Giáo trình hình thành quy trình phân tích khả năng vận dụng phương pháp xả băng trong tải dao động p1 pdf

tuyết ở dàn lạnh dẫn đến nhiều sự cố cho hệ thống lạnh nh: Nhiệt độ
kho lạnh không đạt yêu cầu, thời gian làm lạnh lâu, ngập dịch, cháy
mô tơ vv
Sở dĩ nh vậy là vì:
- Lớp tuyết bám bên ngoài dàn lạnh tạo thành lớp cách nhiệt, ngăn
cản quá trình trao đổi nhiệt giữa môi chất và không khí trong buồng
lạnh. Do đó nhiệt độ buồng lạnh không đạt yêu cầu, thời gian làm
lạnh kéo dài. Mặt khác môi chất lạnh trong dàn lạnh do không nhận
đợc nhiệt để hoá hơi nên, một lợng lớn hơi ẩm đợc hút về máy nén
gây ra ngập lỏng máy nén.
- Khi tuyết bám nhiều đờng tuần hoàn của gió trong dàn lạnh bị
nghẽn, lu lợng gió giảm, hiệu quả trao đổi nhiệt cũng giảm theo, trở
lực lớn quạt làm việc quá tải và mô tơ có thể bị cháy.
- Trong một số trờng hợp tuyết bám quá dày làm cho cánh quạt bị
ma sát không thể quay đợc và sẽ bị cháy, hỏng quạt.
Để xả tuyết cho dàn lạnh ngời ta thờng sử dụng 3 phơng pháp
sau đây.
a) Dùng gas nóng: Phơng pháp này rất hiệu quả vì quá trình cấp
nhiệt xả băng thực hiện từ bên trong. Tuy nhiên, phơng pháp xả băng
bằng gas nóng cũng gây nguy hiểm do chỉ thực hiện khi hệ thống đang
hoạt động, khi xả băng quá trình sôi trong dàn lạnh xãy ra mãnh liệt
có thể cuốn theo lỏng về máy nén. Vì thế chỉ nên sử dụng trong hệ
thống nhỏ hoặc hệ thống có bình chứa hạ áp.
b) Xả băng bằng nớc: Phơng pháp dùng nớc hiệu quả cao, dễ
thực hiện đặc biệt trong các hệ thống lớn. Mặt khác khi xả băng bằng
nớc ngời ta đã thực hiện hút kiệt ga và dừng máy nén trớc khi xả
băng nên không sợ ngập lỏng khi xả băng.
Tuy nhiên, khi xả băng, nớc có thể bắn tung toé ra các sản phẩm
trong buồng lạnh và khuyếch tán vào không khí trong phòng, làm tăng
độ ẩm của nó, lợng ẩm này tiếp tục bám lại trên dàn lạnh trong quá
trình vận hành kế tiếp. Vì thế biện pháp dùng nớc th

ờng sử dụng
cho hệ thống lớn, tuyết bám nhiều, ví dụ nh trong các hệ thống cấp
đông.
c) Dùng điện trở: trong các kho lạnh nhỏ các dàn lạnh thờng sử
dụng phơng pháp xả băng bằng điện trở.
Cũng nh phơng pháp xả băng bằng nớc phơng pháp dùng điện
trở không sợ ngập lỏng. Mặt khác xả băng bằng điện trở không làm

62
Giỏo trỡnh hỡnh thnh quy trỡnh phõn tớch kh nng vn
dng phng phỏp x bng trong ti dao ng
tăng độ ẩm trong kho. Tuy nhiên phơng pháp dùng điện trở chi phí
điện năng lớn và không dễ thực hiện. Các điện trở chỉ đợc lắp đặt
sẵn do nhà sản xuất thực hiện.

