Проектування підприємств із теплоенергетичним устаткуванням

В.В. Куба, В.В. Середа

 

 

теплоенергетичні установки:

Розрахунок і проектування

 

 

Навчальний посібник

 

Для студентів напряму підготовки

6.050601 «Теплоенергетика»

 

 

Рівне 2011

УДК 621.57.001.63 (075)

ББК 31.3:30.2 я7

К88

Затверджено вченою радою Національного університету водного господарства та природокористування

(Протокол №3 від 25 березня 2011 р.)

Рецензенти:

Лозбін В.І., доктор технічних наук, професор кафедри теплоенергетики і машинознавства Національного університету водного господарства і природокористування;

Гнєушев В.О., кандидат технічних наук, доцент кафедри розробки родовищ корисних копалин Національного університету водного господарства і природокористування.

Куба В.В., Середа В.В.

К88 Теплоенергетичні установки: розрахунок і проектування. Навчальний посібник. – Рівне: НУВГП, 2011. – 154 с.

 

Навчальний посібник складається із трьох розділів, в яких розглянуті питання проектування теплоенергетичних установок. Наведено відомості про проектування підприємств із теплоенергетичним устаткуванням, холодильних установок і теплообмінного обладнання. Посібник містить контрольну тестову програму, предметний покажчик і список літератури.

Посібник відповідає затвердженій робочій програмі дисципліни «Проектування теплоенергетичних установок» та призначений для студентів вищих навчальних закладів за напрямом підготовки «Теплоенергетика».

 

УДК 621.57.001.63 (075)

ББК 31.3:30.2 я7

 

© Куба В.В., Середа В.В., 2011

© НУВГП, 2011

ЗМІСТ

ПЕРЕДМОВА……………………………………………………
Розділ 1.Проектування підприємств із теплоенергетичним устаткуванням…………………………………………………...
1.1. Проектування об’єктів теплоенергетичного призначення…………………..............................................
1.1.1. Загальні положення про проектну документацію..
1.1.2. Стадії проектування об’єкта теплоенергетичного призначення………………………………………………..
1.1.3. Завдання на проектування………………………….
1.1.4. Склад і зміст проекту……………………………….
1.1.5. Використання типових проектів…………………...
1.1.6. Класифікація котелень……………………………..
1.1.7. Компоновка котелень………………………………
1.1.8. Реєстрація, технічне опосвідчення і дозвіл на експлуатацію………………………………………………
1.1.9. Розробка теплової схеми теплоенергетичної установки…………………………………………………..
1.1.10. Питання охорони праці в проектній документації.
1.2. Проектування теплоенергетичного устаткування……………………………………………….
1.2.1. Стадії введення в експлуатацію теплоенергетичної установки…………………………….
1.2.2. Стадії розробки конструкторської документації…
1.2.3. Позначення конструкторських документів……….
Розділ 2.Проектування холодильних установок…................
2.1. Вибір робочих тіл холодильних установок…………
2.1.1. Основні вимоги до холодоагентів…………………
2.1.2. Вибір теплохолодоносіїв…………………………...
2.2. Проектування схем холодильних установок……......
2.2.1. Вимоги до схем холодильних установок………….
2.2.2. Вузол одноступеневих компресорів за наявності декількох температур кипіння……………………………
2.2.3. Вузол конденсації і лінійного ресивера…………...
2.2.4. Вузол компресорів двоступеневого стиску……….
2.3. Компоновка обладнання холодильних установок……………………………………………………
2.3.1. Характеристика приміщень і компоновка устаткування компресорних цехів………………………...
2.3.2. Характеристика приміщень і компоновка устаткування машинних відділень………………………..
2.3.3. Енергозбереження в холодильних установках……
2.4. Приклади розрахунку теплових схем холодильних установок……………………………………
Розділ 3.Проектування теплообмінного обладнання теплоенергетичних установок…………………………..............
3.1. Основи проектування………………………………...
3.1.1. Вимоги до проектування теплообмінного обладнання…………………………………………………
3.1.2. Загальні рекомендації до виконання розрахунків..
3.1.3. Методи розрахунку теплообмінного обладнання...
3.1.4. Конструкторський метод розрахунку теплообмінного обладнання……………………………...
3.2. Гідравлічні і механічні розрахунки теплообмінного обладнання………………………….
3.2.1. Гідравлічний розрахунок теплообмінних апаратів
3.2.2. Розрахунок теплообмінного обладнання на міцність…………………………………………………….
3.3. Інтенсифікація процесів теплообміну…….................
3.3.1. Зменшення металоємності теплообмінного обладнання…………………………………………………
3.3.2. Способи інтенсифікації теплообміну……………...
3.3.3. Тепловий розрахунок конденсаторів при інтенсифікації теплообміну………………………………
3.4. Приклади розрахунку теплообмінного обладнання…………………………………………………
Контрольна тестова програма…………………........
Предметний покажчик…………………………………...
Література……………………………………..………………

