问题。

第一节氨制冷系统管道设计要求
（一）对管道、阀件及连接件的一般要求
1、管道氨制冷系统的管道应采用无缝钢管。

2、阀门制冷管道系统应采用氨专用阀门，氨系统所用阀类
不允许有铜和铜合金的零部件。

阀体应是灰铸铁、可锻铸铁或
铸钢的。

其公称压力不应小于2.5Mpa（表压），应有倒关阀座，当阀开足后能在运行中更换材料。

3、连接件氨系统管道一律采用焊接，一般管壁厚度小于
4mm者宜用气焊，管壁厚度4mm以上者可用电焊。

（1）弯头一律采用煨弯。

（2）法兰用A3镇静钢制作，应带凸凹口。

（3）两根管子做T形连接时，应作顺流向的弯头。

若两根管子管径相同，则应在结合部位加一段较大的管子，如图7-1 （4）小口径阀门用丝扣连接时，连接管车削螺纹后剩余厚度不小于2.5~3.0mm，应先用一短管与阀门连接后，再与系统管道焊接，丝扣连接时不得使用白油麻丝，应采用纯甘油与黄
粉（氧化铅）调和的填料。

（5）支管与集管的连接，支管管头应开弧形叉口与集管平接，不应插入集管内。

一、管道内允许的流速和压降
在工程设计中，一般是采用限定管段流动阻力损失来确定对应管径的大小，氨制冷系统的吸气管道的压力损失不宜超过相当蒸发温度降低0.5℃,排气管道的压力损失不宜超过相当冷凝温度升高0.5℃。

二、氨管道布置原则
氨与润滑油几乎是不互溶的，因此，在氨制冷系统中，设置氨油分离器，并在可能集油的设备底部装设放油阀，制冷系统中应有放油装置。

（1）吸气管
为防止氨液滴进入压缩机，氨压缩机的吸气管应有不小于0.5%的坡度，坡向蒸发器。

（2）排气管
为防止润滑油和冷凝液氨回流至压缩机，压缩机的排气管道应有不小于0.01的坡度，坡向油分离器。

多台压缩机并联连接，在压缩机的排气管上装设止回阀，防止一台压缩机工作时，停止工作的压缩机出口处积存氨液和润滑油，重启时产生液击事故。

（3）冷凝器与贮液器的连接管
冷凝器至贮液器的液体管水平部分应有不小于0.02的坡度，
坡向贮液器。

贮液器与冷凝器出液管之间的高差应保证液体靠重力流入贮液器。

多台冷凝器并联时，应设有压力平衡管。

平衡管上应装有截止阀，以便检修。

第二节 系统管径确定方法
一、 公式计算法
公式计算法是根据制冷管道允许流速、允许压降进行计算确定管径的方法，其计算步骤
为：
1、 计算管道内径 []w vq d m n ⨯
=0188.0 式中，n d 为管道内径（m ） v 为计算状态下制冷剂比容（kg m 3）
m q 为制冷剂质量流量（h kg ）
2、
初选管径 3、
根据计算结果查表7-4选取管径 4、 计算压力降
根据初选的管径计算压力降，与允许压力降[]p ∆进行比较，若p ∆<[]p ∆，则管径
选取合适；若p ∆>[]p ∆，则需按照[]p ∆的要求修正n d ，直至符合要求。

二、 图表计算法
1、氟管径
（1）回气管管径回气管中的压力降直接影响到制冷系统的制冷量，因为回气管中压力降低，将使吸入气体的比容急剧增大，直接影响到压缩机的制冷能力，所以，应把压力降控制在允许范围内。

一般，氟利昂系统回气管道压力降不应超过饱和蒸发温度差1℃所对应的压力降。

例题1，已知R12制冷系统的制冷量50000kca/h,蒸发温度－30℃,回气管路当量总长度50m，试计算钢管内径。

解：图7-4，从制冷量横坐标上的50000kca/h的A点，垂直向上，交于当量长度50m线上，再水平向左与蒸发温度－30℃线相交，从该交点垂直向上与钢管内径横坐标交于一点，即可读出所需钢管内径100mm，查表7-4，选定管子型号为108×4.0 mm×mm.。

为了使用方便，可根据上升回气立管的最小带油速度，按节流阀前液温40℃的条件，换算成上升回气立管的最小负荷，绘制成线算图表。

例题2 某R12制冷系统，其蒸发温度－15℃，膨胀阀前液温25℃，设计负荷23000kca/h，制冷系统三级能量调节33%、66%、100%。

试选择其上升回气立管管径。

解：系统最小冷量23000×33%,由图7-10查得制冷负荷调整系数为1.141,换算成膨胀阀前液温40℃时的最小冷负荷7600÷1.141=6650kca/h,由图7-8查得所需管内径38mm，查表7-4确
定管道型号45×2.5。

