第一章流体输配管网型式与装置（讲稿）.doc

第一章 流体输配管网型式与装置§1-1 气体输配管网型式与装置一、通风空调工程型式与装置1通风工程主要任务：控制室内空气污染物，保证良好的室内空气品质，并保护大气环境。分类：（1）排风系统：基本功能是排除室内的污染空气。（2）送风系统：基本功能是将清洁空气送入室内。2空调工程空调系统两个基本功能：控制室内空气污染物浓度和热环境质量。空调系统的分类：（1）按空气处理设备放置的情况，分为：集中式系统、半集中式系统和分散式系统；（2）按负担室内负荷的介质，分为：全空气系统、空气水系统、全水系统和制冷剂系统；（3）按集中式系统处理空气的来源，分为：直流式系统、封闭式系统和混合式系统。其中：混合式系统又可分为：一次回风系统和二次回风系统；（4）按风管内的风速大小，分为：高速风系统和低速风系统；（5）按送风管道的个数，分为：单风道系统和双风道系统；（6）按送风的流量是否变化，分为：定风量系统和变风量系统。3装置与管件：（1）风机：空气系统的动力设备，常用的有：离心风机、轴流风机；（2）风阀：起控制、调节作用，可开关、调节和分配管路流量；同时具有控制和调节功能的风阀有：用在小截面风道的风阀：蝶式调节阀、菱形单叶调节阀、插板阀；用在大截面风道的风阀：平行式、对开式、菱形多叶式调节阀；用于管网分流、合流或调节旁通处风量的风阀：复式多叶调节阀、三通调节阀等；只有控制功能的风阀：止回阀、防火阀、排烟阀等。（3）风口： 按功能分有：新风口、排风口、回风口、送风口等。 按型式分有：散流器、格栅、条缝、百叶、喷口、孔板等。（4）管件：风道、三通、变径、四通等。（5）空气处理设备：空气过滤器、表面式换热器、喷水室、净化塔、加湿器等。二、燃气输配管网型式与装置1燃气管网型式：（1）组成：由燃气供给设备（储配站、调压站等）、分配管道、用户引入管、室内管道室内燃气具等组成。（2）特点：燃气管道的气密性要求高，管道的材质要求高。（3）压力分级：我国城市燃气管道按城镇燃气设计规范(GB93)的规定压力分级如下：高压管道：压力为0.30.8MPa（3.08.0kgf/cm2）次高压管道：压力为0.150.3MPa（1.53.0kgf/cm2）中压管道：压力为5kPa0.15MPa（0.051.5kgf/cm2）低压管道：压力小于5kPa（500mmH2O）。（4）分类：城市燃气输配管网根据所采用的压力级制不同，可分为：一级系统：仅用低压或中压或次高压一个压力等级的管网；二级系统：由低、中压两级或低、次高压两级管网组成；三级系统：由低、中(或次高)、高三级压力管网组成；多级系统：由低、中、次高和高压，甚至更高压力的多级压力管网组成。各级压力从高到低必须经过调压室降压。2管网装置：（1）储配站： 功能：储存必要的燃气量用以调峰；（储） 使多种燃气进行混合保证用气组分均衡；（配） 将燃气加压以保证每个燃气用具前有足够的压力。（加压）（2）调压站功能：将输气管网的压力调节到下一级管网或用户需要的压力；保持调节后的压力稳定。分类：区域调压站，用于区域性用气调压；专用调压站，用于工业、公用事业用户专用调压；箱式调压装置，用于少量居民用户、小型工业、公用事业用户调压(楼栋调压)。组成：调压器：一个降压稳压装置，是调压站的核心设备；阀门：主要有闸阀、旋塞、截止阀、球阀、蝶阀等；过滤器：压降不得超过10kPa，压降过大时应清洗；安全装置：有安全阀、监视器装置和调压器并联装置；旁通管：为保证调压站维修时不间断供气，需在调压室内设有旁通管；测量仪表：调压器的入口安装指示式压力计，出口安装自记式压力计，自动记录调压器出口瞬时压力。