食品工厂设计 课件 第九章 公用系统

第九章公用系统主要内容第一节概述第二节给排水系统第三节供电及自控系统第四节供汽系统第五节采暖与通风系统第六节制冷系统教学目的及要求：

明晰公用系统的组成及其在食品工厂中的重要性掌握公用系统设计的原则，理解食品工厂对公用系统设计的要求掌握给排水，供电，供汽和冷库的要求及设计，能够评价相关的给排水、供电、供气和冷库设计布局是否合理理解公用系统对食品企业生产经营和节能减排的影响第一节概述一、公用系统的主要内容公用系统，是指与食品工厂的各部门、车间、工段有着密切关系，并为这些部门所共有的一类动力辅助设施的总称。公用设施一般包括给排水、供电及仪表、供汽、采暖与通风、制冷等五项工程。二、公用工程区域的划分指给排水、供电等工程中的水源、电源的落实和外管线的敷设。属市政工程性质，由当地专门的市政设计或施工部门负责。食品厂厂外管线的长度最好能控制在2-3km范围内。（1）

厂外工程指在厂区范围内、生产车间以外的公用设施。一般由负责整体项目的专业设计院的有关设计工程分别承担。指有关设备及管线的安装工程。其中的水管、汽管由工艺设计人员设计，其他归属专业工种承担。（2）

厂区工程（3）

车间内工程三、对公用系统的要求供水能力按高峰季节各产品的小时需要总量来确定设计能力。供电和供汽采用组合式：是指不搞单一的变压器或锅炉，而设置多台变压器或锅炉，以便有不同的能力组合，适应不同的负荷。（1）

满足生产需要生产用水要符合生活饮用水卫生标准；蒸汽不含危害健康或引起污染食品的物质。注意公用设施在厂区位置。运行可靠：指供应的数量和质量要有可靠而稳定的参数。经济性：即投资少、收效高。（2）

符合卫生要求（3）

运行可靠、费用经济第二节给排水系统

一、给排水系统设计内容及所需的基础资料

整体项目的给排水设计一般包括：取水及净化工程、厂区及生活区的给排水管网、车间内外给排水管网、室内卫生工程、冷却循环水系统和消防系统等。（1）

设计内容各部门对用水量、水质、水温及用水时间的要求。建厂所在地的气象、水文、地质、地形资料，特别是作为水源的河、湖的详细水文资料。引水、排水路线的现状及有关的协议或拟接进厂区的市政自来水管网状况。厂区和厂区周围地质、地形资料（包括外沿的引水、排水路线）当地废水和公安消防主管部门的有关规定。所在地管材市场供应情况。（2）

设计给排水所需基础资料二、食品工厂用水分类对水质的要求一般生产用水、生活用水的水质符合生活饮用水的标准。特殊生产用水是指直接构成某些产品组分的用水和锅炉用水。对水质有特殊要求，在符合生活饮用水标准基础上进一步处理。冷却水和消防用水，其水质要求可以低于生活饮用水。其中，冷却水可以循环使用，用量不大。（1）水的用途分类

一般生产用水、特殊生产用水、冷却水、生活用水和消防用水。（2）对水质的要求三、全厂性用水量的计算

包括：工艺用水、锅炉用水、制冷机房冷却用水。锅炉用水：按锅炉蒸发量的1.2倍计算，小时变化系数取1.5，即锅炉用水量Q＝1.2×1.5×锅炉蒸发量；冷却用水：包括汽缸冷却用水和冷却塔循环用水。（1）生产用水量冷却塔循环用水量qm,L