2.3 tính phụ tải nhiệt kho lạnh
Tính cân bằng nhiệt kho lạnh nhằm mục đích xác định phụ tải cần
thiết cho kho để từ đó làm cơ sở chọn máy nén lạnh.
Đối với kho lạnh các tổn thất nhiệt bao gồm:
- Nhiệt phát ra từ các nguồn nhiệt bên trong nh: Nhiệt do các động
cơ điện, do đèn điện, do ngời, sản phẩm tỏa ra, do sản phẩm hô
hấp.
- Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua kết cấu bao che, do bức xạ
nhiệt, do mở cửa, do bức xạ và do lọt không khí vào phòng.
Tổng tổn thất nhiệt kho lạnh đợc xác định:
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q

3
+ Q
4
+ Q
5
(2-4)
Q
1
- Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che của kho lạnh.
Q
2
- Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý lạnh.
Q
3
- Dòng nhiệt do không khí bên ngoài mang vào khi thông gió
buồng lạnh.
Q
4
- Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh.
Q
5
- Dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp (thở) chỉ có ở
các kho lạnh bảo quản rau quả.

2.3.1 Tính nhiệt kho lạnh bảo quản
2.3.1.1 Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che
Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn
thất qua tờng bao che, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi
trờng bên ngoài và bên trong cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức
xạ mặt trời qua tờng bao và trần

Q
1
= Q
11
+ Q
12
(2-5)
Q
11
- dòng nhiệt qua tờng bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ;
Q
12
- dòng nhiệt qua tờng bao và trần do bức xạ mặt trời. Thông
thờng nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che bằng 0 do hầu hết các kho
lạnh hiện nay là kho panel và đợc đặt bên trong nhà, trong phân
xởng nên không có nhiệt bức xạ.


63
1. Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ
Q
11
- đợc xác định từ biểu thức:
Q
11
= k.F.(t
1
-t
2
) (2-6)

k
t
- hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m
2
.K
F - diện tích bề mặt của kết cấu bao che,
m
2
.
t
1
- nhiệt độ môi trờng bên ngoài,
0
C;
t
2
- nhiệt độ trong buồng lạnh,
0
C.

a. Xác định diện tích bề mặt kết cấu bao che
Diện tích bề mặt kết cấu bao che đợc xác định theo diện tích bên
ngoài của kho. Để xác định diện tích này chúng ta căn cứ vào các kích
thớc chiều rộng, dài và cao nh sau:
* Tính diện tích tờng
F
t
= Chiều dài x Chiều cao
Xác định chiều dài:
- Kích thớc chiều dài tờng ngoài:

+ Đối với buồng ở góc kho: lấy chiều dài từ mép tờng ngoài đến
trục tâm tờng ngăn (chiều dài l
1
, l
3
hình 2-11 ).
+ Đối với buồng ở giữa chiều dài đợc tính là khoảng cách giữa các
trục tờng ngăn (chiều dài l
2
hình 2-11)
+ Đối với tờng ngoài hoàn toàn: Tính từ mép tờng ngoài này đến
mép tờng ngoài khác (chiều dài l
4
hình 2-11 ).
- Kích thớc chiều dài tờng ngăn:
+ Đối với buồng ngoài lấy từ mặt trong tờng ngoài đến tâm tờng
ngăn (chiều dài l
5
hình 2-11)
+ Đối với buồng trong lấy từ tâm tờng ngăn tới tâm tờng ngăn
(chiều dài l
6
hình 2-11)
Kích thớc chiều cao
+ Đối với kho cấp đông (panel chôn một phần dới đất ) chiều cao
đợc tính từ mặt nền đến mặt trên của trần.
+ Đối với kho lạnh (panel đặt trên con lơn thông gió ): Chiều cao
đợc tính từ đáy panel nền đến mặt trên panel trần.
* Tính diện tích trần và nền
Diện tích của trần và của nền đợc xác định từ chiều dài và chiều

rộng. Chiều dài và chiều rộng lấy từ tâm của các tờng ngăn hoặc từ
bề mặt trong của tờng ngoài đến tâm của tờng ngăn.


