1土木建筑學院課程設計說明書課程名稱特殊鑿井設計題目梁寶寺二號井主井井筒凍結制冷系統設計專業方向礦井建設班級2013設計人指導教師山東科技大學土木建筑學院2016年11月1日2課程設計任務書專業礦井建設班級2013學生姓名學號一、課程設計題目梁寶寺二號井主井井筒凍結制冷系統設計二、原始資料1、梁寶寺二號井主井井筒凍結設計概況三、設計應解決下列主要問題1、制冷方式選擇2、雙級壓縮制冷氨系統計算3、附屬設備計算4、冷卻水系統計算5、鹽水系統計算四、設計圖紙1、凍結站凍結制冷三大循環系統示意圖五、命題發出日期20161101設計應完成日期20161116設計指導人（簽章）日期年月日3指導教師對課程設計評語指導教師（簽章）日期年月日4目錄1、原始條件52、制冷方式選擇63、雙級壓縮制冷氨系統計算64、附屬設備計算175、冷卻水系統計算216、鹽水系統計算237、參考文獻2451、原始條件設梁寶寺二號井是肥城礦業集團在梁寶寺礦區規劃籌建的第二對礦井。礦井位于嘉祥縣境內，年設計生產能力15MT，采用立井開拓方式，布設主井、副井、風井三個井筒，其中主井井筒設計凈直徑50M，全深11005M井筒采用凍結法施工。主井井筒通過第四系地層厚度為14965M，通過第三系地層厚度為29966M。揭露二疊系地層24136M,頂部風化破碎帶1885M，其中強風化帶1081M，弱風化帶804M。風化帶強度極低，裂隙較發育，巖芯破碎。1采用一次凍結全深，三圈加防片孔凍結方案，凍結孔總數為95根，主井井筒凍結管散熱能力為222602564KJ/H，凍結管散熱系數取1080KJ/（M2H）。62設計層位的鹽水溫度30（氨的蒸發溫度35），凍結管的散熱系數1080KJ/M2H。3冷量損失系數1154冷卻水溫度25（氨的冷凝溫度35），5冷凍站只服務于一個井筒。6設計選用8AS25冷凍機，理論吸氣容積2800，標準制冷量為1162KW，轉數為600R/MIN，電動機功率480KW。7鹽水容重1270KG/，鹽水比熱270KJ/KG，供液管內鹽水允許流速15M/S。8冷凝器進出口水的溫差4。2、制冷方式的選擇已知主井井筒凍結管散熱能力為222602564KJ/H，為一個井筒服務時的冷凍站需冷量為Q1MCQT式中鹽水系統（包括冷凍站內外的低溫設備和管路）的冷量損CM失系數，此處取115。冷凍站需冷量為115222602564/H。KJ已知氨的蒸發溫度35，冷凝溫度為35。查表可得00950OPMPA，13765MPA，壓縮比/13765MPA/009504MPA14488。KPKP0壓縮機排氣口壓力大，溫度過高，有可能超過潤滑油的燃點，引起油碳化7或造成爆炸事故，所以采用雙極壓縮制冷。3、雙級壓縮制冷系數的計算（1）中間壓力的計算1）根據蒸發溫度和冷凝溫度查出相應的壓力按公式求得理想的中間壓力為03617MPA。查出溫度為KOZP376510941ZT5時，相應的壓力為03617MPA。假設另一中間溫度為5，（比理2Z想中間溫度高10）其相應的壓力為05259MPA。2ZP2）繪制理想和假設的串聯雙級壓縮制冷熱力循環圖11，求得各狀態下氨的熱力參數。熱力參數計算結果見表11。雙級壓縮制冷熱力循環圖11圖11理想和假設的串聯雙級壓縮制冷熱力循環圖8表11理想的和假想的熱力參數理想條件假設條件各狀態點參數單位03617MPA1ZP5T05259MPA2ZP5TH116361636，218151880，316791687，4H18601824H517001700H6585585，7418456，8585585，9H424448焓焓10/KJG418456比容，GEV3/KGM0346812160243312163）根據經驗理論容積比范圍，選用12臺8AS25型作低壓機，4臺8AS25型作高壓機；低壓機的總理論吸氣容積928001233600/H；LV3M高壓機的總理論吸氣容積2800411200/H；H3高、低壓機的理論容積比為HVLN式中高、低壓機的理論容積比V計算得560318VN4）根據冷凍試配組，按相應公式計算有關參數，求得理想的和假設的高、低壓理論容積比見表12。