氨制冷設備的工藝選型

【摘 要】研究了氨制冷工藝在天然氣集輸過程中的模擬計算。通過對模擬計算過程的選擇和闡述為氨制冷工藝選型提供一種計算思路。

【關鍵詞】制冷設備；低溫分離；氨制冷

Ammonia refrigeration equipment， process selection

Yan Qi，Lu Shen-ping

(Xinjiang Petroleum Survey and Design Institute Karamay Xinjiang 834000)

【Abstract】Ammonia refrigeration technology in the process of gathering and transportation of natural gas in the simulation. Provide a calculation of thinking through the choice and elaboration of the simulation process for ammonia refrigeration technology selection.

【Key words】Refrigeration equipment;Low temperature separation;Ammonia Refrigeration

1 氨的特性

氨無色，具有強烈的刺激性氣味。氨的相對分子質量為17.03，標準沸點 ts =-33.35℃，凝固溫度tb =-77.7℃，臨界溫度tc =132.4℃，臨界壓力pc=11.52MPa，臨界比體積vc =3.0 m3/Kg，101.1KPa時飽和蒸氣的絕熱指數k=1.32，標準沸點時的氣化潛熱1370.8 kJ/Kg。

氨能與水以任意比例互溶，吸水性很強。與水溶解所形成的氨水溶液，在-50℃以上水不會析出凍結。

氨與脂類的溶解度很小。氨對鋅、銅以及除磷青銅外的銅合金有強烈的腐蝕作用，對含水的有機材料有破壞作用，對石墨、石棉玻璃等非金屬材料沒有腐蝕性。

氨蒸氣的電擊穿強度為31KV/cm，微量雜質（如灰塵、金屬屑粉、微小的碳屑）的存在、含水，在真空條件下，均會使電擊穿強度顯著下降。

氨可以用酚酞試紙或石蕊試紙來檢漏，酚酞試紙遇氨變為玫瑰紅色；石蕊試紙遇氨由紅色變為藍色。

在空氣中氨的容積濃度達到11%以上時可以點燃，容積濃度為16%～25% ，即質量密度11 g/m3～192 g/m3 時可爆，最大爆炸壓力442KPa，達到最大壓力的時間0.175s。如果系統中氨所分離的游離氫積累到一定密度，遇空氣會引起強烈爆炸。

2. 氨制冷工藝的原理（氨制冷工藝流程見圖1）

單級壓縮機制冷循環流程圖見圖2。

低壓液氨在氨蒸發器內由于吸收被冷卻物質的熱量而等壓蒸發為氣氨，被壓縮機吸入，經壓縮至冷凝壓力進入冷凝器內。高壓過熱的氣氨在冷凝氣內放出熱量后等壓冷卻冷凝為液氨，然后液氨經調節閥節流減壓至低壓復送至氨蒸發器內。如此循環往復，達到制冷目的。

過冷：在理論制冷循環中，飽和制冷劑在節流膨脹時會產生一定程度的閃蒸現象，使單位制冷量減少。為彌補這種損失，在實際循環中，進入節流閥前的制冷劑溫度往往低于冷凝壓力所對應的飽和溫度，屬于過冷液體。這樣的循環稱為過冷循環。過冷溫度一般為3~5℃。

過熱：從蒸發器出來的低溫蒸汽，進入壓縮機之前在吸氣管道中要吸收周圍環境的熱量熱，壓縮機吸氣溫度和比容都要大，這種情況叫蒸汽過熱。過熱溫度一般為3~7℃。

為使壓縮機吸氣系數不至于過低而過分降低壓縮機制冷能力及使壓縮機排出氣氨溫度低于150℃，通常規定單級壓縮機的最大壓縮比［壓縮機排出壓力（絕壓）與吸入壓力（絕壓）的比值］為8。當超過8時應考慮采用雙級壓縮制冷循環。單級壓縮制冷循環的最低蒸發溫度與冷凝溫度有關（見3圖）。由圖3看出，在冷凝溫度為20℃時，蒸發溫度可低至-30℃。單級循環制冷的流程和logP-i(壓力對數值與焓)關系見圖4。

