工业建筑热水站的设计

　　【摘要】热水，不仅与人们的日常生活息息相关，在工业建筑中也同样起着重要的作用。工厂的生活用水、工艺用水、空调供水都需要热水，但是却又有着不同的温度要求。于是，工业建筑中，热水站的设置变的尤为重要。本文简要介绍了工业建筑中热水站的设置，明确设计过程中的主要设计方向。
　　
　　【关键词】蒸汽热源，流量，温度，热交换，软水处理，分水缸，分汽缸
　　
　　工业厂房单位工程项目中，建筑空调、工艺生产、生活热水等功能性区域均需供应大量的热水，并且对热水系统有着不同的功能需求。为此，我们通常采用设立能转变供热介质品种、改变供热介质热力性能参数的换热设备、站房来实现，通常称之为热水站房。如何合理设置热水站？如何确定系统组成？就需要我们通过详细的计算、合理定义系统组成、有效定义站房布局等多方面考虑，以实现满足需求的最终目标。以下，我将浅谈下我在实际工作过程中如何利用专业及结合实际来完成的热水站设计的。
　　案例背景：
　　下属宝山工厂。用户热负荷由区域供热管网供给，汽源：1.1Mpa饱和蒸汽。
　　热水需求：1）工艺热水85℃±5℃，24小时生产，流量140tons/day；2）浴室生活用水60℃，90个龙头，使用时间：30分钟；3）空调系统冬季制热60℃/50℃，制热量需求1260kW。
　　厂区供水：沙滤水。
　　首先，需要从已有能源供给情况及系统最终需求出发，确定系统的基本组成，大致从以下几个方面进行考考虑：
　　1， 蒸汽源。一次侧加热蒸汽压力1.1Mpa，超过换热器的承压能力时，所以在加热站进口需安装一套减压阀组，减压至0.6Mpa。减压阀后侧设置安全阀，确保蒸汽源压力过大时候能自动泄压，避免对设备的伤害。
　　2， 本项目热水需求点3个，且各需求点要求均不相同，所以设置3套独立的换热装置来满足实际需求，对应需要3根蒸汽供气管，所以在站房蒸汽入口端设置蒸汽分气缸。
　　3， 热水站供水管道系统，为避免换热器内结垢影响换热效果，故在工厂水源在换热站的进口安装一套软水装置，以满足系统补水及供水需求。
　　4， 为取得不同要求的热水，我们设置独立的回路获得相应要求的热水。考虑到工艺热水恒定供应的特殊性，我们将对工艺热水换热器采用一用一备的设置，以备检查维修替换使用。
　　5， 工艺换热系统常年连续工作，空调热水仅冬天制热工况下使用，生活热水常年间断式使用，每天3次，每次30分钟。蒸汽的使用量在一天的不同时刻有不同的需求，所以热水站内一次加热蒸汽端需设置蒸汽分气缸，进口主管配置切断阀。缸体设置安全阀。
　　6， 换热器至用户热网系统，工艺热水有4根供水管，空调系统有1根供水管，生活用水有1根供水管。根据二根以上供水管路需设置分水缸的要求，分别给工艺热水及空调系统供水系统设置分水缸，以满足使用需求。
　　7， 汽水换热器的凝结水管应设疏水阀，分离出蒸汽管道内的冷凝水；冷凝水直接排放至降温池内，满足排放要求后进行统一排放。
　　8， 热水供给系统，为满足补水及系统循环动力，设置独立水泵，每套系统一组循环泵，每组二套，一用一备。
　　9， 热网供水温度需要根据用户热负荷变化自动调节，在一次侧介质管道上安装自动温控调节阀，调控一次侧蒸汽介质流量。
　　10， 确定站内热网压力表安装部位，分别是：
　　循环水泵、补水泵前后
　　减压阀前后
　　供、回水主管
　　分气缸、分水缸上
　　自动温控调节阀前后
　　11， 确认站内热网温度计安装部位，分别是：
　　一次加热介质总管及分气缸、分水缸上
　　供、回水主管
　　循环水箱、凝结水箱上
　　生活热水侧换热器上
　　通过对系统的基本分析及初步定义，我绘制了本换热系统的工作原理图，本系统的基本组成如下：
　　
　　掌握了本系统的基本组成，我现在开始利用已知条件确定各设备的能力及管道的规格。
