换热器设计期末范文

第一篇：换热器设计期末范文

管壳式换热器设计

管壳式换热器的换热设计由复杂的电脑软件完成，对换热器换热原理的掌握可以更有效的使用好软件。

本文阐述了换热器设计基础，包括如下几个方面：管壳式换热器构件;根据结构和用途划分的管壳式换热器类型;换热设计所需数据;管侧设计;壳侧设计包括管子排布，折流板和壳侧压降;平均温差。管侧和壳侧的换热和阻力降方程众所周知，本文着重他们之间的相互作用以使换热器设计最优化。

管壳式换热器构件

设计者需充分了解管壳式换热器的机械构件及其对换热设计的影响。管壳式换热器的主要构件包括：壳体，壳盖，管子，管箱，管箱盖，管板，折流板，管口。

其它构件包括拉杆，定位件，通道隔板，防冲板，纵向挡板，密封条，支撑和支座。TEMA有详细的部件描述。

一个管壳式换热器包括三部分：前封头，壳体和后封头。图1给出了不同结构的TEMA名称。换热器可以表示为有三部分的字母代号，例如BFL换热器表示罩盖，纵向隔板双壳程和固定管板后封头。

换热器类别 固定管板式

固定管板式换热器(图2)是垂直的管子两头固定在管板上，管板与壳体焊接在一起。这种结构包括可移动管箱盖(如AEL)，罩盖型管箱盖(如BEM)和整体管板(如NEN)。

固定管板式结构简单，成本低，不需要膨胀节。固定管板式拆除管箱盖或帽后管子可以机械清洗，而且壳侧没有法兰连接壳侧流体不易泄漏。

固定管板式管束固定在壳体上，管外侧无法进行机械清洁，但可以使用化学清洁。如管侧壳侧温差太大，管板无法吸收不同的应力，则需要加膨胀节，此时不适合用固定管板式。 U型管式

U型管换热器管子是U型，只有一个管板，成本也较低。

U型管换热器一端自由，管束在不同的应力下可伸缩，U型管换热器管束可以抽出，管外侧可以清洁。

U型管换热器管内无法有效的清洁，U型端须要有柔性转轴才能清洁。所以对于U型管换热器易结垢流体不易走管内。

浮头式

浮头式换热器用途广泛，价格昂贵。浮头式换热器一端管板固定于壳侧，另一端浮动。管束可以伸缩，管子内外都可以清洁。管侧壳侧都可以走脏的流体，炼油多用浮头式换热器。

浮头式换热器有多种结构。两种最常用的是可抽钩圈式浮头(TEMA S)和可抽式浮头(TEMA T)。

TEMA S在化工应用普遍，浮头盖和浮动管板通过可活动且分开的钩环用螺栓连接在一起。浮头罩位于壳体末端，包含在一个更大直径的壳盖内。拆除换热器时，先拆开壳盖，然后是分开的钩环，再拿掉浮头盖，最后管束可以从固定端抽出。

TEMA T的结构是，管束和浮头可以一起从固定端抽出，壳体直径比浮头法兰大。浮头盖与浮动管板用螺栓直接连接不需要分开的钩环。

这种结构的优势在于管束可以直接从壳体中抽出，不须移走壳盖或浮头盖，这样可以缩短维修时间。这种结构特别适合于不适合使用U型管式使用较脏热介质的釜式再沸器(不适合使用U型管式)。由于增加了壳径，这种结构在所有换热器中成本最高。

另外两种浮头式结构是填料函式浮头(TEMA P)和带套换填料函式浮头(TEMA W)。这两种结构易泄漏应用局限于壳侧流体无毒无爆炸危险的情况且中压中温(4MPa，300℃)。 按用途分换热器类别

换热器，冷却器，加热器，冷凝器，再沸器等。 设计数据

换热设计前，工艺供应商须提供以下数据: 1. 两侧流体的流量。

2. 两侧流体的出入口温度。 3. 两侧流体的操作压力。

当气相密度未提供时须要操作压力，液体性质不随压力变化，操作压力不是必须数据。 4. 两侧流体允许压降。

允许压降是换热器设计的重要参数。液体压降50-70 kPa，粘性流体压降更高，尤其是在管侧。气体压降5-20 kPa，一般取10 kPa。 5. 两侧流体污垢系数。

如果未提供，设计者可以从TEMA标准中获得或者选取经验值。

6. 两侧流体的物理性质。进出口温度下的粘度，导热系数，密度和比热容。进出口温度的粘度必须提供，尤其对于液体，不同温度下的粘度变化是没有规则的。 7. 热负荷。壳侧和管侧的热负荷须一致。

8. 换热器类型。设计者可以根据之前提供的各种换热器类型的特点选择。 9. 管子尺寸。

第二篇：列管式换热器设计

第一章 列管式换热器的设计

1.1概述

列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大 ，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜(或再沸器)和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。

1.2列管换热器型式的选择

列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种： (1)固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。

为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。

(2)浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗;管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。

(3)填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。

(4)U型管换热器：这类换热器只有一个管板，管程至少为两程管束可以抽出清洗，

1 管子可以自由膨胀。其缺点式管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。

对于列管式换热器，一般要根据换热流体的腐蚀性及其它特性来选择结构与材料，根据材料的加工性能，流体的压力和温度，换热器管程与壳程的温度差，换热器的热负荷，检修清洗的要求等因素决定采用哪一类型的列管式换热器。

1.3换热器内流体通入空间的选择

哪一种流体流经换热器的壳程，哪一种流体流经管程，下列各点可供参考(以固定管板式为例)。

(1)不清洁和易结垢的流体易走管内，因为管内清洗比较方便。

(2)腐蚀性的流体易走管内，以免管子和壳体同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。

(3)压强高的流体易走管内，以免壳体受压，可节省金属消耗量。

(4)饱和蒸汽易走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸汽较洁净，它对清洗无要求。 (5)有毒流体易走管内，使泄露机会较少。

(6)被冷却的流体易走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (7)粘度大的液体或流量较小的流体，易走管间，因流体在有折流板的壳程流动时，由于流速和流量的不断改变。在低Re值(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

对于刚性结构的换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大者易走管间，因壁面温度与α大的流体温度相近，可以减少热应力。

1.4流体流速的选择

增加流体在换热器中的流速，将加大对流换热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使传热系数增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能确定。

此外，在选择流速时，还要考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子数目减少，对一定的换热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准;单程变成多程使平均温度降下来。这些也是选择流速时应考虑的问题。

表1-1至表1-3列出了常用的流速范围，可供设计参考。所选的流速，应尽可能避免在滞流下流动。

表1-1常用的流速范围

Table 1-1 The scope of common use in current velocity

流体种类 管程流速 m/s 壳程流速m/s

一般流体 0.5～3 0.2～1.5

易结垢液体

>>1 >>0.5

气体 5～30 3～15

表1-2安全允许速度

Table 1-2 The speed of the safe admission of the liquid

液体名称

安全允许速度/m/s

乙醚、二硫化碳、苯 甲醇、乙醇、汽油

<1

<2～1.5

丙酮 <10

表1-3不同粘度液体的常用流速

Table 1-3 The different of the liquidin common use current velocity

液体粘度/mPa.s 最大流速/m/s >1500 0.6

1500～500 500～100 100～35 35～1 <1 0.75

1.1

1.5

1.8

2.4 1.5确定设计方案的原则

1.5.1满足工艺和操作的要求。

设计出的流程和设备首先要保证质量，操作稳定，这就必须配置必要的阀门和计量仪表等，并在确定方案时，考虑到各种流体的流量，温度和压强变化时采取什么措施来调节，而在设备发生故障时，检修应方便。

1.5.2满足经济上的要求。

在确定某些操作指标和选定设备型式以及仪表配置时，要有经济核算的观点，既能满足工艺和操作要求，又使施工建简便，材料来源容易，造价低廉。如过有废热可以利用，要尽量节省热能，充分利用，或者采取适当的措施达到降低成本的目的。

1.5.3保证安全。

在工艺流程和操作中若有爆炸，燃烧、中毒、烫伤等危险性，就要考虑必要的安全措施。又如设备的材料强度的验算，除按规定应有一定的安全系数外，还应考虑防止由于设备中压力突然升高或者造成真空而需要装置安全阀等。以上所提的都是为了保证安全生产所需要的。

第二章 列管式换热器热力计算

2.1稳态传热

稳态传热的基本方程式为：Q=KA△tm (1) Q K A △tm 热负荷，W;

总传热系数，W/m2•℃; 换热器总传热面积，m2;

进行换热的两流体之间的平均温度，℃。

2.1.1热负荷

当忽略换热器对周围环境的散热损失时，根据能量平衡，热流体所放出的热量应等于冷流体所吸收的热量，即

Q=Wh(Hh1-Hh2)=Wc(Hc2-Hc1) (2)

式中

Q W H 换热器的热负荷，kJ/h或W; 流体的质量流量，kg/h; 单位质量流体的焓，kJ/kg;

下标c,h分别表示冷流体和热流体，下标1和2表示换热器的进出口。

若换热器中两流体无相变化，且流体的比热容不随温度而变或可取平均温度下的比热容时，即

Q=WhCph(T1-T2)=WcCpc(t2-t1) (3)

式中

Cp t T 流体的平均比热容，kJ/( kg•℃); 冷流体的温度，℃; 热流体的温度，℃。

若换热器中有热流体的相变化，即

Q=Whγ=WcCpc(t2-t1) (4) 式中

Wh γ

饱和蒸气(即热流体)的冷凝速率，kg/h; 饱和蒸气的冷凝热，kJ/kg。

4 2.1.2总传热系数

(1) 总传热系数的计算式

两流体通过管壁的传热包括以下过程[4]。 a.热流体在流动过程中把热量传给管壁的对流热。 b.通过管壁的热传导。

c.管壁与流动中的冷流体之间的对流传热。

d.换热器在实际操作中，传热表面上常有污垢积存，对传热产生附加热阻，使总传热系数降低。在估算K值时一般不能忽略污垢热阻。由于污垢层的厚度及导热系数难以准确地估计，因此通常选用污垢热阻的经验值，作为计算K值的依据，若管壁内、外侧表面的污垢热阻分别用Rsi及Rso表示。

1/K=1/αo+do/αidi+Rso+Rsido/di+bdo/λdm (5) 其中

αo αi Rsi、Rso di、do、dm b λ

2.1.3平均温度

变温传热时，若两流体的相互流向不同，则对温度差的影响也不同，通常逆流传热效果好，以逆流为列，推导出计算平均温度的通式。

Δtmˊ=(Δt1+Δt2)/2 (6) Δt1=T1-t2 Δt2= T2-t1 式中

T1, T2 t1, t2 热流体的进出口温度, ℃; 冷流体的进出口温度, ℃;

Δtm=ΦΔtΔtmˊ (7) Δtmˊ

管外流体传热膜系数，w/m2·℃; 管内流体传热膜系数，w/m2·℃;

