热力管网及换热站课程设计.doc

I 本科课程设计说明书 题 目 ： 乌鲁木齐市新丰小区热力管网 及换热站工程设计 院 （部）： 热能工程学院 专 业： 热能与动力工程 II 摘要摘要 本设计为乌鲁木齐市新丰小区换热站课程设计，随着人们生活水平的提高，集中 供热被越来越多地采用，采用集中供暖可以减少能量的浪费,提高供热效率,减少环 境污染,利于管理.同时采用集中供热可提高供热质量,提高人们的生活质量。 通过本次设计要解决系统水利失调、浪费大量的热量，而使供热效果不理想的 问题。不仅要使它满足人们生产，生活中的要求，还秉着节约资金，节约材料，节 约能源，提高能源利用率的理念，来确定供热方案，其中不乏对前人经典设计思路 的借鉴，并再系统压力不平衡处进行调节，以使整个系统水力平衡。 换热站课程设计是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操 作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握换热站设计的基本程序和方法， 并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及 计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练，在设计过程中能够培养学生树立正 确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。 关键词：换热站，板式换热器，钠离子交换器 目录目录 摘要摘要. 第一章第一章 设计概况设计概况.1 1.11.1 设计题目设计题目 1 1.21.2 设计原始资料设计原始资料 1 1.2.1 设计地区气象资料.1 1.2.2 设计参数资料.1 第二章第二章 换热站方案的确定换热站方案的确定.2 2.12.1 换热站位置的确定换热站位置的确定 .2 2.22.2 换热站建筑平面图的确定换热站建筑平面图的确定 .2 2.32.3 换热站方案确定换热站方案确定 .2 2.42.4 供热管道的平面布置类型供热管道的平面布置类型 .2 2.52.5 管道的布置和敷设管道的布置和敷设 .3 第三章第三章 换热站设备的选取换热站设备的选取.4 3.13.1 换热器简介换热器简介 .4 3.1.1 换热器概述 4 3.1.2 换热器的分类 4 3.3.2 2 换热器的选取换热器的选取 .5 3.2.1 换热器类型的选取 5 3.2.2 换热器选型计算 6 3.3.3 3 水力计算水力计算 .7 3.3.4 4 循环水泵的选择循环水泵的选择 11 3.4.1 循环水泵应满足的条件 11 3.4.2 循环水泵选择 11 3.3.5 5 补水泵的选择补水泵的选择 13 3.5.1 补水泵应该满足的条件 .13 3.5.2 补水泵的选择 .13 3.3.6 6 补水箱的选择补水箱的选择 14 3.3.7 7 除污器的选择除污器的选择 16 第第四四章章 设备管道的设备管道的防腐防腐保温保温19 4 4.1.1 设备管道的保温设备管道的保温 20 4 4. .2 2 设备管道的保温设备管道的保温 20 第五章第五章 设计小节设计小节. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 第第六六章章 参考文献参考文献23 一、设计原始资料 1.1 设计题目：乌鲁木齐市新丰小区供热工程设计 1.2 设计用时：2 周 1.3 热媒及参数 1）供暖 低温热水 60 oC -50 oC 2）有热电厂提供的 0.6MPa 的饱和水蒸汽，已经供到小区附近，供气量完 全满足小区要求。 1.4 乌鲁木齐市气象条件乌鲁木齐市气象条件 冬季： 1）冬季室外供暖计算温度： W t=-22 oC 2）冬季主导风向：西南风 3）冬季室外平均风速：1.7m/s 4）冬季日照率：50% 5）最大冻土深度：133cm 1.5 采暖方式采暖方式 采用对流辐热式钢铝散热器 二二 换热站方案的确定换热站方案的确定 2.12.1 换热站位置的确定换热站位置的确定 1、尽量靠近主要负荷及负荷密度较大处。 2、应考虑整个管网的水力平衡性。 2.22.2 换热站建筑平面图的确定换热站建筑平面图的确定 1、外墙 370mm；内墙 240mm； 2、根据功能设换热间、配电间、值班室等； 3、门、窗、开间和进深以“3”为模数； 4、室内外高差 300mm(150mm)； 5、标注两道尺寸线。 2.32.3 换热站方案确定换热站方案确定 热力点在用户供、回水总管进出口处设置截断阀门、压力表和温度计，同 时根据用户供热质量要求，设置手动调节阀或流量调节器，以便对用户进行供 热调节。用户进水管上应安装除污器。城市上水进入水-水换热器被加热，热 水沿热水供应网路的供水管，输送到个用户。热水供应系统中设置热水供应循 环水泵和循环管路，使热水能不断的循环流动。