换热站计算说明书
河北建筑工程学院
毕业设计计算说明书
系别：能环学院
专业：建筑环境与设备工程
班级：建环 121 姓名：任少朋
学号： 2012305127 起迄日期：16年02月21日~ 16年06月15日设计（论文）地点:河北建筑工程学院
指导教师：贾玉贵职称：副教授 2016 年 06 月 15 日
摘要
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。
本题目是以张家口市桥西区恒峰热力有限公司集中供热系统M13号热力站供热区域的工程设计、改造为需用背景的实际工程。本工程为张家口市桥西区集中供热工程张家口市检察院换热站，属于原有燃煤锅炉房改造工程。供热区域总建筑面积：110000m2，总热负荷：约6400kw。
本次设计主要有工程概述、热负荷计算、供热方案确定、管道水力计算、系统原理图和平面布置图绘制、设备及附件的选择计算的内容。
除上述内容外，在计算说明书中尚需包括如下一些曲线:供回水温度随室外温度变化曲线，调节曲线。
本次设计要求使用CAD绘出图纸，其中包括设计施工说明、主要设备附件材料表，换热站设备平面布置图、换热站管道平面布置图、换热站流程图及相关剖面图等。
在换热站设计合理，安装质量符合标准和操作维修良好的条件下，换热站能够顺利地运行，对于采暖用户，在非采暖期停止运行期内，可以维修并且排除各种隐患，以满足在采暖期内正常运行的要求。
关键词：供热负荷设备选择计算及布置换热站系统运行板式换热器
目录
摘要 (1)
第一章设计概况 (4)
1.1设计题目 (4)
1.2设计原始资料 (4)
1.2.1 设计地区气象资料 (4)
1.2.2 设计参数资料 (4)
第二章换热站方案的确定 (5)
2.1换热站位置的确定 (5)
2.2换热站建筑平面图的确定 (5)
2.3换热站方案确定 (5)
2.4供热管道的平面布置类型 (5)
2.5管道的布置和敷设 (6)
2.6换热站负荷的计算 (6)
第三章换热站设备的选取 (7)
3.1换热器简介 (7)
3.1.1换热器概述 (7)
3.1.2换热器的分类 (7)
3.2换热器的选取 (9)
3.2.1换热器类型的选取 (9)
3.2.2换热器选型计算 (9)
3.3换热站内管道的水力计算 (10)
3.4循环水泵的选择 (11)
3.4.1循环水泵需满足的条件 (11)
3.4.2循环水泵选择 (11)
3.5补水泵的选择 (12)
3.5.1补水泵需该满足的条件 (12)
3.5.2补水泵的选择 (12)
3.6补水箱的选择 (14)
3.7除污器的选择 (14)
3.8钠离子交换器的选择 (14)
3.9分集水器的选择 (15)
第四章设备管道的防腐保温 (15)
4.1 保温材料的选择原则及保温结构 (15)
4.2保温材料选材计算 (16)
第五章质调节 (17)
参考文献 (22)
致谢 (22)
第一章设计概况
1.1 设计题目
张家口市桥西区集中供热工程M13号热力站工艺设计二次网改造及供热系统运行模式分析
1.2 设计原始资料
1.2.1 设计地区气象资料
1、建筑物修建地区：河北省长张家口市
2、该工程的供热区域总建筑面积：110000m 2，供需范围有十六中学校区、市检察院办公区和住宅区等，供热半径：500m ，最大建筑高度：36m 。
3、气象资料：
采暖室外计算温度：tw = -15℃； 冬季采暖天数: N=155天； 最大冻土层深度：136cm 室内计算温度：18n t C =?