管壁内、外侧表面的污垢热阻，m2·℃/ w; 管内径、外径和内、外径的平均直径，m; 管子壁厚，mm;

管壁材料的导热系数，w/m2·℃;

按逆流计算时的平均温度差, ℃;

5 ΦΔt 温度差校正系数,无量纲;

温度差校正系数ΦΔt与冷热流体的温度变化与关,是P和R两因素的函数,即

ΦΔt=f(P,R) 式中P= (t2-t1)/ (T1- t1)=冷流体温升/两流体的最初温度差

R= (T2 -T1)/ (t2-t1)=热流体的温降/冷流体的温升

温度校正系数ΦΔt值可根据P和R两因素从相应的图中查得 温度差校正系数图是基于以下假设作出的。 壳程任一截面上流体温度均匀一致。 (1)管方各程传热面积相等。

(2)总传热系数K和流体比热容Cp为常数。 (3)流体无相变化。

(4)换热器的热损失可以忽略不计。

2.2对流传热膜系数

无相变对流传热的传热膜系数 2.2.1管内传热膜系数

对低黏度流体，Re>10000，0.7

αi=0.023λi/di Rei0.8 Prin (8) 加热n取0.4;冷却n取0.3 2.2.2管外传热膜系数

αo=0.36(λ/dm) Rei0.55 Pri1/3(µ/µw)0.14 (9) Re=2×103～1×106

有相变对流传热的传热膜系数[5]

1/3蒸汽在水平管外冷凝

ao=1.163×0.945(λf3ρf2g/μfGg/) (10)

2.3流体压强降的计算

2.3.1管程流动阻力

管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。对于多程换热器，其总阻力∑ΔPi等于直管阻力、ΔP2阻力及进、出口阻力之和。一般进、出口阻力可忽略不计，故管程阻力的计算式为

6 ∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNp (11)

式中

ΔP

1、ΔP2 Ft 分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的压强降，Pa;

结垢校正因数，无量纲，对Φ25×2.5 mm的管子，取1.4， 对Φ19×2mm的管子，取1.5;

Np 管程数;

ΔP1=λ(L/d)×(ρu2/2) (12) ΔP2=3ρu2/2 (13)

2.3.2壳程流动阻力

现已提出的壳程流动阻力的计算公式虽然较多，但是由于流体的流动状况比较复杂，因此使计算得到的结果相差很多。下面壳程压强降ΔP0的公式，即

∑ΔP0=(ΔP1ˊ+ΔP2ˊ)FsNs (14)

式中

ΔP1ˊ 流体横过管束的压强降 ΔP2ˊ 流体通过折流板缺口的压强降， Fs 壳程压强降的结垢校正因数，无量纲，液体可取1.15，气体可取1.0

ΔP1ˊ=Ff0nc(NB+1)(ρu2/2) (15) ΔP2ˊ= NB(3.5-2h/D)ρu2/2 (16)

式中F

管子排列方法对压强降的校正因数，对正三角形排列F=0.5，对转角正方形为0.4，正方形为0.3。

f0

壳程流体的摩擦系数，当Reo>500时， f0=5.0 Re0-0.228; nc

横过管束中心线的管子数，管子按正三角形排列nc=1.1×n1/

2管子按正方形排列nc=1.19×n1/2

NB

折流挡板数;

H

折流挡板间距，m;

u0

按壳程流通截面积A0计算的流速，m/s，而 A0=H(D-ncd0) 一般来说，液体流经换热器的压强降为10～100 kPa，气体的为1～10 kPa。

第三章 工艺流程

汽提塔(E101)底部的溶液经减压阀LC9202减压到1.76Mpa进入中压分解分离器(V102)，溶液在此闪蒸并分解，分离后尿液进入中压分解塔(E102A/B)，甲铵在此分解E102A壳体用0.5Mpa蒸汽供热，E102B用汽提塔蒸汽冷凝液分离器(V109)的2.5Mpa蒸汽冷凝供热。

从中压分解塔分离器顶部出来的含有氨和二氧化碳的气体先送到真空预浓缩器(E104)壳程中，被中压碳铵液泵(P103A/B)送来的碳铵液吸收，其吸收和冷凝热用来蒸发尿液中的部分水份，然后进入中压冷凝器(E106)用冷却水冷却，最终进入中压吸收塔(C101)。

中压吸收塔为泡罩塔，它用氨升泵(P105A/B)来的液氨和氨水泵(P107A/B)送来的氨水共同洗涤二氧化碳。中压吸收塔顶部含有微量惰性气氨进入氨冷器(E109)冷凝成液氨，收集于氨收集器(V105)，不凝气通过氨回收塔(C105)进入中压惰性气体洗涤塔(C103)。惰性气体放空，其吸收热通过中压氨吸收塔(E111)用冷却水带走，氨水通过氨水泵(P107A/B)被送到中压吸收塔。

中压吸收塔底部溶液通过高压甲铵泵(P102A/B)加压到15.5Mpa送到甲铵冷凝器(E105)，返回合成圈。

这里所做的换热器设计就是对中压吸收塔出来的气氨进行冷凝成液氨的设备进行设计计算，以下是氨冷凝器所在工艺流程中的位置(见附图3-1)。

第四章 换热器工艺过程计算

4.1设计任务和条件

物料：NH

3、循环水等。其中循环水走管程。 工艺条件：

壳程：操作压力：1.62 MPa 温度 43℃～38℃(入/出) 管程：操作压力：0.4 MPa 温度 32℃～36℃(入/出) 其中：NH3：流量：580 m3/h 密度13 Kg/m3

4.2设计过程

列管式换热器的选型和设计计算步骤 4.2.1试算并初选设备规格

(1)确定流体在换热器中的流动途径。 (2)根据传热任务计算热负荷Q。

(3)确定流体在换热器两端的温度，选择列管换热器的形式;计算定性温度，并确定在定性温度下的流体物性。

(4)计算平均温度差，并根据温度差校正系数不应小于0.8的原则，决定壳程数。 (5)依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数K值。 (6)由总传热速率方程Q=KSΔtm,初步算出传热面积S，并确定换热器的基本尺寸(如d、L、n及管子在管板上的排列等)，或按系列标准选择设备规格。

4.2.2计算管程、壳程压强降

根据初定的设备规格，计算壳程、管程流体的流速和压强降。检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的换热器，重新计算压强降直至满足要求为止。

4.2.3核算总传热系数

计算管程、壳程对流传热系数，确定污垢热阻Rsi和Rso，再计算总传热系数K/，比较K的初设值和计算值，若Kˊ/K=1.15～1.25或(Kˊ-K)/K=15.5%～30%，则初选的换热器合适。否则需另设K值，重复以上计算步骤[6]。

9 4.3工艺计算过程

4.3.1定性温度下流体物性

NH3：ρ=13kg/m

3 μ=0.918×10-5 Pa·s λ=0.0215W/M·℃

γ=1373kJ/kg Cp=0.67kJ/kg· ℃

V=580 m3/h 循环水：ρ=995.7 kg/m3

μ=80.07×10-5 Pa·s

λ=0.6176 W/M·℃

Cp=4.174 kJ/kg· ℃

液氨：ρf=583 kg/m3

λf=0.432kcal/m·h·℃

μf=0.306kg/m·h

g=12.7×107

本设计中涉及到氨的相变化传热过程，根据两流体的情况，循环水走管程，氨走壳程进行计算。

4.3.2试算和初选换热器的型号

(1)计算热负荷和冷却水流量

Q=Q1(显热)+Q2(潜热)

Q1=WCp(T1-T2)=VρCp(T1-T2)=(580×13/3600)×0.67×103×(43-38)=7016.4w Q2=Wγ=Vργ=(580×13/3600)×1373×103=2875672.2w Q= Q1+ Q2=7016.4+2875672.2=2882688.6w WH20=Q/CpΔt=2882688.6/(4.174×103×(36-32))=172.657kg/s VH2O= WH20/ρ=172.657/995.7=0.173m3/s (2)计算两流体的平均温度差

暂按单壳程、多管程进行计算。逆流时平均温度差为 NH3 43℃→38℃

水 36℃←32℃

Δt 7℃ 6℃

Δtmˊ=(Δt1+Δt2)/2=6.5℃

而 R=(T1-T2)/(t2- t1)=1.25 P=(t2- t1)/(T1- t1)=0.364 由P、R值查图4—17查得ΦΔt=0.92 所以Δtm=ΦΔt×Δtmˊ=0.92×6.5=5.98℃

(3)初选换热器型号

根据两流体的情况，假设K=1100 W/M·℃

10 故S=Q/K×Δtm=2882688.6/1100/5.98=438.2m2

由于Tm-tm=5-4=1℃<50℃ 因此不需要考虑热补偿。据此，由换热器系列标准，有关参数如下表4-1：

表4-1换热器系列标准

Tab.4-1 Heat exchange is related to data

参数

壳径D/mm 公称面积S0/m2 公称压强/MPa 管子尺寸/mm 管子总数

管长/m 管子排列方法 管程数

1000 446.2 1.62 Φ19×2 1267 6 三角形 1 实际传热面积S0=ПndL=1267×3.14×0.019×(6-0.1) =446 m2。若采用此换热面积的换热器，则要求过程的总传热系数为1100 W/M·℃。

4.3.3核算压强降 (1)管程压强降

∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)FtNp

其中 Ft=1.5 Np=1 管程流通面积Ai=(п/4)di2n/Np=0.785×0.0152×1267/2=0.2239m2 ui=Vs/Ai=0.173/0.2239=0.8m/s Rei=diuiρ/μ=0.019×0.8×995.7/(80.07×10-5)=14922.4 设管壁粗糙度ε=0.1mm, ε/d=0.1/15=0.0067,由第一章中的λ-Re关系图中查得

λ=0.039 所以ΔP1=λ(L/d)×(ρu2/2)=0.039×(6/0.015)×(995.7×0.82/2)=4970.5Pa ΔP2=3ρu2/2=3×995.7×0.82/2=955.9 Pa 则 ∑ΔPi=(4970.5+955.9)×1.5×1=29839.35 Pa<100Kpa (2)壳程压强降

∑ΔP0=(ΔP1ˊ+ΔP2ˊ)FsNs

11 其中Fs=1.0 Ns=1

ΔP1ˊ=Ff0nc(NB+1)(ρu2/2) 管子为三角形排列，F=0.5 nc=1.1 n1/2=1.1×12671/2=39 取折流挡板间距h=0.3m NB=L/h-1=6/0.3-1=19 壳程流通面积A0=H(D-ncd0)=0.3×(1-39×0.019)=0.0777 m2 u0=V0/A0=580/3600/0.0777=2.07m/s Re0= d0u0ρ/μ=0.019×2.07×13/(0.918×10-5)=55696.1>500 f0=5.0 Re0-0.228=5.0×55696.1-0.228=0.414 所以 ΔP1ˊ=0.5×0.414×39×(19+1)×13×2.072/2=4497 Pa ΔP2ˊ= NB(3.5-2h/D)ρu2/2=19×(3.5-2×0.3/1)13×2.072/2=1534.6Pa ∑ΔP0=(4497+1534.6)×1×1=6031.6 Pa<10kPa 计算表明，管程和壳程压强降都能满足题设的要求。 4.3.4核算总传热系数 (1)管程对流传热系数αi Rei=14922.4 Pri=μCp/λ=80.07×10-5×4.174×103/0.6176=5.41

