Проектирование холодильной установки с конденсаторами воздушного охлаждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование холодильной установки с конденсаторами воздушного охлаждения

Применяемая программа по проектированию холодильных установок позволяет провести полностью автоматизированное оптимальное проектирование крупных компрессорных холодильных установок рассольного хладоснабжения с конденсаторами воздушного охлаждения (КВО) и компрессорами поршневого типа. Расчетная схема таких установок представлена на рис. 1.

Особенностью данной схемы является возможность работы установки в зимний период с отключением компрессора, то есть выработка холода в этот период производится путем естественной циркуляции хладагента.

Решение задачи оптимального проектирования такой установки базируется на анализе возможных вариантов, сравнительные характеристики которых формируются с помощью математической модели холодильной установки.

Математическое описание представлено в виде системы нелинейных алгебраических и трансцендентных уравнений с ограничениями. Решение задачи поиска функции цели базируется на методе скользящего допуска. Математическая модель построена по иерархическому принципу.

компрессор поршневой холодильный конденсатор

Рис. 1. Расчетная схема холодильной установки с конденсатором воздушного охлаждения: 1 - компрессор; 2 - фильтр; 3 - трубопровод всасывающий; 4 - задвижка; 5 - испаритель; 6 - вентиль регулирующий; 7 - трубопровод жидкостной; 8 - конденсатор воздушного охлаждения; 9 - трубопровод нагнетательный; 10 - клапан обратный

Схема связей отдельных модулей представлена на pиc. 2.

Структура программы имеет три основные подсистемы:

· первая предусматривает оценку работоспособности схемы с учетом использования естественно-циркуляционного контура в зимний период, проведение проектного расчета на данном шаге по параметрам оптимизации и анализ условий перехода на режим естественной циркуляции в течение года;

· вторая реализует проверочный расчет установки с компрессором с оценкой положения регулирующих устройств и угла установки лопастей вентилятора КВО;

· третья реализует проверочный расчет установки в режиме работы без компримирования, с определением необходимого угла установки лопастей вентилятора.

Рис. 2. Структурная схема математической модели холодильной установки

В основу положен модульный принцип построения программ, причем модулями служат вычислительные блоки. Работа вычислительных блоков организуется управляющей программой. В программе используются модули расчета испарителя кожухотрубного типа, конденсатора с воздушным охлаждением, трубопровода, расчета холодильного цикла с использованием компрессора объемного действия и др. Все модули предназначены для выполнения проектных и проверочных расчетов в соответствии с требованиями, предъявляемыми к программам для САПР предприятий нефтехимии и нефтеперерабатывающей промышленности.

В качестве параметров оптимизации на расчетном режиме выбраны следующие:

1. Минимальная разность температур в испарителе ?tmin,ис и скорость хладоносителя ?. Оба параметра оказывают влияние на изменение приведенных затрат на испаритель и рассольный насос, обуславливают выбор марки испарителя и числа ходов по рассолу в проектном варианте.

2. Минимальная разность температур ?tmin,кон и отношение максимальной к минимальной разности температур в конденсаторе (?tmax/?tmin)кон. Эти параметры оказывают влияние на изменение приведенных затрат на конденсатор воздушного охлаждения и компрессор, обуславливают выбор марки конденсатора в проектном варианте, определяют величину эксплуатационных затрат на компрессор и конденсатор.

3. Падение давлений во всасывающем ?Pи-км и нагнетательном ?Pкм-к трубопроводах в режиме естественной циркуляции (ЕЦ) хладагента. Эти параметры определяют величину капиталовложений на трубопроводы, определяют условия перехода на режим ЕЦ, оказывая влияние тем самым на величину энергетических затрат.

Диаметр опускного трубопровода выбирается исходя из условий работоспособности системы в режиме ЕЦ, при имеющемся превышении конденсатора над испарителем h. Рассматривая случай максимально возможного использования давления столба жидкости, с учетом гидродинамического равновесия системы получаем

1

Можно отметить, что на диапазон изменения величин падения давления на всасывании и на нагнетании наложены ограничения по максимально возможному значению диаметров труб по ГОСТ. Если падение давления в жидкостной линия, вычисленное из (1), отрицательно или настолько мало, что необходимый диаметр условного прохода регулирующего клапана выходит за ограничения ГОСТ (dymax = 300 мм), вариант оценивается как не обеспечивающий режим ЕЦ по заданному расположению оборудования. В этом случае производится проверка по граничным, минимально возможным значениям ?Pи-км и ?Pкм-к, определенным из условия установки труб с максимальным диаметром. Если и в этом случае dy регулирующего клапана выходит за пределы ГОСТ, программа выводит информацию о целесообразности увеличения h. В случае, если это невозможно, вариант использования ЕЦ не рассматривается.

