醫(yī)藥廠區(qū)回用凝結(jié)水制備淋浴熱水設(shè)計研究

張攀攀

（天俱時工程科技集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

醫(yī)藥項目中用到的換熱器、反應(yīng)釜等設(shè)備種類豐富、數(shù)量多，生產(chǎn)過程中需使用大量蒸汽，因此會產(chǎn)生大量蒸汽凝結(jié)水，這些凝結(jié)水溫度可達(dá)90 ℃，直接排放需要用大量水降溫，造成熱量、水量的浪費。蒸汽凝結(jié)水熱量高且水質(zhì)好，回收利用這些蒸汽凝結(jié)水對減少石化、電力能源的消耗及水的消耗，對制藥企業(yè)節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本有積極的意義[1-2]。醫(yī)藥廠區(qū)通常設(shè)有集中淋浴設(shè)施，用水時間、用水量相對固定，將蒸汽凝水用于淋浴熱水系統(tǒng)預(yù)熱，可有效利用蒸汽凝水的余熱，剩余凝水直接補(bǔ)充至循環(huán)水系統(tǒng)，既回收熱量，又減少了循環(huán)水系統(tǒng)的自來水補(bǔ)水量。通過對某醫(yī)藥項目系統(tǒng)性分析，研究蒸汽凝結(jié)水用于制備淋浴熱水的可行性及實施方案。

1 系統(tǒng)研究與設(shè)計

1.1 可行性研究

凝結(jié)水水質(zhì)較好，通過一定預(yù)處理后，水質(zhì)可滿足絕大多數(shù)場合的用水要求。根據(jù)項目各生產(chǎn)車間生產(chǎn)工藝的分析，該藥廠每個生產(chǎn)車間均有設(shè)備使用蒸汽，車間蒸汽凝結(jié)水通過管道收集至回收罐，經(jīng)過一定預(yù)處理，匯總后可持續(xù)提供約30 m3/h的凝結(jié)水，溫度可達(dá)85～95 ℃。

蒸汽凝結(jié)水回用可分為直接使用和間接使用，直接使用將凝結(jié)水直接通入熱水箱，系統(tǒng)簡單可直接利用凝結(jié)水，效率也高，可完全回收熱量和凝結(jié)水，但對凝結(jié)水質(zhì)要求高；間接利用通過換熱器進(jìn)行熱交換，僅能利用凝結(jié)水中的部分熱量，系統(tǒng)復(fù)雜、效率較低，但更衛(wèi)生。根據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)崃Σ块T資料，結(jié)合本項目生產(chǎn)特點和文獻(xiàn)資料分析，本項目采用工業(yè)蒸汽，其中可能含有化學(xué)添加劑，同時考慮到后期設(shè)備、管道后期老化可能造成凝結(jié)水水質(zhì)變差，不符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求，為保證淋浴用水質(zhì)，考慮采用間接利用的方式。

1.2 供、耗熱平衡分析

該廠區(qū)浴室內(nèi)設(shè)有淋浴龍頭180套，每天服務(wù)人數(shù)約為600人次，廠區(qū)各車間工作制度：3班 / d，8 h/班，集中淋浴延續(xù)供水時間約1h。根據(jù)GB 50015—2019《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[3]，按定時集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)考慮，用水點使用溫度為40 ℃，冷水溫度5 ℃，淋浴器同時使用率為80%，設(shè)計熱水溫度60 ℃。計算得出最大設(shè)計熱水量50 m3/h（60 ℃），每班最大熱水用量50 m3，耗熱量約3 160 kW。每日所需熱量約9 480 kW。

由于蒸汽凝結(jié)水為連續(xù)生產(chǎn)，全天24 h都會產(chǎn)生，水量相對平均?？紤]到凝結(jié)水輸送、使用過程中的熱損，凝結(jié)水到達(dá)使用點（即換熱設(shè)備進(jìn)口）溫度取80 ℃，出水溫度60 ℃，供水流量30 m3/h，供熱量678 kW。每日可供熱量約16 272 kW。供、耗熱量分布如圖1所示。