αi=0.023λ/d Rei0.8 Pri0.4=0.023×(0.6176/0.02)×14922.40.85.410.4 =4061.6 W/m2 ·℃ (2)壳程对流传热系数α0 由于发生相变传热可有公式α

ˊ0

=0.945(λ

3fρf2g/μfGgˊ)1/3 Ggˊ=W/(L(Nt)2/3)=Vρ/(L(Nt)2/3)=580×13/(6×12672/3)=10.7kg/s αˊ0=0.945(λ3fρf2g/μfGgˊ)1/3

=0.945×(0.4323×5832×12.7×107/(0.306×10.7))1/3=9635.2kcal/m2·h·℃ α0=1.163αˊ0=1.163×9635.2=11205.7 W/m2·℃

(3)污垢热阻

查阅资料，管内、外侧污垢热阻分别取为 Rsi=0.00017 m2·℃/W Rs0=0.00017 m2·℃/W (4)总传热系数K0 管外侧热阻忽略时，总传热系数K0为 K0=1/(1/α0+ Rso+ Rsid0/di+d0/di/αi)

=1/(1/11205.7+0.00017+0.00017×0.019/0.015+0.019/(0.015×4061.6)) =1272.3 W/m2·℃

由前面的计算可知，选用该型号的换热器时要求过程的总传热系数为1100 W/m2·℃。在规定的流动条件下，计算出的K0为1272.3 W/m2·℃，故所选择的换热器是合适的，安全系数为 (K0-K)/K×100%=(1272.3-1100)/1100×100%=15.7%。

13 第五章 换热器主体设备工艺尺寸的确定

5.1管子的规格和排列方法

选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管换热器系列标准中仅为Ф25mm×2.5mm及Ф19mm×2mm两种规格的管子[7]。

管长的选择是以清洗方便即合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且容易弯曲。一般出厂的标准管长为6m，则合理的换热管长应为1.5m、2m、3m和6m。系列标准中也采用这四种管长。此外管长和壳径应相适应，一般去L/D为4～6(对直径小的换热器可取大些)。

如前所述，管子在管板上的排列方法有正三角形、正方形和转角正方形等。正三角形排列的优点有：相同壳程内可排列更多的管子;管板的强度高;流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数高。正方形排列的优点是便于清洗列管外壁，使用与壳程流体易产生污垢的场所;但其对流传热系数较正三角形排列时低。转角正方形排列则介于上述两者之间，与直列排列相比，对流传热系数可适当的提高。

管子在管板上排列的间距t(指相邻两管子的中心距)，随管子和管板的连接方法的不同而异。通常，胀管法取t=(1.3～1.5)d0，且相邻两管外壁间距不应小于6mm,即t≥(d0+6)。焊接法取t=1.25d0。

5.2管程和壳程数的确定

当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速降低，因而对流传热系数较小。为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多时，导致管内流动阻力增大，增加动力费用;同时多程会使平均温度差下降;此外多程隔板使管板上可利用面积减少。设计时应考虑这些问题。列管换热器的系列标准中管程数有

1、

2、4和6程等四种。采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等[8]。 管程数m可按下式计算，即

m=u/uˊ

其中

u 管程内流体的适宜流速m/s;

uˊ 管程内流体的的实际流速m/s。

当温度差校正系数Ф△t低于0.8时，可采用壳方多程。如壳体内安装一块与管束平行

14 的隔板，流体在壳体内流经两次，称为两壳程。但由于壳程隔板在制造、安装和检修等方面都有困难，故一般不采用壳方多程的换热器，而是将几个换热器串联起来使用，以代替壳方多程。例如当需壳方两程时，即将总管数等分为两部分，分别装在两个内径相同而直径较小的外壳中，然后把两个换热器串联使用。

5.3折流挡板

安装折流挡板的目的，是为加大壳程流体的速度，是湍流程度加剧，以提高壳程对流传热系数[9]。

最常用的为圆缺型挡板，切去的弓形高度约为外壳内径的10%～40%，一般取20%～25%，过高或过低都不利于传热。

两相邻档板的距离(板间距)h为外壳内径D的(0.2～1)倍。系列标准中采用的h值为：固定管板的有150、300和600三种，单位均为mm;浮头的有150、200、300、480和600五种，单位均为mm。板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大。板间距过大，流体就难于垂直的流过管束，使对流传热系数下降。

5.4外壳直径的确定

换热器的壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径。根据计算出的实际管数、管径、管中心距及管子的排列方法等，可采用作图的方法确定壳体内径。但是，当管数较多又要反复计算时，用作图法就太麻烦了。一般在初步设计中，可先选定两流体的流速，然后计算所需的管程和壳程的流通截面积，与系列标准中查出外壳的直径。待全部设计完后，仍用作图法画出管子排列图。为了使管子均匀排列，防止流体走“短途”，可适当增减一些管子[10]。

另外，初步设计中也可用下式计算壳体的内径，即

D=t(nc-1)+2b 其中

D t nc b 壳体内径，m; 管中心距，m;

横过管束中心线的管数;

管束中心线上最外层的中心至壳体内壁的距离，一般取b=(1～1.5)d0;

m。nc值可用下面公式估算，即 管子按正三角形排列 nc=1.1n1/2

15 管子按正方形排列 nc=1.19n1/2 式中n为换热器的总管数。

表5-1壳体标准尺寸 Table 5-1 Hull stock size

壳体外径/mm 最小壁厚/mm 325 8

400 500 600 700

800 900 1000

1100 1200

14 5.5主要附件

封头：封头有方形和圆形两种，方形用于直径小(一般小于400mm)的壳体，圆形用于大直径的壳体[11]。

缓冲挡板：为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可以在进料口装设缓冲挡板。 导流筒：壳程流体的进、出口和管板间必存在有一段流体不能流动的空间(死角)，为了提高传热效果，常在管束外增设导流筒，使流体进、出壳程时必然经过这个空间。

放气孔、排液孔：换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔，以排除不凝气体和冷凝液等。换热器中流体进、出口的接管直径按下式计算，即

D=(4Vs/∏u)1/2

式中

Vs u 流体的体积流量，m3/s; 流体在接管中的流速，m/s;

流速u的经验值可取为 对液体 u=1.5～2m/s 对蒸汽 u=20～50m/s 对气体 u=(0.15～0.2)p/ρ (ρ为压强，KPa;ρ为气体密度，Kg/m3)。

5.6材料选用

列管换热器的材料应根据操作压力、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及腐蚀性能下降 。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少有的。目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等;非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不锈钢和有色金属虽然耐腐蚀性能好，但价格高且较稀缺，应尽量少用[12]。

表5-2列管换热器各部件的常用材料

Table 5-2 The common material for each parts of the tube heat exchanger

部件或零件名称

材料牌号

碳素钢 不锈钢

壳体、法兰 A3F、A3R、16MnR 16MN+ 0Cr18Ni9Ti 法兰、法兰盖 16Mn、A3 16MN+1CrNi9Ti 管板 A4 1CrNi9Ti 膨胀节 A3F、16MnR 1CrNi9Ti 挡板和支撑板 A3F 1CrNi9Ti 螺栓 16Mn、40Mn、40 MnB 换热管 10号

螺母 A

3、40Mn 1CrNi9Ti 垫片 石棉橡胶板 支座 A3F 5.7管板尺寸的确定

5.7.1管板受力情况分析

列管换热器的管板，一般采取平板管，在圆平板上开孔装设管束，管板又与壳体相连。管板所受载荷除管程和壳程压力外，还承载管壁和壳壁的温差引起的变形不协调作用等[13]。管板受力情况较为复杂，影响管板应力大小又如下因素：

(1)与圆平板类似，管板直径、厚度、压力大小，使用温度等对管板应力又显著影响。

(2)管束的承载作用。换板与许多换热管刚性的固定在一起，因此，管束起着支撑的作用，阻碍着管板的变形。在进行受力分析时，常把管板看成是放在弹性基础上的平板，列管就起着弹性基础的作用。其中固定式换热器管板的这种支撑作用最为明显。

(3)管孔对管板强度和刚度的影响。由于管孔的存在，削弱了管板的强度和刚度，同时在管孔边缘产生高峰应力。当管子连接在管束之后，管板孔内的管子又能增强管板的强度和刚度，而且也抵消一部分的高峰应力。通常采用管板的强度与刚度削弱系数来估计它的影响。

17 (4)管板边缘固定的形式。类似与圆平板、管板边界条件不同，管板应力状态是不同的。管板边缘有不同的固定形式，如夹持，兼支、半夹持等。通常以介于简支和夹持之间为多。这些不同的固定结构对管板应力产生不同程度的影响，在计算中，管板边缘中的固定形式是以固定系数来反映的。

(5)管壁和壳壁的温度所引起的热应力。由于管壁和壳壁温度不同产生变形量的差异，不仅使管子、壳体的应力有显著的增加，而且使管板的应力有很大的增加，在设备启动和停车过程中，特别容易发生这种情况。如采用非刚性(非固定管板式)结构换热器，这种情况影响会减少或消除。

(6)当管板又兼做法兰时，拧紧法兰螺栓，在管板上又会产生附加弯矩。 (7)其它，当管板厚度较大，管板上下两平面存在有温差，则产生附加热应力。当管子太长而无折流板支托时，管子会弯曲造成管板附加压力。当管板在制造、胀接或焊接管子时，也会产生一些附加压力。

目前设计管板厚度的方法很多，由于处理问题的出发点不同，考虑问题周密程度不同，而结果往往彼此相差很大。

5.7.2管板尺寸

当管子与管板采用胀接时，应考虑胀管时对管板的刚度要求，管板的最小厚度(不包括腐蚀余量)，按表5-3规定，包括厚度附加量在内建议不小于20mm。

表5-3 管板最小厚度(mm) Table 5-3 The thickness of the thick wooden board that minimum deals take care of(mm)

换热器外径d0(mm) 管板厚度b(mm) ≤25 3/4dc 32 22 38 25 57 32

结 论

本次是对中压分解和回收工段中对氨冷凝器的设计通过对所需冷凝器进行物料衡算及热量衡算，首先估算换热面积而后选择适合的换热器型号，对选定的换热器进行面积的计算和压降核算以及总传热系数的核算，在满足这些计算中得到了设计的换热器是单壳程单管程换热器，壳径D= 1000 mm、公称面积S0=446.2 m