ПЕРЕДМОВА

Метою викладання курсу «Проектування теплоенергетичних установок» є підготовка студентів, які навчаються за напрямом «Теплоенергетика», до вивчення таких предметів як «Проектування та спорудження об’єктів теплоенергетики», «Монтаж та ремонт об’єктів теплоенергетики», «Установки і обладнання об’єктів теплоенергетики» і дипломного проектування; формування у них сучасного рівня знань, навичок та умінь, які дозволяють вирішувати такі типові задачі діяльності і проблеми:

- розробка проектної документації для проектування об’єктів та устаткування теплоенергетичного призначення у відповідності до вимог ЄСКД і СПДБ;

- вибір оптимального варіанту проектування, найбільш ефективного з позиції технічних вимог і рентабельності;

- розробка проекту теплоенергетичної установки з використанням типового обладнання;

- вибір або розробка заходів, що забезпечують функціонування устаткування з найвищою ефективністю і перешкоджають забрудненню навколишнього середовища.

Завданням вивчення курсу є навчити студентів складати завдання на проектування і розробляти робочі проекти теплоенергетичних установок (на прикладі проектування холодильних установок); виконувати проектні розрахунки теплообмінних апаратів, враховуючи вимоги охорони праці і техніки безпеки; підбирати за довідковою літературою основне і допоміжне обладнання; оцінювати роботу теплоенергетичних установок з точки зору їх енергетичної ефективності і розробляти рекомендації для її покращення.

Для перевірки засвоєння матеріалу курсу в посібнику наведені контрольні питання, які розміщені в кінці кожного розділу і контрольна тестова програма.

Розділ 1

Проектування підприємств із теплоенергетичним устаткуванням

 

Проектування об’єктів

Теплоенергетичного призначення

Оскільки розробка проектів промислових підприємств, на яких встановлено теплоенергетичне устаткування, пов’язана з виконанням будівельних і монтажних робіт, то для виготовлення відповідної проектної документації використовуються Державні будівельні норми (ДБН) України та Система проектної документації будівництва (СПДБ).

Використання типових проектів

 

Зменшити витрати на проектні роботи можна шляхом використання типових проектів. У цьому випадку для об’єктів, будівництво яких намічено вести за типовими проектами, проектна організація видає замовнику повний комплект типових креслень, прив’язаних до конкретної площадки будівництва (з внесенням змін, спричинених умовами застосування проекту, і розроблення необхідних для цього креслень).

При проектуванні слід використовувати типові проекти і вузли споруд, а також допоміжних будівель котелень, що перебувають у числі діючих. Застосування скасованих типових проектів допускається протягом півроку після їх скасування, для об’єктів будівництво яких здійснюється наступного року після року скасування проекту.

У разі використання типових проектів допускається вносити в них зміни з метою підвищення економічної ефективності та зниження вартості будівництва.

При цьому в матеріалах прив’язування типового проекту наводяться обґрунтування внесених змін і порівняння техніко-економічних показників затвердженого та відкоригованого проектів.