1.2.2 设计参数资料
1、热源状况介绍
该换热站由张家口市桥西区恒峰热力有限公司运营管理，热媒种类 为热水。一次网供回水温度为130/70℃，热用户包括地暖用户，散热器采暖用户。 其它供热参数根据外网情况确定。 2、一次管网：一次网供回水温度为130/70℃。
3、二次管网：二次网地暖区供回水温度 60/50 ℃，散热器低区供回水温度 85/60 ℃， 散热器高区供回水温度85/60 ℃。
4、一次网工作压力为1.6MPa 。
第二章 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、需考虑整个管网系统的水力平衡。
2.2换热站建筑平面图的确定
1、外墙370mm；供热面积10万平米的换热站的占地面积须≧350平米；换热站内设备间的门向外开，换热站长度大于12米时设两个出口。
2、根据功能可以设换热间、配电间、值班室、卫生间和修理间等；
3、门、窗、开间和进深以“3”为模数；
4、室内外高差300mm
5、标注有两道尺寸线。
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、压力表和温度计等等，同时据用户供热质量要求，需设置手动调节阀或流量调节器，以便于对用户进行供热调节。用户进水管上需安装除污器。城市上水进入水--水换热器被加热，热水沿热水供需网路的供水管，输送到个用户。热水供需系统中设置热水供需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，还需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。
根据热用户的种类，可以分为地暖区，散热器区，其中散热器用户建筑含有高层用户，所以，将散热器用户分为散热器低区和散热器高区，进行分别供热。
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，需对节约投资，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.管道的布置需注意：
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．管网敷设需力求线路短而且直
e．热力管线与建筑物，构筑物及其他管线的最小间距需符合规范的规定。
2.6换热站负荷的计算
本设计为小区集中供热，采用面积指标法.通过计算
面积热指标法，建筑物的供暖设计热负荷，可按下式进行概算
Qn=q f F×10–3 KW
式中Qn-建筑物的供暖设计热负荷，KW；
F-建筑物的建筑面积，㎡
q f-建筑物供暖面积热指标，W/m3
热区域总建筑面积：110000m2，总热负荷：约6400kw，
其中低温热水地板辐射采暖部分11000 m2 ，负荷640kw，
散热器采暖总面积99000 m2
其中低区散热器采暖面积79200 m2 ，高区采暖面积19800m2
则根据面积指标法可以计算出：低区热负荷4608kw，高区热负荷1152kw。
第三章换热站设备的选取
3.1换热器简介
3.1.1换热器概述
换热器是将热流体的一部分热量传递给冷流体的设备，从而实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。
在换热器中，会有至少含有两种温度不同的流体流过换热器流道，其中一种流体温度较高，会放出热量；另外一种流体则温度较低，会吸收热量。在实践工程中也会存在有两种以上的流体参加换热。
3.1.2换热器的分类
换热器的种类丰富多彩。换热器作为传热设备被广泛应用于耗能用较大的领域。随着现代节能技术的快速发展，换热器的种类是越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式不同，换热器的大致分类如下： 1、按传热原理可分为：
1）间壁式换热器
是温度不同的两种流体在壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面进行热对流，两种流体之间进行换热。因此称表面式换热器，这类换热器需用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为板面式、管式和其他型式。
2）蓄热式换热器
是通过固体物质构成的蓄热体，把热量经高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质到一定温度后，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）混合式换热器
通过让冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称为接触式换热器。由于两流体混合换热后须及时分离，这类换热器适用于气、液两流体之间的换热。
2、换热器按用途可以分为：
1）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：
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: 预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
4）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:
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。
下面我们介绍板式换热器。
1.板式换热器产品需用范围：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、拆卸方便等优点，已被广泛的需用于众多工业部门，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：传热效率较高、使用安全较可靠、有利于低温热源的高效利用、占地面积小，便于维护、阻力损失较少、热损失较小、冷却水量较小、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
本设计选用水-水板式换热器，板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需根据采暖、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。其余设备需满足70%热负荷需要。本设计选用2台相同规格的换热器，均为一备一用。
3.2.2 换热器选型计算
（1）换热器选型计算公式
Q=KF m t ? （3-1） 式中 Q —热流量，W ；
K —换热器的传热系数，W/（m2.℃）； F —换热面积，2m ；
m t ?—设计工况下的水-水换热器对数平均温差，C ?。 min
max min
max ln
t t t t t m ???-?=
?
