嚴(yán)寒地區(qū)化工項(xiàng)目供暖設(shè)計(jì)探析

周文宇

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展，化工項(xiàng)目建設(shè)也呈現(xiàn)出大型、環(huán)保、多元的整體趨勢(shì)，在東北、華北、西北地區(qū)，有豐富的煤炭、石油、天然氣、鹽堿等資源，就近建設(shè)的大型化工、石化項(xiàng)目很多，上述地區(qū)大都處于暖通和地理學(xué)術(shù)認(rèn)定中的嚴(yán)寒地區(qū)。筆者結(jié)合多年來在此類似地區(qū)化工項(xiàng)目中的暖通設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)綜合闡述，以期為設(shè)計(jì)人員提供借鑒和幫助。通過筆者自身的經(jīng)驗(yàn)，闡述了在嚴(yán)寒地區(qū)化工項(xiàng)目供暖設(shè)計(jì)中的技術(shù)特點(diǎn)和注意問題。

關(guān)鍵詞：嚴(yán)寒；化工；管網(wǎng)；系統(tǒng)優(yōu)化

1 氣象資料參考與選取

化工項(xiàng)目的建設(shè)地點(diǎn)，基本都在偏遠(yuǎn)邊陲地區(qū)，自然環(huán)境惡劣，氣候條件嚴(yán)酷，且遠(yuǎn)離該地區(qū)的行政中心。設(shè)計(jì)人員獲取的該地區(qū)第一手氣象資料，往往為該地區(qū)氣象臺(tái)站的官方資料，其氣象數(shù)據(jù)采集點(diǎn)均在行政中心，距項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)較遠(yuǎn)；在某些地區(qū)，例如新疆、青海、內(nèi)蒙古等地，有時(shí)兩地相距達(dá)百公里以上，外加海拔、地形、風(fēng)向、地表等因素，使用官方氣象資料中的參數(shù)便失去了準(zhǔn)確性（個(gè)別案例兩地間溫差可達(dá)5℃以上）。建議設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行合理分析，謹(jǐn)慎選用，適當(dāng)調(diào)整。

2 熱煤選擇

在供暖設(shè)計(jì)中，常用熱媒為蒸汽和熱水。蒸汽系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性較差，出于環(huán)保及節(jié)能的需要，其凝結(jié)水回收較困難，有些情況下，高溫冷凝水直接進(jìn)行散點(diǎn)排放，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。基于上述問題，蒸汽熱媒已逐漸被淘汰。熱水系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，運(yùn)行中可以進(jìn)行較為精準(zhǔn)的量調(diào)節(jié)，與蒸汽熱媒相比可明顯節(jié)約能源，建議熱水為首選采暖熱媒，只在條件有限，技術(shù)論證合理，經(jīng)濟(jì)分析適宜時(shí)，才可選用蒸汽熱媒。因此在設(shè)計(jì)中，熱媒應(yīng)采用熱水，常規(guī)生產(chǎn)裝置中優(yōu)先選用110/70℃熱水，防爆建筑及輔助民用建筑等選用95/70℃熱水。

3 管道布置與敷設(shè)

一般認(rèn)為，供熱管網(wǎng)同程式布置各環(huán)路長(zhǎng)短接近，較易達(dá)到水力平衡。通過對(duì)同程式和異程式兩種系統(tǒng)的水力特性的理論分析及大量工程實(shí)踐，表明同程式系統(tǒng)水力穩(wěn)定性不如異程式系統(tǒng)（特別是中間支環(huán)路），調(diào)節(jié)不易，經(jīng)濟(jì)性差。考慮到經(jīng)濟(jì)性原則及檢修方便，實(shí)際設(shè)計(jì)中，室外供熱系統(tǒng)管網(wǎng)一般設(shè)計(jì)為異程式枝狀管網(wǎng)，室內(nèi)供熱系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)為同程式；而對(duì)于異程式各環(huán)路遠(yuǎn)近不一致造成的不平衡問題，可在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加大靠近末端干管管徑來解決。