Класифікація котелень

 

Котельні систем централізованого теплопостачання поділяються на:

а) районні;

б) квартальні;

в) групові;

г) котельні підприємств.

Районні – постачають тепло для всіх споживачів району житлової забудови, або промислового вузла і входять до складу підприємств об’єднаних котелень та теплових мереж.

Квартальні та групові – для теплопостачання споживачів при незначній густині теплових навантажень.

Котельні підприємства – це котельні, які входять до складу підприємства і служать для теплопостачання цього підприємства, їхніх житлових фондів, а також інших споживачів, передбачених схемою теплопостачання в порядку кооперування.

Залежно від характеру теплових навантажень районні котельні й котельні підприємств поділяються на:

а) промислові – гаряча вода або пара для технологічного теплопостачання;

б) опалювальні – гаряча вода або пара для опалення, гарячого водопостачання, вентиляції.

Квартальні та групові котельні здебільшого є опалювальні.

Котельні всіх типів класифікуються за такими ознаками:

1) тип котлів (парові, водогрійні, пароводогрійні);

2) вид палива (тверде, рідке, газоподібне);

3) за схемою відпуску тепла та видом теплоносія (пара, вода, повернення конденсату, без нього, відкрита, закрита);

4) за способом розміщення на генеральному плані (вбудовані, прибудовані, відокремлені);

5) за технологічною структурою (блочні, реблочні);

6) за компоновкою обладнання (закриті, напіввідкриті, відкриті);

7) за режимом роботи (базові, районні та пікові, які як правило працюють сумісно з ТЕЦ).

 

Компоновка котелень

 

Розміщення котельні на генеральному плані (генплані) котлоагрегатів та обладнання всередині самої котельні виконується відповідно до Правил Держтехнагляду та будівельних норм і правил (СНиП ІІ-35-76).

Котельні за розміщенням на генплані поділяються на:

- окремо стоячі;

- прибудовані до будівель іншого призначення;

- вбудовані в будівлі іншого призначення.

Як правило, водогрійні котельні з котлами, що нагрівають воду до температури більше 115 °С і парові котельні з тиском більше 0,07 МПа споруджуються у вигляді окремо стоячих будівель.

Від найближчих житлових і громадських будівель вони мають бути відокремлені озелененими санітарно-захисними зонами, які вибираються згідно СНиП ІІ-89-80 (25м – тверде паливо і газ, 20м – рідке паливо).

Котельні не повинні примикати до житлових і громадських будівель.

Примикання котелень до виробничих приміщень допускається при умові відокремлення їх протипожежною стіною з границею вогнестійкості не менш 4 год.

В середині виробничих приміщень, де відсутні вибухонебезпечні технологічні процеси, а також над і під ними допускається встановлення:

- прямоточних котлів продуктивністю кожного до 4 т/год;

- котлів у яких (де t – температура насиченої пари при робочому тиску, V_к – водяний об’єм котла, м³;

- водогрійних котлів теплопродуктивністю кожного не більш як 5,8 МВт (5 Гкал/год), що не мають барабанів.

У житлових і громадських будівлях дозволяється встановлювати парові котли з тиском менше 0,07 МПа і водогрійні з температурою води не вище 115°С.

За характером спорудження та компоновкою обладнання котельні поділяються на:

- закриті (у житлових масивах, та при температурі найхолоднішої п’ятиденки більше мінус 30°С);

- напіввідкриті – зовні розміщують димососи, дуттєві вентилятори, декарбонізатори та інше обладнання (будують при розрахунковій температурі повітря мінус 20 ÷ мінус 30°С);

- відкриті – в будівлях монтують лише щити управління, насоси і фільтри хімводоочистки (будують при розрахунковій температурі повітря менше мінус 20°С.

Будівлі повинні бути, як правило, каркасними, одноповерховими і повинні мати можливість розширення в торцевих напрямках (один тип котлів – один торець задіяний).