Таким образом, диаметр опускного трубопровода выбирается по ?P (уравнение 1) и подлежит оптимизации лишь косвенно - через ?Pи-км и ?Pкм-к.

Величины ?tmin,ис , ?tmin,кон, (?tmax/?tmin)кон, ?Pи-км и ?Pкм-к обуславливают выбор марки компрессора на расчетном режиме.

В качестве критерия оптимизации принята сумма всех приведенных затрат с учетом оптимальной эксплуатации установки в течение года. В общем виде критерий оптимизации можно представить в виде

2

где Тi - срок окупаемости отдельного элемента системы;

Ki - капитальные затраты на отдельный элемент;

Эij - эксплуатационные расходы по отдельному элементу системы за j-й отрезок времени, в течение которого характеристики системы принимаются постоянными.

В данной САПР реализован следующий порядок расчета холодильной установки:

1. Задается диапазон изменения текущей температуры наружного воздуха, от максимально до минимально возможной с шагом ?Т. В каждой точке текущей температуры tbi задается её длительность в часах в течение года ?.

2. При заданных в первом приближении параметрах оптимизации ?tmin,ис , ?tmin,кон, (?tmax/?tmin)кон, ?Pи-км и ?Pкм-к производится проектный расчет холодильной установки с выбором из ГОСТ поверхности и марки теплообменных аппаратов, компрессора, диаметров труб.

3. С учетом выбранного оборудования при максимально возможном расходе воздуха через КВО определяется точка перехода работы холодильной установки на режим без компримирования хладагента, то есть определяется температура tпер. При этом принято, что поскольку поверхность испарителя уже выбрана, температура кипения в испарителе есть величина постоянная в режиме эксплуатации.

Необходимый расход хладагента Ga, обеспечивающий заданную холодопроизводительность установки Qo, в режиме ЕЦ определяется по выражению

3

где ro - удельная теплота парообразования.

При вычисленном таким образом расходе и заданной текущей температуре наружного воздуха производится проверочный расчет системы всасывающий трубопровод - нагнетательный трубопровод - конденсатор с проверкой на полную конденсацию хладагента в КВО. Начальная текущая температура наружного воздуха принимается равной температуре кипения и в случае неполной конденсации убывает с шагом ?Т.

4. В каждой точке интервала текущих температур tbi наружного воздуха производится проверочный расчет установки по одному из следующих вариантов:

а) tbi > tпер

Производится проверочный расчет системы «всасывающий трубопровод - компрессор - нагнетательный трубопровод - конденсатор» с оптимизацией на каждом шаге по tbi температуры конденсации tк (используется метод "золотого сечения"). Жидкостной трубопровод и испаритель при этом не рассматриваются, так как они не оказывают влияния на изменяемую часть приведенных затрат Эi на каждом шаге по текущей температуре tbi;

б) tbi tпер

Производится проверочный расчет системы «всасывающий трубопровод - нагнетательный трубопровод - конденсатор» с вычислением на каждом шаге по tbi переменной части приведенных затрат Эi. Система «опускной трубопровод - испаритель - компрессор» не рассматривается по тем же причинам, что и в пункте а. На каждом шаге по tbi вычисляются необходимый расход воздуха и соответствующий ему угол установки лопастей вентилятора.

5. Определяется функция цели - суммарные приведенные затраты при оптимальной эксплуатации установки в течение года:

4

где m - число интервалов температур tbi;

А - постоянная часть приведенных затрат, определяемая текущими параметрами оптимизации, руб/год.

6. С помощью процедуры поиска минимума функции Е определяются оптимальные значения параметров оптимизации ?tmin,ис , ?tmin,кон, (?tmax/?tmin)кон, ?Pи-км и ?Pкм-к (используется метод скользящего допуска).

Размещено на Allbest.ru