当城市上水悬浮杂质较多、水 质硬度或含氧量过高时，还应在上水管处设置过滤器或对上水进行必要的水处 理。安装原水箱、原水加压泵、全自动软化水装置与软化水箱，使二级网系统 具有较完整的补水及其处理系统。 2.42.4 供热管道的平面布置类型供热管道的平面布置类型 供热管道平面布置图示与热媒的种类、热源和热用户相互位置及热负荷的 变化热点有关，主要有枝状和环状两类。 枝状网比较简单，造价较低，运行管理比较方便，它的管径随着到热源的 距离增加而减小，其缺点在于如没有供热的后备性能，即一旦网路发生事故， 在损坏地点以后的所有用户均将中断供热。 环状网路的主要优点是具有供热的后备性能，可靠性好，运行也安全，但 它往往比枝状网路的投资要大很多。 本设计中，力争做到设计合理，安装质量符合标准和操作维护良好的条件下， 热网能够无故障的运行，尤其对于只有供暖用户的热网，在非采暖期停止运行 期内，可以维护并排除各种隐患，以满足在采暖期内正常运行的要求，加之考 虑到目前我国的国情，故设计中的热力网型式采用枝状网。 2.52.5 管道的布置和敷设管道的布置和敷设 合理的选择供热管道的敷设方式，应对节约投资，保证热网安全可靠地运 行及交通情况等综合考虑，力求与总体布局协调一致。 1、供热管道的敷设方式可分为架空敷设和地下敷设。考虑到长春地区的气 候条件，小区所在地的地质条件，地下水位及供暖管道与下区整体环境的协调 性等条件，本设计均采用地下敷设方式。 A地沟敷设： （1）通行地沟敷设：工作人员可能直立通行的地沟，但造价高。 （2）半通行地沟敷设：当管道根数较多，采用但排水平布置沟宽度受到 限制时，可采用半通行地沟。 （3）不通行地沟敷设：当管道根数不多且维修工作量不大时，可采用不 通行地沟，其造价较低，占地小，但检修时必须掘开地面。 B无沟（直埋）敷设： 供热管道直接埋设于土壤中，最多采用的形式是供热管道，保温层和保 护瓦克三者紧密粘合在一起，形成整体式的预制保温管道结构形式。 2.管道的布置应注意： a管道尽量平行于道路和建筑物 b尽量将管道设在人行道及绿化地带下，且少穿过道路 c管网形式采用直埋敷设或地沟敷设 d管网敷设应力求线路短而且直 e热力管线与建筑物，构筑物及其他管线的最小间距应符合规范的规 定。 三三 换热站设备的选取换热站设备的选取 3.13.1 换热器简介换热器简介 3.1.13.1.1 换热器概述换热器概述 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度 流体间的热能传递， 又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换 和传递不可缺少的设备 。 在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热 量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以 上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。 3.1.23.1.2 换热器的分类换热器的分类 换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速 发展，换热器的种类越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同 压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下： 1、换热器按传热原理可分为： 1）间壁式换热器 间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁 面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。因此又称表面式换热 器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、 板面式和其他型式。 2）蓄热式换热器 蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温 流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被 加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。 3）流体连接间接式换热器 流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连 接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体 接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。