Практика проектування котелень показує, що найбільш раціональною компоновкою обладнання в приміщенні котельної є компоновка з паралельним розташуванням котлоагрегатів та допоміжного обладнання.

При виконанні креслень будівель і планів розміщення обладнання котелень слід керуватись стандартами проектної документації для будівництва (СПДБ), які доповнюють держстандарти ЄСКД.

Загальні положення СПДБ викладено в ДСТУ Б А.2.4-4-95.

 

Питання охорони праці в проектній документації

 

Основні вимоги до будинків і споруд для теплоенергетичних установок.

Промисловими будівлями називаються приміщення, в яких розміщується обладнання, призначене для виробництва і створення необхідних умов праці для обслуговуючого персоналу.

Промислові будівлі розділяють за призначенням на виробничі, допоміжні (електропідстанції, вентиляційні приміщення, лабораторії, склади і т. ін.) і обслуговуючі – побутові та адміністративно-конторські приміщення.

Згідно нормативних документів (СНиП та «Правил і норм техніки безпеки і промислової санітарії») всі підприємства розділяються за ступінню пожежної небезпеки на шість категорій (А, Б, В, Г, Д і Е).

До вибухонебезпечних відносять виробництва, де можуть виникати вибухонебезпечні суміші в об’ємі більшому 5% об’єму приміщення.

Категорія А – вибухопожежонебезпечні виробництва, де застосовують горючі гази та рідини з температурою спалаху пари до 28°С.

Категорія Б – такі, де застосовують горючі гази з нижньою межею вибухонебезпечності більше 10% до об’єму повітря, а також рідини з температурою спалаху пари 28-61°С.

Категорія В – вибухопожежонебезпечні виробництва в яких обробляються горючі речовини.

Категорія Г – виробництва, де негорючі речовини і матеріали знаходяться в гарячому або розплавленому стані і процеси обробки яких супроводжуються виділенням іскор, полум’я, променевого тепла.

Категорія Д – негорючі матеріали в холодному стані.

Категорія Е – вибухонебезпечні виробництва, в яких може бути тільки вибух, що не приводить до пожежі (балон із стисненим повітрям).

Будівлі для кожної категорії повинні будуватись із відповідних будівельних матеріалів.

Згідно ДБН В1.1-7-2002 будівельні матеріали і конструкції будівель поділяються на:

- ті, що згоряють;

- важкозгоряючі;

- незгоряючі.

Важкозгоряючі, це такі, що самостійно не горять і не розповсюджують горіння по поверхні (композиції із згоряючих і незгоряючих матеріалів).

При проектуванні будівель і споруд для пожежно-вибухонебезпечних виробництв потрібно уникати використання підвальних приміщень, де можуть накопичуватись гази та пари, важчі за повітря.

Вибухо-пожежнонебезпечні приміщення повинні бути відділені від приміщень з нормальними умовами цегляними або залізобетонними стінами.

Зовнішні огороджувальні конструкції будівель виробництв категорії А, Б, Е необхідно проектувати легкоскидними на випадок виникнення вибухової хвилі.

Площа цих конструкцій приймається для виробництв категорій А і Е > 0,065м², а для Б > 0,05м² на кожний м³ приміщення (сюди відносяться вікна, двері, обшивка стін із шиферу, листів алюмінію або кровельного заліза).

У вибухо-пожежнонебезпечних приміщеннях повинно бути не менше двох виходів для обслуговуючого персоналу.

Будівництво промислових будинків і споруд ведеться з окремних елементів в основному виконаних із бетону і стальної арматури.

Такими елементами є:

Каркаси, колони, стінові перегородки, перекриття, сходові марші, підкранові балки, естакади і т.ін.

Каркас промислової будівлі складається із несучих колон, які підтримують всі інші елементи будівлі і передають навантаження на фундамент.

Відстань між колонами в повздовжніх рядах називається кроком колон, який дорівнює 6м.