64
L4
L1 L2
L3
L5 L6


Hình 2-11: Cách xác định chiều dài của tờng

b. Xác định nhiệt độ trong phòng và ngoài trời
- Nhiệt độ không khí bên trong t
2
buồng lạnh lấy theo yêu cầu thiết
kế, theo yêu cầu công nghệ hoặc tham khảo ở các bảng 1-3 và 1-4.
- Nhiệt độ bên ngoài t
1
là nhiệt độ trung bình cộng của nhiệt độ
trung bình cực đại tháng nóng nhất và nhiệt độ cực đại ghi nhận đợc
trong vòng 100 năm gần đây, (ở đây đã tính toán sẵn và cho ở phụ lục
1).
Lu ý:
- Đối với các tờng ngăn mở ra hành lang buồng đệm vv không
cần xác định nhiệt độ bên ngoài. Hiệu nhiệt độ giữa hai bên vách lấy
định hớng nh sau:
+ t = 0,7 (t
1

t
2
) Nếu hành lang có cửa thông với bên ngoài
+ t = 0,6(t
1
t
2
) Nếu hành lang không có cửa thông với bên ngoài
- Dòng nhiệt qua sàn lửng tính nh dòng nhiệt qua vách ngoài.
- Dòng nhiệt qua sàn bố trí trên nền đất có sởi xác định theo biểu
thức:
Q
11
= k
1
.F.(t
n
- t
2
), W (2-7)
t
n
- nhiệt độ trung bình của nền khi có sởi.
Nếu nền không có sởi, dòng nhiệt qua sàn có thể xác định theo
biểu thức:
Q
11
= k
q
.F

i
.(t
1
-t
2
).m (2-8)
k
q
- hệ số truyền nhiệt quy ớc tơng ứng với từng vùng nền;

65
222 222
222 222
( I )
( II )
( III )
( IV )
a
b

Hình 2-12: Phân dãi nền kho lạnh

F - Diện tích tơng ứng với từng vùng nền, m
2
;
t
1
- Nhiệt độ không khí bên ngoài,
0
C;

t
2
- Nhiệt độ không khí bên trong buồng lạnh,
0
C;
m - Hệ số tính đến sự gia tăng tơng đối trở nhiệt của nền khi có lớp
cách nhiệt.
Để tính toán dòng nhiệt vào qua sàn, ngời ta chia sàn ra các
vùng khác nhau có chiều rộng 2m mỗi vùng tính từ bề mặt tờng bao
vào giữa buồng (hình 2-12).
Giá trị của hệ số truyền nhiệt quy ớc k
q
,W/m
2
K, lấy theo từng vùng
là:
- Vùng rộng 2m dọc theo chu vi tờng bao:
k
I
= 0,47 W/m
2
.K, F
I
=4(a+b)
- Vùng rộng 2m tiếp theo về phía tâm buồng:
k
II
= 0,23 W/m
2
.K, F

II
=4(a+b)-48
- Vùng rộng 2m tiếp theo:
k
III
=0,12 W/m
2
.K, F
III
=4(a+b)-80
- Vùng còn lại ở giữa buồng lạnh:
k
IV
= 0,07 W/m
2
.K, F
IV
=(a-12)(b-12)
Riêng diện tích của vùng một rộng 2m cho góc của tờng bao
đợc tính hai lần, vì đợc coi là có dòng nhiệt đi vào từ hai phía: F
=4(a + b) trong đó a, b là hai cạnh của buồng lạnh.
Cần lu ý:
- Khi diện tích kho nhỏ hơn 50 m
2
thì coi toàn bộ là vùng I

66
Có nhiều phơng pháp hoá lỏng khí thiên nhiên. Phơng pháp đợc
ứng dụng rộng rãi nhất là phơng pháp làm lạnh nhờ các máy ghép
tầng, trong đó các cấp trên môi chất lạnh là etylen và propan. Có thể sử

dụng các phơng pháp làm lạnh gián tiếp để hoá lỏng khí thiên nhiên.
Một trong những phơng pháp làm lạnh gián tiếp là nén khí lên trên áp
suất tới hạn sau đó đa vào làm lạnh gián tiếp bằng môi chất lạnh, ví
dụ nh êtan. Sau đó khí đợc dãn nở và một phần khí đợc hoá lỏng.
Hình 1-2 giới thiệu chu trình hoá lỏng khí thiên nhiên bằng máy lạnh
ghép tầng.
Chu trình cổ điển thông dụng (hình 1-2a) có nhợc điểm là quá
nhiều thiết bị với nhiều loại máy nén, thiết bị trao đổi nhiệt, đờng ống
vv làm cho công tác vận hành, bảo dỡng, sửa chữa gặp khó khăn,
đặc biệt khi tải dao động và việc hút hơi lạnh về máy nén. Công việc tự
động hoá cũng gặp khó khăn.
5
NH3
C
2H4
293K, 0,86MPa
233K, 0,07MPa
2
1
3
7
3
7
6
6
288K
233K238K
170K, 0,1MPa
238K; 1,66MPa
173K 170K

