热力管网及换热站课程设计.docx
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热力管网及换热站课程设计
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
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
摘要Ⅰ
第一章设计概况1
1.1设计题目1
1.2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
第二章换热站方案的确定2
2.1换热站位置的确定2
2.2换热站建筑平面图的确定2
2.3换热站方案确定2
2.4供热管道的平面布置类型2
2.5管道的布置和敷设3
第三章换热站设备的选取4
3.1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
3.2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水力计算7
3.4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
3.5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
3.6补水箱的选择14
3.7除污器的选择16
第四章设备管道的防腐保温19
4.1设备管道的保温20
4.2设备管道的保温20
第五章设计小节................................21
第六章参考文献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
---50
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
冬季：
1）冬季室外供暖计算温度：
=-22
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
采用对流辐热式钢铝散热器
二换热站方案的确定
2.1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。
2.2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。
2.3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。
2.4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。
2.5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。
三换热站设备的选取
3.1换热器简介
3.1.1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。
3.1.2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2~4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。
3.2换热器的选取
3.2.1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。
3.2.2换热器选型计算
（1）换热器选型计算公式
Q=KF
（3-1）
式中
—热流量，
；
—换热器的传热系数，W/（m2.℃）；
—换热面积，
；
—设计工况下的水-水换热器对数平均温差，
。
对于汽-水换热器换热系数可取1510--1750W/（㎡.℃），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
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
（
）
F6-600-35-4
600
0.6
2.5
35
换热器的热冷流体可由下式计算
G=Q/（△tm*C）
式中
—热流量，
；
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，
3.3水力计算
根据水利计算图，进行管段的编号。
编号
流量（m^3/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
376.5
1.43
300
4.17
-
70.31
-
18.07
22.77
4.7
273.6
1.05
300
4.17
13.9
39.6
18.1
36.17
42.47
6.3
260.3
1.012
300
4.17
13.9
34.9
18.1
36.17
39.77
3.6
260.3
1.012
300
4.17
13.9
34.9
-
18.07
19.87
1.8
376.5
1.43
300
4.17
13.9
70
18.1
36.7
42.47
6.3
245
1.33
250
3.83
11.1
74.85
-
14.97
19.63
4.7
245
1.33
250
3.83
11.1
74.85
-
14.97
19.63
4.7
376.5
1.43
300
4.17
13.9
70.31
-
18.07
30.67
12.6
376.5
1.43
300
4.17
13.9
70.31
-
18.07
30.67
12.6
376.5
1.43
300
4.17
13.9
70.31
-
18.07
30.67
12.6
3.4循环水泵的选择
3.4.1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。
3.4.2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
式中
—循环水泵扬程，
；
—热源内部内部阻力损失，15m
（换热器）；
—最远用户的内部压力损失，取5m
.
—供回水干管的阻力损失，本设计4.52*2=9.04m
.
所以得出H=15+5+9.04=29.04m
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）
IS200-150-315
28
374
45
1450
3.5补水泵的选择
3.5.1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。
3.5.2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）
（5-4）
式中
—设计循环流量，t/h；
根据式（5-7）
=8.63
（2）扬程
mH2O
式中
—补水点压力值（通过对系统水压图分析确定），m；
—补给水泵压力管阻力损失，m；
—补给水泵吸水管中的阻力损失，m；
—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=HbmH2O
补水点压力值
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
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：
35m
效率：
54%
汽蚀余量：
2.0m
电机功率：
5.5KW
3.6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
3000
2200
1500
1200
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
3.7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3～5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8—30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
3.8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。
四设备管道的防腐保温
4.1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
50
70
80
100
125
150
200
保温层厚度
57.1
60.7
62.7
65.1
67.7
69.5
73.7
4.2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，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次城市供热设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了供热设计等课程所学的内容，掌握城市供热设计的方法和步骤，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
课程设计这样集体的任务光靠团队里的一个人或几个人是不可能完成好的，合作的原则就是要利益均沾，责任公担。
如果让任务交给一个人，那样既增加了他的压力，也增大了完成任务的风险，降低了工作的效率。
所以在集体工作中，团结是必备因素，要团结就是要让我们在合作的过程中：
真诚，自然，微笑；说礼貌用语；不斤斤计较；多讨论，少争论，会谅解对方，共同进步；对他人主动打招呼；会征求同学的意见，会关心同学，会主动认错，找出共同点；会接受帮助，信守诺言，尊重别人，保持自己的特色，
在这次设计过程中，体现出自己单独设计换热站的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的刘老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。
六参考文献
1.《城市供热工程》刘学来北京
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