В залежності від призначення промислової будівлі відстань між осями колон в поперечному напрямку вибирається кратним 6 м і складає 6, 12, 18, 24 м і т.д. В промислових будівлях висоту одноповерхових приміщень приймають рівною 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,6; 14,4 та 18,6м.

При виконанні креслень в СПДБ кожній споруді надають самостійну систему позначень координаційних осей, які наносять тонкими штрихпунктирними лініями, позначають арабськими цифрами і великими літерами українського алфавіту (за винятком літер З, E, І, Ї, Й, О, Х, Ц, Ч, Щ, Ь) в кружках діаметром 6-12мм.

Цифрами позначають осі по стороні споруди з більшою кількістю осей.

Позначення осей, як правило, наносять по лівій і нижній стороні будинку і споруди.

Елементи, які відносяться до будівлі на кресленнях виконуються тоненькими лініями. Обладнання – жирними.

В приміщеннях, обладнаних мостовими кранами, висота від підлоги до головки підкранової рейки нормується в залежності від положення головки рейки:

Висота приміщення, м	Відмітка головки рейки, м
8,4	6,15
9,6	6,95
10,8	8,15
12,6	9,65

Вказані висоти ув’язуються з розмірами і конструктивними вимогами мостового крана.

При розміщенні теплоенергетичного устаткування у багатоповерхових будівлях, висоту першого поверху приймають рівною 7,2м, а наступні поверхи можуть мати висоту 3,6; 4,8; 6м в залежності від типу обладнання, яке буде монтуватись.

Залізобетонні каркаси виконують із збірних елементів, які виготовляються за типовими кресленнями. До переліку цих елементів відносять:

Колони – основні несучі елементи каркасу.

Фундаменти – будуються на природній основі ґрунту, або на штучній. Глибина закладки фундаменту повинна прийматись нижче рівня промерзання ґрунту на 0,2м. Значення допустимого тиску на ґрунт визначається в залежності від типу ґрунту і становить:

- пісок, тверді ґрунти – до 250Па;

- супсь, суглинок – до 200Па;

- глина – не більше 100Па.

Стіни каркасних будівель виконують із цегли, блоків і панелей, листових матеріалів. Діляться на зовнішні і внутрішні.

Цегла – 250´120 мм (стіни в ½ цегли (120 мм), одну цеглу (250 мм), і в 1½ цегли (250+130)).

Фундаментні балки кладуть між колонами на виступи основних фундаментів. На них споруджуються стіни.

Ригелі (обв’язувальні балки) застосовуються для спорудження стін, а також панелей міжповерхових перекриттів.

Ферми і несучи конструкції покриття будівель ставлять безпосередньо на головку колони.

Залізобетонні ферми при прольотах 12 і 18м виготовляють суцільними, а при більших прольотах – решітчастого типу. По верхньому поясу стропильних ферм кладуть прогони, по яких споруджують покрівлю.

Покрівля – залізобетонні плити із гідроізоляційним покриттям руберойдом. Промислові будівлі для парових котлів, печей, сушарок мають холодну покрівлю із хвилястого шиферу по дощатому настилу.

Сходи – діляться на основні, службові, аварійні і пожежні.

- основні – сполучення між поверхами;

- службові – обслуговування технологічного обладнання розташованого на різних відмітках;

- аварійні – приетажні для евакуації людей і встановлюються зовні будівель з вихідними площадками на кожному поверсі.

Вікна – площа 35-50% площі зовнішніх стін в промислових будівлях, площа вікон повинна бути на рівні 12-20% площі підлоги.

Ворота – виконують на 1-му поверсі для проїзду автотранспорту і транспортування обладнання при монтажних роботах і ремонтах (розміри 3´3, 3´4м)

Двері – призначені для входу і виходу людей на кожному поверсі в місцях сходових кліток, коридорів і вихідних сходів. В приміщеннях із вибухопожежно небезпечними установками і виробництвами двері виготовляються із неіскристого металу.