（2）排气管管径
排气管管径的确定，也应考虑所产生的压力降大小。

排气管中的压力损失对压缩机的制冷量影响较小，但对压缩机耗功影响较大。

氟利昂系统一般应把排气管中的压力降控制在相当于饱和冷凝温度差0.5℃以内。

可利用图7-11、图7-12确定排气管管径。

需要说明的是：上升排气立管仅指不设油分离器时压缩机至冷凝器之间的管段，以及设油分离器时，压缩机至油分离器之间的排气管的上升立管部分。

为避免排气立管内流速过大而产生较大的流动阻力损失和噪声，其流速应控制在20m/s以内。

（3）液体管管径
1）冷凝器至贮液器之间的液体管
冷凝器至贮液器之间的管道应畅通，以保证冷凝液体及时泄入贮液器内，以免冷凝液体积存冷凝器内影响换热效果。

一般可将流速取0.5m/s，其管径可由图7-13确定，图中曲线是按液温40℃和蒸发温度－20℃计算的。

对于其他温度可以近似采用。

如冷凝器与贮液器之间装有均压管，则图7-13中选择的管子的流速和能量可提高50%。

2）贮液器至节流阀前的液体管
这段管道除摩擦阻力损失和局部阻力损失外，还包括蒸发器高于贮液器时液位差引起的压力降。

把这段管道中的压力降控制在相当与饱和温度差0.5℃,由图7-11、图7-12确定。

3）节流阀至蒸发器之间的液体管
可参照热力膨胀阀出口或蒸发器进口管径来确定，或较高压液体管加大一号选用；也可按无闪发气体时液体管的阻力乘以表7-6中的倍数求得低压液体管的流动阻力损失，再确定管径。

4)氟利昂蒸发排管每个环路允许长度
冷库用氟利昂蒸发排管每个通路允许长度的确定也取决于允许压力降，对于R12蒸发排管中的压力降，一般宜控制在饱和蒸发温度降低2℃内，对于R22蒸发排管中的压力降。

一般宜控制在饱和蒸发温度降1℃内。

当过冷温度30℃，蒸发温度－20℃时，蒸发排管每个环路允许长度
2、氨管径
氨制冷系统管道中不存在回油问题，利用图表法确定管径：
（1）、根据工况条件确定选用的线算图。

由负荷、当量长度确定管子内径，查表选定管子规格。

（2）、设计工况与线算图中工况不一致时，应进行参数修正。

例题3 已知冷凝温度40℃，蒸发温度-28℃，氨泵供液，再循环倍数6，回气管当量长度100m，制冷负荷300kw,确定两相流回气管管径。

解：由题意对工况条件进行修正。

由表7-7，冷凝温度40℃时修正系数1.04,修正后的冷量为300×1.04=312kw；由图7-20查得内径135，再对循环倍数进行修正，由表7-8查得n=1.09，修正后管径为135×1.09=147mm,由表7-4选择无缝钢管，管道规格D159×6.0mm。

第三节管架的设计
一、管架的作用
管架的作用是固定管道。

支架的材料制冷管道的支架大多都采用型钢结构，其结构型式根据具体情况选用。

二、管架的结构形式
制冷工程常用半固定支吊架，用扁钢或圆钢做成管卡，两端用螺母将管道固定在支吊架上。

当管道因温度变化而产生变形时，能够克服管卡的压力而在轴向上产生较小的位移，避免管道截面产生较大的应力。

常见管架的几种形式如图。

三、管道支点的距离
管道支吊架间的最大距离，应满足两方面的要求：一是防止管道因受垂直作用力而造成的弯曲破坏，即满足管道强度的要求。

二是对于有坡度要求的管道，为防止挠度过大引起管内积存液体，影响系统正常工作，应有挠度不大于坡度的要求，即满足管道刚度的要求。

制冷管道支架的最大距离如表示。

四、管道的坡度
制冷系统管道坡度如表
第四节管道和设备的保温设计
制冷设备和管道隔热的目的，是减少冷量损失和回气过热，同时也是为了防止设备和管路表面结露。

热氨冲霜管道隔热则是为了减少冷剂蒸气的热量损失，缩短冲霜时间，提高冲霜效果。

在冷库制冷工程中，某些设备和管道常用隔热方法，是在其外表面覆盖一层隔热材料，并以适当的构造和型式构成隔热结构。

一、一般要求
1、 需要隔热的设备和管道：
①中、低压气体管道，中、低压液体管道，如：压缩机吸气管道、节流阀后的液体管道、两级压缩系统中间压力下的管道，如：中冷器的出液管等。

②蒸发压力下工作的低温设备，如：壳管式蒸发器、立式蒸发器、气液分离器、低压循环贮液器、气体液体调节站、制冰池、两级压缩系统中间压力下的设备，如：中间冷却器。

③高压过冷液体管及排液管
④热氨冲霜管道
⑤经过低温冷间的上下水管等
⑥冷库通过楼梯间、穿堂和冷却物冷藏间的供液管和回气管，以及通过其他冻结间和冻结物冷藏间的供液管和回气管，但冷间内管道本身不需隔热。

二、 隔热层厚度的确定
隔热层厚度的计算是根据隔热层外表面不结露作为计算原则的。

制冷设备和管道隔热层厚度δ（m ）可按下式计算
b w n w w t t t t --⋅=αλδ2≤2
11D D l D n 式中 n t ——管道或设备内液氨或载冷剂的温度（℃）
w t ——周围空气温度（℃），可取夏季空气调节日平均温度
b t ——隔热层外表面温度（℃）
λ——隔热材料热导率[W/（m·
k ）] 1D ——管路或设备包保温层后的外径（m ）
D——管路或设备的外径（m）
2
——隔热层外表面传热系数[W/（m2·k）] ，一般取8.141 [W/（m2·k）] W
在实际工程中，为了方便计算和确定隔热层厚度，利用上式绘制
出如图7-26所示的隔热层厚度计算曲线图。

应用已知参数和简单计算，从曲线图上就可查出所需要的隔热层厚度。

三、保温材料的选用
制冷管道与设备的隔热应选用性能较好的隔热材料，常用的有软木、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、玻璃棉等，一般加工成板材或是壳材，这样施工方便，但易受潮，影响隔热性能，采用聚氨酯现场发泡，可解决该问题。

对于管道比较集中或是设备结构形状复杂，不易成型隔热材料粘贴的部位，采用聚氨酯现场喷涂施工，效果较好。