各区对数平均温差依次是 27.9 40 40
对于水-水换热器换热系数K 可取3000～7000 W/（㎡.℃），本设计取3500W/（㎡.℃）
本换热站各区均选用两台换热器，已备一用。 根据式（3-1）可得换热器的换热面积需为：
B
t K Q
F m ?=
2m 其中B 为水垢系数，这里取0.8
得出散各区热器换热面积依次为 8.19 2m 41.14 2m 10.292m 通过查板式换热器规格表
可选 出各区换热器型号依次为 BR12 BR35 BR12 换热器片数 69 118 86 流道数 34 59 43
3.3 换热站内管道水力计算
根据管道的供回水温差，可以确定各个管道的经济比模阻，
再根据各各个管道的流量，通过查表可以得出各管段的管径等，列表如下：
3.4循环水泵的选择
3.4.1 循环水泵需满足的条件
（1）循环水泵的总流量需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，需不计入流经旁通管的流量。
（2）循环水泵的扬程需不小于热力网、热源、最不利环路压力损失之和。
（3）循环水泵应具有工作点附近比较平缓的流量扬程特性曲线，并联运行的水泵应采用型号相同的。
（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，设置数目在三台以下循环水泵时，需有备用泵，如果是四台或四台以上水泵并联使用时，可不设备用泵。
3.4.2 循环水泵的选择
（1）循环水泵所所需流量 =1.1*G
t
C Q
G ?=
Q —热负荷，Kw ；
t ?—流体通过换热器前后的温差，C ? C —水的比热，取4.19℃?Kg KJ /
将各区的热负荷带入上式，可以得出
各区二次网流量G 依次是 15.27 KG/S 27.49 KG/S 11KG/S
单位换算以后 冷流量54.972 m^3/h 98.964m^3/h 39.6 m^3/h 则二次网各区循环水泵所需水流量分别为 60.47m^3/h 108.860m^3/h 43.56 m^3/h
（2）循环水泵扬程
H=0.1(H1+H2+H3)(1.1~1.2) 式中
H1-换热器内部的循环阻力损失，一般为30~100KPa ，这里取60KPa
H2-外网供回水干管的阻力损失，一般按每米管长0.1KPa 左右的阻力损失考虑，地暖400M*2，低区500M*2，高区500M*2
H3-用户内部阻力损失，一般直接连接约为0.05~0.12KPa ，这里取0.1
通过计算得出各区循环水泵所需扬程分别为 16.81m 19.21m 19.21m
于本换热站距离热力公司较近，热源的循环水泵足够供给到本换热站，故一次网不需要安装循环水泵。
根据循环水泵所需流量和扬程，
流量 60.47 108.860 43.56 扬程 16.81m 19.21m 19.21m
查水泵的型号对照表可以得出各区循环水泵型号参数，列表如下
3.5补水泵的选择
3.5.1补水泵需该满足的条件
（1）开式热力网补水泵的流量，需根据生活热水最大设计流量和供热系统渗漏之和确定。
（2）闭式热力管网补水装置的流量需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。
（3）闭式热力网补水泵宜设两台，此时可不设备用泵。
（4）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。
（5）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需能满足静压要求。
3.5.2补水泵的选择计算
换热站与地暖区建筑，部分散热器区建筑位差是10m；
补水泵的扬程需保证将水送到系统最高点并留有2-5 mH2O 的富裕压头。
补水泵的流量为循环水量的1%，事故补水量为正常补水量的四倍。
所以，
补水泵流量 =循环水量*4%=60.47 *4%=2.42
补水泵扬程H=10+6+5=21m
补水泵流量 =循环水量*4%=108.860 *4%=4.36
补水泵扬程H=18+10+5=33m
补水泵流量 =循环水量*4%=43.56*4%=1.75
补水泵扬程H=36+10+5=51m
通过计算得出的补水泵所需补水流量，扬程可以查补水泵型号对照表可以得出各区补水泵所选型号：
本换热站各区补水泵均选两台同型号的，一备一用
3.6补水箱的选择
补水箱的体积要求可以满足4小时的最大补水量的使用，同时考虑箱体的尺寸需符合热力站内的布置和美观及制作简单节省材料。
有公式 V = 1.2 *Gt
可以求出 Gt=1.94m^3/h。
则有 V=1.2*1.94=2.328m3。
所以根据开式水箱图集可以选择水箱的公称容积为2.328m3.