可按下式计算：

式中:qm,L—冷却塔循环用水量，t/h；

η—使用系数，一般取1.1～1.15；

Q1—冷凝器负荷，kJ/h；

t1—冷凝器出水温度(即冷却塔进水温度)，℃；

t2—冷凝器进水温度(即冷却塔出水温度)，℃。制冷机冷却水循环量取决于进出水温差和热负荷，一般情况下，取t2≤36℃，t1≤32℃。制冷机的冷却循环系统的实际耗水量，即补充水量可按循环量的5%计。室内（81t/h）、室外（36-270）t/h（2）生活用水量生活用水量Q=最大班次人数×70／1000(m3/h)（3）消防用水量食品厂的生产性质决定其发生火警的危险性较低，建筑物耐火等级较高。食品厂的消防给水一般与生产、生活给水管合并，采用合流给水系统。食品厂的室内消防用水量为（81t/h）、食品厂的室内消防用水量为（36-270）t/h。食品厂的生产用水量较大，在计算全厂总用水量时，可不计入消防用水量，如发生火警，可调整生产和生活用水量加以解决。四、水源的选择类别优点缺点自来水技术简单，一次性投资省，上马快，水质可靠水价较高，经常性费用大地下水可就地直接取用，水质稳定，且不易受外部污染，理化指标变化小，水温低，基本终年恒定。取水构筑物简单，一次性投资不大，经常性费用低水中往往含有多种矿物质，硬度可能过高，甚至含有某种有害物质，大量抽取地下水会影响地面沉降地面水水中溶解物少，经常性费用低净水系统技术管理复杂，取水构筑物多，一次性投资大，水质、水温随季节变化大过度抽取地下水引起地面沉降

五、给水系统（1）自来水给水系统（2）地下水给水系统（3）地面水给水系统

给水处理的目的主要是满足各种用水的水质要求，除去水中的悬浮杂质、有色物质、胶体物质、可溶性盐类、病菌及其他有害成分。给水处理的一般方法有以下几种。自然沉淀即用沉淀的方法除去水中较大颗粒的杂质，具体方法是使水在沉淀池中停留较长时间，以达到沉淀澄清的目的。（4）给水处理给水处理混凝沉淀

在水中加混凝剂，使水中的胶体物质与细小的、难以沉淀的悬浮物质相互凝聚，形成较大的易沉绒体后，再在沉淀池和澄清池中沉淀和澄清，使水由混浊变澄清。常用的混凝剂为硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁。过滤

将水通过装有滤料的过滤池或过滤器，利用滤料与水中细微杂质间的吸附、筛滤作用，使水质得到澄清。消毒就是通过物理或化学的方法杀死水中的致病微生物。

通常用到的物理方法有：加热、紫外线、超声波和放射线等。

化学方法有：氯、臭氧、高锰酸钾及重金属离子等药剂，其中氯消毒法，即在水中加适量的液氯和漂白粉，是目前普遍采用的方法。软化软化是通过降低水中钙、镁离子的含量，进而降低水的硬度的过程。、