供熱管網(wǎng)的敷設(shè)有架空敷設(shè)、地溝敷設(shè)和直埋敷設(shè)三種形式。在化工工程中，因各種管道較多，為了方便施工及檢修，節(jié)約建設(shè)成本，供熱管道架空敷設(shè)的情況較為常見，但其由于熱損失大而并不為首選；直埋敷設(shè)由于施工快、投資少而被廣泛采用，但其敷設(shè)維修時(shí)需挖開地面，嚴(yán)寒地區(qū)由于凍土較深，此項(xiàng)工作很不方便。所以從運(yùn)行管理方面考慮，主干管宜采取半通行或通行地溝敷設(shè)較好，通往各單體建筑的支管應(yīng)盡量采用直埋敷設(shè)。

4 平衡閥設(shè)置

由于室外供熱管網(wǎng)的復(fù)雜性，集中供熱系統(tǒng)中，建筑物熱力入口設(shè)置靜態(tài)平衡閥是解決樹立失調(diào)的有效措施。靜態(tài)平衡閥作用在于消除環(huán)路剩余壓頭、限定環(huán)路設(shè)計(jì)工況的水流量。因此，在各熱力入口處的供回水管道之間均應(yīng)設(shè)置靜態(tài)平衡閥，保證各用熱點(diǎn)水力平衡，節(jié)約能源，保證供熱質(zhì)量。在設(shè)計(jì)水系統(tǒng)時(shí)，先進(jìn)行管網(wǎng)各支路的水力平衡計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)合理地選擇平衡閥的規(guī)格。關(guān)于是否設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡閥，如自力式流量控制閥、自立式壓差控制閥等，應(yīng)根據(jù)室外管網(wǎng)的水力平衡要求和建筑物內(nèi)供暖系統(tǒng)制式以及所采取的條件方式?jīng)Q定。筆者發(fā)現(xiàn)在很多設(shè)計(jì)文件中，直接引用圖集中“自立式流量控制閥（帶熱量表）供暖入口裝置”或“自立式壓差控制閥（帶熱量表）供暖入口裝置”作為入口裝置，而不進(jìn)行是否需要設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡閥的計(jì)算，這種做法可能達(dá)不到既定的平衡調(diào)節(jié)效果，反而會(huì)增大系統(tǒng)阻力，使運(yùn)行效率大大降低。

熱網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)多變性決定了閥門調(diào)節(jié)的有限性。實(shí)踐證明，在設(shè)計(jì)階段合理劃分并均勻布置環(huán)路，相對(duì)減少管網(wǎng)干管的壓降，或相對(duì)增大用戶系統(tǒng)壓降，是提高供暖管網(wǎng)水力穩(wěn)定性的主要方法。

5 室內(nèi)系統(tǒng)比摩阻

在供暖設(shè)計(jì)中，很多設(shè)計(jì)人員有個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為“系統(tǒng)比摩阻越小越好，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)（包含末端設(shè)備）盡可能采用較小的比摩阻，例如按不大于60Pa/m計(jì)，這樣系統(tǒng)的阻力就會(huì)很低，且有利于水力的平衡”。這種想法有一定的片面性，實(shí)際上對(duì)于管路比摩阻的確定，主干線各管段比摩阻應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)比摩阻范圍來確定，而分支管路的比摩阻則是根據(jù)各分支管段起點(diǎn)和終點(diǎn)間的壓力降來確定。系統(tǒng)阻力越大的供暖外網(wǎng)，越不易產(chǎn)生水力平衡失調(diào)的情況。反之，末端系統(tǒng)的比摩阻選取過小，管徑相對(duì)較大，會(huì)造成管道中水流速過慢，在嚴(yán)寒地區(qū)，尤其是在嚴(yán)寒A區(qū)，由于冷輻射及室內(nèi)外溫差、壓差較大造成的冷空氣滲入，靠近外墻、外門、外窗等部位的管道將極易產(chǎn)生凍結(jié)現(xiàn)象。

