3.2.1 Tính kiểm tra chu trình và chọn máy nén tại hầm cấp đơng -470C
Thông số ban đầu:
Năng suất lạnh Q0 = 133,7 kW Nhiệt độ ngưng tụ: 350C Nhiệt độ sôi môi chất: - 470C
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hịa [TL4,tr 303-311] Ta có: pk = 13,503 bar, p0 = 0,4865 bar
Áp suất trung gian:
ptg = √𝑃𝑘. 𝑃0 = 2,563 𝑏𝑎𝑟
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hòa [TL4,tr 303-311], suy ra: ttg = -13 0C
Hình 3.2: Đồ thị lgp-h và T-s của chu trình hầm cấp đơng
Điểm 1’:
t1’ = t0 = -47 0C
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hòa [TL4, tr303-311], suy ra: p1’ = 0,4865 bar
v1’ = 2,229 m3/kg h1’ = 1396,1 kJ/kG
46 s1’ = 6,3769 kJ/kG.0C
Điểm 1:
Nhiệt độ hơi hút th là nhiệt độ trước khi về máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng phải lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng.
Đối với môi chất amoniac ∆th = 5 ÷ 15K ta chọn ∆th = 50C [TL1, tr.208] t1= th = t0 +∆th = - 47 + 5 = - 420C
p1 = p1’ = 0,4865 bar
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái hơi quá nhiệt [TL4, tr312-326], suy ra: v1 = 2,2825 m3/kg h1 = 1406,844 kJ/kG s1 = 6,4238 kJ/kG.0C Điểm 2: p2 = ptg = 2,563 bar s2 = s1 = 6,4238 kJ/kG.0C Tra đồ thị lgp-h môi chất NH3, suy ra:
t2= 67,4 0C v2 = 0,64 m3/kg h2 = 1632,75 kJ/kG Điểm 5: t5 = tk = 350C p5 = pk = 13,503 bar
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hòa, suy ra: v5 = 0,001702 m3/kg
47 s5 = 1,5539 kJ/kG.0C h5 = 362,33 kJ/kG Điểm 6: p6 = ptg = 2,563 bar h6 = h5 = 362,33 bar
Tra đồ thị lgp-h môi chất NH3, suy ra: t6 = -13 0C s6 = 1,6305 kJ/kG.0C v6 = 0,081 m3/kg Điểm 7: p7 = p6 = 2,563 bar t7 = t6 = -13 0C
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hịa, suy ra: s7 = 0,7793 kJ/kG.0C v7 = 0,00152 m3/kg h7 = 140,89 kJ/kG Điểm 8: p8 = p0 = 0,4867 bar t8 = t0 = -47 0C h7 = h8 = 140,89 kJ/kG
Tra đồ thị lgp-h môi chất NH3, suy ra: s8 = 0,156 kJ/kG.0C
48
Điểm 9:
p9 = p6 = 2,563 bar t9 = t6 = -13 0C
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hòa, suy ra: v9 = 0,469 m3/kg
s9 = 5,795 kJ/kG.0C h9 = 1445,7 kJ/kG
Điểm 3:
m1 : lưu lượng môi chất qua máy nén 𝑚1= 𝑄0
ℎ1′−ℎ8 = 133,7
1396,1−140,89= 0,1065 𝑘𝑔/𝑠
m2 : lưu lượng mơi chất hịa trộn làm mát từ Ecomomizer Phương trình cân bằng năng lượng tại bình economizer
m3.h6 = m2.h9 + m1.h7
(0,1065 + m2) . 362,33 = m2 . 1445,7 + 0,1065 . 140,89
m2 = 0,02173 kg/s
Phương trình điểm nút tại điểm hịa trộn: m1.h2 + m2.h9 = m3.h3
0,1065 . 1632,75 + 0,02173 . 1445,7 = 0,12823 . h3 h3 = 1601,05 kJ/kG
m3 = m1 + m2 = 0,1065 + 0,02173 = 0,12823 kg/s
p3 = ptg = 2,563 kJ/kG
Tra đồ thị lgp-h môi chất NH3, suy ra: t3 = 53,410C
49 v3 = 0,61 m3/kg
s3 = 6,328 kJ/kG.0C
Điểm 4:
p4 = pk = 13,503 bar
t4 = 900C do các nhà sản xuất máy nén thường yêu cầu giới hạn nhiệt độ đầu đẩy dưới một giá trị nhất định để ngăn chặn sự quá nhiệt, kéo dài tuổi thọ và ngăn chặn sự phá vỡ kết cấu của dầu ở nhiệt độ cao. Vì thế nhiệt độ cho phép tối đa là 900C.