2、公称压强P=1.75 Mpa、管子尺寸d=Φ19×2 mm、管子总数n=126

7、管长L=6 m，理论计算值出来的换热器与实际生产中的换热器有不同。这次设计换热器没有温度的补偿，而实际生产中有温度的补偿，而且设计的换热器是单壳程单管程的，实际生产中的是单壳程双管程的。设计出的换热器都满足设计条件，但是从经济角度来考虑，可能不是很经济造价或设计出的设备所花代价会比较高，不过通过本次设计让我也学到了很多的东西，理论还是和实际有差距，在满足理论要求的同时还要考虑其经济性。

第三篇：南昌大学食品列管式换热器设计书

食品工程原理课程设计

设计题目：列管式换热器的设计

班级：

设计者：

学号：

设计时间：2013 年 5 月 12 日~19 日

指导老师： 食品工程原理课程设计

目录

1.1 概述 .............................................................................................................................................3

1.2 换热器的结构与类型 ..................................................................................................................3

1.2.1 列管式换热器的基本构型与流体行程 .....................................................................................4

1.2.2 列管式换热器的类型 .................................................................................................................5

1.3 列管式换热器的主要部件 ...........................................................................................................7

1.3.1 换热管.........................................................................................................................................7

1.3.2 管板.............................................................................................................................................9

1.3.3 封头、管箱、分程隔板 .............................................................................................................9

1.3.4 折流挡板的选用 ....................................................................................................................... 10

1.3.5 其他主要部件 ........................................................................................................................... 10

1.4 固定管板式换热器的优点 ......................................................................................................... 11

1.5 确定设计方案 ............................................................................................................................ 12

1.5.1 选择换热器的类型 ................................................................................................................... 12

1.5.2 流体流动途径的选择 ............................................................................................................... 12

1.6 传热过程工艺计算 .................................................................................................................... 13

1.6.1 冷热流体的物理性质 ............................................................................................................... 13

............................................................................................................... 14 1.6.2 传热面积的初步计算

1.7 核算 ........................................................................................................................................... 16

....................................................................................................................... 16 1.7.1 传热系数的计算 1.7.2 核算传热面积 A0 ...................................................................................................................... 19 1.7.3 核算压力降 ............................................................................................................................... 20 1.6.3 结构设计及计算 ........................................................ 14

1.8 主要附属件的选定 .................................................................................................................... 23

1.8.1 接管直径 ................................................................................................................................... 23

1.8.2 封头的选用 ............................................................................................................................... 24

1.8.3 管板的选择 ............................................................................................................................... 24

1.8.4 管板与管子连接 ....................................................................................................................... 25

1.8.5 管箱的选择 ............................................................................................................................... 25

1.8.6 定距管....................................................................................................................................... 26

1.8.7 拉杆的选择及数量 ................................................................................................................... 26

1.8.8 各零件的选用 ........................................................................................................................... 27

1.9 主题装置图的绘制(见 A1 图纸) ........................................................................................... 27

2.0 附表 ........................................................................................................................................... 27

2.1 收获及感想 ......................................................................................................... 错误!未定义书签。

2.2 主要参考文献 ............................................................................................................................ 30

1 / 32

食品工程原理课程设计

《食品工程原理及单元操作》课程设计任务

班级：

姓名：

设计一台用饱和水蒸气(表压 400～500kPa)加热水的列管式固 定管板换热器，水流量为 80(t/h)，水温由20℃ 加热到 60℃。

1、设计项目：

①热负荷

②传热面积 ④外壳直径及长度 ⑤接管直径

2. 设备图主视图、左视图(部分剖)。 0 号、1 号或 A4 纸(4 号)画图 3. 设备管口表零部件明细表，标题栏表。

管子排列 外壳及管板厚度 ③⑥2 / 32

食品工程原理课程设计

1.1 概述

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要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。35%～40%。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。按用途不同可分为：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式，列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，也是应用最普遍的一种换热设备。按其结构类型分，有列管式、板面式、版壳式、螺旋板式、板翅式、管翅式等。

列管式换热器发展 较早，设计资料和技术数据较完整，目前在许多国家都已有系列化标准产品。虽然在换热效率、紧凑性材料消耗等方面还不及一些新型换热器，但它具有结构简单、牢固、耐用，适应性强，操作弹性大，成本较低等优点，因此仍是化工、石化、石油炼制等工业中应用最广泛的换热设备。

1.2 换热器的结构与类型

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食品工程原理课程设计

1.2.1 列管式换热器的基本构型与流体行程

列管式换热器主要由壳体、换热管束、管板、封头等部件组成，

图 2-1 为它的基本构型，此式为卧式换热器，此外还有立式的。在圆

筒形的壳体内装有换热管束，管束安装固定在壳体内两端的管板上。

封头用螺丝钉与壳体两端的法兰连接，如需检修或清洗，课将封头盖

拆除。

图 2-1 列管式换热器的基本构型

冷热流体在列管式换热器内进行热交换时，一种流体在管束与壳

体间的环隙内流动，其行程称为壳程;另一种流体在换热管内流动，

其行程成为管程。如需换热器较大传热面积时，则应排列较多的换热

管束。为提高管程流体流速，强化传热，可将换热管分为若干组，称

为多管程。同样，为提高壳程流体的涡流程度，以提高对流传热系数，

强化传热，可在壳体内安装横向式或纵向式的折流挡板。这样，壳程

流体的流速和流向可不断发生改变，使雷诺数在较低时

就 能达到湍流。

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第四篇：某小区换热站设计说明

一、设计依据

1.《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》 GB50736-2012 2. 《建筑设计防火规范》 GB50016-2006 3. 《辐射供暖供冷技术规程》 JGJ142-2012 4. 《供热计量技术规程》 JGJ173-2009 5. 《民用建筑集中供暖供热计量技术规程》 DB62/T25-3044-2009 6. 建筑专业提供的条件图

7. 建筑单位提供的设计要求及资料。

二、换热站设计

1.换热站拟供暖面积11000平方米，供暖热负荷7.0MW。 2.由市政集中供热管网提供85/60℃一次供回水热媒，经换热站交换为55/45℃二次供回水热媒为小区供暖。

3.换热站设于小区内，为地上一层建筑，为小区所有建筑物提供热源，热媒参数55/45℃。设有两台板式换热机组，每台机组设三台循环本(两用一备)。

4.供暖系统定压由换热机组变频定压。根据供热系统在运行过程中，压力变化时，通过变频调速器平滑无极的调整补水泵转速，调节补水量或输出自动泄压信号，进而维护和保持系统恒压点压力稳定，换热站各区系统设置自动控制装置(气候补偿器)，根据室外气候变化自动调节供热，从而实现按需供热，大量节能。

5.换热站安装热量表作为结算点，在各系统出口处分别设“静态水力平衡阀带热表供暖装置”，热量表选用SONOCAL 2000型超声波热量表。

6.供暖系统试压：一次热媒系统，自来水，软化水系统管道试验压力为0.6MPa;二次热媒低区系统管道试验压力0.6MPa，高区0.8MPa。

7.管道的支吊架的安装及设置位置由安装单位现场确定，作法参见甘02N4-42,61. 8.保温和防腐：管道经除锈后，先刷红丹漆两道，在用50mm厚的岩棉管壳保温，外缠玻璃丝布两道作为保护层，最外层刷灰色调和漆两道。保温层厚度：管径≤32用30mm厚岩棉保温，管径>32的用40mm厚岩棉保温。、

三、其他

1.管道穿墙、楼板及支吊架应与土建专业密切配合。

2.未说明事项按《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002及国家相关规范和标准执行。

第五篇：换热站工程施工组织设计

一、工程概况

1、工程名称：XX热电有限公司大学城片区三庆青年城换热站设备采购与安装采购项目

2.标书编号：

3、工程地点：XX热电有限公司大学城片区三庆青年城换热站

4、工程范围：按图纸设计要求的站内所有设备、管道的供货、安装、保温、调试(含站内一、二次管道、阀门等，在预留口处与室外管网对接)，远传系统VPN网线施工及调试。免费运行一年，费用由中标方负责。

5、承包方式：包工包料

二、系统功能表述

大学城片区三庆青年城换热站，分高低区双系统，供热面积6.03万㎡。

换热站设置：高低区板式换热机组各一套、旋流除污器、软化水设备及补水水箱设备，站内管道采用保温材料暂定为超细玻璃棉，保护层为镀锌铁皮或根据XX热电公司最新规定进行保温。

三、管道安装技术要求

1、安装施工工艺及施工方法

(1)施工前检查管子、管道附件，阀门必须具有制造厂的材质证明，如有重大缺陷时应进行理化实验，其指标应符合现行国家或部颁技术标准。

(2)管件、阀门使用前应按设计要求核对其规格材质、型号。

(3)管子、管件、阀门在使用前应进行外观检查，外表面应无以下缺陷：

a、无裂纹、缩孔、夹渣、折造、重皮等缺陷。

b、不超过壁厚负偏差的锈蚀或凹陷。

c、螺纹密封面良好，精度及光洁度应达到设计要求或制造标准。

2、管道安装

(1)管道在安装前经检查、检验合格，并用水平仪测量出支架立柱标高线，在安装时以此为基准标高线，并查支架立柱垂直偏差和相对位置准确性。

(2)管道安装前，首先应根据设计要求定出阀门、管件、补偿器的位置，再按管道的标高，根据管道距离和坡度大小，算出每根立柱支架的高度差。

(3)将检验检查合格的管子，在施工现场用坡口机打出坡口，并清除管端、四周铁锈，用吊装工具吊装，吊装时要有有经验的吊装工指挥，吊装就位好，用临时支撑或用烘干的电焊条点焊，找平找正，并根据标高调整滑托，调整管子的坡度和平直度，以保证安装焊接合格。管道设备安装范围内土建结构已验收合格，满足安装要求，并办理交接手续

管道预制

打破口

点焊

焊接

外观检查

水压试验

打磨、除锈

清洗、吹扫

防腐、绝热

成品保护

负荷试运行

竣工

3、管道焊接

(1)参加焊接的电焊工必须有劳动部门考试合格，并具有与该焊接项类相同的焊接资格证书，有多年的焊接经验，并参加模拟试焊(工艺方法特点、规范参数和线能量、操作手法和焊接程序、焊接缺陷的产生原因和危害、预防方法和返修、焊接接头的性能及其影响因素，焊接应力和变形及其影响因素和防止方法)的焊工操作施焊。

