14.6 Подбор емкостных аппаратов

Промежуточные сосуды чаще всего входят в состав двухступенчатых компрессорных агрегатов. Если возникает необходимость, то их подбирают по значению внутреннего диаметра. Требуемый диаметр находят по формуле

(9.17)

где т_КМ – массовая подача компрессора; v_ВС – удельный объем всасываемого в компрессор пара; w_ПС – скорость движения пара в промсосуде, допускается не более 0,5 м/с.

Отделители жидкости подбирают по значению внутреннего диаметра, определяемого по формуле

(9.18)

где w_О.Ж – скорость движения пара в отделителе жидкости, допускается не более 0,5 м/с.

Ресиверы циркуляционные, компаундные, защитные, линейные и дренажные выбирают по значению вместимости. Требуемая вместимость зависит от вида подачи хладагента в охлаждающие приборы, типа ресивера, вида сосуда и особенности его конструкции и определяется по формулам:

– при верхней подаче хладагента:

циркуляционного (и компаундного) вертикального со стояком, совмещающего функцию отделителя жидкости

V_Ц.В = 2(V_Н.Т + 0,5V_С.О.У + 0,4V_В.Т) , (9.19)

циркуляционного (и компаундного) горизонтального со стояком, совмещающего функцию отделителя жидкости

V_Ц.Г = 3(V_Н.Т + 0,5V_С.О.У + 0,4V_В.Т) , (9.20)

– при нижней подаче хладагента:

циркуляционного (и компаундного) вертикального со стояком, совмещающего функцию отделителя жидкости

V_Ц.В = 2(V_Н.Т + 0,2V_С.О.У + 0,3V_В.Т) , (9.21)

циркуляционного (и компаундного) горизонтального со стояком, совмещающего функцию отделителя жидкости

V_Ц.Г = 3(V_Н.Т + 0,2V_С.О.У + 0,3V_В.Т) , (9.22)

защитного вертикального

V_З.В = 0,5V_С.О.У , (9.23)

защитного горизонтального

V_З.Г = 0,6V_С.О.У , (9.24)

линейного

V_Л = 0,3V_С.О.У.j , (9.25)

дренажного вертикального

V_Д.В = 1,6V_Д , (9.26)

дренажного горизонтального

V_З.Г = 1,4V_Д , (9.27)

В формулах (9.19)–(9.27) приняты следующие обозначения: V_Н.Т – вместимость нагнетательного трубопровода насоса; V_С.О.У – суммарная вместимость охлаждающих устройств (батареи, воздухоохладителя, полости хладагента испарителя и другого холодильного технологического оборудования); V_В.Т – вместимость всасывающего трубопровода на участке от охлаждающих устройств до циркуляционного (компаундного) ресивера; V_Д – максимальный объем жидкого хладагента, дренируемого в ресивер.

Вместимость батарей и воздухоохладителей определяется следующим образом. Находят доли расчетной тепловой нагрузки на оборудование, приходящиеся на батареи b и воздухоохладители 1-b. Определяют требуемую площадь теплопередающей поверхности, задавшись маркой (типом) батарей

F_Б.P = bQ_Т.Р/(k_БQ_Б) (9.28)

и воздухоохладителей

F_ВО.P = (1-b)Q_Т.Р/(k_ВОQ_ВО) . (9.29)

По расчетному значению F_Б.P находят длину труб, составляющих эту площадь поверхности,

L_TP = F_Б.P / f_T.P) (9.30)

а затем их вместимость

V_Б = L_Т.P / v_T.P , (9.31)

где f_T.P – площадь поверхности 1 м трубы; v_T.P – вместимость 1 м трубы.

По расчетному значению вместимости выбирают ресиверы.

Скорость движения пара в ресивере не должна превышать допустимое значение, которое равно для аппаратов:

- вертикальных

w_Д.В = w_ОС , (9.32)

горизонтальных

w_Д.Г = 2w_ОСL_АП/d_АП , (9.33)

где w_ОС – скорость осаждения капель хладагента, не более 0,5 м/с; L_АП – расстояние между патрубками ресивера (вход двухфазного потока из охлаждающих устройств и выход пара во всасывающий трубопровод); d_АП – внутренний диаметр ресивера.

Скорость движения пара в ресивере w_m определяют по формуле

w_АП = V_АП/S_АП , (9.34)

где V_АП – объемный расход пара через ресивер, определяемый по зависимости, V_АП = т_КМv''_ВС; т_КМ – массовая подача компрессоров, всасывающих пар из этого ресивера; v''_ВС – удельный объем сухого насыщенного пара при температуре кипения; S_АП – площадь сечения аппарата, по которому движется пар, равная для ресиверов: вертикального S_АП = 4d²_АП/4; горизонтального, заполненного жидкостью на 50%, S_АП = 4d²_АП/8

Если скорость движения пара в аппарате превышает допустимое значение, которое для аммиачных холодильных установок составляет w_Д.В  0,5 м/с и w_Д.Г  1 м/с, то выбирают ресивер большего диаметра или большее их число.

Маслоотделители центробежного типа МО выбирают по значению внутреннего диаметра корпуса, а типа Я10-ЕГЦ (гидроциклон) по объемной подаче жидкого хладагента в аппарат (или по скорости движения жидкости во входном патрубке). Требуемый диаметр аппарата равен

(9.35)

где V_MО – объемный расход пара через маслоотделитель, равный V_MО = m_KMv_НАГ, (здесь m_KM – массовая подача компрессоров, нагнетающих пар в аппарат; v_НАГ – удельный объем пара, нагнетаемого компрессорами); w_MО – скорость движения пара в аппарате, равная 1 м/с для марки МО.