水箱组成如下：
1.6*1.6*1.4=3.6
有效容积为3.5m3,公称容积为3 m3
3.7除污器的选择
3.7.1
该设备由过滤器本体、排污口、滤网组成。被处理过的水通过进水口会进入过滤器本体，
水中杂质会截留在滤网上，当杂质堆积到一定的程度时，滤网内外两侧的压差达到设定值（≤0.05MPa),将打开排污阀，除污器进行开始排污。 3.7.2设备特点
1）直接安装在管网系统上，不需要任何支撑结构，节省空间。 2) 过滤器在全流量下能正常工作，连续出水，既保持了高的流量，又具有低的压力降，避免了由于流速低而造成的表面污渍。 3) 清洗时不影响正常过滤。 4)不需要安装旁通管路，拆卸排污。 5)安装方便，只需接入待处理系统的管路上即可。 3.7.3除污器的型号可按接管直径选定
在本项目中，在换热站处所选用的除污器为WC 卧式直通除污器。其地暖区选WC-150型卧式直通除污器，低压区选WC-200型卧式直通除污器，高区选WC-150型卧式直通除污器，一次网选WC-200型卧式直通除污器.
3.8软水器的选择
根据补给水泵流量选择软化水器，由计算可知北低压区流量为193.536t/h ×1%=1.94t/h ，查设计手册可知选择的软水器为JK 型水力自动软水器，型号是JK100-300型。
3.9分、集水器
查《供暖通风设计手册》知分水器、集水器可按经验值估算：
max )0.35.1(d D -=
式中
D —分、集水器直径，mm ；
m ax d —分、集水器支管中的最大管径，mm 。
在本设计中，系数取3，对需的各个分、集水器的最大管径依次为150mm、150mm、200mm、200mm、150mm、150mm。
则各个分集水器依照编号顺序直径依次为450mm、450mm、600mm、600mm、450mm、450mm。
第四章管道的防腐保温
4.1 保温材料的选择原则及保温结构
保温材料和其制品的允许使用温度，需大于或等于正常工作时的介质最高的温度。相对的温度范围内有不同的保温材料可供选择时，需选用造价低，运输方便，密度小，导热系数小，易于施工的材料制品，同时应该进行综合比较，优先使用其经济效益较好的。
当介质温度较高时，经过综合经济的比较后，应该选用复合材料保温，即使用不耐高温材料和耐高温材料分层保温。
保温结构通常由保护层和保温层组成。保温结构的设计应选用需防火、耐火、造价低、施工方便、复合保温效果好、美观等。
保护层的结构需根据供需条件，设备和管道所处的环境，保温材料类型等因素选用。常用的保护层有三类：（1）涂抹式保护层（2）金属保护层（3）包扎式复合保护层
4.2 保温材料选材计算
本设计中保温材料选用岩棉管壳，特点：导热系数小，密度小，适用范围广，施工简单，但刺人。
岩棉壳管各项参数：密度100-200Kg/m3,导热系数0.052-0.058W/m*C,适用温度-268-350.
