氨制冷系统的管道设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CH4 氨制冷系统 的管道设计
本章主要内容：
氨制冷系统的管道设计
对冷剂管系、冷媒管系及冷却水管系 进行水力计算、尺寸确定、管道敷设、 管道保温计算等。
4.1 氨制冷系统的管道设计
管材的选用 管道的一般要求（坡度、热补偿、加固） 管道的计算 管道和设备的保温计算
4.1.1 氨制冷系统管材选用
热应力被破坏，应设计管道补偿装置。
管道热应力产生原因
• 热胀受限：管道热胀时，受各种支架及其
所连接设备的约束，不能随温度变化而自
由伸缩，将产生热应力。
• 温度不均：轴向及管内外存在温度梯度， 也将产生热应力。
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道热补偿 计算：伸缩值与管材、温差及管长有关。
L KLt L ——管道的长度变化值，mm； K ——普通碳素钢的膨胀系数， K =12 10 mm / mm ℃
-6
L ——管长，mm； t ——管道内外温差，℃
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道热补偿装置
形式：自然补偿装置与伸缩弯补偿器；
设置条件：低压直管段≤ 100m，高压直管段
≤ 50m，宜选用自然管道补偿装置；否则，宜 选用伸缩弯补偿器。
管道热应力的计算
管道热应力的计算
L型自然补偿
氨管一律采用无缝钢管，不得采用铜管或其
他有色金属管，内壁不得镀锌；
盐水管（CaCl2、NaCl溶液）多用焊接钢管，
也可用无缝钢管； 冷却水管一般用镀锌钢管； 润滑油管按冷剂管选材。
• 纯氨对钢铁不起腐蚀作用，但对锌、铜及
其铜合金（磷青铜除外）有腐蚀作用。
• 氨管采用无缝钢管的原因：承压能力高
Le ——管件的当量管长，m； Le = nd n n：当量长度系数。
把局部阻力造成的压力降折算成流体在 某一长度直管上的摩擦压力降。
各种管件的当量长度系数n
单相流体的总阻力
L Le v P Pf Pj = dn 2
2
两相流体的阻力计算
管路中气体和液体共存流动的流体称为两 相流体；
Байду номын сангаас
正常间距：为最大间距的0.8； 管道净高：通过人行道时，管道下缘与道 面之间的净距离≥3m；通过车行道时，净距
离≥4.5m；低支架净距离≥0.3~0.8m.
4.1.3 氨制冷系统管道计算
管道阻力 管径 通过水力计算确定，有公式法和图表法。 管壁厚度 取决于管材、管径及工作压力。
管径确定程序
Z型自然补偿
伸缩弯弯曲半径的确定
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道加固
原因：制冷系统管道，因气流脉动会产生振 动，为防止管道开裂造成泄漏，所有管道必 须设置支架和吊架固定牢靠，不得有振动现 象。 最大间距：水平制冷管道支吊架的最大间距， 应依据管道强度和刚度计算结果确定，并取 两者中的较小值作为支吊架的间距。
• 强度计算：管道在工作状态下，由内压和
持续外载产生的轴向应力之和，不应大于 钢材在计算温度下的基本许用应力值。 • 强度要求：管道不能受垂直作用力过大而 破坏。
• 刚度计算：管道在一定跨距下总有一定的
挠度，根据对挠度的限制而确定支吊架的 允许间距，称为按刚度计算。 • 刚度要求：管道不能因变形而达不到坡度 的要求，造成积液。
相对 粗糙 度
制冷剂在管道中的流态一般在紊流光滑区 和紊流粗糙管过渡区。
紊流光滑区可供选择的计算公式：
紊流过渡区可供选择的计算公式：
局部阻力计算
Le v Pj 2 dn 2
2
v
2
——管道的局部阻力系数，无因次； ——管道的摩擦阻力系数，无因次；
节流阀后液管中的流体、蒸发器中的流体 、氨泵供液系统中回气管中的流体均为两 相流体； 两相流体的流动阻力既大于纯液体，也大 于纯气体。
两相流体的阻力计算
阻力计算根据管路与外界是否有热交换分
别采用不同方法；
流动过程中与外界没有热交换，气、液比 例不变（节流阀后管及回气管），制冷剂 在管内的流动阻力为：
• 科学确定管径程序： 阻力较小 大管径 造价较低 小管径
• 最佳经济管径：系统使用寿命周期里，工 质流阻带来的电耗费用与管材成本之和为 最小的管径。 • 因价格在变，故最佳经济管径也在变，属 于动态管径。
管径确定程序
