(495) 984-74-92
(495) 226-51-87
info@xiron.ru
Telegram - Wa

Главная Контакты ПОДБОР ЧИЛЛЕРА Отзывы ХОЛОДИЛЬЩИКУ

Главная

Фиксированная стоимость насосной станции

В предыдущем примере условия работы насоса были изменены с 70 кг/с и 270 кПа на 43 кг/с и 297,6 кПа. Мощность насоса пропорциональна произведению расхода на напор. В первом случае это произведение равно 18 900, а во втором — только 12 797. Это указывает на то, что оптимальному режиму в контуре соответствует очень низкая производительность насоса.

Предположим, что насос еще не выбран, определена только его мощность. В предыдущем примере она была пропорциональна 18 900, и насос, по-видимому, был выбран с высокой производительностью при этой мощности. Сейчас мы могли бы одновременно изменять расход и напор насоса, рассчитывать конденсатор, как мы уже делали раньше. Затем, найдя новую комбинацию расхода и напора, можно подобрать насос с наибольшей производительностью при этих рабочих условиях. Рис. 22 аналогичен рисунку 20, но характеристическая кривая заменена гиперболой, которая является кривой постоянной мощности насоса.

Пример 2

Как и раньше, выполним несколько расчетов для различных перепадов давлений. Результаты приведены в таблице 6.

Из этих расчетов следует, что рабочий режим с параметрами 70 кг/с и 270 кПа сменился на режим 48 кг/с и 393,7 кПа. Из всех существующих насосов можно выбрать такой, производительность которого была бы в точке 48/393,7 такой же высокой, как и в точке 70/270.

Выводы

Замечание 1! Уменьшение числа пластин со 182 до 102 (или 116, как в предыдущем примере) приводит к увеличению перепада давлений на стороне конденсата.

В нашем примере этот перепад не учитывался при оптимизации системы, поскольку давление на выходе из конденсатора очень слабо влияет на работу терморегулирующего вентиля. Вряд ли он отреагирует на снижение входного давления с 15,4 до 15,2 бар. Снижение температуры конденсации и влияние средней разности температур учитывается при расчете режима работы ПТО.

Замечание 2! Когда на первичной стороне теплообменника находится жидкость, то при оптимизации системы должно учитываться падение давления. Лучше всего это можно сделать, задавая предельный перепад давлений. При необходимости для оптимизации можно провести расчеты для нескольких уровней.

Замечание 3! Выше был получен удивительный результат. Некоторые инженеры стали бы возражать против используемых для расчета теплообменника параметров 70 кг/с и 35 кПа. Большинство инженеров были бы против такого высокого перепада давлений, как в варианте 48 кг/с и 225 кПа, хотя в обоих случаях полная мощность насоса одна и та же.

Замечание 4! Если такую же оптимизацию выполнить для КТТО, то результат был бы совершенно другим, особенно, если оба теплоносителя являются жидкостями. В этом случае важным обстоятельством является малая разность температур. В наиболее распространенных КТТО — типа 2/1 — трудно нагреть охлаждающую жидкость до температуры, превышающей выходную температуру охлаждаемой среды; с увеличением температур производительность быстро падает.

С другой стороны, можно спроектировать КТТО для работы с большими объемами жидкости при сравнительно низких перепадах давлений.

Температурные режимы вида

ПВ 50 — 40°С МВ40 — 30°С
ПВ 50 — 35°С МВ 45 — 30°С

не представляли бы проблем для ПТО, но затруднительны при использовании КТТО, особенно второй режим, который практически невозможно реализовать в одном КТТО. Необходимо было бы последовательно соединить несколько теплообменников. Если бы мы стали оптимизировать указанные выше режимы по нашим правилам, то мы бы увидели следующее:

Чтобы использовать преимущества КТТО, необходимо обеспечить как можно больший перепад температур. Особенно важно, чтобы выходная температура охлаждающей среды была ниже выходной температуры охлаждаемой среды. Следовательно, необходимы большие расходы и малые перепады давлений.
При эксплуатации ПТО, как правило, не возникает проблем с большими значениями теплопередачи, но сложно сохранить перепад давлений при больших расходах. Следовательно, для таких теплообменников оптимальными будут малые расходы и большие перепады давлений.

"Добавить комментарий"

Готовая насосная станция подачи МВ

Из оборудования нам остается выбрать только ПТО, а из рабочих параметров необходимо определить расход МВ и значение перепада давлений в ПТО. Для определения лучшего ПТО мы проведем несколько расчетов для различных расходов МВ. Для каждого значения расхода МВ насос обеспечивает определенный полный напор, показанный на рис. 20. Здесь же показано падение давления в системе. Величину этого напора можно определить по рис. 20. На этом рисунке показаны и другие составляющие перепада давлений, имеющиеся в рассматриваемой системе. Обратите внимание, что и перепад давлений, и напор должны быть выражены в одинаковых единицах.