季节采暖运行时间3000h，环境温度-2，热价7元/1000000KJ,计算年限7年，年利率0.1，表面散热系数11.63W/（m2*C),单位造价600元/m3。
防烫伤保温层厚度按控制保温层表面温度不大于60C计算。
敷设保温层前，管道和设备表面需清理干净，需刷防腐涂料防锈漆或防锈漆，所达到的耐温性能需满足介质设计温度的要求。当介质温度低于120摄氏度时，管道和设备的表面需刷防锈漆。介质温度高于120时，设备和管道的表面应该刷高温防锈漆。
第五章质调节
因为供暖系统供暖的热负荷是随着室外温度等因素的变化而变化的，当室外温度较高时，供暖热负荷就会降低，如果继续按着原设计热负荷进行供暖就会造成不必要的浪费。
本换热站系统包括6台换热机组，6台循环水泵，6补水泵、及软水器及软化水箱、除污器、分水器、集水器和补水水箱等设备。
1、换热站系统监控的内容：
该热交换站主要监测的内容有一次热媒侧供回水温度、流量；次供回水温度、二次热水流量、供回水压差、室内外的温度、供热水泵的工作、故障及手动/自动转换状态等。
1)二次热水的供回水温度（AI）并显示，主要用于换热站内热量的计量；
2)一次热水的供回水温度（AI）并显示，低温会发起报警；
3)室外温度的变化（AI）并显示，并进行节能变频调节的依据；
4)热水供水的水流状态（DI）；进行检测水管压力（AI）；
5)各分环路及总回水流量，以用于计量（AI）；
6)监测各分环路回水温度（AI）并显示，主要用于监视供热质量、管路跑水监测并反映各环路平衡状况；
7)二次热水供水电动蝶阀（电动三通）开关控制（DO）（或变频控制）
8)一次热水供水电动蝶阀开关控制（DO）
（1）各联动设备的启停程序包括一个可调整的延迟时间功能，以配合热站系统内各装置的特性。
（2）当膨胀水箱的液位低于低液位开关时，DDC自动控制补水泵为膨胀水箱补水。
（3）在指定管道位置设置温度传感器，以测量一次网供回水温度。（4）当热水管的水流开关监测到有水流通过时，循环泵才允许启动，防止其空负荷运转。（5）根据程序或工作日程安排自动开关换热机组的进出水阀。程序控制换热机组，以求达到最低能耗，最低的主机折旧率。
2、节能方案实施
1）根据室外温度的变化进行自动调节变频器的频率，达到节能；
2）采用节能算法；
3、采用DDC控制及现场显示
Plc软件设计包括以下几个部分：
(1)系统设置：包括传输精度和时间设置等、传感器输入信号类型设置、各模块工作设置等；
（2）运行热负荷计算：根据运行热负荷计算式及Plc的运算指令计算当日耗热量并存储；
（3）循环水量计算：根据PI控制规律计算满足供热量的循环水量。
（4）实际供热量的计算：根据传感器提供的实时供暖参数（供回水温度和流量）在一个采样周期计算一次热量进而计算出每小时累计热量并存储；
（5）PID和PI运算规律的软件实现；
（6）还包括超温超压报警等等。
根据组态画面提供的全天所需供热量、实测供热量及其它供热参数，绘制供热各类指标曲线图及供热参数曲线，可显示一天的累计供热量、供回水温度、室内外温度、循环水量、压力等参数，并可显示各设备的工作状态，以指导操作人员定期检查供热效果，进行合理调整，提高供暖质量，从而提高换热站管理水平。
4、换热站数据上传
向中央供热站上传数据一般有两种方式，无线传输和有线传输，其中无线传输采用GPRS模块。
针对上面出现不必要浪费的情况，对换热站二次侧采用改变供回水温度的质调节方式。当室外温度发生变化时，负荷比发生变化，相需的二次侧供回水温度会发生变化。
二次网供回水温度的调节是通过一次网供水流量的改变来实现，在一次网供水干管上安装一个自动控制阀门，根据接收到的调节信号调节阀门开度，使得部分流量通过旁通管路流到回水管上。