软化的方法有以下几种。①加热法将水加热到100℃以上，使水中的Ca2+、Mg2+形成CaC03、Mg(OH)2和石膏沉淀而除去。②药剂法在水中加石灰和苏打，使Ca2+、Mg2+生成CaC03和Mg(OH)2而沉淀。软化软化是通过降低水中钙、镁离子的含量，进而降低水的硬度的过程。软化的方法有以下几种。③离子交换法使水和离子交换剂接触，用交换剂中的Na+或H+把水中的Ca2+、Mg2+交换出来。此外，当水中铁、锰等离子含量超过水质标准时，还需要进行除铁、锰等离子的处理。一般情况下，以上方法并不是单独使用的，而是根据原水的不同水源和水质及生产对水质的不同要求，联合使用几种不同的给水处理工艺。①以地面水(如河水、湖水等)作为生活饮用水时，一般必须经过以下工序的处理：原水→预沉→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒②地下水的水质要优于地面水，所以若以地下水作为生活饮用水时，一般只经过消毒即可。③为了减少水垢的形成，锅炉用水都必须进行软化处理，且一般用离子交换法进行软化。④当被用作特殊生产用水时，水质要求较为严格，水处理工艺也较为复杂：生活用水→机械过滤→电渗透或反渗透→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→紫外线或超滤杀菌→特种用水六、配水系统水塔以下的给水系统统称为配水系统。配水工程一般由清水泵房、调节水箱、水塔和室外给水管网等组成。给水管外的布置：包括室外管网的布置和室内管网的布置。室外管网布置形式分为环状和树枝状两种，小型食品厂的给水系统一般采用枝状管网。这类管网从水厂泵站或水塔到用户的管线布置成树枝状。因为管网中任一段管线受到损坏时，在该管段以后的所有管线就会断水，所以树状网的供水可靠性较差。另外，在树状网的末端，因用水量已经很小，管中的水流缓慢，甚至停滞不流动，因此水质容易变坏，有出现浑水和红水的可能。大中型生产车间进水管多分几路接入，为确保供水正常，多采用环状管网。这类管网由于管线连接成环状，当任一段管线损坏时，可以关闭附近的阀门使其和其余管线隔开，然后进行检修，水还可从另外管线供应用户，断水的地区可以缩小，从而供水可靠性增加。但是环状网的造价明显地比树状网为高。室外管网一般采用铸铁管，用铅或石棉水泥接口，若采用焊接钢管和无缝钢管要进行防腐处理，用焊接接口。室内管由进口管、水表接点、干管、支管和配水设备组成，有的还配有水箱和水泵。管网布置形式有上行式、下行式和分区式三种，具体采用何种方式，由建筑物的性质、几何形状、结构类型、生产设备的布置和用水点的位置决定。

七、冷却水循环系统在食品厂中，制冷机房、车间空调机房及真空蒸发工段等都需要大量的冷却水。通常要设置冷却水循环系统和降温的装置，以减少给水消耗，降低全厂总用水量。循环系统里面冷却水可以反复使用，水经换热器后温度升高，由冷却塔或其他冷却设备将水温降低下来，再由泵将水送往所需的工艺或设备，如此冷却水可以不断地重复使用。降温系统主要有冷却池、喷水池、自然通风冷却塔和机械通风冷却塔等。机械通风冷却塔(其代表产品有圆形玻璃钢冷却塔)具有冷却效果好、体积小、质量轻、安装使用方便的特点，可以提高生产效率，节省用地和投资，并且只需补充循环量的5％～10％的新鲜水，对于水源缺乏或水费较高且电费不变的地区尤为适宜，因此被广泛采用。八、排水系统排水包括：生产废水、生活污水、雨水雨水量的计算：W=q×φ×F

（㎏/s）W——雨水量，㎏/sq——暴雨强度，㎏/s·m2φ——径流系数，食品厂取0.5~0.6F——厂区面积，m235排放量按生产，生活最大小时给水量的85~90%计算。（1）排水量计算生产车间室内：宜采用无盖板的明沟，且明沟宽度（200～300mm）、深度（150～400mm）和坡度（＞1%），车间地坪排水坡度为1.5～2.0%；进入明沟排水管道前，应设置格栅以截留固形物，防止管道堵塞；生产车间对外排水口应加设防鼠装置；食品厂的厂区污水排放不得采用明沟，必须采用埋地暗管，若不能自流排出厂外需用排水泵站进行排放；厂区下水管一般采用混凝土管，其管埋设深度不宜小于0.7m；（2）排水系统设计要点九、消防系统食品厂的消防给水一般与生产、生活给水管合并，采用合流给水系统。室外消防给水管网应为环形管网，水量按15L/s考虑，水压应保证当消防用水量达到最大且水枪布置在任何建筑物的最高处时，水枪充实水柱仍不小于10m。室内消火栓的配置，应保证两股水柱每股水量不小于2.5L/s，保证同时到达室内的任何部分，充实水柱长度不小于7m。随堂练习1全厂性用水量包括：

A、

生产用水量B、

生产工艺用水量C、

生活用水量D、

消防用水量2.特殊用水是指：A、锅炉用水B.冷却用水C饮料用水3.食品工业的污水和雨水是由同一排放系统排放的A、对B错4、食品厂的厂区污水排放不得采用明沟，必须采用埋地暗管A、对B错

