特殊鑿井課程設(shè)計(jì)-梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1土木建筑學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱特殊鑿井設(shè)計(jì)題目梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)方向礦井建設(shè)班級(jí)2013設(shè)計(jì)人指導(dǎo)教師山東科技大學(xué)土木建筑學(xué)院2016年11月1日2課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)礦井建設(shè)班級(jí)2013學(xué)生姓名學(xué)號(hào)一、課程設(shè)計(jì)題目梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、原始資料1、梁寶寺二號(hào)井主井井筒凍結(jié)設(shè)計(jì)概況三、設(shè)計(jì)應(yīng)解決下列主要問題1、制冷方式選擇2、雙級(jí)壓縮制冷氨系統(tǒng)計(jì)算3、附屬設(shè)備計(jì)算4、冷卻水系統(tǒng)計(jì)算5、鹽水系統(tǒng)計(jì)算四、設(shè)計(jì)圖紙1、凍結(jié)站凍結(jié)制冷三大循環(huán)系統(tǒng)示意圖五、命題發(fā)出日期20161101設(shè)計(jì)應(yīng)完成日期20161116設(shè)計(jì)指導(dǎo)人（簽章）日期年月日3指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)評(píng)語指導(dǎo)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(jí)壓縮制冷氨系統(tǒng)計(jì)算64、附屬設(shè)備計(jì)算175、冷卻水系統(tǒng)計(jì)算216、鹽水系統(tǒng)計(jì)算237、參考文獻(xiàn)2451、原始條件設(shè)梁寶寺二號(hào)井是肥城礦業(yè)集團(tuán)在梁寶寺礦區(qū)規(guī)劃籌建的第二對(duì)礦井。礦井位于嘉祥縣境內(nèi)，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力15MT，采用立井開拓方式，布設(shè)主井、副井、風(fēng)井三個(gè)井筒，其中主井井筒設(shè)計(jì)凈直徑50M，全深11005M井筒采用凍結(jié)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(fēng)化破碎帶1885M，其中強(qiáng)風(fēng)化帶1081M，弱風(fēng)化帶804M。風(fēng)化帶強(qiáng)度極低，裂隙較發(fā)育，巖芯破碎。1采用一次凍結(jié)全深，三圈加防片孔凍結(jié)方案，凍結(jié)孔總數(shù)為95根，主井井筒凍結(jié)管散熱能力為222602564KJ/H，凍結(jié)管散熱系數(shù)取1080KJ/（M2H）。62設(shè)計(jì)層位的鹽水溫度30（氨的蒸發(fā)溫度35），凍結(jié)管的散熱系數(shù)1080KJ/M2H。3冷量損失系數(shù)1154冷卻水溫度25（氨的冷凝溫度35），5冷凍站只服務(wù)于一個(gè)井筒。6設(shè)計(jì)選用8AS25冷凍機(jī)，理論吸氣容積2800，標(biāo)準(zhǔn)制冷量為1162KW，轉(zhuǎn)數(shù)為600R/MIN，電動(dòng)機(jī)功率480KW。7鹽水容重1270KG/，鹽水比熱270KJ/KG，供液管內(nèi)鹽水允許流速15M/S。8冷凝器進(jìn)出口水的溫差4。2、制冷方式的選擇已知主井井筒凍結(jié)管散熱能力為222602564KJ/H，為一個(gè)井筒服務(wù)時(shí)的冷凍站需冷量為Q1MCQT式中鹽水系統(tǒng)（包括冷凍站內(nèi)外的低溫設(shè)備和管路）的冷量損CM失系數(shù)，此處取115。冷凍站需冷量為115222602564/H。KJ已知氨的蒸發(fā)溫度35，冷凝溫度為35。查表可得00950OPMPA，13765MPA，壓縮比/13765MPA/009504MPA14488。KPKP0壓縮機(jī)排氣口壓力大，溫度過高，有可能超過潤滑油的燃點(diǎn)，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(jí)壓縮制冷系數(shù)的計(jì)算（1）中間壓力的計(jì)算1）根據(jù)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度查出相應(yīng)的壓力按公式求得理想的中間壓力為03617MPA。查出溫度為KOZP376510941ZT5時(shí)，相應(yīng)的壓力為03617MPA。假設(shè)另一中間溫度為5，（比理2Z想中間溫度高10）其相應(yīng)的壓力為05259MPA。2ZP2）繪制理想和假設(shè)的串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷熱力循環(huán)圖11，求得各狀態(tài)下氨的熱力參數(shù)。熱力參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表11。