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái hơi quá nhiệt, suy ra: v4 = 0,135 m3/kg
h4 = 1650,14 kJ/kG s4 = 5,733 kJ/kG.0C
Bảng 3.1: Thơng số các điểm nút của chu trình -470C
p, bar t, 0C h, kJ/kG s, kJ/kG.0C v, m3/kg 1 0,4865 -42 1406,844 6,4238 2,2825 1’ 0,4865 -47 1396,1 6,3769 2,229 2 2,563 67,4 1632,75 6,4238 0,64 3 2,563 53,41 1601,05 6,328 0,61 4 13,503 90 1650,14 5,733 0,12239 5 13,503 35 362,33 1,5539 0,001702 6 2,563 -13 362,33 1,6305 0,081 7 2,563 -13 140,89 0,7793 0,00152 8 0,4865 -47 140,89 0,156 0,25 9 2,563 -13 1445,7 5,7950 0,469
50
a) Nhiệt thải dàn ngưng :
Qk = m3 . (h4 – h5) = 0,12823 . (1650,14 – 362,33) = 165,13 kW
b) Thể tích hút thực tế của máy nén:
Vtt = m1.v1 = 2,2825 . 0,1065 = 0,24 m3/s = 864 m3/h
Dựa trên catalogue “Bộ máy nén trục vít C series” của hãng MYCOM, ta chọn được máy nén trục vít có model 2016LSC có thể tích hút V* = 1210 m3/h,
c)Hệ số cấp của máy nén:
Ta có, tỷ số nén: П = 𝑃𝑘
𝑃0 = 13,503
0,4865= 27,76
Với П = 27,76 tra đồ thị Hệ số cấp của máy nén trục vít phụ thuộc vào tỷ số nén [TL3, tr.122], ta được: λ = 0,72
e) Thể tích hút lý thuyết của máy nén:
Vlt = 𝑉𝑡𝑡 λ = 864 0,72 = 1200 m3/h f) Số lượng máy nén: Zmn = 𝑉𝑙𝑡 𝑉∗ = 1200 1210 = 0,9917 Chọn 1 máy nén g) Công nén: N = m1 . (h2 – h1) + m3 . (h4 – h3) = 0,1065 . (1632,75 – 1406,844) + 0,12823 . (1650,14 – 1601,05) = 30,35 kW h) Hệ số làm lạnh của hệ thống: ℰ = 𝑄0 𝑁 = 133,7 30,35= 4,4
51 i) Công nén chỉ thị: * Hiệu suất chỉ thị: Ƞi = 𝑇0 𝑇𝑘 + (b × t0) Với b = 0,001 [TL1, tr.217] Suy ra: Ƞi = −47+273 35+273 + [0,001 × (-47)] = 0,6868 * Công nén chỉ thị: Ni = 𝑁 Ƞi = 30,35 0,6868 = 44,2 (kW) j) Công nén hiệu dụng: * Công nén ma sát: Nms = Vtt × pms [TL1, tr.218] Trong đó:
pms : áp suất ma sát riêng. Đối với máy nén NH3 thẳng dòng: pms = 0,049÷0,069 MPa (chọn pms = 0,069)
Suy ra:
Nms = 0,24 × 0,069 × 106 = 16560 (N.m/s) = 16,56 (kW) * Công nén hiệu dụng: Ne = Ni + Nms = 44,2 + 16,56 = 60,76 (kW)
k) Công suất điện:
𝑁𝑒𝑙 = 𝑁𝑒 Ƞ𝑡đ. Ƞ𝑒𝑙 Trong đó:
Ƞtđ : hiệu suất truyền động. Ƞtđ ≈ 0,95
Ƞel : hiệu suất động cơ. Ƞel = 0,8 ÷ 0,95 (chọn Ƞel = 0,8) [TL1, tr.218] Suy ra:
52 𝑁𝑒𝑙 = 𝑁𝑒
Ƞ𝑡đ. Ƞ𝑒𝑙 =
60,76
0,95 . 0,8= 80 𝑘𝑊
l) Công suất động cơ lắp đặt
Nđc = (1,1 ÷ 2,1)Nel [TL1, tr.219]
Với (1,1 ÷ 2,1) là hệ số an tồn của động cơ. Ta chọn 1,6 Nđc = 1,6 x Nel = 1,6 x 80 = 128 kW
Để đề phòng máy chạy trong điều kiện khắc nghiệt hơn ta chọn công suất động cơ là Nđc = 200 kW. [TL1, tr.219]
m) Đường ống từ đầu đẩy máy nén đến đường ống góp
Tra bảng 10.1. “Tốc độ dịng chảy thích hợp ω” [TL1, tr.345] ω = 15 ÷ 25. Chọn giá trị ω = 15 (m/s) 𝑑1 = √4. 𝑚3. 𝑣4 𝜋. 𝜔 = √ 4 . 0,12823 . 0,135 𝜋. 15 = 0,038𝑚 = 38𝑚𝑚
Dựa vào bảng 10.2 [TL1,tr.346] ta chọn ống 40A
m) Đường ống từ bình chứa hạ áp về đầu hút máy nén
