开式循环制冷系统

第9章开式循环制冷系统

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Thomas T.S. Wan

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Sept. 3, 2009

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开式循环(Open

Cycle)制冷系统是指没有传统蒸发器的系统。制冷系统的吸气可能是来自一个储罐或一段管道，制冷系统将气体液化后输送到其它设备或者送到储罐里。系统中的制冷剂流体是开式的

，没有形成封闭的制冷循环。氨或LPG（液化丙烷气）的贮存系统就是一个典型的开式循环制冷系统。

氨的贮存(Ammonia Storage)：

贮存氨液时需要用到制冷系统，原因如下：

（1）当氨液从化肥厂流出时，氨液的压力和温度相对比较高。通常，氨储罐的工作压力设立得比大气压力稍微高一点。因此，需要将来自管道的氨液压力和温度减小后才能将氨液贮存到氨储罐中。

（2）氨储罐获得外部热量后，使罐内氨液沸腾；为避免在罐内形成一定压力，必须再次冷凝因沸腾产生的气体；冷凝后的氨液回到储罐。

（3）冷凝来自加载系统的闪发式气体；

（4）再次冷凝液氨节流到储罐里产生的闪发气体。

见图9-

1示例。来自管道的氨液温度为98.6℉，压力为242.22Psia；压缩机的吸气来源有：沸腾产生的气体、储罐中的闪发气体以及来自加载系统的闪发气体。

图9-

2所示的制冷系统可用来处理来自管道的氨液，以及冷凝来自储罐与加载系统的闪发气体。这个制冷系统是一个双级系统，高低压级压缩机均是7级离心压缩机。这个双级系统的中间温度是27℉。

图9-3所示为该双级系统的压-焓图。来自管道的氨液第一次节流到126.5Psia，接着降到59 Psia，然后再降到44.12

Psia。低压级压缩机的吸气来自沸腾产生的气体和闪发气体。低压级压缩机的旁路负荷是来自16℉中间冷却器的闪发气体，并连接至压缩机第6级叶轮入口；高压级压缩机的旁路负荷连接至压缩机第5级叶轮入口。

从低压级中冷器流出16℉/44.12 Psia的液体经过一个节流阀后回到储罐。

在这个例子中，制冷系统里提供的是44.12

Psia压力下的饱和液体。如果供液管路存在垂直梯度，应改为系统提供过冷液体而非饱和液体。

如果螺杆压缩机能力更适应于氨的流速，则可以考虑用螺杆压缩机代替离心压缩机。

LPG的贮存(Storage):

LPG（液化丙烷气）的贮存是开式制冷循环的另一个典型应用。绝大多数情况下，生产液化丙烷(Propane)的同时也产生丁烷(Butane)和戊烷(Pentane)。因此，图9-

4所示的LPG贮存制冷系统包含了丁烷和戊烷的贮存。

所有储罐都是按照工作压力约为大气压力来设计的，制冷系统通过将沸腾产生的气体液化来降低储罐内部的压力，同时将冷凝液体输送回储罐。

图9-

4所示为丙烷气液化的制冷系统，也可用丙烷(Propane)作为制冷剂来液化戊烷和丁烷因沸腾产生的气体。图9-5是该系统的压-焓图。

考虑到环境温度升高使冷却水供水产生问题，液化丙烷气末端设备因此停机，该系统采用了空冷冷凝器。采用8级离心压缩机是为了实现不同蒸发温度下丁烷和戊烷的液化。

该制冷系统的说明如下：

冷凝温度为135℉。

压缩机主吸气是来自-40℉/14.7Psia丙烷储罐的气体。

以丙烷为制冷剂的两个蒸发器。其中一个冷凝戊烷，其蒸发温度是110℉。来自该蒸发器的吸气被连接到压缩机第8级叶轮入口。另一个冷凝丁烷，其蒸发温度是0℉。来自该蒸发器的吸气被连接到压缩机第3级叶轮入口。

该压缩机使用了三个闪发式中冷器：（1）83℉/149.89

Psia的闪发气体进入到第7级叶轮；（2）37℉/74.73

Psia的闪发气体进入到第5级叶轮；（3）0℉/38.3 Psia的闪发气体进入到压缩机的第3级叶轮。

采用双级闪发式中冷器，在37℉和83℉中间冷却。

旁路负荷的两股气体流从0℉/38.3

Psia进入到压缩机第3级叶轮入口；其中一股气体来自闪发式中冷器，另一股气体来自冷凝丁烷的蒸发器。

该案例采用的是多级离心压缩机。在制冷系统设计时，也可采用螺杆压缩机。