6
7
0,1MPa
112K
293K; 6,8MPa
4
7
6
5
6
6
6
1
a)
b)

1-Khí thiên nhiên vào; 2- Máy nén khí thiên nhiên; 3- Máy nén
lạnh; 4- Máy nén lạnh hỗn hợp môi chất; 5- Bình ngng; 6- Thiết
bị trao đổi nhiệt; 7- Van tiết lu
Hình 1-2: Chu trình ghép tầng hoá lỏng khí thiên nhiên

17
.

Một giải pháp tích cực là ứng dụng hỗn hợp môi chất lạnh đợc viết
tắt là phơng pháp ARC (Auto-Refrigerated Cascade). Hỗn hợp môi
chất lạnh gồm nitơ, mêtan, êtan, propan và butan đợc nén trong máy
nén 4 và đợc hoá lỏng theo thứ tự từng thành phần. Bằng cách tiết lu
và cho bay hơi từng thành phần đó khí thiên nhiên đợc làm lạnh dần
đến 120

o
K rồi hoá lỏng một phần khi qua tiết lu 7. Hiện nay nhiều
nhà máy hoá lỏng khí thiên nhiên có năng suất rất lớn làm việc theo
phơng pháp ARC này. Ví dụ nhà máy hoá lỏng khí Badak
(Inđônêxia) có năng suất 250.000m
3
tiêu chuẩn trong một giờ và nhà
máy hoá lỏng Arzew (Angiêri) có năng suất 1.200.000 m
3
/h.
Khí thiên nhiên hoá lỏng đợc ký hiệu là LNG (Liquefied Natural
Gas) có nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển khoảng -160
o
C, bởi vậy khí
hoá lỏng cần đợc chứa và vận chuyển trong các bình cách nhiệt tốt.
Ngời ta đã bảo quản khí hoá lỏng trong nền đất đông cứng. Phơng
pháp này tỏ ra có hiệu quả kinh tế. Bình chứa đặt trong nền đất đông
cứng đã sử dụng có sức chứa lên tới 40.000 m
3
.
Khí hoá lỏng từ dầu thô LPG (Liquefied Petroleum Gas) có nhiệt độ
sôi ở áp suất khí quyển cao hơn nhiều. Khí PLG là sản phẩm thu đợc
khi chế biến dầu thô và bao gồm chủ yếu các thành phần propan, n-
butan và isobutan. Các chất này là thể khí ở nhiệt độ môi trờng nhng
chỉ cần nén lên áp suất vừa phải là chúng đã hoá lỏng vì nhiệt độ tới
hạn của chúng lớn hơn nhiệt độ môi trờng nhiều.
Các khí lỏng cũng đợc bảo quản và vận chuyển bằng các bình.
Ngày nay ngời ta gọi nhiều khí có nhiệt độ tới hạn cao hơn nhiệt độ
môi trờng, khi đợc hoá lỏng là khí hoá lỏng nh amôniắc,
butadien, clo vv

Trong một bình kín chứa khí lỏng, hơi và lỏng ở trạng thái cân
bằng, bởi vậy áp suất trong bình phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ.
Trong khi vận chuyển khí lỏng ngời ta phân biệt ba loại áp suất: áp
suất đầy, áp suất giảm và áp suất khí quyển. Chuyên chở với áp suất
đầy nghĩa là các chai không đợc làm lạnh, áp suất trong chai là áp
suất bão hoà tơng ứng với nhiệt độ môi trờng. Các chai thờng đợc
thiết kế cho áp suất cao nhất lên tới 17 bar, nghĩa là khi chuyên chở
propan, nhiệt độ ngoài trời có thể lên tới khoảng 45
o
C.
Hình dáng của các bình chứa rất khác nhau nhng thông thờng có
dạng hình trụ nằm hoặc đặt đứng (đặt trong các khoang tàu thuỷ), đôi