Tra bảng 10.1. “Tốc độ dịng chảy thích hợp ω” [TL1, tr.345] ω = 15 ÷ 25. Chọn giá trị ω = 15 (m/s) 𝑑2 = √4. 𝑚1. 𝑣1 𝜋. 𝜔 = √ 4 . 0,1065 . 2,2825 𝜋. 15 = 0,143𝑚 = 143𝑚𝑚
Dựa vào bảng 10.2 [TL1,tr.346] ta chọn ống 150A
3.2.2 Tính kiểm tra chu trình và chọn máy nén cho cụm sử dụng chất tải lạnh -120C
Thông số ban đầu:
Năng suất lạnh Q0 = 593,1 kW Nhiệt độ ngưng tụ: 350C
53 Nhiệt độ sôi môi chất: - 120C
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hịa [TL4,tr.303-311] ta có: pk = 13,503 bar, p0 = 2,6785 bar
∆Tqn = 5 oC ; ∆Tql = 50C
Hình 3.3: Đồ thị lgp-h và T-s của chu trình chất tải lạnh
Điểm 1’:
t1’ = t0 = -12oC
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hòa [TL4, tr303-311], suy ra: p1’ = 2,6785 bar
v1’ = 0,14541 m3/kg h1’ = 1446,9 kJ/kG s1’ = 5,7805 kJ/kG.0C
Điểm 1:
Nhiệt độ hơi hút th là nhiệt độ trước khi về máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng phải lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng.
Đối với môi chất amoniac ∆th = 5 ÷ 15K ta chọn ∆th = 5oC [TL1, tr.208] t1= th = t0 +∆th = -12 + 5 = -70C
54 Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái hơi quá nhiệt [TL4, tr312-326], suy ra:
v1 = 0,461 m3/kg h1 = 1459,28 kJ/kG s1 = 5,827 kJ/kG.0C
Điểm 2:
p2 = pk = 13,503 bar
t2 = 90oC do các nhà sản xuất máy nén thường yêu cầu giới hạn nhiệt độ đầu đẩy dưới một giá trị nhất định để ngăn chặn sự quá nhiệt, kéo dài tuổi thọ và ngăn chặn sự phá vỡ kết cấu của dầu ở nhiệt độ cao. Vì thế nhiệt độ cho phép tối đa là 90oC.
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái hơi quá nhiệt, suy ra: v2 = 0,1224 m3/kg v2 = 1646,07 kJ/kG s2 = 5,68 kJ/kG.oC Điểm 3’: t3’ = tk = 35oC p3’ = pk = 13,503 bar
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hòa, suy ra: v3’ = 0,001702 m3/kg s3’ = 1,5539 kJ/kG.oC h3’ = 362,33 kJ/kG Điểm 3: p3 = p3’ = 13,503 bar t3 = tk – 5oC = 35 – 5 = 30oC
55 v3 = 0,00168 m3/kg s3 = 1,477 kJ/kG.oC h3 = 339,037 kJ/kG Điểm 4: p4 = p0 = 2,6785 bar t4 = t0 = -12oC h3 = h4 = 339,037 kJ/kG
Tra đồ thị lgp-h môi chất NH3, suy ra: s4 = 0,7966 kJ/kG.oC
v4 = 0,007 m3/kg
Bảng 3.2: Thông số các điểm nút của chu trình -120C
p bar t 0C h, kJ/kG s, kJ/kG.0C v m3/kg 1’ 2,6785 -12 1446,9 5,7805 0,14541 1 2,6785 -7 1459,28 5,827 0,461 2 13,503 90 1646,07 5,68 0,1224 3’ 13,503 35 362,33 1,5539 0,0017023 3 13,503 30 339,037 1,477 0,00168 4 2,6785 -12 339,037 0,7966 0,007
m : lưu lượng môi chất qua máy nén 𝑚 = 𝑄0
ℎ1′−ℎ4 = 593,1
56
a) Nhiệt thải dàn ngưng :
Qk = m x (h2 – h3’) = 0,535 x (1646,07 – 362,33) = 687 kW
b) Thể tích hút thực tế của máy nén:
Vtt = m1.v1 = 0,535 . 0,461 = 0,246 m3/s = 887 m3/h
Dựa trên catalogue “Bộ máy nén trục vít SCV series” của hãng MYCOM, ta chọn được máy nén trục vít có model MKN200VMD có thể tích hút V* = 1020 m3/h,
c)Hệ số cấp của máy nén:
