严寒地区化工项目供暖设计探析

周文宇

摘 要：随着我国经济建设高速发展，化工项目建设也呈现出大型、环保、多元的整体趋势，在东北、华北、西北地区，有丰富的煤炭、石油、天然气、盐碱等资源，就近建设的大型化工、石化项目很多，上述地区大都处于暖通和地理学术认定中的严寒地区。笔者结合多年来在此类似地区化工项目中的暖通设计经验综合阐述，以期为设计人员提供借鉴和帮助。通过笔者自身的经验，阐述了在严寒地区化工项目供暖设计中的技术特点和注意问题。

关键词：严寒；化工；管网；系统优化

1 气象资料参考与选取

化工项目的建设地点，基本都在偏远边陲地区，自然环境恶劣，气候条件严酷，且远离该地区的行政中心。设计人员获取的该地区第一手气象资料，往往为该地区气象台站的官方资料，其气象数据采集点均在行政中心，距项目建设地点较远；在某些地区，例如新疆、青海、内蒙古等地，有时两地相距达百公里以上，外加海拔、地形、风向、地表等因素，使用官方气象资料中的参数便失去了准确性（个别案例兩地间温差可达5℃以上）。建议设计人员根据现场的实际情况，对设计参数进行合理分析，谨慎选用，适当调整。

2 热煤选择

在供暖设计中，常用热媒为蒸汽和热水。蒸汽系统相对稳定性较差，出于环保及节能的需要，其凝结水回收较困难，有些情况下，高温冷凝水直接进行散点排放，能源浪费严重。基于上述问题，蒸汽热媒已逐渐被淘汰。热水系统的稳定性较好，运行中可以进行较为精准的量调节，与蒸汽热媒相比可明显节约能源，建议热水为首选采暖热媒，只在条件有限，技术论证合理，经济分析适宜时，才可选用蒸汽热媒。因此在设计中，热媒应采用热水，常规生产装置中优先选用110/70℃热水，防爆建筑及辅助民用建筑等选用95/70℃热水。

3 管道布置与敷设

一般认为，供热管网同程式布置各环路长短接近，较易达到水力平衡。通过对同程式和异程式两种系统的水力特性的理论分析及大量工程实践，表明同程式系统水力稳定性不如异程式系统（特别是中间支环路），调节不易，经济性差。考虑到经济性原则及检修方便，实际设计中，室外供热系统管网一般设计为异程式枝状管网，室内供热系统管道设计为同程式；而对于异程式各环路远近不一致造成的不平衡问题，可在设计时适当加大靠近末端干管管径来解决。

供热管网的敷设有架空敷设、地沟敷设和直埋敷设三种形式。在化工工程中，因各种管道较多，为了方便施工及检修，节约建设成本，供热管道架空敷设的情况较为常见，但其由于热损失大而并不为首选；直埋敷设由于施工快、投资少而被广泛采用，但其敷设维修时需挖开地面，严寒地区由于冻土较深，此项工作很不方便。所以从运行管理方面考虑，主干管宜采取半通行或通行地沟敷设较好，通往各单体建筑的支管应尽量采用直埋敷设。

4 平衡阀设置

由于室外供热管网的复杂性，集中供热系统中，建筑物热力入口设置静态平衡阀是解决树立失调的有效措施。静态平衡阀作用在于消除环路剩余压头、限定环路设计工况的水流量。因此，在各热力入口处的供回水管道之间均应设置静态平衡阀，保证各用热点水力平衡，节约能源，保证供热质量。在设计水系统时，先进行管网各支路的水力平衡计算，然后根据计算数据合理地选择平衡阀的规格。关于是否设置动态平衡阀，如自力式流量控制阀、自立式压差控制阀等，应根据室外管网的水力平衡要求和建筑物内供暖系统制式以及所采取的条件方式决定。笔者发现在很多设计文件中，直接引用图集中“自立式流量控制阀（带热量表）供暖入口装置”或“自立式压差控制阀（带热量表）供暖入口装置”作为入口装置，而不进行是否需要设置动态平衡阀的计算，这种做法可能达不到既定的平衡调节效果，反而会增大系统阻力，使运行效率大大降低。

