实例是一座年产5万吨啤酒的工厂的配套冷冻站。供冷主要为： 啤酒发酵降温及其 他用途，其夏季最高冷负荷为880kW(56800kcal/h);麦芽汁冷却，其最高冷负荷为600kW (516000kcal/h)。当地夏季最高水温为20℃，夏季最高平均气温为32℃(干球)，湿球温度 为26℃。发酵及其他用冷采用-4℃的酒精水溶液作冷媒;麦芽汁冷却采用3～4℃的冰 水(酿造用水)。
13.5.2.1 制冷工况的确定
制冷机的制冷量和所消耗的功率与制冷机的工作状况(工况)有关。在满足生产工艺 要求的前提下，应尽量提高蒸发温度te、降低冷凝温度tK，从而提高制冷量和降低能耗。
(1) 蒸发温度
① 制取-4℃冷媒的壳管式蒸发器(编号A-03)
蒸发温度te＝t2-(2～4)℃
因酒精水溶液冷媒温度t2＝-4℃
故
te＝-4-4=-8 (℃)
②制取3～4℃冰水的壳管式蒸发器(编号A-02)
蒸发温度te＝t2-(2～4)℃
因冰水冷媒温度t2＝3～4℃
故 te＝3-4=-1 (℃)
(2)冷凝温度tK 设计选用蒸发式冷凝器，其冷凝温度
tK＝tw+(8～15) (℃)
因为当地空气湿球温度tw＝26℃
故
tK＝26+10=36 (℃)
| 蒸 发 温 度 te | 冷凝温度tK | |
| A-02蒸发器 | A-03蒸发器 | 36℃ |
| -1～-2℃ | -8～-10℃ | |
13.5.2.2 制冷循环方式设计
设计的制冷系统按两种工况运行。因此，制冷压缩机分成两组，各自按设定的工况 运行，管路设计时能使压缩机互换使用。相应蒸发器和氨液分离器也分为两组。压缩 后的排气、经冷凝器到调节站为止的设施是两工况共用。整体设计方案如图13-38 所示。
图 13-38 制冷循环整体设计方案
13.5.2.3 主设备的选择
(1) 制冷压缩机的选择
① 按蒸发温度为-2℃工况的机组： 最大冷负荷为600kW(516000kcal/h)，设计选 择170系列的氨制冷压缩机。根据大连冷冻机厂提供的8AS17型性能曲线，按设计工况 (tK＝36℃，te＝-2℃)，制冷量为830kW，折算为6缸的6AW17机组的制冷量为623kW (535780kcal/h)，其数值与要求的数值接近且合理，故选用此一台6AW17的制冷压缩机， 其功率为132kW。
② 按蒸发温度为-10℃工况的机组： 根据设计工况(tK＝36℃，te＝-10℃)，按上 述同样方法，选用两台6AW17制冷压缩机组，每一台的制冷量为450kW(387000kcal/h)。
以上两项合计，共选同型号制冷压缩机组共3台。为使生产连续正常运行，设计时考 虑增加一台机组备用。
(2)蒸发式冷凝器的选择 蒸发式冷凝器具有结构紧凑，冷凝、水冷却合一，节水、节 能等优点。本设计选用上海益美高制冷设备公司生产的蒸发式冷凝器。根据该公司提供 的有关机组选择的程序：
① 计算制冷系统的总排热量： 其值等于蒸发器负荷(制冷)与压缩机马达消耗功率 之和。总排热量QK按已选好的不同工况的两制冷机组合计为：
QK＝(两工况组的制冷量相加)+(两组共三台压缩机电机功率之和)
=(600+880)+(132×3)
＝1876 (kW)
② 修正总排热量： 根据冷凝温度tK＝36℃，湿球温度tw＝26℃，查得排热系数η= 1.39。然后对QK进行修正，修正后的总热负荷QK*＝1876kW×1.39=2607.6kW。
③ 选择冷凝器： 按该公司提供的资料，根据修正总热负荷，选择ATC-370蒸发式 冷凝器两台，即能满足设计的要求。配套的冷却水循环喷淋量为360m3/h。
(3) 蒸发器的选择
①制取3～4℃冰水用的氨蒸发器： 计算所需的换热面积：
已知： 冷负荷Q为600000W;传热系数K按表13-4查得为500W/(m2·K);水初 温为20℃;终温为4℃;蒸发温度为-2℃。
表13-4 制冷冷凝器的传热系数K和面积热流量φ值
| 型 式 | 传热系数K/[W/(m2·K)]
[kcal/(m2·℃·h)] |
面积热流量φ/[W/m2]
[kcal/(m2·h)] |
使用条件 | |
| 氨冷凝器 | 立式壳管
冷凝器 |
700～800