6 末端選型布置與系統(tǒng)優(yōu)化

在化工項(xiàng)目中，對(duì)散熱器的防腐措施應(yīng)給予足夠的重視，將散熱器的材質(zhì)與供熱熱源的具體情況進(jìn)行分析比對(duì)，選用合適的散熱器類型?？紤]到成本造價(jià)、使用壽命、本體強(qiáng)度以及檢修方便等，工廠內(nèi)宜采用鋼制散熱器。有些設(shè)計(jì)在廠內(nèi)輔助民用建筑的衛(wèi)生間設(shè)置鋼制衛(wèi)浴型散熱器，而在其它房間設(shè)置鋁制散熱器，此做法較為不妥，同一系統(tǒng)中，由于鋼、鋁兩種金屬的電位不同而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，此時(shí)將加速鋁制散熱器的電化學(xué)腐蝕。

散熱器的布置應(yīng)考慮到日后業(yè)主的方便與有效使用，在嚴(yán)寒地區(qū)，散熱器的布置上應(yīng)首選布置在外窗下，其主要作用有兩點(diǎn)：一是節(jié)約占地，不影響廠房?jī)?nèi)其他設(shè)備及管路的綜合布置，二是在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)優(yōu)先考慮將冷風(fēng)滲透處的空氣迅速加熱，避免冷風(fēng)急劇壓入，凍結(jié)廠房?jī)?nèi)的靠窗、墻等處的設(shè)備及管道。由于化工建筑上下貫通的情況比較多，存在空氣熱浮現(xiàn)象，造成建筑物底層溫度偏低，所以散熱器宜較多地布置在底層。很多化工車間內(nèi)粉塵污染較嚴(yán)重，宜選擇適合清掃擦拭的光面管散熱器。

化工項(xiàng)目中，很多主體生產(chǎn)廠房的空間巨大，若單純使用散熱器采暖，其作用半徑和使用效果都將大打折扣，實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)不均勻，筆者建議在較大空間的車間內(nèi)采用散熱器和暖風(fēng)機(jī)相結(jié)合的聯(lián)合供暖方式，即設(shè)置散熱器值班采暖，車間維持5℃的值班采暖溫度，工作時(shí)再由暖風(fēng)機(jī)把室溫提高到需要溫度。由于車間大門經(jīng)常開啟，冷風(fēng)侵入量較大，常造成底層大門附近空氣溫度較低，宜在大門處安裝熱水型空氣幕。當(dāng)采用散熱器和暖風(fēng)機(jī)、空氣幕等聯(lián)合供暖，系統(tǒng)應(yīng)在入口處分開，暖風(fēng)機(jī)和空氣幕為一個(gè)系統(tǒng)，散熱器單獨(dú)一個(gè)系統(tǒng)；當(dāng)生產(chǎn)建筑有多層，且每層凈空均較高時(shí)，若使用單管供暖系統(tǒng)，宜在5層以上車間采用分層系統(tǒng)的供暖方式，或在最上面2-3層立管處采用增設(shè)跨越管的方式，其做法的優(yōu)勢(shì)是防止垂直方向水力失調(diào)，而且增加底層散熱器的進(jìn)水溫度，使其加熱滲入的冷空氣效果更好，防止管道凍結(jié)。

7 結(jié)束語

在嚴(yán)寒地區(qū)的化工項(xiàng)目，其供暖工程看似技術(shù)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠，卻出現(xiàn)很多慘痛的教訓(xùn)，究其主要原因，設(shè)計(jì)人員往往有著很豐富的理論知識(shí)卻忽略了現(xiàn)場(chǎng)中多方面客觀因素。在這里，需要指出的是，實(shí)踐的體驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)的積累是至關(guān)重要的，除了本專業(yè)以外，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)具備暖通專業(yè)以外的知識(shí)與常識(shí)，并掌握協(xié)同設(shè)計(jì)與溝通能力，例如建筑、工藝、給排水、消防、地理、氣象等，這些因素均與運(yùn)行后的采暖效果有直接或間接的聯(lián)系。只有扎實(shí)的理論，廣泛的知識(shí)，成功的經(jīng)驗(yàn)，才能設(shè)計(jì)出節(jié)能環(huán)保，系統(tǒng)穩(wěn)定，讓業(yè)主真正滿意的工程精品。