5）繪制高、低壓機理想和假設的理論容積比與中間壓力的直角坐標圖242，得試配組的高、低壓機理論容積比。表12串聯雙級壓縮制冷的理想和假設基本參數基本參數計算公式計算結果符號意義理想084低壓機吸氣系數假設YRGZLP1C079、理想INPI的和架設的中間壓力10理想23211/KGH氨循環量假設LEVG21829/K理想082吸氣系數假設YRGZLP1C086理想30983/KGH氨循環量假設2738HLHG31546/K理想13104/H3M高壓機理想吸氣容積假設HINGV8925/H3理想039高、低壓機的容積比假設LHV0266理想的YR和架設的預熱系數冷凝壓力CP蒸發壓力E冷凝溫度，CT35蒸發溫度ET35C壓縮機的余隙系數6）繪制高、低壓機理想的和假設的理論容積比與中間壓力的直角坐11標圖（見圖12），得出的中間壓力為04372MPA。計算過程因為高低壓縮機的理論容積比為0333，根據圖中直線的斜率，得（05259）/（03330266）（0361705259）/（0390266）ZP所以得04372MPAZP圖12中間壓力與容積比關系圖（2）根據冷凍機實際配組及其工作條件計算制冷量。1）根據實際中間溫度、蒸發溫度、冷凝溫度及其相應壓力為04372MP，繪制熱力循環圖（圖13），求得各狀態氨的熱力參數，如表1213所示。圖13熱力循環圖表13氨的各狀態的熱力參數狀態點1H234H567H8910H焓值（KJ/KG）163318411689184917055814315814134312）根據已經確定的冷凍機實際配組情況低壓機12臺，高壓機4臺。來計算和實際中間壓力有關的參數。13低壓機的吸氣系數YRGZLP1C0437235195700809低壓機的氨循環量LEVGKG/H16809235高壓機的吸氣系數1CYRHTNP3765230021458高壓機的氨循環量7238HLHG146952KG/H高壓機的理論吸氣容積INHGV142843010077/H3M3）計算出串聯雙級壓縮制冷的實際制冷量10COLQGH238649KJ/G（3）計算低、高壓機的電動機功率1低壓機壓縮機的理論功率218603435LDRCGHNNKW低壓機的臺數12臺RCN蒸發時氨的焓；KJ/KG1H從蒸發壓力絕熱壓縮至中間壓力時蒸汽焓；KJ/KG2低高機的氨循環量LG860功率的換算系數壓縮機的指示效ALIINTTB式中T絕對溫度，273；氨的蒸發溫度，；ET氨的中間溫度，；B系數取0001INT壓縮機的指示功率4510837LDIINKW式中壓縮機的理論功率KWLDN壓縮機的摩擦功率36720485MLPVNKW式中摩擦壓力，MPA，立式低壓機取0305；MP低壓機的活塞理論容積，LV3M壓縮機的有效功率53706LYILNKW壓縮機的軸功率165671LYCPNKW式中低壓機的傳動效率，直接驅動取10LP電動機的功率15672LYKN2）高壓機壓縮機的理論功率438602195HDRGHNNKW壓縮機的指示效率273010586INIHICTTB壓縮機的指示功率132508649HDIINKW17壓縮機的摩擦功率式中摩擦壓力，立式高壓機取0507。MPMPA36720845MHVNKW壓縮機的有效功率149570HYIHMNK壓縮機的軸功率1547HYEPNW電動機的功率154072HHEKW4附屬設備計算1）冷凝器冷凝器是將氨在蒸發器和壓縮機中吸收的熱量傳遞給冷卻水的熱交換裝置，使經壓縮機壓縮后的過熱氨氣凝結成液體。