Ta có, tỷ số nén: П = 𝑃𝑘
𝑃0 = 13,503
2,6785= 5,04 < 9
Với П = 5,04 tra đồ thị Hệ số cấp của máy nén trục vít phụ thuộc vào tỷ số nén [TL3, tr.122], ta được: λ = 0,87
e) Thể tích hút lý thuyết của máy nén:
Vlt = 𝑉𝑡𝑡 λ = 887 0,87 = 1019,54 m3/h f) Số lượng máy nén: Zmn = 𝑉𝑙𝑡 𝑉∗ = 1019,54 1020 = 0,99 Chọn 1 máy nén g) Công nén: N = m x (h2 – h1) = 0,535 x (1646,07 – 1459,28) = 99,93 kW h) Hệ số làm lạnh của hệ thống: ℰ = 𝑄0 𝑁 = 593,1 99,93 = 5,935
57 i) Công nén chỉ thị: * Hiệu suất chỉ thị: Ƞi = 𝑇0 𝑇𝑘 + (b × t0) Với b = 0,001 [TL1, tr.217] Suy ra: Ƞi = −12+273 35+273 + 0,001 × (-12) = 0,8354 * Cơng nén chỉ thị: Ni = 𝑁 Ƞi = 99,93 0,8354 = 119,62 (kW) j) Công nén hiệu dụng: * Công nén ma sát: Nms = Vtt × pms [TL1, tr.218] Trong đó:
pms : áp suất ma sát riêng. Đối với máy nén NH3 thẳng dịng: pms = 0,049÷0,069 MPa (chọn pms = 0,069)
Suy ra:
Nms = 0,246 × 0,069 × 106 = 16974 (N.m/s) = 16,974 (kW)
* Công nén hiệu dụng: Ne = Ni + Nms = 119,62 + 16,974 = 136,594 (kW)
k) Cơng suất điện:
𝑁𝑒𝑙 = 𝑁𝑒 Ƞ𝑡đ. Ƞ𝑒𝑙 Trong đó:
Ƞtđ : hiệu suất truyền động. Ƞtđ ≈ 0,95
Ƞel : hiệu suất động cơ. Ƞel = 0,8 ÷ 0,95 (chọn Ƞel = 0,95) [TL1, tr.218] Suy ra:
58 𝑁𝑒𝑙 = 𝑁𝑒
Ƞ𝑡đ. Ƞ𝑒𝑙 =
136,594
0,95 . 0,95 = 151,35 𝑘𝑊
l) Công suất động cơ lắp đặt
Nđc = (1,1 ÷ 2,1)Nel [TL1, tr.219]
Với (1,1 ÷ 2,1) là hệ số an tồn của động cơ. Ta chọn 1,4 Nđc = 1,4 x Nel = 1,4 x 151,35 = 211,89 kW
Để đề phòng máy chạy trong điều kiện khắc nghiệt hơn ta chọn công suất động cơ là Nđc = 220 kW. [TL1, tr.219]
m) Đướng ống từ đầu đẩy máy nén đến thiết bị ngưng tụ
Tra bảng 10.1. “Tốc độ dịng chảy thích hợp ω” [TL1, tr.345] ω = 15 ÷ 25. Chọn giá trị ω = 15 (m/s) 𝑑1 = √4. 𝑚. 𝑣2 𝜋. 𝜔 = √ 4 . 0,535 . 0,1224 𝜋. 15 = 0,0745𝑚 = 74,5𝑚𝑚
Dựa vào bảng 10.2 [TL1,tr.346] ta chọn ống 80A
n) Đường ống từ bình chứa hạ áp về đầu hút máy nén
Tra bảng 10.1. “Tốc độ dịng chảy thích hợp ω” [TL1, tr.345] ω = 15 ÷ 25. Chọn giá trị ω = 15 (m/s) 𝑑2 = √4. 𝑚. 𝑣1 𝜋. 𝜔 = √ 4 . 0,535 . 0,461 𝜋. 15 = 0,144𝑚 = 144𝑚𝑚
Dựa vào bảng 10.2 [TL1,tr.346] ta chọn ống 150A
3.2.3 Tính kiểm tra chu trình và chọn máy nén cho kho lạnh chạy nhiệt độ 5oC
Thông số ban đầu:
Năng suất lạnh Qo = 873,3 kW
59 Nhiệt độ sôi môi chất: -2oC ∆Tql = 5oC
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hịa [TL4,tr 303-311] ta có: pk = 13,504 bar, p0 = 3,982 bar
Tỉ số nén П = 𝑃𝑘
𝑃0 = 13.525
3,9822 = 3,4 < 9
Hình 3.4: Đồ thị lgp-h và T-s của chu trình kho lạnh 50C
Điểm 1’:
t1’ = t0 = -2oC
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hòa [TL4, tr303-311], suy ra: p1’ = 3,982 bar
v1’ = 0,3104 m3/kg h1’ = 1458,51 kJ/kG s1’ = 5,6422 kJ/kG.0C
Điểm 1:
Nhiệt độ hơi hút th là nhiệt độ trước khi về máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng phải lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng.