(2)壁厚相同的管子、管件组对时，应符合下列要求：

a、I、II级焊缝不应超过壁厚的10%，且不大于1mm。

b、III、IV级焊接缝不应超过壁厚的20%，且不大于2mm。

c、管子、管件组对的，检查坡口质量，坡口表面上不得有裂纹、夹层等缺陷。

d、焊条应进行烘干，烘干温度220℃，保温2小时，使用时随取随用，用不到时装入厚温筒内以防受潮。

(3)能在地面位置转动焊接尽量在地平面转焊接，采用水平固定焊接，组对时，管轴线必须对正，以免出现弯折，在距接口中心200mm处测量，允许偏差1mm/m，全长允许偏差最大不超过10mm。施焊程序：仰焊——立焊——平焊，此法能保证铁水和焊渣很好地分离，透度比较容易控制，它是沿垂直中心线将管子截面分成相等的两半，各进行仰、立、平三种位置的焊接。为了方便于仰焊及平焊接头，焊接到一半时，在仰焊位置的起焊点，平焊部位的终焊点都必须超过管子的半周(超过中心线约5-10mm)，为了使根部透度均匀，焊条在仰焊位置时，尽可能不作或少作横向摆动，而在立焊及平焊位置时，可作幅度不大的反半月形横向摆动，当焊至点焊焊缝接头处应减慢焊条前移速度，以熔穿接头处的根部间隙，使接头部分能充分熔透;当焊条至平焊部位时，必须填满深池后才熄弧，焊接要分三遍进行，第一遍和第二遍采用3.2mmE4303型焊条,最外层焊接采用4mmE506型焊条，要保持一定的焊高和宽余度，焊高+5、宽窄<4mm。清除焊渣外

缝检查应无夹渣、气孔、裂纹、未熔合等缺陷。

4、阀门安装

阀门在安装前进行强度和严密性试验，强度试验压力为公称压力的1.5倍，保持压力5分钟，严密性试验压力为公称压力的1.25倍，保压5分钟。

经上试验不合格的必须解体检查，并重新打压试验，安装时要保持阀门的垂直度。

5、管道系统试验

(1)管道管件阀门安装完毕，焊接检查合格，按设计规定对该管道系统进行强度、严密性试验，以检查管道系统及连接部位的工程质量。试验时应使用经过校验的压力表，环境温度5℃以上。

稳压检验

泄压

管网外观检查

管道系统恢复

试压系统连接

试压条件确认

试压准备

升压

(2)系统注水时，应打开管道各高处的排气阀将空气排尽，待水罐满后，关闭排气阀和进水阀，用手摇试压泵或电动试压泵加压，压力应逐渐升高，加压到一定数值时，应停下来对管道进行检查，无问题时再继续加压，当压力达到试验压力时停止升压，保持压力30分钟，压降低不超过0.02MPa，焊缝及阀门联接处无渗漏为合格(试验压力为1.5MPa)缓慢泄压至零。

6、绝热施工工艺及施工方法

(1)设备、管道、阀件防腐保温

A、防腐刷漆

设备、管道、阀件应在安装完毕，除锈刷防锈漆两遍。

涂漆前应清除管道表面的灰尘、污垢、铁锈、焊渣、毛刺、油及水份等。涂漆施工宜在10～30℃的环境下进行，并应有防火、防冻、防雨等措施。尤其应有制造厂的合格证明书，过期的油漆必须经过检验，确认合格后方可使用。管道涂漆的种类、层数、颜色、标记等符合设计要求。如有保温和防露要求应涂两道防锈漆;暗装管道、容器应涂两道防锈漆，埋地钢管应按设计要求做防腐保护层。管道涂漆可采用刷涂或喷涂法施工。涂层应均匀，不得漏涂。当采用多种油漆调和配料时，应性能适应、配比合适、搅拌均匀，并稀释至合适的稠度，不得有漆皮等杂物。调成的涂料应及时使用，余料应密封保存。现场涂漆一般应自然干燥。多层涂刷的前后间隔时间，应保证漆膜干燥、干透;涂层未经充分的干燥，不得进行下一道工序施工。涂层质量应符合下列要求：涂层均匀、颜色一致、漆膜附着牢固，无剥落、皱纹、气泡、针孔等缺陷;涂层完整、无破损、无漏涂。

B、设备、管道绝热

（一）管道的绝热结构及施工方法

超细玻璃棉保温：

施工方法如下：

将玻璃棉直接绑在管道上，绝热层如大于80mm，应做两层或多层绝热结构，并且要求错缝。如果所需绝热厚度比预制管壳厚时，可用两层或三层，每层分别用镀锌铁丝绑扎。管壳内、外的接缝要错开。外面再做面层。伸缩缝：

应根据设计要求留伸缩缝，无要求时，一般5m-7m留一处。一般缝宽20-30mm，用棉毡或其他软质材料填满，外面做一保护层(防水)。垂直管道的绝热工序应由下而上;水平管道绝热采用的管壳，宜将其纵向对缝布置在管道轴线的

左、右侧，而不要布置在上、下方。

（二）管件的绝热结构及施工方法

管件主要包括：法兰、阀门、弯头、三通、四通等。

1、法兰绝热结构：一般温度不高的法兰可以不绝热，但是高温气体、水或水蒸汽管道上的法兰必须绝热，以防止热损失及烫伤。

因为法兰需要经常拆卸或检修，所以选用的绝热结构也必须是容易拆卸和修复的。

2、阀门绝热：阀门需要经常开、关和检修，因此，阀门绝热结构必须能拆卸。

（三）设备的绝热结构及施工方法

使用各种预制板或弧形瓦直接包覆在设备上。

①

平面设备绝热结构：此种绝热结构所用的绝热材料为玻璃棉预制板，绝热。施工方法如下：

施工时先将设备表面清扫干净，涂刷防锈漆，焊绝热钩钉。绝热钩钉的间距一般在250mm左右，每一块绝热块不少于两个，以绑扎方便为准。然后敷上预制绝热板，再用镀锌铁丝网借助绝热钩钉交叉绑牢，绝热预制板的纵横接缝要错开。如果绝热层厚度超过绝热板厚度，采用两层或多层结构，每层要分别绑扎，而且内、外层纵横接缝要错开，接缝处要用胶泥或散状绝热材料填充。在外面再包上镀锌铁丝网，要平整地绑在绝热钩钉上。最后做石棉水泥或其他面层。涂抹时一定要有一部分透过镀锌铁丝网与绝热层相接触。外表面一定要抹得平整、光滑、棱角整齐，不允许有铁丝或铁丝网露出。

②

立式圆形设备绝热结构：

施工方法如下：(基本上与平壁绝热结构的施工方法相同)

敷设的绝热板最好用根据筒体弧度制成的弧形瓦，如果筒体直径很大时，可用平板的绝热板材。最难施工的是顶部封头及底部封头，尤其是底部封头更加困难，在安装绝热板时需要进行支撑。用镀锌铁丝网绑牢，否则因自重而下沉。板与板之间的接缝必须用相同的绝热材料填充。因圆形设备有一定的曲度，缝隙可能大些，填充时要仔细填好。然后敷设镀锌铁丝网并做石棉水泥面层(防水)。

③

卧式圆形设备绝热：

施工方法如下：

a.

与立式圆形设备相同，筒体上焊绝热钩钉时，上半部可稀些。在封头及筒体中间焊接水平支承托板，支承板的宽度为绝热层厚度的3/4，其厚度5mm。

b.

卧式圆形设备上半部施工比较方便，封头及下部施工较困难。铁丝必须绑紧，防止下部出现下坠现象，外面包上镀锌铁丝网，再包面层。

7、吊装安全防护措施

(1)吊装前制定完善的吊装施工方案，明确吊装作业各主要环节的安全措施。

(2)吊装前对全体作业人员进行安全技术交底。

(3)起重臂下严禁站人。

(4)吊装前，对吊装设备、索具、夹具等进行仔细检查，使其保持良好作业状态。

(5)吊装人员必须佩戴安全帽，高处作业必须系安全带、穿防滑鞋。

8、供热设备安装

(1)、供热设备基础的尺寸、位置应按设计施工.基础混凝土的标号不得低于设计标号，设备安装应在基础混凝土达到设计强度的70%以后进行。基础中

心坐标位置的允许偏差为±20mm。基础各不同平面的标高允许偏差为0～20mm。地脚螺栓孔中心位置的允许偏差为±10mm。孔深度的允许偏差为0～20mm。(2)、地脚螺栓安装应符合下列要求：

a.地脚螺栓的不铅锤度应小于10/1000;

地脚螺栓底部铆固环钩的外缘与预留孔壁和孔底的距离不得小于15mm;螺杆上的油脂及污垢在安装前应清理干净;

b.螺母与垫圈之间和垫圈与设备底座之间的接触均应良好;

c.拧紧螺母后，螺栓必须露出2～5个螺距;

d.灌注地脚螺栓用的细石混凝土(或水泥砂浆)应比基础混凝土的标号提高一级，灌浆处应清理干净并捣固密实。

f.拧紧地脚螺栓时，灌注的混凝土应达到设计强度的75%。

(3)、设备开箱，应按下列项目进行检查并作出记录：

1、箱号和箱数以及包装情况;

2、设备名称、型号和规格;

3、设备有无缺件，表面有无损坏和锈蚀;设备和易损备件、安装和检修专用工具以及设备所带的资料是否齐全。

(4)、热交换器安装，应按设计规定并符合下列要求：

a、板式换热机组与墙壁的距离，设计无规定时，不得小于蛇形管的长度;

b、应按设计或产品说明书规定的坡度、坡向安装;

c、热交换器安装的允许偏差应符合《城市供热管网工程施工及验收规范》CJJ28-89的规定。

(5)、除污器应按设计或标准图组装，安装除污器应按热介质流动方向，进出口不得装反，除污器的排污口应朝向便于检修的位置。

9、配电柜安装

1、基础安装

(1)基础型钢安装

①

调直型钢。将有弯的型钢调直，然后按图纸要求预制作、加工基础型钢架，并刷好防锈漆。

②

按施工图纸所标位置，将预制好的基础型钢架放在预留铁件上，用水准仪或水平尺找平、找正。找平过程中用垫片的地方最多不能超过三片。然后，将基础型钢架、预埋铁件、垫片用电焊焊牢。最终基础型钢顶部宜高出抹平地面10mm，手车柜基础型钢顶面与抹平地面相平(不铺胶垫时)。基础型钢安装允许偏差见下表。

基础型钢安装允许偏差

项

次

项

目

允许偏差(mm)

1

不直度

每米

全长

1

5

2

水平度

每米

全长

1

5

③

基础型钢与地线连接：基础型钢安装完毕后，将室外地线扁钢分别引入室内(与变压器安装地线配合)与基础型钢的两端焊牢，焊接面为扁钢宽度的二倍。然后将基础型钢刷两遍灰漆。

(2)柜(盘)安装

1、柜(盘)安装应按施工图纸的布置，按顺序将柜放在基础型钢上。单独柜(盘)只找柜面和侧面的垂直度。成列柜(盘)各台就位后，先找正两端的柜，在从柜下至上三分之二高的位置绷上小线，逐台找正，柜不标准以柜面为准。找正时采用0.5mm铁片进行调整，每处垫片最多不能超过三片。然后按柜固定螺孔尺寸，在基础型钢架上用手电钻钻孔。一般无要求时，低压柜钻Φ12.2孔，高压柜钻Φ16.2孔，分别用M12、M16镀锌螺丝固定。允许偏差见表。

项次

项

目

允许偏差(㎜)