(600～688) |
3500～4500
(3000～3870) |
单位面积冷却水量1～
1.7m3/(m2·h) |
| 卧式壳管
冷凝器 |
700～900
(600～770) |
3500～4600
(3000～4000) |
单位面积冷却水量为0.5～
0.9m3/(m2·h) |
|
| 蒸发式冷
凝器 |
580～700
(500～600) |
单位面积循环水量0.12～
0.16m3/(m2·h)，单位面积 需要通风量300～340m3/ (m2·h)，新鲜水按循环水量 5%～10%计 |
||
| 氟利昂冷
凝器 (R12、 R22) |
卧式壳管
冷凝器(肋管) |
870～930
(750～800) |
4650～5230
(4000～4500) |
水流速为1.7～2.5m/s
平均传热温差5～7℃ |
| 套管式冷
凝器 |
1100
(950) |
3500～4000
(3000～3500) |
水的流速为1～2m/s | |
| 风冷式冷
凝器 |
24～30
(20～25) |
230～290
(200～250) |
空气迎面风速为2～3m/s，
平均传热温差8～12℃ |
|
计算对数平均温差
最后算得换热面积
选择天津津港金属制品公司生产的卧式氨蒸发器FW-1(A=100m2)一台。
② 制取-4℃酒精水溶液的氨蒸发器
工艺数据：冷负荷Q=880kW，冷媒初温1℃，终温t2＝-4℃，氨蒸发温度te＝-10℃
按上述方法计算△tm＝8.25℃
故选取FW-1型蒸发器两台。
13.5.2.4 辅助设备的计算和选用
(1)贮氨罐容积计算
按下式计算：
(13-30)
式中 V–贮氨罐容积，L
G–氨液循环量，kg/h
v′–氨液比体积，L/kg
β–液氨充满度
1/2–是有量纲的计算系数，其单位为小时，说明有半小时的缓冲作用
本制冷系统的最大制冷量为880kW+600kW=1480kW，在已知工况下的氨平均气 化热为r=1280kJ/kg，故G=1480kW/1280kJ/kg=4162.5kg/h。
另外，在冷凝温度下氨的比体积v′=1.707L/kg，液氨的充满度一般取β=0.8，故
设计选用ZA-3.0贮氨罐两台，每台容积为3.0m3。
(2)其他附属设备的选择 制冷系统的附属设备除贮氨罐外还有油分离器、氨液分 离器、空气分离器、集油器、紧急泄氨器等，参考大连冷冻机厂提供的样本，按机组配套选 用。所选择的设备型号如表13-10所示。
年产5万t啤酒厂配套的氨制冷站制冷工艺流程图如图13-39所示。
图13-39 年产5万t啤酒厂配套的氨制冷站制冷工艺流程图
表13-10 年产5万t啤酒厂冷冻站设备清单
| 编 号 | 名 称 | 规格 型 号 | 数 量 |
| A-01 | 制冷压缩机 | 6AW17，384kW | 4 |
| A-02 | 氨蒸发器 | FW-I(不锈钢) | 1 |
| A-03 | 氨蒸发器 | FW-I(碳钢) | 2 |
| A-04 | 氨液分离器 | AF-125 | 3 |
| A-05 | 氨分配器 | 自 制 | 1 |
| A-06 | 贮氨罐 | ZA-3.0 | 2 |
| A-07 | 集油器 | JY-300 | 2 |
| A-08 | 紧急泄氨器 | XA-100 | 1 |
| A-09 | 酿造水罐 | V=100m3 | 1 |
| A-10 | 冰水罐 | V=100m3 | 1 |
| A-11 | 冷媒贮罐 | V=100m3 | 1 |
| A-12 | 冷媒贮罐 | V=100m3 | 1 |
| A-13 | 泵(制冰水用) | IS80-65-160 | 1 |
| A-14 | 泵(热交换用) | IS125-100-315 | 3 |
| A-15 | 泵(供冷用) | IS125-100-315 | 2 |
| A-16 | 泵(供冷用) | IS125-100-315 | 3 |
| A-17 | 空气分离器 | KF-32 | 1 |
| A-18 | 油分离器 | YF-100 | 2 |
| A-19 | 蒸发式冷凝器 | ATC-370 | 2 |