雙級(jí)壓縮制冷熱力循環(huán)圖11圖11理想和假設(shè)的串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷熱力循環(huán)圖8表11理想的和假想的熱力參數(shù)理想條件假設(shè)條件各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)單位03617MPA1ZP5T05259MPA2ZP5TH116361636，218151880，316791687，4H18601824H517001700H6585585，7418456，8585585，9H424448焓焓10/KJG418456比容，GEV3/KGM0346812160243312163）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)理論容積比范圍，選用12臺(tái)8AS25型作低壓機(jī)，4臺(tái)8AS25型作高壓機(jī)；低壓機(jī)的總理論吸氣容積928001233600/H；LV3M高壓機(jī)的總理論吸氣容積2800411200/H；H3高、低壓機(jī)的理論容積比為HVLN式中高、低壓機(jī)的理論容積比V計(jì)算得560318VN4）根據(jù)冷凍試配組，按相應(yīng)公式計(jì)算有關(guān)參數(shù)，求得理想的和假設(shè)的高、低壓理論容積比見表12。5）繪制高、低壓機(jī)理想和假設(shè)的理論容積比與中間壓力的直角坐標(biāo)圖242，得試配組的高、低壓機(jī)理論容積比。表12串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷的理想和假設(shè)基本參數(shù)基本參數(shù)計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果符號(hào)意義理想084低壓機(jī)吸氣系數(shù)假設(shè)YRGZLP1C079、理想INPI的和架設(shè)的中間壓力10理想23211/KGH氨循環(huán)量假設(shè)LEVG21829/K理想082吸氣系數(shù)假設(shè)YRGZLP1C086理想30983/KGH氨循環(huán)量假設(shè)2738HLHG31546/K理想13104/H3M高壓機(jī)理想吸氣容積假設(shè)HINGV8925/H3理想039高、低壓機(jī)的容積比假設(shè)LHV0266理想的YR和架設(shè)的預(yù)熱系數(shù)冷凝壓力CP蒸發(fā)壓力E冷凝溫度，CT35蒸發(fā)溫度ET35C壓縮機(jī)的余隙系數(shù)6）繪制高、低壓機(jī)理想的和假設(shè)的理論容積比與中間壓力的直角坐11標(biāo)圖（見圖12），得出的中間壓力為04372MPA。計(jì)算過程因?yàn)楦叩蛪嚎s機(jī)的理論容積比為0333，根據(jù)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(guān)系圖（2）根據(jù)冷凍機(jī)實(shí)際配組及其工作條件計(jì)算制冷量。1）根據(jù)實(shí)際中間溫度、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度及其相應(yīng)壓力為04372MP，繪制熱力循環(huán)圖（圖13），求得各狀態(tài)氨的熱力參數(shù)，如表1213所示。圖13熱力循環(huán)圖表13氨的各狀態(tài)的熱力參數(shù)狀態(tài)點(diǎn)1H234H567H8910H焓值（KJ/KG）163318411689184917055814315814134312）根據(jù)已經(jīng)確定的冷凍機(jī)實(shí)際配組情況低壓機(jī)12臺(tái)，高壓機(jī)4臺(tái)。來計(jì)算和實(shí)際中間壓力有關(guān)的參數(shù)。13低壓機(jī)的吸氣系數(shù)YRGZLP1C0437235195700809低壓機(jī)的氨循環(huán)量LEVGKG/H16809235高壓機(jī)的吸氣系數(shù)1CYRHTNP3765230021458高壓機(jī)的氨循環(huán)量7238HLHG146952KG/H高壓機(jī)的理論吸氣容積INHGV142843010077/H3M3）計(jì)算出串聯(lián)雙級(jí)壓縮制冷的實(shí)際制冷量10COLQGH238649KJ/G（3）計(jì)算低、高壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率1低壓機(jī)壓縮機(jī)的理論功率218603435LDRCGHNNKW低壓機(jī)的臺(tái)數(shù)12臺(tái)RCN蒸發(fā)時(shí)氨的焓；KJ/KG1H從蒸發(fā)壓力絕熱壓縮至中間壓力時(shí)蒸汽焓；KJ/KG2低高機(jī)的氨循環(huán)量LG860功率的換算系數(shù)壓縮機(jī)的指示效ALIINTTB式中T絕對(duì)溫度，273；氨的蒸發(fā)溫度，；ET氨的中間溫度，；B系數(shù)取0001INT壓縮機(jī)的指示功率4510837LDIINKW式中壓縮機(jī)的理論功率KWLDN壓縮機(jī)的摩擦功率36720485MLPVNKW式中摩擦壓力，MPA，立式低壓機(jī)取0305；MP低壓機(jī)的活塞理論容積，LV3M壓縮機(jī)的有效功率53706LYILNKW壓縮機(jī)的軸功率165671LYCPNKW式中低壓機(jī)的傳動(dòng)效率，直接驅(qū)動(dòng)取10LP電動(dòng)機(jī)的功率15672LYKN2）高壓機(jī)壓縮機(jī)的理論功率438602195HDRGHNNKW壓縮機(jī)的指示效率273010586INIHICTTB壓縮機(jī)的指示功率132508649HDIINKW17壓縮機(jī)的摩擦功率式中摩擦壓力，立式高壓機(jī)取0507。