　　热水量的需求情况：
　　工艺热水，每天持需连续供水，每小时水流量Q1=140/24=5.83m3/h，以6m3/h进行设计。
　　生活热水，90个水嘴，按工厂生活热水需求来确定流量，Q2=90*540/(2*1000)=24.3m3/h，以25m3/h进行设计。
　　空调热水，1260Kw制热需求确定流量，Q3=1260*3600/4.2*103*10=108m3/h，以108m3/h进行设计。
　　换热站二次侧水循环参数如下：
　　 流量（m3/h） 供水温度
　　（℃） 回水温度（℃） 水源需求（m3/h） 热量需求
　　（kW）
　　工艺热水 6 5 85 6 560
　　生活热水 25 5 60 25 1604
　　空调热水 108 50 60 仅补水用 1260
　　合计    31 3424
　　
　　换热器中，板式换热器由于其结构紧凑，占地小，换热效率高，可拆卸清理，备件少，易更换的优点而被广泛使用于各个行业领域之中，所以在本项目中，我们选用汽-水板式交换器来获取热水。因为板式换热器应用的广泛性，各设备厂家根据每一个系统的工况参数进行设计计算及选型。厂家会根据板片波纹形式、长宽比例以及接口大小来确定设备，哪一家的选型最合理、经济、最符合系统需求，则需要进行比较，获得换热系数、确定流程组合方程式、校核阻力大小，已系统达到最佳的效果。通过和苏瑞普及阿伐拉伐的技术沟通，选择了性价比较高的苏瑞普板式换热器。由此确定了一次侧热源-饱和蒸汽的需求。6Bar饱和蒸汽的需求量为：2.84Tons。秉承总站能力设计值为需求值的1.1倍的原则，蒸汽进管能力为3.15Tons，取管径为DN100。
　　系统供水采用软水供应，增强系统设备寿命。主进水管道需最大提供31M3/h（空调系统补水水量忽略不计），主管采用DN100管，此处仅考虑去除水中吸附性能较强的离子，选用弱酸或弱碱性树脂，软水箱的体积安装水泵最短间隔期10分钟计算。水箱体积为3M3。
　　蒸汽进入分气缸后供工艺热水板换、生活热水板换、空调热水板换。因用水需求时间点的不同，我们在板换二次侧供水管道上设置温度传感器，控制供气的流量。蒸汽的疏水凝结管道直接通往降温池，静滞或中和后温度低于40°即可排放至废水处理站，经水处理后二次利用。降温池设置形式为地下水箱，满足自然排放的需求，内设沉水泵，根据液位进行工作，满足设计需求。
　　按疏水器在供热系统中安装的不同，进行选用：1，市政供气管进热水站的主管上，设置倒置桶式疏水器；2，分气缸上冷凝水排放用，设置倒置桶式疏水器；3，蒸汽经板式换热器后，设置倒置桶式或者浮球式疏水器。
　　接下来是各分气缸、分（集）水缸、水泵、管路的设计，此处，我们主要控制各介质的管段流速及水力计算进行确定：
　　分气缸设置原则：断面流速8~12m/s；筒体直径等于1.5~3倍的分气缸最大支管的直径；筒体长度L=h+130+L1+L2+L3++L4+L’+120+h，其中：h为封头高度，130为温度计与端口的距离，120为压力表与端口的距离，其余均为各接管中心距，接管中心距必须大于相邻两接管的外径。
　　分水缸（集水缸）设置原则同上，断面流速0.1~1m/s。采暖系统在供、回水管上分别设置分水缸和集水缸，设置在冷冻站机房内，和冷冻水系统共用，故不在热水站内出现。
　　各系统的水泵，由供水量确认水泵流量，由系统管道水力计算确定扬程。根据水泵特性曲线进行选择，避免工作点落在设备曲线的陡升或陡降点。
　　至此，热水站的基本设计已经完成，为下一步的施工图深化打下了坚实的基础，有效的平面布置及空间布置将使得本系统更合理更有效的满足日后运行过程中的需求。

《工业建筑热水站的设计》

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