第三节供电及自控系统一、设计任务包括：厂区变配电工程，厂区供电外线，车间内设备配电，厂区及室内照明，生产线、工段或单机的自动控制，电器及仪表的修理等。设计时需要提出的内容：供电负荷类型、用电总量、供电线路进户方位方式、供电房位置等。设计时所需要的基础材料：全厂用电设备清单和用电要求；供用电协议和有关资料，给电电源及有关技术数据，供电线路进户方位和方式、量电方式及量电器材划分，供电费用，厂外供电器材的划分等；自控对象的系统流程图及工艺要求。二、供电要求及相应措施有些食品厂生产的季节性很强，像饮料厂、罐头厂、乳品厂等产品产量随季节波动较大，电负荷变化较大。因此，大中型食品厂一般设置两台变压器供电，小型食品厂采用一台变压器供电即可。在设计时，变配电设备的容量和面积要留有一定发展余地，以适应食品厂机械化水平的不断提高。食品厂用电设备一般属Ⅲ类负荷，可采用单电源供电，采用双电源供电是避免意外停电(供电不稳定地区)时导致的原料腐败和变质，减少不必要的浪费。一般食品工厂的生产车间水汽大、湿度高，应对供电管线及电器采取必要防潮措施，防止发生事故。三、用电负荷的计算（采用需要系数法）——最大计算有功负荷，kW——用电设备的需要系数

——用电设备的装接容量之和，kW——最大计算无功负荷，kW——最大计算视在负荷，kW——用电负荷的平均自然功率因素及其正切值四、工厂照明

照明设计包括天然采光和人工照明。设计原则：符合“安全、适用、经济、美观”的基本原则。设计要求：

（1）车间和其他建筑物的照明电源应与动力线分开，并留有备用回路。

（2）车间的净高度超过6m时，采用高压水银灯或碘钨灯。采用高压水银灯时，必须与至少相同容量的白炽灯混用。（3）当大面积车间的照明灯具的开关宜分批集中控制。（4）潮湿和水汽大的工段，应考虑防潮措施。建筑防雷和电气安全

在食品厂的烟囱、水塔和多层厂房的防雷等级属于三级防雷建筑物。这类建筑物是否安装防雷装置，与建筑物所在地区的雷电发生频率和建筑物高度有关。

电气设备的工作接地，保持接地和保护接零的接地电阻应不大于4Ω，三类建筑防雷的接地装置与电气设备的接地装置可以共用。第四节供汽系统一、食品厂的用汽要求生产车间：原料处理、配料、热加工、成品杀菌等工段辅助生产车间：综合利用、罐头保温库、试制室、洗衣房、浴室、食堂等。（1）用汽工段（2）用汽要求用汽压力：蒸汽在使用时需经过减压装置，以确保用汽安全。较高压力是0.8-1.0Mpa（用于热风干燥、高温油炸和真空熬糖等工段）；一般压力是0.8Mpa；较低压力是0.2-0.3Mpa用汽负荷要求：食品工厂季节性较强，用汽负荷波动较大，锅炉台数不宜少于2台，尽可能使用相同型号的锅炉。二、锅炉容量的确定

锅炉的额定容量Q，可按下式确定：——锅炉额定容量，t/h——全厂生产用的最大蒸汽耗量，t/h——全厂生活用的最大蒸汽耗量，t/h——锅炉房自用蒸汽量，t/h（一般取5%-8%）——管网热损失

，t/h（一般取5%-10%）三、锅炉房在厂区的位置

（1）应设在生产车间污染系数最小的上侧或全年主导风向的下风向；（2）靠近用汽负荷中心；（3）有足够的燃料堆场；（4）与相邻建筑物距离符合防火卫生要求（5）锅炉房的朝向应考虑通风、采光、防晒等方面的要求。锅炉房附属的锅炉间、水泵间、水处理间和化验室等应建在同一建筑物内。烟囱离锅炉所在建筑物应有一定距离，避免烟囱基础下沉而影响锅炉房的基础。锅炉房为独立建筑物，不适宜布置在厂前区或主干道旁；锅炉房为丁类生产厂房，耐火等级为1-2级；锅炉房采用钢筋混凝土结构。四、锅炉房的布置和对土建的要求五、锅炉的选择