1

垂直度

每米

1.5

2

水平度

相邻两柜顶部

成列柜顶部

2

5

3

不平度

相邻两柜面

成列柜面

1

5

4

柜间缝隙

2

2、柜(盘)就位，找正、找平后，除柜体与基础型钢固定。柜体与柜体、柜体与侧档板均用镀锌螺丝连接。

3、柜(盘)接地：每台柜(盘)单独与基础型钢连接。每台柜从后面左下部的基础型钢侧面上焊上鼻子，用6mm×2铜线与柜上的接地端子连接牢固。

(3)柜(盘)二次小线连结

1、按原理图逐台检查柜(盘)上的全部电器元件是否相符，其额定电压和控制、操作电源电压必须一致。

2、控制线校线后，将每根芯线煨成圆圈，用镀锌螺丝、眼圈、弹簧垫连接在每个端子板上。端子板每侧一般一个端子压一根线，最多不能超过两根，并且两根线间加眼圈。多股线应涮锡，不准有断股。

(4)柜(盘)试验调整

1、试验标准符合国家规范、当地供电部门的规定及产品技术资料要求。

2、试验内容：高压柜框架、母线、避雷器、高压瓷瓶、电压互感器、电流互感器、高压开关等。

3、调整内容：过流继电器调整，时间继电器、信号继电器调整以及机械连锁调整。

4、二次控制小线调整及模拟试验

①

将所有的接线端子螺丝再紧一次。

②

绝缘摇测：用500V摇表在端子板处测试每条回路的电阻，电阻必须大于0.5MΩ。

③

二次小线回路如有晶体管，集成电路、电子元件时，该部位的检查不准使用摇表和试铃测试，使用万用表测试回路是否接通。

④

接通临时的控制电源的操作电源;将柜(盘)内的控制、操作电源回路熔断器上端相线拆掉，接上临时电源。

⑤

模拟试验：按图纸要求，分别模拟试验控制、连锁、操作、继电保护和信号动作，正确无误，灵敏可靠。

⑥

拆除临时电源，将被拆除的电源线复位。

(5)送电运行验收

1、送电前的准备工作

①

一般应由建设单位备齐试验合格的验电器、绝缘靴、绝缘手套、临时接地编织铜线、绝缘胶垫、粉沫灭火器等。

②

彻底清扫全部设备及变配电室、控制室的灰尘。用吸尘器清扫电器、仪表元件，另外，室内除送电需用的设备用具外，其它物品不得堆放。

③

检查母线上、设备上有无遗留下的工具、金属材料及其它物件。

④

试运行的组织工作、明确试运行指挥者，操作者和监护人。

⑤

安装作业全部完毕、质量检查部门检查全部合格。

⑥

试验项目全部合格，并有试验报告单。

⑦

继电保护动作灵敏可靠，控制、连锁、信号等动作准确无误。

2、送电

①

相关部门检查合格后，将电源送进室内，经过验电、校相无误。

②

由安装单位合进线柜开关，检查PT柜上电压表三相是否电压正常。

③

合变压器柜开关，检查变压器是否有电。

④

合低压柜进线开关，查看电压表三相是否电压正常。

⑤

按上述2～4项，送其它柜的电。

⑥

在低压联络柜内，在开关的上下侧(开关未合状态)进行同相校核。用电压表或万用表电压档500伏，用表的两个测针，分别接触两路的同相，此时电压表无读数，表示两路电同一相。用同样方法，检查其它两相。

⑦

验收。送电空载运行24小时，无异常现象、办理验收手续，交建设单位使用。同时提交变更洽商记录、产品合格证、说明书、试验报告。

12、设备电缆敷设

(1)电缆管的加工及敷设

1、电缆管不应有穿孔、裂纹和显著凹凸不平，内壁应光滑;金属电缆管不应有严重锈蚀。硬质塑料管不得用在温度过高或过低的场所。在易受机械损伤的地方和在受力较大处埋设时，应采用足够强度的管材。

2、每根电缆管的弯头不应超过3个，直角弯不应超过2个。

3、电缆明敷时应符合下列要求：

①

电缆管应安装牢固：电缆管支持点间的距离，当设计无规定时，不宜超过3米。

②

当塑料管的直线长度超过30m时，宜加装伸缩节。

4、金属管的连接应固定，密封应良好，两管口应对准。套接的短套管或带螺纹的管接头的长度，不应小于电缆管外径的20倍。金属电缆管不宜直接对焊。

5、引至设备的电缆管管口位置，应便于与设备连接并不妨碍设备拆装和进出。并列敷设的电缆管管口应排列整齐。

6、利用电缆的保护钢管做接地线时，应先焊好接地线;有螺纹的管接头处，应用跳线焊接，再敷设电缆。

7、电缆管的敷设应符合下列要求：

①

电缆管的埋设深度不应小于0.7m;在人行道下面敷设时，不应小于0.5m。

②

电缆管应有不小于0.1%的排水坡度。

③

电缆管连接时，管孔应对准，接缝应严密，不得有地下水和泥浆渗入。

(2)电缆的敷设

1、电缆型号、电压、规格应符合设计要求。

①

电缆型号、电压、规格应符合设计要求。

②

电缆外观应无损伤、绝缘良好。

③

敷设前应按设计和实际路径计算每根电缆的长度，合理安排每盘电缆，减少电缆接头。

④

在带电敷设区内敷设电缆，应有可靠的安全措施。

⑤

电缆放线架应放置稳妥，钢轴的强度和长度应与电缆盘重量和宽度相适合。

2、三相四线制系统中应用四芯电力电缆，不应采用三芯电缆另加一根单芯电缆或以导线、电缆金属护套作中性线。

3、并联使用的电力电缆其长度、型号、规格宜相同。

4、电力电缆在终端头与接头附近宜留有备用长度。

5、电缆各支持点间的距离应符合设计规定。当设计无规定时，不应大于下表。

电缆各支持点间的距离

电缆种类

敷设方式

水平

垂直

电力电缆

全塑性

400

1000

除全塑性外的中低压电缆

800

1500

35KV及以上的高压电缆

1500

2000

控制电缆

800

1000

6、电缆的最小弯曲半径应符合下表。

电缆最小弯曲半径

电缆形式

多芯

单芯

控制电缆

10D

-

橡皮绝缘电力电缆

-

10D

-

15D

-

20D

聚氯乙烯绝缘电力电缆

10D

交联聚乙烯绝缘电力电缆

15D

20D

油浸纸绝缘电力电缆

铅包

30D

铅包

有铠甲

15D

20D

无铠甲

20D

自容式充油(铅包)电缆

-

20D

注：表中D为电缆外径。

7、敷设时，电缆应从盘的上端引出，不应使电缆在支架上及地面摩擦拖拉。电缆上部不得有铠装压扁、电缆绞拧、护层折裂等未消除的机械损伤。

8、敷设电缆时，电缆允许敷设最低温度，在敷设前24h内的平均温度以及敷设现场的温度不应低于下表的规定。

电缆类型

电缆结构

允许敷设最低温度

油浸纸绝缘电力电缆

充油电缆

﹣10

其他油纸电缆

0

橡皮绝缘电力电缆

橡皮或聚氯乙烯护套

﹣15

裸铅套

﹣20

铅护套钢带铠装

﹣7

塑料绝缘电力电缆

-

0

控制电缆

耐寒护套

﹣20

橡皮绝缘聚氯乙烯护套

﹣15

聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套

﹣10

9、电缆敷设时应排列整齐，不宜交叉，加以固定，并及时装设标志牌。

10、电缆的固定，应符合下列要求：

①

垂直敷设或超过45°倾斜敷设的电缆在每个支架上;桥架上每隔2m处;

②

水平敷设的电缆，在电缆首末两端及转弯、电缆接头的两端处;当对电缆间距有要求时，每隔5～10m处;

11、电缆排列，应符合下列要求：

①电力电缆和控制电缆不应配置在同一层支架上。

②高低压电缆、强电、弱电控制电缆应按顺序分层排放，一般情况宜由下而上。

12、并列敷设的电力电缆，其相互间的净距应符合设计要求。

13、电缆在支架上的敷设应符合下列要求：

①

控制电缆在普通支架上，不宜超过1层;桥架上不宜超过3层。

②

交流三芯电力电缆，在普通支吊架上不宜超过1层;桥架上不宜超过2层。

③

交流单芯电缆，应布置在同侧支架上。当按紧贴的正三角形排列时，应每隔1m用绷带扎牢。

(3)导管内电缆的敷设

在下列地点，电缆应有一定机械强度的保护管或加装保护罩：

1、电缆进入建筑物、隧道、穿过楼板及墙壁处。

2、其他可能受到机械损伤的地方。保护管埋入非混凝土地面的深度不应小于100mm;伸入建筑物散水坡的长度不应小于250mm。保护罩根部不应高出地面。

3、从沟道引至电杆、设备、墙外表面或屋内行人容易接近外，距地面高度2m以下的一段。

4、电缆排管在敷设电缆前，应进行疏通，清除杂物。

5、穿入管中电缆的数量应符合设计要求;交流单芯电缆不得单独穿入钢管内。

(4)直埋电缆的敷设

1、电缆埋设深度应符合下列要求：

①

电缆表面距地面的距离不应小于1.7m。穿越农田时不应小于1m。在引入建筑物、与地下建筑物交叉及绕过地下建筑物处，可浅埋，但应采取保护措施。

②

电缆应埋设在防冻层以下，当受条件限制时，应采取防止电缆受到损坏的措施。

2、直埋电缆的上、下部应铺以不小于100mm厚的软土或砂层，并加盖保护板，其覆盖宽度应超过电缆两侧各50mm，保护板可采用混凝土盖板或砖块。软土和砂子中不得有石块或其他硬质杂物。

3、直埋电缆在直线段每隔50～100m处，电缆接头处、转弯处、进入建筑物等处，应设置明显的方位标志或标桩。

4、直埋电缆回填土前，应经隐蔽工程验收合格。回填土应分层夯实。

〈5〉电缆头的制做

1、制做电缆终端和接头前，应熟悉安装工艺资料，做好检查，并符合下列要求：

①

电缆绝缘状况良好，无受潮;塑料电缆内不得进水;充油电缆施工前应对电缆本体、压力箱、电缆油桶及纸卷筒逐个取油样，做电气性能实验，并应符合标准。

②

附件规格应与电缆一致;零部件应齐全无损伤;绝缘材料不得受潮;密封材料不得失效。

③

施工用具齐全，便于操作，状况清洁，消耗材料齐备。清洁塑料绝缘表面的溶剂宜遵循工艺导则准备。

2、接地线

电缆接地线应采用铜绞线或镀锡编织线，其截面面积不应小于下表规定110KV以上电缆的截面面积应符合设计规定。

电缆终端接地截面

电缆截面(mm2)

接地截面(mm2)

120及以下

16

150及以下

25

3、电缆终端与电气装置的连接,应符合现行国家标准《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》的有关规定。制作要求：

