嚴寒地區化工項目供暖設計探析

周文宇

摘 要：隨著我國經濟建設高速發展，化工項目建設也呈現出大型、環保、多元的整體趨勢，在東北、華北、西北地區，有豐富的煤炭、石油、天然氣、鹽堿等資源，就近建設的大型化工、石化項目很多，上述地區大都處于暖通和地理學術認定中的嚴寒地區。筆者結合多年來在此類似地區化工項目中的暖通設計經驗綜合闡述，以期為設計人員提供借鑒和幫助。通過筆者自身的經驗，闡述了在嚴寒地區化工項目供暖設計中的技術特點和注意問題。

關鍵詞：嚴寒；化工；管網；系統優化

1 氣象資料參考與選取

化工項目的建設地點，基本都在偏遠邊陲地區，自然環境惡劣，氣候條件嚴酷，且遠離該地區的行政中心。設計人員獲取的該地區第一手氣象資料，往往為該地區氣象臺站的官方資料，其氣象數據采集點均在行政中心，距項目建設地點較遠；在某些地區，例如新疆、青海、內蒙古等地，有時兩地相距達百公里以上，外加海拔、地形、風向、地表等因素，使用官方氣象資料中的參數便失去了準確性（個別案例兩地間溫差可達5℃以上）。建議設計人員根據現場的實際情況，對設計參數進行合理分析，謹慎選用，適當調整。

2 熱煤選擇

在供暖設計中，常用熱媒為蒸汽和熱水。蒸汽系統相對穩定性較差，出于環保及節能的需要，其凝結水回收較困難，有些情況下，高溫冷凝水直接進行散點排放，能源浪費嚴重。基于上述問題，蒸汽熱媒已逐漸被淘汰。熱水系統的穩定性較好，運行中可以進行較為精準的量調節，與蒸汽熱媒相比可明顯節約能源，建議熱水為首選采暖熱媒，只在條件有限，技術論證合理，經濟分析適宜時，才可選用蒸汽熱媒。因此在設計中，熱媒應采用熱水，常規生產裝置中優先選用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

一般認為，供熱管網同程式布置各環路長短接近，較易達到水力平衡。通過對同程式和異程式兩種系統的水力特性的理論分析及大量工程實踐，表明同程式系統水力穩定性不如異程式系統（特別是中間支環路），調節不易，經濟性差。考慮到經濟性原則及檢修方便，實際設計中，室外供熱系統管網一般設計為異程式枝狀管網，室內供熱系統管道設計為同程式；而對于異程式各環路遠近不一致造成的不平衡問題，可在設計時適當加大靠近末端干管管徑來解決。

供熱管網的敷設有架空敷設、地溝敷設和直埋敷設三種形式。在化工工程中，因各種管道較多，為了方便施工及檢修，節約建設成本，供熱管道架空敷設的情況較為常見，但其由于熱損失大而并不為首選；直埋敷設由于施工快、投資少而被廣泛采用，但其敷設維修時需挖開地面，嚴寒地區由于凍土較深，此項工作很不方便。所以從運行管理方面考慮，主干管宜采取半通行或通行地溝敷設較好，通往各單體建筑的支管應盡量采用直埋敷設。

4 平衡閥設置

由于室外供熱管網的復雜性，集中供熱系統中，建筑物熱力入口設置靜態平衡閥是解決樹立失調的有效措施。靜態平衡閥作用在于消除環路剩余壓頭、限定環路設計工況的水流量。因此，在各熱力入口處的供回水管道之間均應設置靜態平衡閥，保證各用熱點水力平衡，節約能源，保證供熱質量。在設計水系統時，先進行管網各支路的水力平衡計算，然后根據計算數據合理地選擇平衡閥的規格。關于是否設置動態平衡閥，如自力式流量控制閥、自立式壓差控制閥等，應根據室外管網的水力平衡要求和建筑物內供暖系統制式以及所采取的條件方式決定。筆者發現在很多設計文件中，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，而不進行是否需要設置動態平衡閥的計算，這種做法可能達不到既定的平衡調節效果，反而會增大系統阻力，使運行效率大大降低。