Напор, создаваемый насосом. Напор является движущей силой данного процесса. Полный напор обычно уменьшается с возрастанием подачи жидкости. Где-то на среднем участке кривой находится точка, соответствующая максимальной эффективности насоса, т.е. наименьшему потреблению электроэнергии. Характеристическая кривая изменяется при изменении диаметра и (или) скорости вращения рабочего колеса насоса. Гидростатический напор. Он определяется перепадом высот от входного патрубка насоса до верхней точки системы фрстат на рис. 19). Этот напор не зависит от расхода воды.

Трубы, клапаны, фильтры и т.д. Падение давления на всех участках системы, кроме ПТО. Как правило, оно является приблизительно квадратичной (немного меньше) функцией расхода.

ПТО. Располагаемое падение давления в ПТО получается при вычитании гидростатического давления и потерь в трубопроводе из полного напора. На рисунке показаны значения для двух расходов МВ. Перепад давлений в ПТО меняется от максимального значения при нулевом расходе до нуля, когда весь напор, создаваемый насосом, расходуется на преодоление гидростатического напора и сопротивления трубопровода.

Расчет площади ПТО в зависимости от расхода морской воды с ограничением допустимого перепада давлений дает график площадь-расход, подобный приведенному на рис. 6.

Эта кривая, наложенная на кривые напора и перепада давлений, приведена на рис. 21. Площадь стремится к бесконечности для малого и большого расходов МВ. Минимум определяется температурным режимом, как описано в п. 2.6. этой главы. Наибольшее значение расхода соответствует нулевому перепаду давлений в ПТО. Этим данная кривая отличается от приведенной на рис. 6, где площадь стремилась к бесконечности для бесконечного расхода.

Пример 1

Производительность = 1000 кВт. Запас по коэффициенту теплопередачи К = 10% Хладагент R22 перегрет до 73°С, конденсируется при 40°С Вода: расход 70 кг/с, нагрев от 32 до 35,4°С.

По характеристической кривой насоса (типичной) находим:
Напор насоса при 0 кг/с 320 кПа
40 кг/с 300 кПа
200 кг/с 0 кПа
При номинальной подаче — 70 кг/с
Напор (расчетный) 270 кПа
Гидростатический напор 100 кПа
Падение давления в трубопроводе 135 кПа
Остается для ПТО 35 кПа

Выбор оборудования для этого режима: A15BWFD, 182 пластины, 135 м2 Dр1/Dр2 = 0,73/34,6 кПа Запас: 10 + 20%

Чему равны минимальный и максимальный расходы?

Расход будет минимальным в том случае, если на рис. 18 кривая для воды касается кривой для пара именно в той точке, где заканчивается охлаждение перегретого пара и начинается конденсация. Из термодинамических таблиц находим, что скрытая теплота в данном случае составляет приблизительно 85% от полной нагрузки. То же самое справедливо и для водного контура. Когда температура воды достигает 40°С, что соответствует нулевому перепаду температур, воде передается 82% от полного количества теплоты, которое она получит в ПТО. Тогда

Полное изменение температуры воды: (40 — 32)/0,82 = 9,76 К Минимальный расход воды: 70 х (3,4/9,6) = 24,4 кг/с. Когда расход воды возрастает, то также возрастают и потери давления в трубопроводе, примерно в степени 1,8 от расхода. В то же время напор насоса уменьшается.

При расходе 77,3 кг/с получаем:
Напор насоса (интерполяция) 261,5 кПа
Трубопровод: 135 х (77,3/70)1,8 = 161,5 кПа
Гидростатическое давление: 100,0 кПа
Сумма гидростатического давления и потерь в трубопроводе равна 261,5 кПа = напору насоса.

Для этих двух расходов площадь стремится к бесконечности, но по разным причинам. При малом расходе — потому, что нет перепада температур, при большом расходе — потому, что нет перепада давлений. Этот вывод представлен на рис. 21. Получить значение минимальной площади можно методом подбора, например, как в таблице 5.

Вывод. Изменяя рабочие условия, мы можем уменьшить размеры ПТО. Расход воды уменьшится, а допустимый перепад давлений возрастет. Здесь важно, что этот результат получен для одного и того же насоса, следовательно, не меняются затраты на насосную станцию.

Заметим, что это не единственный способ оптимизации. При номинальном расходе воды конденсатор имеет избыточный коэффициент теплопередачи. Это можно было бы использовать для снижения температуры конденсации, следовательно, для уменьшения стоимости компрессора. Однако замена компрессора повлияет на всю систему. Поэтому такую оптимизацию, скорее всего, будет трудно осуществить.

"Добавить комментарий"

Что такое оптимизация SECOOL?

Контур состоит из насосов, труб, клапанов, фильтров, арматуры и т.п. и ПТО. Обсудим методы проектирования оптимальной системы, поскольку они демонстрируют свойства ПТО и могут быть применены не только к системам SECOOL, но и ко всем системам, в которых циркулирующая жидкость охлаждается или нагревается с помощью ПТо.