①

制作电缆终端头与接头，从剥切电缆开始应连续操作直至完成，缩短绝缘暴露时间。剥切电缆时不应损伤线芯和保留的绝缘层。

②

电缆终端头和接头应采取加强绝缘、密封防潮、机械保护措施。

③

电缆终端头上应有明显的相色标志，且应与系统的相位一致。

④

控制电缆终端头可采用一般包扎，接头应有防潮措施。

投标单位(盖章)山东陆丰容器有限公司

被授权代表人(签字或盖章)

安

全

施

工

技

术

措

施

1、施工人员进行现场前均进行安全生产教育。

2、进入施工现场必须戴好安全帽穿绝缘鞋穿戴好各自的防护用品。

3、施工用电采用三相五线制用电设备必须有良好的接地用电必须专人负责线路要整齐牢固破损线不允许使用做到用电停电有标志电源线路不得接触潮湿地面或接近热源。严禁将电线直接挂在金属设备、构件上或用金属丝绑扎电线非电工人员严禁随意拉线。露天的电器和配电盘一定要有防雨措施并加锁。

4、临边高处作业必须设臵防护措施搭设安全防护棚或加防护栏。

5、.施工人员不允许上下来回投掷工具及其他物件严禁从高处乱扔东西施工作业场所有坠落可能的物件应一律先行撤除或加以固定。

6、吊装时起重臂下严禁站人吊装用钢丝绳扣一定要绑扎结实、牢固。选用要合理。

7、氧气和乙炔瓶应放臵在安全位臵保持安全距离10m距明火10m氧气瓶、乙炔瓶应搭设晒棚现场动火周围要将易燃物清理干净。

8、现场施工人员必须遵守劳动纪律不得违章指挥违章操作特殊工种必须持证上岗。

9、要防止无关人员进入施工区。焊接时下方无可燃物并设专人看护移动设备时要前后照应防止砸伤。

10、其它关于现场临时用电认真执行《施工现场临时用电安全技术规程》。

11、严格执行《建筑安装工人安全技术操作规程》有关规定。

投标单位(盖章)山东陆丰容器有限公司

被授权代表人(签字或盖章)

换热站控制方案

1.1换热站的控制

二级网供水温度控制：根据均匀性调节的要求确定二次网供水温度(或室外温度-二次供水温度曲线)，调节一次网侧的电动调节阀的开度，改变供水温度(二次供水温度)，以保证二次网的供热需求。

二级网供回水温度平均值控制：根据均匀性调节的要求确定二次网供回水平均值温度(或室外温度-供回水温度平均值曲线)，调节一次网侧的电动调节阀的开度，改变二次网供回水平均值温度，以保证二次网的供热需求。

一次循环流量控制：根据一次网循环流量、各换热站供热面积(节能建筑供热面积按一半计算)推算各换热站一次循环流量，根据各换热站一次循环流量查找电动阀在此流通流量下的理论阀开度，电动阀开启到理论阀开度，并根据实际一次循环流量与理论流量比较进行微调(大于5%)。也可以设定各换热站流量目标值，控制器利用PID算法，控制一次电动阀开度，调节流量，自动闭环流量目标值。

电动阀手动给定阀开度控制：根据一次网循环流量、各换热站供热面积(节能建筑供热面积按一半计算)推算各换热站一次循环流量，根据各换热站一次循环流量查找电动阀在此流通流量下的理论阀开度，电动阀开启到理论阀开度，并根据实际一次循环流量、一次热量、一回温度或二供温度与给定理理论值比较进行微调(大于5%)，供热运行稳定后以热源质调节为主，阀门保持给定刻度，只对个别超标站进行微调。

二级网循环泵控制：根据二次网供回水压差设定值或供水压力设定值，通过改变二次网循环泵转速来调节二次网流量，从而达到节能降耗的目的。供水压力和最不利点压差人为设定，同时设定供回水压差下限(通过调节循环泵变频器的下限频率实现)。

二级网补水泵控制：采用补水泵变频控制，通过调节补水泵变频保持循环水泵入口压力稳定

(该定压值可以修改)，待压力达到定值后补水泵停止运行。

换热站采用的工业级控制器作为控制系统(采用西门子S7-1200系列PLC)，提供完整的数据采集(数据及故障记录)、控制、报警和通讯等功能。通过远程通讯网络，建立换热站与XX热电有限公司欧投信息系统的双向通讯，实现对各换热站的数据采集、运行管理和控制功能。预留RS485(支持MODBUS通讯协议)及以太网接口(其中必须带有TCP/IP、OPC协议)。

1.2监测和控制功能

1.2.1

显示采集功能

采集以下参数，能够本地液晶屏显示和上传至控制中心。

★检测内容：

u

一次侧供水温度

u

一次侧供水压力

u

一次侧供水流量、热量(通讯RS485，MODBUS通讯方式)

u

一次侧调节阀调节

u

一次侧调节阀阀位

u

一次测回水温度

u

一次侧回水压力

u

二次侧供水温度

u

二次侧供水压力

u

二次侧回水温度

u

二次侧回水压力

u

室外温度

u

循环泵出口压力

u

二次流量、热量(通讯RS485，MODBUS通讯方式)

u

软水箱水位

u

软水箱水位控制

u

补水流量(通讯RS485，MODBUS通讯方式)

u

电能表通讯RS485(通讯RS485，MODBUS通讯方式)

u

循环泵变频器控制及电机状态(通讯RS485，MODBUS通讯方式)

u

补水泵变频器控制及电机状态(通讯RS485，MODBUS通讯方式)

u

一次侧除污器前后压差报警

u

二次侧除污器前后压差报警

u

集水坑液位报警

u

超温，超压、低压、水箱液位超低等报警信号

换热站控制工艺示意图

1.2.2

换热站PLC控制功能

依据“远程给定

+

本地自动化”原则，实现独立完成远程/本地设定控制策略下本站的闭环控制功能;各控制回路设手/自动切换，正常情况下实现全自动无人值守控制，必要时切换至手动状态由人工手动操作(就地操作)。

1)

一次网控制调节功能

a、根据所需的供热参数设定值，将每天分为多个时段，设定曲线(12时段)，来进行一次网电动调节阀的自动调节，实现以下控制方式：

●

二次网供水温度控制

●

一次网回水温度控制

●

二次网供、回水平均温度控制

●

一次网热量控制

b、根据一次网总流量和换热站的实际热负荷情况计算各站最大流量，各站在最大流量限制值内进行自动梯度控制，实现以下控制：

●

一次网流量限制与分配控制

(解决热源不稳定和运行初期水力平衡问题)

以上功能可以在本地控制终端和监控中心修改设定曲线，修改PID参数值，时间段任意划分。

c、供热负荷曲线控制方式

本地控制系统根据室外温度的变化和当地供热负荷曲线，决定二次侧的供水温度或供回水平均温度。控制器输出信号调节电动调节阀的开度，从而改变一次侧的流量，实现二次侧供水温度的质调节和一次侧流量的量调节。

2)

循环水泵通过变频器控制二次网供回水压差功能

根据设定的二次网供回水压差设定值自动调节循环泵变频器的频率，改变循环泵转速，保持二次网供回水压差恒定。可以在本地控制终端和监控中心修改二次网供回水压差设定值，修改PID参数值。可以实现软启软停，并能连续调节转速(根据最不利点压差调节)。循环水泵停止时连锁关闭一次侧电动调节阀。

3)

开机自检功能

开机自检，二次侧回水压力设定一个低限保护值(在控制器操作面板上可以调整此值)，当二次侧压力没有达到此值时，不能启动循环泵而只能开启补水系统补水，待达到设定值后方可启动循环泵。

4)

二次网回水压力控制，补水定压功能

根据设定的二次网回水压力设定值自动调节补水泵变频器的频率，改变补水泵转速，将压力值稳定在要求范围内。可以在本地控制终端和监控中心修改回水压力设定值、回水压力睡眠设定值、唤醒设定值，修改PID参数值。

5)

水箱液位低保护

当水箱液位低于低限时，停止补水泵运行，并报警。

6)

失压保护

二次侧回水压力低于低限设定值时，自动补水系统投入运行，开始补水。自动补水系统投入运行后二次侧回水压力仍继续降低则发出报警。

7)

断电保护

停电后自动关闭电动调节阀切断热源，同时发出报警。

8)

超温保护

二次侧供水温度超过设定值(可调)时，以及一次侧回水温度超过设定值(可调)时关闭一次侧电动调节阀。

9)

超压保护

二次侧供水总管压力超过设定高限值(可调设定值)循环泵停止运行。

10)

水箱旁路电磁阀强制开启/停止控制功能

当软水器自动上水发生故障，水箱水位发出报警，手动开启软水箱自来水旁路电磁阀，应急使用。可以在本地控制终端手动操作和监控中心远程控制。

1.2.3

报警功能

在换热站设声响报警，在调度中心设声光报警。报警信号是最优先的通讯数据，换热站报警发生时应立即通过网络通讯上传至调度中心。

u

二次侧供水压力高、仪表断线

u

二次侧回水压力低、仪表断线

u

一次侧回水温度高、仪表断线

u

二次侧供水温度高、仪表断线

u

软水箱水位高

u

软水箱水位低

u

变频器过载报警及故障

u

换热站集水坑水位达到警戒值报警(如有地下室的换热站)

1.2.4

联锁控制功能

1)

当水箱水位低于低限值时停止补水泵，直到水箱水位高于高限时补水泵重新启动;

2)

当二次网供水温度高于高限值时、一次网回水温度高于高限值时或当所有循环水泵停止时，一次侧电动调节阀自动关闭。

1.2.5

数据存储功能

能按设定间隔存储历史数据，能完成监控中心数据补抄功能，从而保证数据的连续性。

1.2.6

通讯功能

1)

支持多种仪表的通讯，可以是不同类型的仪表，如变频器、超声波热量表、电磁流量计、涡轮流量计、远传自来水表、配电柜电能表等。

2)

通讯模块ADSL、3G路由器等，由现场控制器完全控制，当通讯链路不通时，可以对通讯模块进行复位，重新实现网络连接。

1.2.7

其他功能

1)

断电自诊断自恢复功能;

2)

日历、时钟功能;

3)

站名、站号、物理量转换公式、参数采样频率、限值均可在现场控制终端进行组态。并能现场修改监测仪表的量程范围;

4)

能接受监控中心参数修改更新指令，并保存。

1.2.8

人机界面功能

站内人机交互采用彩色触摸屏，提供中文显示的人机界面，显示运行参数和设备运行状态;实现以下功能操作：参数设定、手动/自动切换、阀门开关、水泵启动、报警查询及确认等。