热网系统的动态多变性决定了阀门调节的有限性。实践证明，在设计阶段合理划分并均匀布置环路，相对减少管网干管的压降，或相对增大用户系统压降，是提高供暖管网水力稳定性的主要方法。

5 室内系统比摩阻

在供暖设计中，很多设计人员有个误区，认为“系统比摩阻越小越好，对于整个系统（包含末端设备）尽可能采用较小的比摩阻，例如按不大于60Pa/m计，这样系统的阻力就会很低，且有利于水力的平衡”。这种想法有一定的片面性，实际上对于管路比摩阻的确定，主干线各管段比摩阻应根据经济比摩阻范围来确定，而分支管路的比摩阻则是根据各分支管段起点和终点间的压力降来确定。系统阻力越大的供暖外网，越不易产生水力平衡失调的情况。反之，末端系统的比摩阻选取过小，管径相对较大，会造成管道中水流速过慢，在严寒地区，尤其是在严寒A区，由于冷辐射及室内外温差、压差较大造成的冷空气渗入，靠近外墙、外门、外窗等部位的管道将极易产生冻结现象。

6 末端选型布置与系统优化

在化工项目中，对散热器的防腐措施应给予足够的重视，将散热器的材质与供热热源的具体情况进行分析比对，选用合适的散热器类型。考虑到成本造价、使用寿命、本体强度以及检修方便等，工厂内宜采用钢制散热器。有些设计在厂内辅助民用建筑的卫生间设置钢制卫浴型散热器，而在其它房间设置铝制散热器，此做法较为不妥，同一系统中，由于钢、铝两种金属的电位不同而产生电化学腐蚀，此时将加速铝制散热器的电化学腐蚀。

散热器的布置应考虑到日后业主的方便与有效使用，在严寒地区，散热器的布置上应首选布置在外窗下，其主要作用有两点：一是节约占地，不影响厂房内其他设备及管路的综合布置，二是在严寒地区应优先考虑将冷风渗透处的空气迅速加热，避免冷风急剧压入，冻结厂房内的靠窗、墙等处的设备及管道。由于化工建筑上下贯通的情况比较多，存在空气热浮现象，造成建筑物底层温度偏低，所以散热器宜较多地布置在底层。很多化工车间内粉尘污染较严重，宜选择适合清扫擦拭的光面管散热器。

化工项目中，很多主体生产厂房的空间巨大，若单纯使用散热器采暖，其作用半径和使用效果都将大打折扣，实测温度场不均匀，笔者建议在较大空间的车间内采用散热器和暖风机相结合的联合供暖方式，即设置散热器值班采暖，车间维持5℃的值班采暖温度，工作时再由暖风机把室温提高到需要温度。由于车间大门经常开启，冷风侵入量较大，常造成底层大门附近空气温度较低，宜在大门处安装热水型空气幕。当采用散热器和暖风机、空气幕等联合供暖，系统应在入口处分开，暖风机和空气幕为一个系统，散热器单独一个系统；当生产建筑有多层，且每层净空均较高时，若使用单管供暖系统，宜在5层以上车间采用分层系统的供暖方式，或在最上面2-3层立管处采用增设跨越管的方式，其做法的优势是防止垂直方向水力失调，而且增加底层散热器的进水温度，使其加热渗入的冷空气效果更好，防止管道冻结。

7 结束语

在严寒地区的化工项目，其供暖工程看似技术简单，系统可靠，却出现很多惨痛的教训，究其主要原因，设计人员往往有着很丰富的理论知识却忽略了现场中多方面客观因素。在这里，需要指出的是，实践的体验，经验的积累是至关重要的，除了本专业以外，设计人员也应具备暖通专业以外的知识与常识，并掌握协同设计与沟通能力，例如建筑、工艺、给排水、消防、地理、气象等，这些因素均与运行后的采暖效果有直接或间接的联系。只有扎实的理论，广泛的知识，成功的经验，才能设计出节能环保，系统稳定，让业主真正满意的工程精品。