采用立式冷凝器，冷凝器單位面積的熱負荷取為CQ21670/KJMH18CDQFQ46CHGH24692831958/30M式中雙級壓縮制冷高壓機的氨循環量，KG/HCDQ選用LN250型，11臺，總的冷卻面積為266222）蒸發器采用立式蒸發器426901/836035FEEQFUQM式中冷凍站最大制冷能力，KJ/H；FQ蒸發器單位面積上的熱負荷，取為10450；蒸EQ2/KJMHEU發器工作條件系數，一般取11選用LZL240型的蒸發器，15臺，總的蒸發面積為360023）中間冷卻器安裝在低壓機和高壓機之間，冷卻低壓機排出的過熱蒸汽氨，避免高壓機的排氣溫度過高，以保持高、低壓機的之間壓力；是液氨在進入蒸發器之前得到過冷，提高低壓機的制冷量；分離低壓機排氣中夾帶的潤滑油，起油氨分離器的作用。數量7個。19筒體直徑43601785092HININVDWM式中擬用的中冷器的數量，個；IN通過中冷器筒體的蒸汽氨的允許流速，一般為W05075M/S選用XQ100型（直徑為1M）的中間冷卻器7個。4）高壓儲液桶容積30812470CAGVM式中高壓機氨的循環量，KG/H；G冷凝壓力下氨的比容，/KGCV3選用ZA2型氨貯液桶10臺，總貯液量為19235）氨油分離器用來除去氨氣中夾帶的油霧，保證冷凝器和蒸發器的傳熱效率。20004361789VDNWM式中雙級壓縮制冷時，為高壓機的總吸氣容積，/H；0V3M雙級壓縮制冷時，為高壓機的吸氣系數；擬用氨油分離0N器的數量，個；油氨分離器內氨氣的允許流速，一般取0W08M/S。選用YF125型（直徑為06M）氨油分離器16個。6）氨液分離器分離由氣體中所帶的液滴，防止進入制冷壓縮機而造成磨損或沖缸的危險。對保證壓縮機的安全運轉和提高制冷效率由良好的作用。數量24個4360251409EEFEFFGVDNWM式中雙級壓縮制冷時，為通過低壓機的氨的總循環量，KG/H；G在蒸發壓力下的飽和蒸汽氨的比容，/KG；EV3M擬選液氨分離器的數量，個；液氨分離器內氣氨的流FNEFW速，一般取05M/S。21選用AF1000型氨液分離器（直徑1M）24個。7）集油器用來收存從氨油分離器，冷凝器，貯液筒等設備內匯集來的潤滑油，并在低壓狀況下將油放出，以減少氨的損失和保證操作人員的安全。凍結需冷量高峰時要開16臺8AS25冷凍機，總的標準制冷量341680680/KJH安裝JY300型集油器6個。8）空氣分離器用以排除在制冷系統中的不凝性氣體，保證制冷裝置長期正常運轉和減少制冷劑的損失，提高制冷效果。在設計鹽水溫度低于25時就應該安裝空氣分離器。安裝6臺KF20型空氣分離器。5冷卻水系統設計1基本資料（1）冷凍站最多開4臺高壓機（8AS25，每臺需冷卻量8/H）和3M12臺低壓機（8AS25），高壓機的總循環量為28582KG/H；（2）冷凝器進口處的溫度為24，冷凝器的出口溫度為28，氨的冷凝溫度為35，中間溫度為1；（3）氨的中間壓力為04372MPA,冷凝壓力為13765MPA；2冷卻需水量22（1）總需水量W總需水量W按下式計算34180295126/CQTMH式中W冷卻水的總需求量；冷凝器的總熱負荷；CQ冷凝器的進出口溫差T（2）冷凍機的冷卻水需用量1W328/6GCWNMH式中冷凍機臺數；GCN每臺冷凍機的冷卻水需用量W（3）冷凝器的實際需水量2W13608/MH（4）新鮮冷卻水需用量210036845/TMH23式中冷凝器的進水溫度，24；1T從冷凝器流回循環水池的水溫，28；2新鮮冷卻水進入循環水池的溫度，200T3水源井的設計水源井的個數N按照下式進行計算06185WQ式中Q每個水源井的抽水量3/MH所以取為9個，設計9口水源井。選200QJ/8088/8潛水泵（流量N80M3/H）9臺。6鹽水系統計算（1）基本資料1）凍結站實際最大制冷量426901KJ/G2）氯化鈣溶液的比重1270KG/，鹽水的比熱為270KJ/KG3M3）鹽水在管路中的允許流速，供液管內為15，凍結管環行空間/MS內為015（凍結深度小于100M）05（凍結深度大于300M）；干管和/S集、配圈內為1520/MS4）凍結管去、