Аммиачные насосы подбираются по значениям объемной подачи хладагента и давлению, Па, развиваемому ими, или напору Н, м. Требуемая объемная подача хладагента V_H.P определятся по формуле

V_Н.Р = Q_T.in/(r_О_Ж), (9.36)

где Q_T.i – теплоприток при i-й температуре кипения; п – кратность циркуляции хладагента, равная при нижней подаче хладагента 2–5 и при верхней 6–15.

Требуемое давление р_НР, Па, развиваемое насосом, находится по зависимости

р_НР = 1,1(р_НТ + р_ВТ), (9.37)

где р_НТ – падение давления в нагнетательном трубопроводе насоса (до охлаждающих устройств); р_ВТ – падение давления во всасывающем трубопроводе, включая охлаждающие устройства.

Водяные и рассольные насосы подбирают, как и аммиачные, по объемной подаче вещества и создаваемому давлению (напору). Требуемую объемную подачу находят по формулам:

хладоносителя в испарители

V_Н = Q_Н/(_sc_st_s) , (9.38)

воды в конденсаторы

V_К = Q_К/(_wc_wt_w) , (9.39)

воды в градирни, испарительные конденсаторы и в компрессорные агрегаты

V_ОБ = V_ОБ.i , (9.40)

где V_ОБ.i – номинальная подача воды в i-е оборудование.

Обычно выбирают 2–3 штатных насоса и 1 резервный одинаковой производительности.

Технологический трубопровод в общем случае подбирается по внутреннему диаметру с учетом параметров транспортируемой среды и падения давления в нем, которое не должно превышать допустимое значение. Требуемый диаметр определяется по номограмме или рассчитывается по формуле

(9.41)

где V_ТР – объемная подача вещества по трубопроводу; w_ТР – скорость движения вещества.

Падение давления однофазной среды в трубопроводе р_ТР, Па, в общем случае равно

р_ТР = _ТР(l + l_Э)w²_ТР/2d_ТР ± gh , (9.42)

где _ТР – коэффициент трения, определяемый в зависимости от числа Рейнольдса по формулам

при Re < 2300 _ТР = 64/ Re,

при Re  2300 _ТР = (/d_ТР + 68/Re)^0,25.

Здесь  – шероховатость трубы, равная 0,001 мм для медных, 0,06 мм для стальных, предназначенных для хладагента, 0,5 мм для стальных в рассольной среде; l – длина трубопровода; l_Э – эквивалентная длина местных сопротивлений, равная l_Э = Ad_ТР; А – коэффициент;  – плотность вещества; w_ТР – скорость движения вещества в трубе; h – значение подъема (или спуска) трубопровода.

Движение двухфазной среды вызывает существенное увеличение падения давления по сравнению с однофазной средой, поэтому диаметр трубопровода d_ТР.ДФ, по которому движется двухфазная среда (например, соединяющего охлаждающие устройства и циркуляционный ресивер), рассчитывается по формуле

d_ТР.ДФ = d_ТР.Р(р_ТР.ДФ /р_ТР)^0,21 , (9.43)

где р_ТР.ДФ – падение давления в трубопроводе при движении двухфазной среды.

Предварительно определяется X – параметр Локкарта – Мартинелли

X = (п – 1)^0,9(v_Ж/v_П)^0,5(_Ж/_П)^0,1 , (9.44)

где v_Ж, v_П – удельный объем соответственно жидкой и паровой фаз; _Ж, _П – вязкость соответственно жидкой и паровой фаз в состоянии насыщения.

Отношение Ф = р_ТР.ДФ /р_ТР определяется по значению параметра X, которое находится по формулам:

при 0,01  Х  0,96

р_ТР.ДФ /р_ТР = 1,42 + 22,5Х - 28Х² + 36,6Х³ - 17,5Х⁴ , (9.45)

при 0,96  Х  5

р_ТР.ДФ /р_ТР = -12,3 + 32,1X - 2,56Х² + 0,38Х³ . (9.46)

Падение давления в трубопроводе р_h, связанное с подъемом однофазной среды, определяется по формуле

р_h = ['(1 – ) + "]gh , (9.47)

где ', " – плотность соответственно жидкой и паровой фаз в насыщенном состоянии; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²; h – высота подъема двухфазной среды;  – истинное объемное паросодержание, определяемое по формуле

 = c/{1 + [(1 – х)/х]("/')} , (9.48)

где с – коэффициент, равный 0,04 – 0,08; х – массовое паросодержание среды, рассчитываемое по формуле

х = т_П/т_Ж , (9.49)

здесь т_П, т_Ж – массовый расход соответственно паровой и жидкой фаз.

Трубопроводы, соединяющие группы теплообменных аппаратов, кроме вышеприведенных расчетов, проверяются на обеспечение подачи хладагента, хладоносителя, теплоносителя в отдельные устройства в соответствии с требуемыми значениями. Расчеты выполняются на основе законов Кирхгофа для гидравлических сетей:

G_i = pV_H;

p_i = gH_H ; (9.50)

G_i = 0;

p_i = 0,

где G_i – массовый поток вещества на i-м участке разветвленной сети трубопроводов;  – плотность вещества; V_H – объемная подача насоса; p_i – потери давления на i-м участке; g – ускорение свободного падения; H_H – напор насоса.