3. 氨制冷工藝的計算

氨壓縮制冷循環的制冷能力系取決于循環系統中主要設備氨壓縮機的能力。

氨壓縮機制冷能力以壓縮機活塞實際排量(m3/h)與氨單位容積制冷能力(kcal/m3)的乘積表示，即：

qv——單位容積制冷能力（氨壓縮機在吸入狀態氣氨焓值與調節閥前液氨焓值之差）kcal/m3

式中V實 與一般活塞式壓縮機相似，以壓縮機理論排氣量（V理）與吸氣系數（λ）乘積表示。即：

V實=V理λ

式中 V理可由產品樣本性能表查得；λ與壓縮機大小、結構、壓縮比因素有關，由制造廠實測求得； qv 與壓縮機吸入口的溫度、壓力條件及調節閥前液氨壓力和溫度有關，其值（見圖5）為：

qv 值在制冷循環條件（指蒸發壓力，壓縮機吸入管路的壓力損失和過熱狀態，氨冷凝壓力和過冷狀態）已定的情況下可借logP-i關系圖由上式算出，但在計算氨壓縮機制冷能力時涉及吸氣系數值（λ），由于制造廠在產品說明書中不介紹壓縮機的吸氣系數值，故一般直接從制造廠提供的氨壓縮機性能圖（或表）查出在不同循環條件下壓縮機實際制冷能力。

氨壓縮機銘牌字冷能力指以下操作條件（稱標準工況）下的制冷能力，即：

3.1 氨壓縮機的實際操作條件，常遇到液氨過冷溫度和氣氨入壓縮機過熱溫度非為性能圖所規定的5℃，且氨壓縮機入口管道常有壓力損失，故壓縮機制冷能力不能由性能曲線直接查出，可參照壓——焓logP-i圖及下述公式計算壓縮機制冷能力。

設1~2~3~4為氨壓縮機性能圖所規定的使用條件（過冷和過熱均為5℃）見圖5中虛線所示。1'～ 2'～3'～4'或 1'～ 2'～3\"～4\"為實際選用的操作條件（即吸入狀態有過熱和壓力損失，液氨未經過冷或其他過冷溫度），見圖5中實線所示。求操作壓力下氨壓縮機制冷能力可用下式計算：

Q=Q機 i1'- i3'（或i3\"）i1-i3 v1v1' kcal/h*

式中：

Q機——氨壓縮機的制冷能力，根據氨蒸發溫度，冷凝溫度由性能曲線圖查出；

i，v——圖5中對應點處氨的焓值（kcal/Kg）和比容，m3/Kg；

i1 ，i3——較氨蒸發溫度高5℃和較液氨冷凝溫度低5℃的焓值（即壓縮機性能圖規定之參數條件）。

3.2 當選用的氨壓縮機查不到制造廠提供的特性曲線時，可借下試和圖計算高速氨壓縮機的產冷量和軸功率，誤差不大。

V理 ——壓縮機的理論排氣量（由產品樣本查得），m3/h。

Qv0——壓縮機單位理論排氣量的產冷能力，（可由圖6查得），kcal/m3

理論軸功率

N軸=N理Nve KW

式中 Nve——壓縮機的單位理論排氣量所需功率（可由圖6查得），kcal/m3

4. 小結

氨制冷工藝計算思路（見圖7）；

氨制冷的計算其實主要就是選氨壓縮機，選壓縮機的制冷能力和軸功率。

通過對氨制冷原理的闡述、工藝理論計算的推導和相應的實際計算，對氨制冷在天然氣集輸過程中的應用進行了較為系統的描述，從而為氨制冷工藝設計的選型提供了上述思路。

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參考文獻

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