18
khi cả hình cầu. Các bình chứa này rất nặng nên thờng đợc chế tạo
không quá 1000 Tấn.
Chuyên chở với kiểu áp suất giảm thuận lợi hơn vì áp suất trong
bình không quá cao nhng phải có hệ thống làm lạnh kèm theo. Các
bình khí hoá lỏng đợc làm lạnh đến một nhiệt độ thuận lợi nào đó để
áp suất trong bình không quá cao. Do đợc làm lạnh nên các bình chứa
này phải đợc bọc cách nhiệt để giữ lạnh. Do khối lợng riêng ở nhiệt
độ thấp lớn hơn nên với cùng thể tích bình, phơng pháp áp suất giảm
chứa đợc nhiều khí hoá lỏng hơn. Các bình chứa áp suất giảm đợc
thiết kế cho áp suất tối đa 10 bar. Nhiệt độ thấp nhất cho phép tuỳ theo
vật liệu chế tạo mà tiêu chuẩn cho phép.
Do có tổn thất qua lớp cách nhiệt của bình nên để duy trì áp suất
bình cần trang bị hệ thống lạnh hoặc tiến hành tái làm lạnh khí hoá
lỏng nh hình 1-3.
3
1

2
4


1- Bình chứa khí hoá lỏng; 2- Máy nén; 3- Bình tái ngng tụ; 4- Van tiết lu
Hình 1-3: Sơ đồ tái hoá lỏng khí thiên nhiên

Trên sơ đồ này, phần lỏng đã hoá hơi đợc máy nén 2 hút về và nén
lên áp suất và nhiệt độ cao, sau đó đa vào bình tái ngng tụ 3 để
ngng lại thành lỏng, lỏng đợc tiết lu để giảm áp suất và nhiệt độ
xuống áp suất nhiệt độ trong bình.
Để tránh làm bẩn khí lỏng ở bình 1 do dầu bôi trơn máy nén lẫn
vào, ngời ta sử dụng máy nén không cần dầu bôi trơn. Đề phòng
trờng hợp có khí không ngng trong bình chứa cần có thiết bị xả khí
không ngng.

19
Chuyên chở khí lỏng với áp suất khí quyển cũng còn đợc gọi là
chuyên chở khí lỏng đợc làm lạnh hoàn toàn. áp suất trong bình chỉ
cao hơn áp suất khí quyển tối đa là 0,3 bar. Nhiệt độ của khí hoá lỏng
trong bình gần bằng nhiệt độ bão hoà theo áp suất khí quyển hay nhiệt
độ sôi ở áp suất thờng bởi vậy bình chứa cần đợc bọc cách nhiệt tốt.
Do không chịu áp lực nên vách bình không cần dày và hình dáng có
thể tuỳ theo kho chứa hoặc khoang tàu thuỷ.
Thực tế cho thấy máy lạnh lắp đặt trên tàu và cả trên đất liền để làm
lạnh một phần hoặc làm lạnh hoàn toàn khí lỏng trong bình chứa tiêu
tốn năng lợng lớn hơn nhiều lần phơng pháp tái hoá lỏng.
Để làm lạnh khí lỏng đến -50
o
C cần một máy lạnh hai cấp với khí

lỏng đồng thời làm môi chất lạnh. Khi chuyên chở êtylen lỏng ở nhiệt
độ -100
o
C cần trang bị một máy lạnh ghép tầng, tầng dới lấy êtylen
và tầng trên lấy R
22
làm môi chất lạnh. Nếu chọn R13B1 thì bình bay
hơi ghép tầng không phải làm việc với áp suất chân không.