Đối với môi chất amoniac ∆th = 5 ÷ 15K ta chọn ∆th = 5oC [TL1, tr.208] t1= th = t0 +∆th = - 2 + 5 = 30C
60 p1 = p1’ = 3,982 bar
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái hơi quá nhiệt [TL4, tr312-326], suy ra: v1 = 0,31791 m3/kg
h1 = 1471,57 kJ/kG s1 = 5,68944 kJ/kG.0C
Điểm 2:
p2 = pk = 13,503 bar
t2 = 90oC do các nhà sản xuất máy nén thường yêu cầu giới hạn nhiệt độ đầu đẩy dưới một giá trị nhất định để ngăn chặn sự quá nhiệt, kéo dài tuổi thọ và ngăn chặn sự phá vỡ kết cấu của dầu ở nhiệt độ cao. Vì thế nhiệt độ cho phép tối đa là 90oC.
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái hơi quá nhiệt, suy ra: v2 = 0,135 m3/kg v2 = 1650,14 kJ/kG s2 = 5,733 kJ/kG.oC Điểm 3’: t3’ = tk = 35oC p3’ = pk = 13,503 bar
Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hòa, suy ra: v3’ = 0,001702 m3/kg s3’ = 1,5539 kJ/kG.oC h3’ = 362,33 kJ/kG Điểm 3: p3 = p3’ = 13,503 bar t3 = tk – 5oC = 35 – 5 = 30oC
61 Tra bảng tính chất nhiệt động của NH3 trạng thái bão hịa, suy ra:
v3 = 0,00168 m3/kg s3 = 1,47865 kJ/kG.oC h3 = 339,037 kJ/kG Điểm 4: p4 = p0 = 3,982 bar t4 = t0 = -2oC h3 = h4 = 339,037 kJ/kG
Tra đồ thị lgp-h môi chất NH3, suy ra: s4 = 0,96664 kJ/kG.oC
v4 = 0,00156 m3/kg
m: lưu lượng môi chất qua máy nén 𝑚 = 𝑄0
ℎ1′−ℎ4 = 873,3
1458,51−339,037= 0,78 𝑘𝑔/𝑠
Bảng 3.3: Thơng số các điểm nút của chu trình -20C
Điểm nút t (oC) p (bar) h (kJ/kG) v (m3/kg) s (kJ/kg.oC) 1’ -2 3,982 1458,51 0,31039 5,6422 1 3 3,982 1471,570 0,31791 5,68944 2 90 13,503 1646,07 0,1224 5,68 3’ 35 13,503 362,33 0,001702 1,5539 3 30 13,503 339,037 0,00168 1,477 4 -2 3,982 339,037 0,00156 0,96664
62
a) Nhiệt thải dàn ngưng :
Qk = m . (h2 – h3’) = 0,78 . (1646,07 – 362,33) = 1001,3 kW
b) Thể tích hút thực tế của máy nén:
Vtt = m.v1 = 0,78 . 0,31791 = 0,248 m3/s = 892,7 m3/h
Dựa trên catalogue “Bộ máy nén trục vít SCV series” của hãng MYCOM, ta chọn được máy nén trục vít có model MKN200VMD có thể tích hút V* = 1020 m3/h,
c)Hệ số cấp của máy nén:
Ta có, tỷ số nén: П = 𝑃𝑘
𝑃0 = 13,503
3.982 = 3.4 < 9
Với П = 3.4 tra đồ thị Hệ số cấp của máy nén trục vít phụ thuộc vào tỷ số nén