MPMPA36720845MHVNKW壓縮機(jī)的有效功率149570HYIHMNK壓縮機(jī)的軸功率1547HYEPNW電動(dòng)機(jī)的功率154072HHEKW4附屬設(shè)備計(jì)算1）冷凝器冷凝器是將氨在蒸發(fā)器和壓縮機(jī)中吸收的熱量傳遞給冷卻水的熱交換裝置，使經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的過熱氨氣凝結(jié)成液體。采用立式冷凝器，冷凝器單位面積的熱負(fù)荷取為CQ21670/KJMH18CDQFQ46CHGH24692831958/30M式中雙級(jí)壓縮制冷高壓機(jī)的氨循環(huán)量，KG/HCDQ選用LN250型，11臺(tái)，總的冷卻面積為266222）蒸發(fā)器采用立式蒸發(fā)器426901/836035FEEQFUQM式中冷凍站最大制冷能力，KJ/H；FQ蒸發(fā)器單位面積上的熱負(fù)荷，取為10450；蒸EQ2/KJMHEU發(fā)器工作條件系數(shù)，一般取11選用LZL240型的蒸發(fā)器，15臺(tái)，總的蒸發(fā)面積為360023）中間冷卻器安裝在低壓機(jī)和高壓機(jī)之間，冷卻低壓機(jī)排出的過熱蒸汽氨，避免高壓機(jī)的排氣溫度過高，以保持高、低壓機(jī)的之間壓力；是液氨在進(jìn)入蒸發(fā)器之前得到過冷，提高低壓機(jī)的制冷量；分離低壓機(jī)排氣中夾帶的潤滑油，起油氨分離器的作用。數(shù)量7個(gè)。19筒體直徑43601785092HININVDWM式中擬用的中冷器的數(shù)量，個(gè)；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(gè)。4）高壓儲(chǔ)液桶容積30812470CAGVM式中高壓機(jī)氨的循環(huán)量，KG/H；G冷凝壓力下氨的比容，/KGCV3選用ZA2型氨貯液桶10臺(tái)，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(fā)器的傳熱效率。20004361789VDNWM式中雙級(jí)壓縮制冷時(shí)，為高壓機(jī)的總吸氣容積，/H；0V3M雙級(jí)壓縮制冷時(shí)，為高壓機(jī)的吸氣系數(shù)；擬用氨油分離0N器的數(shù)量，個(gè)；油氨分離器內(nèi)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(gè)。6）氨液分離器分離由氣體中所帶的液滴，防止進(jìn)入制冷壓縮機(jī)而造成磨損或沖缸的危險(xiǎn)。對(duì)保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)和提高制冷效率由良好的作用。數(shù)量24個(gè)4360251409EEFEFFGVDNWM式中雙級(jí)壓縮制冷時(shí)，為通過低壓機(jī)的氨的總循環(huán)量，KG/H；G在蒸發(fā)壓力下的飽和蒸汽氨的比容，/KG；EV3M擬選液氨分離器的數(shù)量，個(gè)；液氨分離器內(nèi)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(gè)。7）集油器用來收存從氨油分離器，冷凝器，貯液筒等設(shè)備內(nèi)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(jié)需冷量高峰時(shí)要開16臺(tái)8AS25冷凍機(jī)，總的標(biāo)準(zhǔn)制冷量341680680/KJH安裝JY300型集油器6個(gè)。8）空氣分離器用以排除在制冷系統(tǒng)中的不凝性氣體，保證制冷裝置長期正常運(yùn)轉(zhuǎn)和減少制冷劑的損失，提高制冷效果。在設(shè)計(jì)鹽水溫度低于25時(shí)就應(yīng)該安裝空氣分離器。安裝6臺(tái)KF20型空氣分離器。5冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)1基本資料（1）冷凍站最多開4臺(tái)高壓機(jī)（8AS25，每臺(tái)需冷卻量8/H）和3M12臺(tái)低壓機(jī)（8AS25），高壓機(jī)的總循環(huán)量為28582KG/H；（2）冷凝器進(jìn)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(jì)算34180295126/CQTMH式中W冷卻水的總需求量；冷凝器的總熱負(fù)荷；CQ冷凝器的進(jìn)出口溫差T（2）冷凍機(jī)的冷卻水需用量1W328/6GCWNMH式中冷凍機(jī)臺(tái)數(shù)；GCN每臺(tái)冷凍機(jī)的冷卻水需用量W（3）冷凝器的實(shí)際需水量2W13608/MH（4）新鮮冷卻水需用量210036845/TMH23式中冷凝器的進(jìn)水溫度，24；1T從冷凝器流回循環(huán)水池的水溫，28；2新鮮冷卻水進(jìn)入循環(huán)水池的溫度，200T3水源井的設(shè)計(jì)水源井的個(gè)數(shù)N按照下式進(jìn)行計(jì)算06185WQ式中Q每個(gè)水源井的抽水量3/MH所以取為9個(gè)，設(shè)計(jì)9口水源井。選200QJ/8088/8潛水泵（流量N80M3/H）9臺(tái)。6鹽水系統(tǒng)計(jì)算（1）基本資料1）凍結(jié)站實(shí)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(nèi)為15，凍結(jié)管環(huán)行空間/MS內(nèi)為015（凍結(jié)深度小于100M）05（凍結(jié)深度大于300M）；干管和/S集、配圈內(nèi)為1520/MS4）凍結(jié)管去、