熱網系統的動態多變性決定了閥門調節的有限性。實踐證明，在設計階段合理劃分并均勻布置環路，相對減少管網干管的壓降，或相對增大用戶系統壓降，是提高供暖管網水力穩定性的主要方法。

5 室內系統比摩阻

在供暖設計中，很多設計人員有個誤區，認為“系統比摩阻越小越好，對于整個系統（包含末端設備）盡可能采用較小的比摩阻，例如按不大于60Pa/m計，這樣系統的阻力就會很低，且有利于水力的平衡”。這種想法有一定的片面性，實際上對于管路比摩阻的確定，主干線各管段比摩阻應根據經濟比摩阻范圍來確定，而分支管路的比摩阻則是根據各分支管段起點和終點間的壓力降來確定。系統阻力越大的供暖外網，越不易產生水力平衡失調的情況。反之，末端系統的比摩阻選取過小，管徑相對較大，會造成管道中水流速過慢，在嚴寒地區，尤其是在嚴寒A區，由于冷輻射及室內外溫差、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生凍結現象。

6 末端選型布置與系統優化

在化工項目中，對散熱器的防腐措施應給予足夠的重視，將散熱器的材質與供熱熱源的具體情況進行分析比對，選用合適的散熱器類型。考慮到成本造價、使用壽命、本體強度以及檢修方便等，工廠內宜采用鋼制散熱器。有些設計在廠內輔助民用建筑的衛生間設置鋼制衛浴型散熱器，而在其它房間設置鋁制散熱器，此做法較為不妥，同一系統中，由于鋼、鋁兩種金屬的電位不同而產生電化學腐蝕，此時將加速鋁制散熱器的電化學腐蝕。

散熱器的布置應考慮到日后業主的方便與有效使用，在嚴寒地區，散熱器的布置上應首選布置在外窗下，其主要作用有兩點：一是節約占地，不影響廠房內其他設備及管路的綜合布置，二是在嚴寒地區應優先考慮將冷風滲透處的空氣迅速加熱，避免冷風急劇壓入，凍結廠房內的靠窗、墻等處的設備及管道。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。很多化工車間內粉塵污染較嚴重，宜選擇適合清掃擦拭的光面管散熱器。

化工項目中，很多主體生產廠房的空間巨大，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，實測溫度場不均勻，筆者建議在較大空間的車間內采用散熱器和暖風機相結合的聯合供暖方式，即設置散熱器值班采暖，車間維持5℃的值班采暖溫度，工作時再由暖風機把室溫提高到需要溫度。由于車間大門經常開啟，冷風侵入量較大，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。當采用散熱器和暖風機、空氣幕等聯合供暖，系統應在入口處分開，暖風機和空氣幕為一個系統，散熱器單獨一個系統；當生產建筑有多層，且每層凈空均較高時，若使用單管供暖系統，宜在5層以上車間采用分層系統的供暖方式，或在最上面2-3層立管處采用增設跨越管的方式，其做法的優勢是防止垂直方向水力失調，而且增加底層散熱器的進水溫度，使其加熱滲入的冷空氣效果更好，防止管道凍結。

7 結束語

在嚴寒地區的化工項目，其供暖工程看似技術簡單，系統可靠，卻出現很多慘痛的教訓，究其主要原因，設計人員往往有著很豐富的理論知識卻忽略了現場中多方面客觀因素。在這里，需要指出的是，實踐的體驗，經驗的積累是至關重要的，除了本專業以外，設計人員也應具備暖通專業以外的知識與常識，并掌握協同設計與溝通能力，例如建筑、工藝、給排水、消防、地理、氣象等，這些因素均與運行后的采暖效果有直接或間接的聯系。只有扎實的理論，廣泛的知識，成功的經驗，才能設計出節能環保，系統穩定，讓業主真正滿意的工程精品。