 

 

Устаткування

При розробці теплоенергетичного обладнання, яке буде виготовлятись на спеціальних машинобудівних заводах і яке потім буде монтуватись на будівельних майданчиках, при створенні конкретних технологічних ланцюгів, використовується в основному ЄСКД, яка є основною системою конструкторської документації, прийнятої в машинобудуванні.

Питання для самоконтролю

 

1. Навести склад проектної документації.

2. Основні вимоги до генерального плану підприємства.

3. Послідовність стадійного проектування.

4. Зміст завдання на проектування.

5. Навести склад проекту.

6. Навести склад робочої документації.

7. Переваги використання типових проектів.

8. Класифікація котелень.

9. Основні принципи компоновки котелень.

10. Документи, необхідні для реєстрації котлів.

11. Терміни технічного опосвідчення.

12. Класифікація теплових схем.

13. Вимоги до будинків і споруд.

14. Навести послідовність введення в експлуатацію теплоенергетичної установки.

15. Етапи розробки конструкторської документації.

Розділ 2

Вибір теплохолодоносіїв

 

Загальні вимоги

Відомо, що чиста вода по своїх теплофізичних параметрах має значну перевагу в порівнянні з багатьма рідинами, проте її робочий діапазон при нормальному тиску обмежується температурами від 0 до 100°С. Для використання води в якості холодоносія при температурі нижче 0°C потрібно додаткові присадки, які знижують температуру її замерзання.

У загальному випадку рідини, призначені для використання в якості таких присадок, повинні задовольняти наступним, іноді суперечливим, вимогам:

- мати об'ємну теплоємність, теплопровідність і в'язкість, близьку до води;

- добре розчинятися у воді;

- забезпечувати температуру замерзання мінус 60°C при мінімально можливих концентраціях;

- бути хімічно стійкими за заданих умов експлуатації;

- мати хімічну сумісність з матеріалами ущільнювачів, які використовуються;

- бути екологічно і біологічно безпечними;

- мати оптимальне співвідношення «ціна – якість».

Холодоносії на основі водних розчинів синтетичних рідин і мінерального масла можна умовно розділити за температурою замерзання на три групи.

1. Розчини неорганічних солей (хлорид натрію або хлорид кальцію). Ці класичні теплоносії мають добрі теплопровідні властивості, нетоксичні, дешеві і дозволяють досягти низьких температур замерзання при відносно малих концентраціях солей. Проте їх практичне застосування обмежується використанням в простих холодильних установках, оскільки вони корозійно-активні при використанні інгібіторів. Крім того, ці розчини погано переносять нагрівання в процесі експлуатації.

2. Теплоносії на основі спиртів (метанол і етанол) мають низькі температури замерзання, проте можливості їх використання обмежені низькими температурами кипіння, високою летючістю, а також токсичністю.

3. Теплоносії на основі моноетиленгліколю (МЕГ) або монопропіленгліколю (МПГ) при аналогічних температурах замерзання характеризуються малою летючістю і вищою температурою кипіння своїх водних розчинів. В порівнянні з теплоносіями на основі неорганічних солей, корозійна активність цих теплоносіїв значно менша, водні розчини гліколю можуть тривало працювати, наприклад в установках, які використовують сонячну енергію. Етиленгліколь має кращі теплопровідні властивості і значно дешевше за пропіленгліколь, але його істотним недоліком є токсичність. Тому в холодильних установках харчової промисловості використовується тільки нетоксичний пропіленгліколь. При виборі теплоносія для харчових технологічних установок особливої альтернативи практично не існувало: або ефективні (з точки зору передачі тепла) але корозійно-активні розчини неорганічних солей, або інертні гліколеві розчини з низькими теплопровідними властивостями.