Чем больше стоимость системы (большие размеры ПТО, большой диаметр труб и клапанов и т.д.), тем меньше энергии потребляют насосы, и тем дешевле их эксплуатация. Полная оптимизация, как правило, приводит к тому, что самые низкие годовые издержки (амортизационные отчисления и эксплуатационные расходы) достигаются при высоких капитальных вложениях.

Обычный подход в инвестиционной политике заключается, как правило, в снижении начальных капитальных затрат. Это означает большие издержки на эксплуатацию и низкие капитальные вложения. Оптимизация SECOOL оставляет в стороне вопрос о соотношении капитальных и эксплуатационных затрат. Вместо этого ищется решение, как минимизировать капитальные затраты, особенно на ПТО, для заданных эксплуатационных издержек, независимо от их величины.

Рассмотрим систему, приведенную на рис. 19. Предположим, что определены все параметры — длина труб и их диаметр, фильтры, клапаны и т.д.— за исключением расхода морской воды (МВ), и, следовательно, размеров ПТО. Чем больше расход воды, тем больше СРТ и, вероятно, меньше размеры ПТО.

Расход в первичном контуре, как правило, будем считать фиксированным. Это относится как к расходу пресной воды, см. рис. 19, так и к расходу конденсирующегося пара, рис. 18. В некоторых случаях будем считать заданным перепад давлений.

Нужно выбрать еще один компонент — насосы для морской воды. Рассмотрим два случая:

Насосы уже установлены, и у нас есть характеристический график зависимости напора от расхода. Наша задача заключается в выборе точки на этом графике.
Определена только стоимость насосной системы. Она зависит от расхода и полного напора насосов, но эти параметры еще не выбраны. Мы можем задавать любую комбинацию расхода и полного напора при условии постоянства энергии, потребляемой насосами.

Кроме того, мы будем предполагать, что морская вода бесплатна, и единственными затратами являются затраты, связанные с работой насосов.

"Добавить комментарий"

Конденсаторы

Конденсаторы во многом похожи на однофазные ПТО с некоторыми важными отличиями. Обратимся к рис. 18. На рисунке изображен температурный режим конденсатора. Две прямые изображают входные температуры воды, одна относится к бесконечному расходу, другая — к режиму, в котором возникает нулевой перепад температур.

Имеет смысл исследовать только влияние расхода охлаждающей жидкости. Расход хладагента, как правило, нельзя изменить.
Для однофазных теплообменников существует минимальный расход, при котором выходная температура охлаждающей жидкости приближается к входной температуре охлаждаемой жидкости.

Точно так же существует минимальный расход воды для конденсатора. Однако этот минимальный расход определяется не конечной температурой, а нулевым перепадом температур, который возможен, когда перегретый пар охлажден до равновесного состояния и начинается конденсация.

К сожалению, режим с нулевым перепадом температур более труден для расчета, чем режим с определенной разностью конечных температур. Может случиться так, что конденсатор спроектирован с нулевым перепадом температур, т.е. температура охлаждающей стороны равна или выше температуры охлаждаемой стороны, что невозможно. Если не принимать в расчет трудности с определением минимального расхода, график зависимости площади от расхода выглядит примерно так же, как для теплообменника с жидкими теплоносителями.

"Добавить комментарий"

Испарители в чиллере

Расход хладагента не может быть изменен, можно изменять лишь параметры потока охлаждаемой среды. Можно было бы изменять расход воды, так чтобы входная температура оставалась постоянной, а выходная менялась. Однако при этом возникают некоторые проблемы, поскольку выходная температура является важной характеристикой холодильных систем, и ее не так просто изменить. Изменение входной температуры при сохранении выходной температуры лишено смысла. Режим системы кондиционирования не может быть изменен с расхода 1 л/с при перепаде температур с 12 до 7°С на расход 0,1 л/с при перепаде температур с 57 до 7°С.

Следовательно, нужно найти другое решение. В большинстве систем вода, выходящая из испарителя, охлаждает воздух в специальном воздухоохладителе. В воздухоохладителе потоки должны двигаться в поперечном направлении. Разность температур между воздухом и водой весьма велика. В таких системах самой важной величиной является средняя температура воды.

Такой воздухоохладитель работает более или менее одинаково, независимо от того, изменяется ли температура воды от 7 до 12°С, от 8 до 11°С или от 6 до 13°С. На рис. 17 изображен ряд температурных режимов. В обычном режиме температура изменяется от 12 до 7°С, и средняя температура равна 9,5°С. Минимальный расход воды соответствует температурному режиму 17 > 2°С, средняя температура, по-прежнему, равна 9,5°С. Испаритель в этом случае должен быть бесконечно большим. Максимальный (бесконечный) расход также соответствует бесконечно большому испарителю. Входная и выходная температуры в этом случае одинаковы и равны 9,5°С. График зависимости площади от расхода, когда расход изменяется от минимального значения до бесконечности, выглядит приблизительно так же, как для конденсатора или теплообменника с жидкими теплоносителями. Эти графики показаны на рис. 6.

Внимание! Если вода движется в теплообменнике в противотоке с охлаждаемой жидкостью, то самым важным параметром будет температура воды на входе из теплообменника. Мы вернемся к этому позже.