这类换热器主要用于回 收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于 空气分离装置中。如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。 4）混合式换热器 混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热 器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器 适合于气、液两流体之间的换热。 例如，冷水塔、气体冷凝器等。 2、换热器按用途分为： 1）冷却器 冷却器是把流体冷却到必要的温度，但冷却流体没有发生相的变化。 2）加热器 加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。 3）预热器 预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。 4）过热器 过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。 5）蒸发器 蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变 化。 下面我们主要介绍板式换热器 。 1.板式换热器产品应用范围：板式换热器以传热效率高（比传统的管壳式 换热器高24倍） 、节能、经济、结构紧凑、拆卸方便等优点，已被广泛的应用 于化工、电力、冶金、食品、石油、机电、纺织、造纸等工业部门，同时在集 中供热中供热及热能回收工程式中也被大量采用。 2.板式换热器的特点：传热效率高、使用安全可靠、随机应变、有利于低 温热源的利用、占地小，易维护、阻力损失少、热损失小、冷却水量小、投资 运行费用较低。 3.23.2 换热器的选取换热器的选取 3.2.13.2.1 换热器类型的选取换热器类型的选取 本设计选用汽-水壳式换热器，壳式换热器具有很多优点如换热效率高、通 用性强、结构紧凑、投资费用低、热回收效率高、降低耗水量等优点。 换热器的容量和台数应根据采暖、通风、生活的热负荷选择，一般不设备 用。但当任何一台换热器停止运行时。其余设备应满足 60-75%热负荷需要。 本设计选用 3 台相同规格的换热器。型号为: F6-600-35-4 型。 3.2.23.2.2 换热器选型计算换热器选型计算 （1）换热器选型计算公式 Q=KF （3-1） m t 式中 热流量，；QW 换热器的传热系数，W/（m2.） ；K 换热面积，；F 2 m 设计工况下的水-水换热器对数平均温差，。 m tC C72.103 8.98 4.108 ln )608.158()508.158( ln 0 min max minmax t t tt tm 对于汽-水换热器换热系数可取 1510-1750 W/（.） ，本设计取 1700W/（.） 换热站的总热负荷为 5680KW，选三台换热器，即换热器但当任何一台换热器停 止运行时其余设备应满足 60-75%热负荷， 根据式（3-1）可得换热器的换热 面积应为： F=32.2 2 m 换热器的性能参数 型号 公称直径 mm 设计压力 Mpa 换热管长 M 公称换热面积 （） 2 m F6-600-35-46000.62.535 换热器的热冷流体可由下式计算 G=Q/（tm * C） 式中 热流量，；QW G-流体流量，Kg/s； C水的比热，J/（Kg/） ； 流体通过换热器前后的温差温差， m tC 3.33.3 水力计算水力计算 根据水利计算图，进行管段的编号。 编号 流量 (m3/h) 流速 (m/s) 管径 （mm) 闸阀 m 三通 m Rm(Pa/m) 弯管 (m) 当量长 度 Ld（m ） 压 损 p 折算 长度 Lzh 管长 L m 1376.51.433004.17-70.31-18.0722.774.7 2273.61.053004.1713.939.618.136.1742.476.3 3260.31.0123004.1713.934.918.136.1739.773.6 4260.31.0123004.1713.934.9-18.0719.871.8 5376.51.433004.1713.97018.136.742.476.3 62451.332503.8311.174.85-14.9719.634.7 72451.332503.8311.174.85-14.9719.634.7 8376.51.433004.1713.970.31-18.0730.6712.6 9376.51.433004.1713.970.31-18.0730.6712.6 10376.51.433004.1713.970.31-18.0730.6712.6 3.43.4 循环水泵的选择循环水泵的选择 3.4.13.4.1 循环水泵应满足的条件循环水泵应满足的条件 （1）循环水泵的总流量应不小于管网的总设计流量，当热水锅炉 出口至循环水泵的吸入口有旁通管时，应不计入流经旁通管的流量。 （2）循环水泵的扬程应不小于流量条件下热源、热力网、最不 利环路压力损失之和。 （3）循环水泵应具有工作点附近较平缓流量扬程特性曲线，并 联运行的水泵型号相同。 （4）循环水泵承压耐温能力应与热力网的设计参数相适应。 （5）应尽量减少循环水泵的台数，设置三台以下循环水泵时， 应有备用泵，当四台或四台以上水泵并联使用时，可不设备用泵。 （6）热力网循环水泵入口侧压力应不低于吸入口可能达到最高 水温下饱和蒸汽压力加 50KPa。 3.4.23.4.2 循环水泵的选择循环水泵的选择 （1）设计循环流量 根据公式 及计算热负荷 Q=5680000W，可求出循环水泵流量为 G=K1*0.86Q*10-3/(tg-th) 得出 527.56t/h （2）循环水泵扬程 321 pppH 式中 循环水泵扬程，；Hm 热源内部内部阻力损失，15 m（换热器） ； 1 p OH2 最远用户的内部压力损失，取 5 m. 2 p OH2 供回水干管的阻力损失，本设计 4.52*2=9.04 m. 3 p OH2 所以得出 H=15+5+9.04=29.04 mOH2 由 Gv 和 H两个数据可确定选择循环水泵型号为 IS200-150-315 型 循环泵三台， （两用一备） 。 型号扬程（m)流量（m3/h）电机功率（kw）转速（r/min） IS200-150-31528374451450 3.53.5 补水泵的选择补水泵的选择 3.5.13.5.1 补水泵应该满足的条件补水泵应该满足的条件 （1）闭式热力网补水装置的流量的应根据供热系统的渗漏量和 事故补水量确定，一般取允许渗漏量的 4 倍。 （2）开式热力网补水泵的流量，应根据生活热水最大设计流量 和供热系统渗漏之和确定。 （3）补水装置压力不小于补水点管道压力加 30-50KPa，如果补 水装置同时用于维持热力网静压力时其压力应能满足静压要求。 （4）闭式热力网补水泵宜设两台，此时可不设备用泵。 （5）开始热力网补水泵宜设两台或两台以上，其中一台泵作为 备用。 3.5.23.5.2 补水泵的选择补水泵的选择 （1）补给水泵的流量 取循环水量的 4%（按正常补水量 1%，事故补水量为正常补水量 4 倍） G 补=4% G （5-4） 式中 G设计循环流量，t/h； 根据式（5-7）G 补=8.63 3 /mh （2）扬程 bxsys HHHHh m H2O 式中 b H补水点压力值（通过对系统水压图分析确定） ，m； ys H补给水泵压力管阻力损失，m； xs H补给水泵吸水管中的阻力损失，m； h补给水箱最低水位高出系统补水点的高度，m。 工程上认为补给水泵吸水管损失和压力管损失较小，同时补给 水箱高出水泵的高度往往作为富裕之或为抵消吸水管损失和压力管 损失的影响，所以公式可简化为 H=Hb mH2O 补水点压力值 b H可由水压图直接得到，由于采用补给水泵定压， 可取静压线 7m。 根据式（5-6）可得 H=30mH2O 根据G 补和 H 可确定补给水泵的型号为 IS65-50-160 水泵性能表 转速：2900r/min流量：15m3/h 扬程：35 m效率：54 % 汽蚀余量：2.0m电机功率：5.5KW 3.63.6 补水箱的选择补水箱的选择 一般补给水箱应有人孔、水位计、温度计、溢水管、放水管、 软水管、出水管、放气管等附件。溢水管应比给水管大 0.5-1 倍， 溢水口中心与漏斗中心应稍有偏差，使溢水易排入漏斗。当水箱高 度大于 1.5 米时，一般应设内外扶梯。 补水箱的体积要求可以满足 40 分钟的最大补水量的使用，同时考虑 箱体的尺寸应符合热力站内的布置和美观及制作简单节省材料。本 设计采用方形补水箱，其尺寸表如下表 水箱尺寸表 有效容积 （L） 长宽高 3000220015001200 水箱的防腐 水箱管接头及所需附件制作完毕后应在内外表面进行防腐处理。水箱内部 一般按如下处理：水箱温度在 30以下时，可刷红丹防锈漆两遍；当温度在 30-70之间时，可刷过氯乙烯漆 4-5 遍；对水温在 70-100之间时，可刷汽 包漆 4-5 遍。水箱外部一般刷红丹防锈漆两遍，水箱经表面处理后，不得在水 箱本体上直接焊接。 水箱的保温 水温大于 50水箱需要保温，保温层外表面温度不应超过 40-50。补水 箱是由 SMC 模压板块、密封材料、金属结构件及配管系统现场组装而成。给设 计和施工带来极大方便 3.73.7 除污器的选择除污器的选择 旋流除污器是集旋流与过滤于一体， 旋流除砂器主要用来清除地下水和包 括地下热水及其它水源中的固体颗粒，适用于水源热泵系统、中央空调循环冷 却水、冷冻水系统、冬季冷暖循环水系统、工业冷却循环水系统等。广泛应用 于化工、环保、食品、医药等许多工业部门，在给水处理领域实现除砂、降浊 、固液分离等效果显著。 