З середини 90-х років стали використовуватися нові теплоносії на основі органічних солей. У 1994 році такий холодоносій – TYFOXIT 1.20 з робочим діапазоном температур до мінус 40°ЗС був заправлений в холодильну установку супермаркету Edeka 2000 в м.Хіндесхайме. Цей холодоносій є інгібіторним розчином ацетату калію, який використовується також при виробництві продуктів харчування в якості харчової добавки. Він має густину 1,2 г/см³, хороші теплофізичні властивості і низьку корозійну активність. Останніми роками холодоносій TYFOXIT в різних модифікаціях знайшов широке застосування в холодильних установках для харчової промисловості.

Подальшим кроком в цьому напрямі стало створення нешкідливих для людини холодоносіїв серії TYFOXIT F20-60 на основі форміату калію. Водні розчини форміату калію мають значно меншу в'язкість в порівнянні з ацетатом калію. Цифрами після торговельної марки TYFOXIT позначені нижні межі робочої температури. Деякі характерні властивості названих вище речовин, що входять до складу теплоносіїв, наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1

Порівняння властивостей речовин з низькою температурою замерзання з властивостями води

Найменування параметру	H20	Мета-нол	Етанол	МЕГ	МПГ	СаCl2	Ацетат калію	Форміат калію
Агрегатний стан	рід.	рід.	рід.	рід.	рід.	тв-дий	тв-дий	тв-ий
Густина, г/см^3	0,998	0,792	0,789	1,113	1,036	2,216	1,570	1,910
Температура плавлення, °С		-98	-115	-73	-44
Температура кипіння, °С
Температура спалаху, °С	відсут.					відсут.	відсут.	відсут.
Температура замерзання, °С:
у 30% розчині	-	-19	-15	-17	-14	-55	-20	-25
у 40% розчині	-	-30	-23	-26	-23	+11	-38	-40
Температура кипіння, °с:
у 30% розчині	-
у 40% розчині	-
Можливість застосування для охолодження продуктів	так	ні	так	ні	так	так	так	так

Теплофізичні і корозійні властивості

Теплотворна здатність речовини визначається її об'ємною теплоємністю, питомою теплопровідністю, а також динамічною в'язкістю. Нетоксичні теплоносії з нижньою робочою температурою мінус 40°С слабо відрізняючись по об'ємній теплоємності, сильно розрізняються по динамічній в'язкості. Відомо, що динамічна в'язкість впливає на характер течії рідини в теплообміннику і величину гідравлічного опору. Чим вона вища, тим більше має бути потужність насоса для прокачування холодоносія.

Холодоносії на основі водних розчинів відрізняються найбільшою корозійною активністю по відношенню до металів через великий вміст у воді кисню, іонів кальцію і хлориду. Для зниження активності холодоносіїв на основі гліколю і органічних солей розроблені спеціальні речовини - інгібітори, які вже містяться в необхідних концентраціях в наявних на ринку холодоносіях. У таблиці 2.2 наведені інгібітори, які використовуються в холодоносіях.

Таблиця 2.2

Інгібітори для холодоносіїв

Назва інгібітору	Захисна дія на метал
Бензотріазол/толіптріазол	Мідь, латунь, м'які припої
Бура	Сталь, сірий чавун
Карбонати	Сталь, сірий чавун
Алкасилікати	Алюміній

 

У холодильних установках вузли, агрегати і окремі деталі зроблені з різних металів (міді, латуні, нержавіючій сталі, чавуну або алюмінію). Проте поки не існує універсального способу боротьби з корозією, тому застосовують інгібіторний пакет. У таблиці 3.2 наведені широко використовувані інгібітори, їх захисна дія основана на утворенні тонкої плівки на поверхні металу.

При розробці антикорозійних складів слід враховувати їх взаємний вплив. Відомі випадки, коли при помилках в дозуванні позитивна дія інгібіторів була нейтралізована. Велике значення також мають екологічні властивості і показники токсичності.

Для контролю антикорозійних властивостей холодоносіїв існує багато стандартних способів. У Європі з цією метою використовується стандарт ASTMD-1384-97, розроблений для перевірки морозостійкості рідин в двигунах автомобілів.