根据全厂用汽负荷的大小、负荷随季节变化的曲线、所要求的蒸汽压力以及当地供应燃料的品质，并结合锅炉的特性，按照高效、节能、操作和维修方便等原则。避免采用沸腾炉和煤粉炉。锅炉燃烧方式应优先考虑链条炉排为佳。六、烟囱及烟道除尘

锅炉的通风是为了提供炉膛燃料燃烧所需的空气，同时将燃烧产生的烟气及时排出炉外。锅炉烟囱的口径和高度首先应满足锅炉的通风。其次，烟囱的高度还应满足大气环境保护及卫生的要求。《中华人民共和国大气污染防治法》规定，向大气排放粉尘的排污单位，必须采取除尘措施。七、锅炉的给水处理水在锅炉中受热蒸发成蒸汽，原水中的矿物质则留在锅炉中形成水垢。当水垢严重时，不仅影响到锅炉的热效率，还将严重影响到锅炉的安全运行。避免采用沸腾炉和煤粉炉。自来水一般需要进行软化处理才能作为锅炉用水，所选择的软化方法必须保证锅炉的安全运行，同时又保证蒸汽的品质符合食品卫生要求。八、煤和灰渣的贮运煤场存煤量可按25～30d的煤耗量考虑，粗略估算每1t煤可产6t蒸汽。

煤场一般为露天堆场，也可建一部分干煤棚。煤场转运设备，根据锅炉房的规模选用人工翻斗车推车、装载机、铲车、皮带输送机等运输工具。第五节采暖和通风系统采暖的室内计算温度是指通过采暖应达到的室内温度(采暖标准)。当生产工艺无特殊要求时，按照《工业企业设计卫生标准》的规定执行。采暖方式有热风采暖和散热器采暖等几种，具体采暖方式的确定一般根据车间单元体积大小来定。食品工厂采暖用热媒一般为蒸汽或热水。一、采暖通风可以有效控制有害物质和因素对环境的影响和破坏，改善室内空气环境，保障生产人员的身体健康，保证产品质量。根据空气流动的动力不同，通风系统可分为自然通风和机械通风两大类。

二、通风与空调食品工厂的空气调节通常按《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2015）的规定进行设计，同时要满足不同食品工厂及不同车间的环境要求。

