CH4 管道设计本章主要内容：u氨制冷系统的管道设计对冷剂管系、冷媒管系及冷却水管系进行水力计算、尺寸确定、管道敷设、管道保温计算等4.1 氨制冷系统的管道设计l管材的选用 l管道的一般要求（坡度、热补偿、加固） l管道的计算 l管道和设备的保温计算4.1.1 氨制冷系统管材选用p氨管一律采用无缝钢管，不得采用铜管或其他有色金属管，内壁不得镀锌；p盐水管（CaCl2、NaCl溶液）多用焊接钢管，也可用无缝钢管；p冷却水管一般用镀锌钢管；p润滑油管按冷剂管选材• 纯氨对钢铁不起腐蚀作用，但对锌、铜及其铜合金（磷青铜除外）有腐蚀作用• 氨管采用无缝钢管的原因：承压能力高（1.6~32MPa），密封性好，可杜绝氨渗漏4.1.1 氟利昂制冷系统管材选用p氟利昂管采用无缝钢管或紫铜（铜合金，减轻镀铜现象）管；管内壁不得镀锌；一般公称直径在25mm以下宜用紫铜管；不得采用铝镁管（对镁及含镁量超过2%的铝镁合金有腐蚀作用）p盐水管、冷却水管、润滑油管同上• 水分：有水分存在时，会加剧对金属的腐蚀，氨与氟利昂皆如此• 镀铜的危害：会破坏轴封处的密封；• 镀铜现象的减缓措施：随系统中水分增加和温度升高而加剧；故减轻或防止镀铜的方法是设干燥器，使用与氟利昂制冷剂有良好热化学稳定性的L-DRB级全封闭冷冻机油。
• 管材选用要点：• 制冷剂的特性（安全性、与水溶解性、与润滑油溶解性、对金属的腐蚀性、对塑料的腐蚀性）• 管材的承压能力、导热性、经济性等4.1.2 氨制冷系统管道要求p管道坡度 p管道热补偿 p管道加固4.1.2 氨制冷系统管道要求系统管道坡度及方向4.1.2 氨制冷系统管道要求p管道坡度及坡向的原则：方便氨与润滑油的分离p对于氟利昂系统，管道坡向原则则是方便系统回油4.1.2 氨制冷系统管道要求p管道热补偿（原因、计算、装置）Ø原因：由于工作温度与安装时的温度不同，管道必然会产生热胀冷缩，为防止管道由于热应力被破坏，应设计管道补偿装置管道热应力产生原因• 热胀受限：管道热胀时，受各种支架及其所连接设备的约束，不能随温度变化而自由伸缩，将产生热应力• 温度不均：轴向及管内外存在温度梯度，也将产生热应力4.1.2 氨制冷系统管道要求p管道热补偿Ø计算：伸缩值与管材、温差及管长有关℃℃4.1.2 氨制冷系统管道要求p管道热补偿装置Ø形式：自然补偿装置与伸缩弯补偿器；Ø设置条件：低压直管段≤ 100m，高压直管段≤ 50m，宜选用自然管道补偿装置；否则，宜选用伸缩弯补偿器管道热应力的计算管道热应力的计算L型自然补偿Z型自然补偿伸缩弯弯曲半径的确定4.1.2 氨制冷系统管道要求p管道加固 Ø原因：制冷系统管道，因气流脉动会产生振 动，为防止管道开裂造成泄漏，所有管道必 须设置支架和吊架固定牢靠，不得有振动现 象。
Ø最大间距：水平制冷管道支吊架的最大间距 ，应依据管道强度和刚度计算结果确定，并 取两者中的较小值作为支吊架的间距• 强度计算：管道在工作状态下，由内压和持续外载产生的轴向应力之和，不应大于钢材在计算温度下的基本许用应力值• 强度要求：管道不能受垂直作用力过大而破坏• 刚度计算：管道在一定跨距下总有一定的挠度，根据对挠度的限制而确定支吊架的允许间距，称为按刚度计算• 刚度要求：管道不能因变形而达不到坡度的要求，造成积液Ø正常间距：为最大间距的0.8；Ø管道净高：通过人行道时，管道下缘与道面之间的净距离≥3m；通过车行道时，净距离≥4.5m；低支架净距离≥0.3~0.8m.4.1.3 