 

Рекомендації по оптимальному застосуванню

Безаварійний термін служби холодильної установки залежить від корозійного стану її агрегатів і вузлів. Тому при проектуванні треба правильно підбирати матеріали агрегатів, з урахуванням холодоносія та інгібітору, точно витримуючи концентрацію останнього.

Незалежно від якості води, яка підмішується, для холодоносіїв TYFOCOR потрібний вміст інгібітору не менше 20-25 об'ємних відсотків (температура замерзання мінус 10°С).

Для холодоносія TYFOXIT слід витримувати концентрацію 60 об'ємних відсотків, а холодоносій TYFOXIT F29-60 не розбавляють. Не рекомендується змішувати різні холодоносії, оскільки можливі реакції між інгібіторами.

Корозійна активність залежить від умов експлуатації холодильної установки. Присутність кисню в холодоносії прискорює процеси корозії в металі. Тому потрібна висока герметичність магістралей із заправленими холодоносіями. Дотримання правил монтажу і вакуумування можуть звести концентрацію розчиненого в холодоносії кисню до нуля.

Зараз на ринку з'явилися екологічно і токсично-безпечні холодоносії для проміжних контурів охолодження на основі органічних солей. Вони мають підвищені теплофізичні властивості, зокрема корозійну стійкість. Нові холодоносії використовуються з усіма металами, які застосовуються в холодильному устаткуванні та в системах з проміжним охолодженням. Їх широке впровадження сприяє зменшенню шкідливої дії на довкілля.

Холодильних установок

 

Задача 2.1. Виконати тепловий розрахунок двоступеневої холодильної машини з однократним дроселюванням і неповним проміжним охолоджуванням, якщо її холодильна продуктивність =100 кВт; температура кипіння =213 К; температура конденсації =303 К; температура на вході в компресор I-ї ступені =233 К; робоче тіло - ; недорекуперація робочого тіла на виході із змійовика проміжної посудини =5 K.

Розрахунок

1. Відповідно до схеми і циклу холодильної машини, які зображені на рис.2.16 за діаграмою або за таблицями з додатків [7] визначають параметри характерних точок (табл. 2.4).

Рис. 2.16. Схема і цикли двоступеневої холодильної машини з однократним дроселюванням і неповним проміжним охолоджуванням

Таблиця 2.4

Параметри характерних точок

Параметри	Точки
p, МПа	0,0218	0,16	0,16	0,16	1,169	1,169
T, K
h, кДж/кг				1444,6
υ, м^3/кг	4,75	-	-	0,86	-	-

 

Параметри	Точки
p, МПа	0,16	0,16	0,16	0,169	0,16
T, K
h, кДж/кг
υ, м^3/кг	-	-	-	-	-

 

2. Проміжний тиск розраховуємо за рівнянням

МПа.

3. Масова витрата робочого тіла в I ступені

кг/с.

4. Масова витрата робочого тіла в IІ ступені

кг/с.

5. Ентальпія робочого тіла на вході у компресор II ступені

6. Ізоентропна потужність компресорів I і II ступені:

кВт,

кВт.

7. Дійсна об'ємна продуктивність компресорів I і II ступені:

/ с,

/ с.

8. Теоретичний холодильний коефіцієнт:

 

Задача 2.2. Виконати тепловий розрахунок каскадної холодильної машини, якщо її холодопродуктивність =10 кВт; температура кипіння у нижній гілці каскаду =193 К; температура конденсації у верхній гілці каскаду =303 К; робоче тіло нижньої гілки каскаду - , верхньої - .

 

Розрахунок

1. У нижній і верхній гілках каскаду одноступеневі машини (див. рис. 2.17). Температуру конденсації робочого тіла в нижній гілці каскаду і температуру кипіння робочого тіла у верхній гілці каскаду вибирають з умови рівності ступені підвищення тиску в компресорах в нижній і верхній гілках каскадів, і різниця температур К. Параметри характерних точок визначають за таблицями станів робочого тіла [7] (таблиця. 2.5).