空调调节系统是指以空气调节为目的，对空气进行处理、输送、分配并控制其参数的所有设备、管道及附件、仪器仪表的总称。二、通风与空调

空调车间的温湿度要求随产品性质或工艺要求而定。现按食品工厂的特点提出车间温湿度要求见表9-9，供参考。二、通风与空调第六节制冷系统冷库的组成晾肉间：室温20℃左右，为猪肉一次冻结而设置；冷却间：室温0～±2℃，供食品冷却加工用，食品达到冷却要求后可转入冷藏间；果蔬鲜蛋的一次进货量小于冷藏间容量的5%时，可不经冷却直接进入冷藏间；冻结间：室温-23～-30℃，借助冷风机或专用冻结装置用于冻结食品（-15～-18℃）的冷间；（1）主库（冷库）一、冷库的分类与容量再生间：外地调入的冻结食品温度超过-8℃的部分在入库前再冻之用；冷却物冷藏间：高温冷藏间，室温4～-2℃，相对湿度85%～95%，用于储藏经过冷却的果蔬鲜蛋，需引进适量的新鲜空气；储藏冷却肉时间不宜超过14～20d；冻结物冷藏间：低温冷藏间，室温-18～-25℃，相对湿度95%～100%，用于较长期储藏冻结食品，我国冻结物冷藏间温度有降至-28～-30℃的趋势，日本对冻结金枪鱼采用-45～-50℃的超低温冷藏间；制冰间：位置宜靠近设备间，室内高度要考虑提冰设备运行方便；冰库：一般设在主库靠近制冰间和出冰站台的部分，或与制冰间一起单独建造，库温为-4℃（盐水制冰）或-10℃（快速制冰）；穿堂：是食品进出库的通道，有沟通各冷间、便于装卸周转的作用。有低温、中温穿堂两种，分属高、低温库房使用；目前较多采用库外常温穿堂，穿堂内温度较高，通风条件好，改善工人的操作条件，延长穿堂使用年限；电梯间：多层冷库设置，作为库内垂直运输用。一般按每千吨冷藏量设0.9～1.2吨电梯.站台：装卸货物用。机器房：是冷藏库主要的动力车间，安装有压缩机、中间冷却器、调节站、仪表、配套设备等；一般邻接主库单独建造；设备间：安装有卧式冷凝器、储氨器、液气分离器等，位置紧靠机器房，小型冷藏库机器设备不多，可合为一间；变、配电房：包括变压器间、高压配电房、低压配电房等。（2）动力部分（3）生产工艺部分

根据不同的食品厂而设置的加工车间及辅助设施。库容量的计算食品工厂的冷库属于生产性冷库，其容量主要围绕生产的需要来确定。

冷库的总库容量包括冷库内所有的冷却物冷藏间、冻结物冷藏间及储冰间的库容量。容量确定后，冷库建筑面积的大小取决于物料品种、堆放方式及冷库的建筑形式。

其中，肉类冻藏的堆放定额通常按堆高3m、每立方米实际堆放体积可放0.375t冻肉片计算。一、冷库的分类与容量耗冷量是制冷工艺设计的基础资料，无论是库房制冷设备的设计还是机房制冷压缩机的配置，都要以耗冷量作为依据。

冷库的耗冷量受冷加工食品的种类、数量、温度、冷库温度、大气温度、冷库结构等多方面因素的影响。冷库总耗冷量Q0计算比较繁杂，一般运用经验数据和估算数值，具体计算方法参见相关书籍和资料。二、冷库总耗冷量Q0计算概要制冷系统按照不同的标准和特点，制冷系统有不同的分类。按照装置形式的不同可分为蒸汽压缩式、吸收式、蒸汽喷射式、吸附式、热电式、膨胀式等制冷系统等按照压缩比形式可分为单级压缩制冷系统、双级压缩制冷系统、多级压缩制冷系统和复叠式制冷系统等按照冷却方式的不同可分为直接制冷系统、间接制冷系统等。

三、制冷系统和制冷设备制冷设备制冷设备包括压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、制冷辅助设备及一些控制器件。

在为冷库配套设备时要经过相应的计算，进行设备的选型。

制冷设备的选型包括的内容很多，具体选型计算方法和选型原则参见制冷技术相关书籍和手册。三、制冷系统和制冷设备

四、氨压缩机的选择冷库规划设计的内容和基本要求详见《冷库设计规范》（GB50072-2010）。冷库建筑的特点冷库建筑受生产工艺流程和运输条件的制约，并应能满足设备布置的要求；要求冷库的结构坚固并具有较大的承载力。为避免库温波动，确保冷藏间要求的温度和湿度条件，必须尽可能减少库内冷量的损耗，为此要在冷库的围护结构（如地坪、屋顶、墙壁等）中合理地设置隔热保温层和隔汽防潮层，同时减少门窗的数量。五、冷库设计概要冷库建筑的特点冷库建筑的结构物大都处于低温潮湿的环境中，有时还经受着周期性的冻融循环。这就要求冷库建筑材料和各种构件要有足够的强度和抗冻能力。为了防止地基和地坪的冻鼓而导致上部建筑物的变形和破坏，还需采用相应的防冻措施，以保证冷库建筑在低温高湿使用条件下的安全性和耐久性。五、