1.2.3 ứng dụng trong điều hoà không khí
Ngày nay kỹ thuật điều hoà đợc sử dụng rất rộng rãi trong đời
sống và trong công nghiệp. Khâu quan trọng nhất trong các hệ thống
điều hoà không khí đó là hệ thống lạnh
Máy lạnh đợc sử dụng để xử lý nhiệt ẩm không khí trớc khi cấp
vào phòng. Máy lạnh không chỉ đợc sử dụng để làm lạnh về mùa hè
mà còn đợc đảo chiều để sởi ấm mùa đông.
Điều hoà không khí đợc sử dụng với 2 mục đích:
- Phục vụ cuộc sống tiện nghi của con ngời (Hệ thống điều hoà
trong đời sống, dân dụng).
- Phục vụ các quá trình sản xuất (Hệ thống điều hoà công
nghiệp).

1.2.3.1. Các hệ thống điều hoà trong đời sống dân dụng
Hiện nay các hệ thống điều hoà đợc sử dụng rất rộng rãi ở các hộ
gia đình, trong các công sở, cơ quan, nhà máy, xí nghiệp, khách sạn,
ngân hàng, nhà thi đấu thể thao, hội trờng, rạp chiếu bóng, rạp hát
vv nhằm phục vụ cuộc sống tiện nghi của con ngời.
Nhiệt độ thích hợp đối với con ngời là khoảng từ 22
o
C đến 29

o
C.
Tuy nhiên khí hậu quanh năm luôn luôn thay đổi, mùa hè nớc ta
nhiều nơi nhiệt độ có thể đạt 40
o
C. Làm việc trong những điều kiện

20
nh vậy rất khó chịu và ảnh hởng nhất định đến hiệu quả và chất
lợng công việc. Ngợc lại mùa đông, nhiệt độ có thể hạ xuống 10
o
C.
Hiện nay ngời ta sử dụng nhiều hệ thống điều hoà khác nhau trong
đời sống nh: Máy điều hoà dạng cửa sổ, máy điều hoà 2 mãnh, máy
điều hoà kiểu VRV, máy điều hoà làm lạnh bằng nớc và máy điều
hoà trung tâm.
Đối với các hộ gia đình, thích hợp nhất là các máy điều hoà công
suất nhỏ nh loại cửa sổ và máy điều hoà 2 mãnh.

1.2.3.2. Các hệ thống điều hoà trong công nghiệp
Trong nhiều ngành công nghiệp để sản xuất ra các sản phẩm có
chất lợng kỹ thuật cao đòi hỏi phải duy trì nhiệt độ, độ ẩm trong
một giới hạn nhất định. Ví dụ nh trong ngành cơ khí chính xác, thiết
bị quang học, trong công nghiệp bánh kẹo, trong ngành điện tử vv
Trong các ngành công nghiệp nhẹ điều hoà không khí cũng đợc sử
dụng nhiều nh trong công nghiệp dệt, công nghiệp thuốc lá vv
Mỗi loại sản phẩm đòi hỏi sản xuất trong những điều kiện nhiệt
độ, độ ẩm khác nhau, ví dụ nh:
- Kẹo sôcôla: 7 ữ 8
o

C
- Kẹo cao su: 20
o
C
- Bảo quản rau quả : 10
o
C
- Đo lờng chính xác: 20 ữ 24
o
C
- Công nghiệp dệt: 20 ữ 32
o
C
- Chế biến thực phẩm: Nhiệt độ càng thấp càng tốt, khoảng 5ữ10
o
C
Các hệ thống điều hoà không khí trong công nghiệp chủ yếu là các
hệ thống công suất lớn nh kiểu VRV, máy điều hoà làm lạnh bằng
nớc và máy điều hoà trung tâm.

1.2.4 ứng dụng trong siêu dẫn
Một ứng dụng rất quan trọng của kỹ thuật lạnh là sử dụng trong kỹ
thuật siêu dẫn. Ngời ta nhận thấy khi làm lạnh các chất dẫn điện
xuống nhiệt độ rất thấp thì điện trở của nó bằng 0. Thông thờng nhiệt
độ đó rất thấp.
Khi dây đạt đợc nhiệt độ siêu dẫn thì có thể sử dụng vật liệu dẫn
điện mà không gây ra tổn thất điện năng trên đờng dây. Trong trờng
hợp đó có thể ứng dụng để tạo ra các nam châm cực lớn trong các máy

21