圖1 供、耗熱量分布Fig.1 Distribution of heat supply and consumption

可以看出每日總的供熱量大于每日所需熱量，但最大時供熱量不能滿足使用需求，因此考慮設(shè)置熱水箱儲存部分熱水，以彌補(bǔ)集中淋浴時段凝結(jié)水量不足。考慮到集中淋浴用水量、房間布局、初期投資等因素，設(shè)置有效容積約50 m3的熱水箱一座用于儲存熱水，基本可滿足集中淋浴的需要，且在空閑時段可產(chǎn)生足量的熱水充滿熱水箱。多余的凝結(jié)水排至廠區(qū)循環(huán)水池，作為循環(huán)水補(bǔ)水。

1.3 制熱系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)上文分析，本項目不適合將蒸汽直接通入熱水箱加熱，考慮采用板式換熱器回收熱量，冷水通過蒸汽凝結(jié)水預(yù)熱后進(jìn)入熱水箱儲存，淋浴時根據(jù)水溫判斷是否需半容積式換熱器二次加熱，后供給淋浴用熱水。

本項目進(jìn)入板式換熱器進(jìn)行預(yù)熱的冷水考慮直接利用廠區(qū)給水管網(wǎng)供給，熱水系統(tǒng)配備熱水泵單獨加壓，并兼做循環(huán)水泵，熱水泵供水壓力同冷水系統(tǒng)[4-5]，設(shè)置壓力傳感器控制熱水系統(tǒng)恒壓供水，并通過控制熱水系統(tǒng)中水箱水位、溫度、電動閥開關(guān)等措施調(diào)節(jié)熱水系統(tǒng)供水，保證熱水系統(tǒng)出水穩(wěn)定在設(shè)定溫度。熱水制備系統(tǒng)設(shè)計方案見圖2。

圖2 熱水制備系統(tǒng)設(shè)計方案Fig.2 Design of hot water preparation system

熱水系統(tǒng)預(yù)熱設(shè)備和輔助加熱設(shè)備采用串聯(lián)方式，預(yù)熱設(shè)備采用板式換熱器，預(yù)熱后的熱水儲存在熱水箱中備用，水箱中的熱水經(jīng)半容積式換熱器后供給本車間的淋浴室，半容積式換熱器根據(jù)最不利條件下選型。

通過熱量平衡計算，根據(jù)冷、熱水的經(jīng)濟(jì)流速選擇管徑初步設(shè)定系統(tǒng)的設(shè)計流量，固定蒸汽凝結(jié)水進(jìn)出管道管徑，在冷水進(jìn)水口設(shè)置電動閥，管路上設(shè)有溫度監(jiān)測，通過調(diào)整進(jìn)水流量保證產(chǎn)水溫度達(dá)到60 ℃。預(yù)熱系統(tǒng)的設(shè)計工況見表1。

表1 預(yù)熱系統(tǒng)的設(shè)計工況Tab.1 Design conditions of preheating system

根據(jù)1.2節(jié)分析，在系統(tǒng)中設(shè)置一座50 m3的熱水箱，空閑時段產(chǎn)的熱水充滿熱水箱，當(dāng)供水時段最大用水量超過熱水箱的容積時，直接向熱水箱補(bǔ)充冷水，保證系統(tǒng)不斷水，同時需控制冷水供水流量，防止熱水箱中注入過量冷水，影響系統(tǒng)的使用，根據(jù)使用條件分析，初步設(shè)定冷水補(bǔ)水流量10 m3/h，進(jìn)水管設(shè)置電動閥門根據(jù)水箱水位調(diào)整補(bǔ)水量。熱水箱中設(shè)置溫度監(jiān)測，根據(jù)水箱中的溫度自動控制輔助加熱設(shè)備是否開啟及其供熱量，確保熱水制備系統(tǒng)的出水溫度能滿足要求。熱水箱附件及補(bǔ)水水位如圖3所示。