氨制冷系统管道计算p管道阻力 p管径 通过水力计算确定，有公式法和图表法p管壁厚度 取决于管材、管径及工作压力管径确定程序• 科学确定管径程序： 阻力较小大管径 造价较低小管径• 最佳经济管径：系统使用寿命周期里，工 质流阻带来的电耗费用与管材成本之和为 最小的管径 • 因价格在变，故最佳经济管径也在变，属 于动态管径管径确定程序• 为简化计算，通常采用限定流阻法来确定管径：将流阻产生的能耗限定为系统能耗的1%~4%，从而限定了压降，限定了流速，以此来确定管径。
4.1.3.1 氨管管道阻力计算l单相流体的阻力计算l两相流体的阻力计算4.1.3.1 氨管管道阻力计算l单相流体的阻力计算由摩擦（沿程）阻力和局部阻力组成摩擦阻力计算相对 粗糙 度制冷剂在管道中的流态一般在紊流光滑区和紊流粗糙管过渡区紊流光滑区可供选择的计算公式：紊流过渡区可供选择的计算公式：局部阻力计算把局部阻力造成的压力降折算成流体在 某一长度直管上的摩擦压力降各种管件的当量长度系数n单相流体的总阻力两相流体的阻力计算Ø管路中气体和液体共存流动的流体称为两 相流体； Ø节流阀后液管中的流体、蒸发器中的流体 、氨泵供液系统中回气管中的流体均为两 相流体； Ø两相流体的流动阻力既大于纯液体，也大 于纯气体两相流体的阻力计算Ø阻力计算根据管路与外界是否有热交换分别采用不同方法；Ø流动过程中与外界没有热交换，气、液比例不变（节流阀后管及回气管），制冷剂在管内的流动阻力为：两相流体的阻力计算Ø流动过程中与外界不断有热交换，气、液比例沿程变化，如蒸发器内，冷剂干度不断增大，冷剂泵流量不变，冷剂流速则会增大这种因比容增大引起流速增大而使得冷剂在管内流动阻力增大的部分称为加速压力降：两相流体的阻力计算Ø无热交换流态，采用全液折算法计算阻力。
两相流体的阻力计算Ø热交换流态，阻力多了加速压力降4.1.3.2 氨管管径计算管径计算有公式法及图表法，公式法步骤为 ： （1）根据允许流速，计算管道内径dn；氨制冷管道内的允许流速氨制冷管道内的允许压力降4.1.3.2 氨管管径计算管径计算步骤：（2）计算dn对应的阻力ΔP，并与允许压力降[ΔP]进行比较；（3）沿着使ΔP 与[ΔP]差值减小的方向修正dn；（4）重复步骤（2）、（3），直至误差在工程允许的范围内4.1.3.2 氨管管径计算p图表法确定管径： • 在制冷剂种类、流动工况已知的情况下， 压力降只是内径、管长及流量的函数，即• 而流量与制冷量是一一对应的关系，故有p图表法确定管径：• 将各种管道的允许压力降带入上式，即可得出内径、管长及制冷量三者之间的关系，据此绘成图表，便可方便确定管径4.1.3.2 氨管管径计算辅助管的管径选择根 据 经 验 确 定4.1.3.3 氨管管壁厚度计算l管道壁厚取决于工作压力、管径及管材的应力，可按下式计算最小壁厚：l因制冷系统的工作压力并不很高，故管道的壁厚一般都满足要求，不需另行计算4.1.4 管道和设备保温计算• 保温的目的： 减少冷量损失、回气过热；防止管壁表面 结露结霜； • 需要包保温层的管道和设备： 在蒸发压力下工作的管道和设备，均应包 保温层：融霜用的热氨管和排液管；库房 的氨管、水管；氨液分离器、低压循环桶 、排液桶等。
4.1.4 管道和设备保温计算• 保温层厚度计算原则：保温层厚度能保证保温层外表面不结露与其他两项相比，较小，可忽略 由上述两式可得：• t2取夏季空调日平均温度；• t3比夏季空调日平均温度对应的露点温度高2 ℃。