1.2.9

通讯系统

1)现场终端通过通讯模块(ADSL)完成数据发送与接收。

2)与XX热电有限公司欧投项目数据服务器对接，使用热电公司热网监控平台的点表定义格式，实现数据上传、电动阀远控和数据分析

1.2.10

UPS不间断电源与保护

该不间断电源能保证换热站控制设备及网络设备在市电掉电后继续运行30分钟。

1.3本地自控系统工艺

本地自控主要控制内容：一次回温控制/二次出口温度(或二次供回水平均温度)控制/热量控制等，二次网压差和补水控制。

1.3.1

供热系统的控制特点

●

大惯性

●

多变量

●

差异性

1.3.2

控制目标

●

提高供热质量

●

高效节能环保

●

降低生产成本

●

提高人均效益

换热站自控设备连接示意图

1.3.3

系统控制方法

采用“远程给定

+

本地自动化”的方法。

城域监控系统与厂级监控系统的主要区别是监控站点数量多，地域分布范围广(城市)。厂级监控系统一般采用专用有线方式将分散在生产线上的现场监控设备连接，现场监控设备只具有采集数据和控制执行设备的能力，所有的数据处理和存储、计算和命令都是由中心的处理器完成。城域监控系统由于站点数量多，范围分布广，如果采用专用有线方式，自己敷设专用电缆，其成本巨大，所以大都采用无线或公用网络方式通讯。这样又带来了新的问题，就是无线或公用网络通讯的瞬时不稳定性高于专用有线方式。如何解决这个问题，我们提出了“远程参数给定，本地自动化”的概念。就是远程控制中心将希望达到的控制目标(温度值)下发到换热站控制器，由控制器闭环控制。这样即使网络出现暂时的不稳定，下位控制器也可以依据原参数运行，而不会因此影响运行的安全性。

1.3.4

本地控制站LCC的控制类型

u

二次网供水温度控制

u

一次网回水温度控制

u

一次网总热量控制

u

一次网流量限制与分配控制

(解决热源不稳定和水力平衡问题)

u

二次网供回水压差、压力控制

u

二次补水定压/安全泄水控制

1.4对一次回水电动调节阀的控制

1.4.1

调节目标

一次回水电动调节阀的作用主要是调节和限制一次水的供水量，对电动调节阀的调节必须首先考虑整个热网的水力工况，保证热网的稳定性。不可过频、过大、应低频率，小幅度调节。由调度人员根据天气变化以及各站情况设定调度范围(最大调节量与最小调节量)。

闭环条件，可以采取四种运行方式，这四种方式各有优缺点，可以根据不同的实际情况和控制目标，酌情选定：

1.一次回水温度闭环控制，由于二次水温的反作用，反馈较滞后，所以调节到达稳态速度慢，但利于全网调度和水力平衡，对整个供热系统的稳定运行有好处。

2.二次供水温度闭环控制，调节到达稳态速度快。

3.二次供回水平均温度闭环控制。

4.一次总供热量闭环控制，调节到达稳态速度快，可以反映出用户的供热效果，对大网稳定运行有好处，是集中供热系统控制的发展方向。

热量控制的优点分析如下：

1.热量控制更直接反应耗热情况

热量控制相对于一次回温控制，可以更直接反应建筑物耗热情况。因为一次回温受相关的因素影响较大，首先供水的温度变化就会影响回温，比如供水100℃时，回温控制在50℃和供水到120℃时，回温仍为50℃，此时供热量会发生很大的变化。另外二次水循环量同样会影响一次回温参数。

对于二次供温控制而言，同样存在类似的问题。

所以采用一次回温控制和二次供温控制方法相对较粗，要达到精确的质和量调节采取热量控制更合理。

在实际应用中，热量控制相对于温度控制而言运行更平稳，流量、热量、温度、压力等参数变化小，调节阀的动作频率和动作幅度小，进入稳定运行更快，控制系统的收敛时间短，对提高供热质量、延长设备使用寿命、高效节能等各方面有较大好处。

2.热量控制更易于管理

供热企业的赢亏，与供热面积和热量消耗直接相关。将换热站供应的面积乘以单位平方米耗热量，再乘以供热时长就可以预知此站的热量消耗。因此，在供暖季开始之前，就对供热目标有一定的预知，便于成本控制。对各站值班人员下达热指标和考核更易于操作。同时在人工控制情况下，如果要求一次回温控制或二次供温控制。值班员要预估阀门的开度，在调节后几个小时内要不断的巡检和调整阀门的开度，否则可能在一段时间后温度就会超高或超低。如果采用热量控制，值班人员只需在较短时间内即可调节好阀门，使瞬时热量达到要求，就可以完成控制指标，不会造成温度失控。

3.热量控制曲线的确定

用户需要的是保证其室内温度达标，而供热企业的利润来源于超标部分的合理控制。如何即满足用户的要求又达到节能的目的呢?这看似矛盾，却是供热控制中必须解决的问题。能量是守恒的，解决这个矛盾，需要我们最大限度地利用气候的变化，即白天的14:00-16:00点达到最高温度，夜间0:00-2:00点达到最低温度。全天的气温变化一般在10℃以上，热量分配曲线根据全天的气温变化进行调整，就可以尽量利用太阳辐射能量，节约热网总热量供应，而不会降低供热质量。

4.预控制原理

利用专业气象台天气预报信息，绘制未来一天气温变化回归曲线(由气候模型专家系统完成)。将热量曲线时间轴提前一个角度，比如每天15:00点为气温最高点，可以在14:00点提前降低供热量。这样就把全天的热量曲线相对于气温曲线提前了一个小时，对于供热这种纯滞后的系统有非常大的好处，这也是热量控制相对一次回温控制可以达到更为精确的控制效果。

1.4.2

主要调节方法

1、由调度人员通过上位机直接下达控制目标(一次总供热量、二次供温或一次回温)，换热站控制器自动控制一次电动调节阀开度，达到控制目的。

2、根据天实际室外温度值，结合不同换热站的经验值，制定一次电动调节阀的运行函数曲线，换热站控制器根据此运行函数曲线自动调节一次电动调节阀开度，达到控制目的。

1.5对二次循环泵控制

二次循环泵变频器的控制，以二次系统供、回水压差为控制目标。改变循环泵转速，保持二次网供回水压差恒定。可以在本地控制终端和监控中心修改二次网供回水压差设定值，修改PID参数值。可以实现软启软停，并能连续调节转速(根据最不利点压差调节)。循环水泵停止时连锁关闭一次侧电动调节阀。

二次供、回水压差△P

反馈值-

设定值SP+

PID

控制

环节

PLC

远程设定

手动设定

变频

驱动

单元

被控对象

手动直接频率设定(旁路PID)

循环泵控制原理图

1.6对二次补水的控制

根据设定的二次网回水压力设定值自动调节补水泵变频器的频率，改变补水泵泵转速，将压力值稳定在要求范围内。可以在本地控制终端和监控中心修改回水压力设定值、回水压力睡眠设定值、唤醒设定值，修改PID参数值。当二次网静压低于设定下限值时，打开补水泵补水;当二次网静压高于设定上限值时，停止补水泵补水。

补水泵变频定压的测点为远传压力表或者压力变送器，保证补水变频定压系统独立于自控系统，当补水变频设为本地状态时，补水变频可自主控制。

二次回水压力

反馈值-

PID

控制

环节

PLC

远程设定

手动设定

变频

驱动

单元

被控对象

设定值SP+

补水泵控制原理图

1.7调节参数的确定

以上讲了如何依据已确定的一次总供热量、二次供温、或一次回温等参数进行调节，但是调节的参数如何确定呢?

1)

首先以保证全网运行安全和水力工况平衡为先决条件，平衡各个换热站的用热量。可以依据负荷量、供热面积、供回压力、距首站距离等多因素，由调度人员依历年经验值确定，并在运行中逐渐调整而确定最佳的经验值。

2)

控制温度的确定，这个参数决定了供热的经济性与运行质量。

3)

将用户测温数据反馈引入决策机制，及时调整供热量。

1.8控制策略

本地自动控制系统采用了以下控制策略：

1、增量式PID控制

2、故障检测与安全保护

3、自动气候补偿预控制

4、多时段控制模型

5、最大流量限制

6、定值控制

1.8.1

增量式PID控制

换热站PLC的控制模型是根据增量式PID控制理论建立的，是最重要的控制策略。

供热系统的控制特点是：大惯性、多变量、差异性。

尤其采用间接换热的系统，其控制惯性更大，在依据室外温度和分时段运行，调节一次回水温度、二次供温、二次供回温度或换热量时，如果控制不当，调节过慢使响应时间过长，达不到系统要求，过快又易引起超调，甚至震荡。

针对供热系统的控制特点，PID校正控制以其结构简单、工作稳定、物理意义明确、鲁棒性强及稳态无静差等优点在自动化控制中被广泛采用，增加滞后算法，改善控制系统在跟踪目标时的动态响应性能和稳态性能，以适应供热工作任务的要求，是有重要应用意义的。

1.8.2

故障检测与安全保护

PLC控制器具备故障检测与安全保护功能，故障包括：压力、温度、流量等传感器断线(即输入信号小于4mA)，与热表通讯发生故障，供回温度数据错误等。当这些故障发生时，控制器检测到故障持续超过预定时间，可以自动转入安全保护程序，首先，判断故障源将影响的执行机构，如果将影响一次阀门动作，就以一次阀门预设值输出，阀门将以固定开度方式运行;如果是二次供压故障，则变频器将进入保护模式25HZ运行;如果是二次回压故障，将停止补水。同时向控制中心报警，要求维护人员到场检查。

1.8.3自动气候补偿预控制

根据气候条件以及供暖对象的特性，给出一条具有4个拐点的室外温度与二次供水温度之间的对应曲线(可任意修改)。PLC控制器根据室外温度值与温度曲线自动确定二次侧供水的温度设定值，经过PID运算自动调节电动调节阀的开度，使二次侧实际供水温度与其设定值保持相同，满足供热要求。

在室外温度传感器故障的情况下，PLC控制器可以以一个恒温的值对二次供水温度进行控制。

1.8.4

多时段控制模型

为了更有效地节约热能，降低损耗，系统设置了多时段控制模型，即将供暖季每天分成早、中、晚、夜多个时段，多个时间段(12时段)可以灵活设定，根据不同的气候特点设置不同的控制参数。比如：早晨及晚上将温度适当调高，人们会感到比较温暖舒适;中午由于日照较强，将供热量适当调低，室内温度也不会大幅下降;夜间由于居民活动减少，可适当降低供热量。

系统中保存着每个站的多时段控制参数偏差库，其是根据该站的所在位置、保温结构、重要性、建筑性质(居民、共建、商场、机关、学校)等特征而建立的，因具有很好的可维护性，有权限的调度人员可以修正和完善该偏差库使之更趋合理。

1.8.5

最大流量限制

每一个换热站均有一个相应的最大流量限制值，此数据是根据该站的实际热负荷情况计算得出的，本地自控站在最大流量限制值内进行自动梯度控制，控制回水流量，达到控制热量的目的。当基本供热条件不能满足自动控制条件时，系统自动维持流量限制状态，等待调节参数更新，而不会无限制地增大流量，造成水力工况的破坏。

1.8.6

定值控制

在供热初期或供热系统调试维修时，系统不具备自动化控制条件，可以采用定值控制，是由调度员根据经验设定阀门开度、变频器运行频率等参数，当供热稳定后再切换到自动控制。

投标单位(盖章)XX容器有限公司

被授权代表人(签字或盖章)