圖3 熱水箱示意圖Fig.3 Schematic diagram of hot water tank

1.4 熱水管路系統(tǒng)設(shè)計

淋浴室采用雙管熱水供應(yīng)系統(tǒng)，冷水由市政給水管直供，熱水通過熱水供水泵供給，熱水供水系統(tǒng)采用恒壓供水，供水壓力與冷水管道供水壓力相協(xié)調(diào)，保證系統(tǒng)冷熱水壓力平衡。熱水系統(tǒng)管路采用上行下給的同程供水方式，供水泵兼循環(huán)泵，淋浴前定時開啟循環(huán)，循環(huán)泵根據(jù)熱水主管溫度自動啟停，保證熱水管道內(nèi)水溫達(dá)標(biāo)，且配水點水溫不得高于50 ℃。淋浴配水管道與其他用水量較大的設(shè)備分開布置，配水管道布置成環(huán)形[6-7]。

給水主管采用鋼塑復(fù)合管，螺紋連接或法蘭連接；支管采用PPR塑料管，熱熔連接。給水管做防結(jié)露保溫，采用B1級橡塑海綿，厚度30 mm。熱水供、回水主管保溫采用硅酸鋁管殼（A級不燃材料），厚度50 mm。熱水箱保溫材料采用硅酸鋁制品（A級不燃材料），厚度50 mm。需要注意的是給水、熱水管道在交付使用前必須進(jìn)行沖洗和消毒，直到出水符合國家GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》方可使用，為保證熱水水質(zhì)，在熱水供水主管上設(shè)紫外線消毒器。

2 問題及關(guān)鍵因素分析

（1）凝結(jié)水水量、溫度、水質(zhì)。由于廠區(qū)還未建設(shè)運行，凝結(jié)水參數(shù)可能不太準(zhǔn)確，因此設(shè)計時供熱量考慮比較富裕，運行期間應(yīng)定期監(jiān)測、記錄、分析凝結(jié)水水量、溫度，并根據(jù)具體運行結(jié)果適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)運行方式，盡量最大化利用凝結(jié)水余熱。對凝結(jié)水水質(zhì)也應(yīng)密切關(guān)注，防止收集管道結(jié)垢、腐蝕，避免影響熱水水質(zhì)[8-10]。

（2）凝結(jié)水收集方式。由于不同廠區(qū)凝結(jié)水量、產(chǎn)生部位、投資、節(jié)能等因素各不相同，需結(jié)合具體項目確定凝結(jié)水是否收集回用以及具體收集方式，本項目凝結(jié)水產(chǎn)量不穩(wěn)定，但生產(chǎn)車間布置相對集中，因此匯總收集到一個凝結(jié)水箱后用于淋浴用熱水預(yù)熱。凝結(jié)水回用時還需綜合分析儲存、供給設(shè)施和管網(wǎng)投入以及回用可節(jié)省的費用等因素后確定具體設(shè)計方案。

（3）熱水箱內(nèi)循環(huán)?？紤]系統(tǒng)的簡潔、便于操作運行，未考慮熱水箱內(nèi)熱水的內(nèi)循環(huán)加熱，事故狀態(tài)下可能造成水箱內(nèi)熱水溫度達(dá)不到設(shè)計要求，后期根據(jù)運行經(jīng)驗可適當(dāng)改進(jìn)。

3 結(jié)論

利用蒸汽凝結(jié)水進(jìn)行預(yù)熱制備淋浴熱水系統(tǒng)需充分考慮了凝結(jié)水來源不穩(wěn)定、瞬時供熱量小、持續(xù)供熱量充足的特點，以充分利用凝結(jié)水的熱量，對制藥企業(yè)生產(chǎn)運行具有重要的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能意義。根據(jù)不同的生產(chǎn)條件，分析凝結(jié)水特點，探索不同的回用途徑，是制藥企業(yè)節(jié)能環(huán)保發(fā)展的一個重要方向。