旋流除污器的特点： a 旋流除污器采用多个滤筒过滤，有效过滤面积大，压力损失小。 设计过滤面 积为进出口面积的 35 倍。 b.旋流除污器维修、维护方便：设置检修人孔，装卸滤筒方便， 反冲洗过滤器 c.旋流除污器采用多滤筒过滤、逐个滤筒清洗的结构，清洗时不间断供水。 d.旋流除污器程序控制：可根据用户现场实际情况需要设定系统的各项参数。 e.旋流除污器先进的控制系统：控制系统的精确度高，并可根据不同水质调整 其工作模式和运行状态，以提高其适应水质能力。 f.旋流除污器方便的控制方式：压差/时间同时控制或分别控制，可根据实际工 况及需求任意选择，自动运行；同时设手动/自动转换开关，控制方式可预先设 定,并可气互锁, g.旋流除污器设有就地控制，必要时可设远传控制转换开关，以实现就地操作 和远控操作。 h. 旋流除污器留有运行状态输出、故障报警输出等功能,保证设备使用在安全 可靠条件下运行。 Y 型除污器又称 GL41HY 型过滤器,是设备计结构最简单,也是最科学,最高 效除污器,使用寿命长,过滤精度高,价格经济. Y 型除污器的工作原理:介质从除污器入口进入,介质先流入到滤网筒内, 经过滤网,在滤网上分布着数量不等的小孔,当杂质的孔径大于滤网上的孔径时 这些杂质便被拦截下来,然后定期清洗滤网即可.304 不锈钢滤网使用寿命长,好 清洗. Y 型除污器除了与最常配套的减压阀使用外,单独应用干冷热循环水系统 中,发挥更大的作用.水,类等介质的管路.型除污器是用来除掉机械杂物的场合。 Y 型除污器外壳为铸铁或钢管焊接两种.厂备货一般是 DN40 到 DN350 口径为铸 铁材质,DN350 以上口径为碳钢材质型除污器的过滤网由不锈钢制造,般通水 网为 830 目,可按要求生产. Y 型除污器是最常用的除污器的一种,成本经济.常见的除污器还有:卧式 直通除污器,角通式除污器.主要部件有:过滤器体,排污盖,过滤网,排污口. 除污器的安装注意事项 1、除污器安装应该按工程设计说明的要求进行。 2、如选用本设备设计系统在除污器进出口管道上不设阀门，不要求拆卸的情况 下，则进出口管道上的法兰要取消，除污器和管道直接焊接。 3、设备安装完，应清除内部因制作或安装遗留的杂物。 4、设备投运前，应同管道系统一起进行水压试验，水压实验合格后方可投入运 行。 5、在运行过程中，应根据管道系统的清洁情况，定期进行去污，确保除污器畅 通 3.83.8 热力入口热力入口 热力入口设置在单幢建筑物用户的地沟入口，站内设置温度计、压力表等 检测装置，在供水管道上装过滤器，防止污垢、杂物等局部系统内，在低点处 设置泄水阀，检修时排泄供暖系统中的水量。详见小区供热系统管线平面布置 图以及热力入口布置图。 四四 设备管道的防腐保温设备管道的防腐保温 4.14.1 设备管道的保温设备管道的保温 换热站内的管道，管道附件，集，分水器等需要进行保温处理。 本设计采用离心玻璃棉保温结构，此保温结构，保温效果好且施工方便价 格低廉。具体保温层厚度见下表： 保温层厚度表 公称直径 mm 507080100125150200 保温层厚度 mm 57.160.762.765.167.769.573.7 4.24.2 设备管道的保温设备管道的保温 热力管道及其设备的防腐处理，主要是直金属表面的外防腐和其涂料层的 保护，金属的腐蚀是金属在其工作环境中，因化学或是电化学反应，引起金属 的表面均匀或者是局部的耗损现象的总乘。为了减少管道的腐蚀，我们需要对 管道进行相应的防腐处理，主要是刷漆防锈等。 本设计中只是对换热站内的架空管道进行防腐处理，对各个管道及其设备 刷底漆一遍，面漆 2 道。 五五 设计小节设计小节 两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所 学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情， 又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们 相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄， 学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们 迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足 下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含 义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是 为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 通过这次供热设计，本人在多方面都有所提高。通过这次供热 设计，综合运用本专