• 为简化计算，通常采用限定流阻法来确定
管径：将流阻产生的能耗限定为系统能耗
的1%~4%，从而限定了压降，限定了流速 ，以此来确定管径。
4.1.3.1 氨管管道阻力计算
单相流体的阻力计算
两相流体的阻力计算
4.1.3.1 氨管管道阻力计算
单相流体的阻力计算
由摩擦（沿程）阻力和局部阻力组成。
P Pf Pj
摩擦阻力计算
L v Pf dn 2
2
——管道的摩擦阻力系数，无因次；
L ——直管段长度，m； d n ——管道内径，m。 e =f ( Re, ) dn
4.1.2 氨制冷系统管道要求
系 统 管 道 坡 度 及 方 向
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道坡度及坡向的原则：
方便氨与润滑油的分离。
对于氟利昂系统，管道坡向原则则是方便系
统回油。
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道热补偿（原因、计算、装置）
原因：由于工作温度与安装时的温度不同，
管道必然会产生热胀冷缩，为防止管道由于
（1.6~32MPa），密封性好，可杜绝氨渗漏。
4.1.1 氟利昂制冷系统管材选用
氟利昂管采用无缝钢管或紫铜（铜合金，减 轻镀铜现象）管；管内壁不得镀锌；一般公 称直径在25mm以下宜用紫铜管；不得采用
铝镁管（对镁及含镁量超过2%的铝镁合金有
腐蚀作用）。
盐水管、冷却水管、润滑油管同上。
• 水分：有水分存在时，会加剧对金属的腐蚀， 氨与氟利昂皆如此。 • 镀铜的危害：会破坏轴封处的密封； • 镀铜现象的减缓措施：随系统中水分增加和
温度升高而加剧；故减轻或防止镀铜的方法
是设干燥器，使用与氟利昂制冷剂有良好热
化学稳定性的L-DRB级全封闭冷冻机油。
• 管材选用要点：
• 制冷剂的特性（安全性、与水溶解性、与 润滑油溶解性、对金属的腐蚀性、对塑料 的腐蚀性） • 管材的承压能力、导热性、经济性等。
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道坡度 管道热补偿 管道加固
本章主要内容：
氨制冷系统的管道设计
对冷剂管系、冷媒管系及冷却水管系 进行水力计算、尺寸确定、管道敷设、 管道保温计算等。
4.1 氨制冷系统的管道设计
管材的选用 管道的一般要求（坡度、热补偿、加固） 管道的计算 管道和设备的保温计算
4.1.1 氨制冷系统管材选用
热应力被破坏，应设计管道补偿装置。
管道热应力产生原因
• 热胀受限：管道热胀时，受各种支架及其
所连接设备的约束，不能随温度变化而自
由伸缩，将产生热应力。
• 温度不均：轴向及管内外存在温度梯度， 也将产生热应力。
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道热补偿 计算：伸缩值与管材、温差及管长有关。
L KLt L ——管道的长度变化值，mm； K ——普通碳素钢的膨胀系数， K =12 10 mm / mm ℃
-6
L ——管长，mm； t ——管道内外温差，℃
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道热补偿装置
形式：自然补偿装置与伸缩弯补偿器；
设置条件：低压直管段≤ 100m，高压直管段
≤ 50m，宜选用自然管道补偿装置；否则，宜 选用伸缩弯补偿器。
管道热应力的计算
管道热应力的计算
L型自然补偿
氨管一律采用无缝钢管，不得采用铜管或其
他有色金属管，内壁不得镀锌；
盐水管（CaCl2、NaCl溶液）多用焊接钢管，
也可用无缝钢管； 冷却水管一般用镀锌钢管； 润滑油管按冷剂管选材。
• 纯氨对钢铁不起腐蚀作用，但对锌、铜及
其铜合金（磷青铜除外）有腐蚀作用。
• 氨管采用无缝钢管的原因：承压能力高
Le ——管件的当量管长，m； Le = nd n n：当量长度系数。
把局部阻力造成的压力降折算成流体在 某一长度直管上的摩擦压力降。
各种管件的当量长度系数n
单相流体的总阻力
L Le v P Pf Pj = dn 2
2
两相流体的阻力计算
管路中气体和液体共存流动的流体称为两 相流体；
Байду номын сангаас
正常间距：为最大间距的0.8； 管道净高：通过人行道时，管道下缘与道 面之间的净距离≥3m；通过车行道时，净距
离≥4.5m；低支架净距离≥0.3~0.8m.
4.1.3 氨制冷系统管道计算
管道阻力 管径 通过水力计算确定，有公式法和图表法。 管壁厚度 取决于管材、管径及工作压力。
管径确定程序
Z型自然补偿
伸缩弯弯曲半径的确定
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道加固
原因：制冷系统管道，因气流脉动会产生振 动，为防止管道开裂造成泄漏，所有管道必 须设置支架和吊架固定牢靠，不得有振动现 象。 最大间距：水平制冷管道支吊架的最大间距， 应依据管道强度和刚度计算结果确定，并取 两者中的较小值作为支吊架的间距。
• 强度计算：管道在工作状态下，由内压和
持续外载产生的轴向应力之和，不应大于 钢材在计算温度下的基本许用应力值。 • 强度要求：管道不能受垂直作用力过大而 破坏。
• 刚度计算：管道在一定跨距下总有一定的
挠度，根据对挠度的限制而确定支吊架的 允许间距，称为按刚度计算。 • 刚度要求：管道不能因变形而达不到坡度 的要求，造成积液。
相对 粗糙 度
制冷剂在管道中的流态一般在紊流光滑区 和紊流粗糙管过渡区。
紊流光滑区可供选择的计算公式：
紊流过渡区可供选择的计算公式：
局部阻力计算
Le v Pj 2 dn 2
2
v
2
——管道的局部阻力系数，无因次； ——管道的摩擦阻力系数，无因次；
节流阀后液管中的流体、蒸发器中的流体 、氨泵供液系统中回气管中的流体均为两 相流体； 两相流体的流动阻力既大于纯液体，也大 于纯气体。
两相流体的阻力计算
阻力计算根据管路与外界是否有热交换分
别采用不同方法；
流动过程中与外界没有热交换，气、液比 例不变（节流阀后管及回气管），制冷剂 在管内的流动阻力为：
• 科学确定管径程序： 阻力较小 大管径 造价较低 小管径
• 最佳经济管径：系统使用寿命周期里，工 质流阻带来的电耗费用与管材成本之和为 最小的管径。 • 因价格在变，故最佳经济管径也在变，属 于动态管径。
管径确定程序
• 为简化计算，通常采用限定流阻法来确定
管径：将流阻产生的能耗限定为系统能耗
的1%~4%，从而限定了压降，限定了流速 ，以此来确定管径。
4.1.3.1 氨管管道阻力计算
单相流体的阻力计算
两相流体的阻力计算
4.1.3.1 氨管管道阻力计算
单相流体的阻力计算
由摩擦（沿程）阻力和局部阻力组成。
P Pf Pj
摩擦阻力计算
L v Pf dn 2
2
——管道的摩擦阻力系数，无因次；
L ——直管段长度，m； d n ——管道内径，m。 e =f ( Re, ) dn
4.1.2 氨制冷系统管道要求
系 统 管 道 坡 度 及 方 向
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道坡度及坡向的原则：
方便氨与润滑油的分离。
对于氟利昂系统，管道坡向原则则是方便系
统回油。
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道热补偿（原因、计算、装置）
原因：由于工作温度与安装时的温度不同，
管道必然会产生热胀冷缩，为防止管道由于
（1.6~32MPa），密封性好，可杜绝氨渗漏。
4.1.1 氟利昂制冷系统管材选用
氟利昂管采用无缝钢管或紫铜（铜合金，减 轻镀铜现象）管；管内壁不得镀锌；一般公 称直径在25mm以下宜用紫铜管；不得采用
铝镁管（对镁及含镁量超过2%的铝镁合金有
腐蚀作用）。
盐水管、冷却水管、润滑油管同上。
• 水分：有水分存在时，会加剧对金属的腐蚀， 氨与氟利昂皆如此。 • 镀铜的危害：会破坏轴封处的密封； • 镀铜现象的减缓措施：随系统中水分增加和
温度升高而加剧；故减轻或防止镀铜的方法
是设干燥器，使用与氟利昂制冷剂有良好热
化学稳定性的L-DRB级全封闭冷冻机油。
• 管材选用要点：
• 制冷剂的特性（安全性、与水溶解性、与 润滑油溶解性、对金属的腐蚀性、对塑料 的腐蚀性） • 管材的承压能力、导热性、经济性等。
4.1.2 氨制冷系统管道要求
管道坡度 管道热补偿 管道加固