三、其他气体输配管网型式与装置1压缩空气管网系统组成：压缩空气站、室外压缩空气压缩机、后冷却器、储气罐、空气管道等。其中：压缩空气站是压缩空气的气源，一般有空气压缩机、后冷却器、储气罐和干燥装置等组成。2氧气管网系统氧气管网系统按氧气压力不同，可分为下列三种：(1)低压氧气管网系统，氧气压力PN1.6MPa；(2)中压氧气管网系统，氧气压力PN1.63. 0MPa；(3)高压氧气管网系统，氧气压力PN10Mpa。管网型式：枝状和辐射状两种。3乙炔管网系统型式：枝状单管系统。根据乙炔爆炸试验结果，乙炔管道的管径极限规定如下：(1)乙炔工作压力P0.0070.15MPa时的中压乙炔管道的内径不应超过80mm；(2)乙炔工作压力P0.152.5MPa时的高压乙炔管道内径不超过20mm。当乙炔消耗量较大，总管内径超过上述规定的管径极限时，可以采用辐射状管道系统或双管系统。4氢气管网系统（氢气作为熔炼石英光学玻璃和加工石英器皿等的燃料）型式：一般为枝状。供应方式：管道输送（耗量大）、瓶装输送（耗量小）。5二氧化碳管网系统型式：一般为枝状。上述气体输配管网的工作压力如表1-1-1所示。§1-2 液体输配管网型式与装置一、供暖空调冷热水管网型式与装置（室内热水管路）1供暖空调冷热水管网型式（1）按循环动力可分为：重力(自然)循环系统：靠供回水的密度差进行循环。特点：装置简单，运行无噪声，不耗电能，但其循环动力小，管径大，作用范围小，通常只在单幢建筑中采用。机械循环系统：靠机械能（水泵）进行循环。特点：消耗电能、水泵运行有噪声，循环动力大，适合大而复杂的管网。按循环动力分类的热水供暖系统如图1-2-0所示。（2）按水流路径可分为：同程式系统：各并联环路的管路总长度基本相等。特点：各用户的水阻力大致相等，流量分配易满足要求，但初投资较大。异程式系统：各并联环路的管路总长度不相等。特点：异程式水系统管路简单，不需采用同程管，系统投资较少，但水量分配、调节较难。室内供暖管网输配型式如图1-2-1所示。（3）按流量变化可分为：定流量系统：系统中的循环水量保持定值，负荷变化时，可通过改变供回水温度进行调节。变流量系统：系统中供回水温度保持定值，负荷改变时，通过改变供水量来调节。（4）按水泵设置可分：单式泵水系统：冷、热源侧和负荷侧只用一组循环水泵，这种水系统不能调节水泵流量，不能节省水泵输送能量。复式泵水系统：冷、热源侧和负荷侧分别设置循环水泵，可以实现负荷侧水泵变流量运行，能节省输送能耗，并能适应供水分区不同压降的需要，系统总压低。（5）按与大气接触情况可分为： 开式水系统：水系统与大气相接触，水泵需克服系统静水压头，耗电较大。闭式水系统：不与大气相接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱；水泵不需克服系统静水压头，耗电较小。2装置（1）膨胀水箱作用：贮存膨胀水量、定压、排气。位置：对于重力循环系统，接在供水总立管的顶端。 对于机械循环系统，接在循环水泵的入口处。膨胀水箱与机械循环系统的连接方式如图1-2-4所示。容积的确定：式中：膨胀水箱的有效容积，L；水的体积膨胀系数，0.006L/；系统内的水容量，L；系统内水受热和冷却时水温的最大波动值，一般以20水温算起。（2）排气装置：分为手动和自动两种。常见的主要有集气罐、自动排气阀和冷风阀等几种。位置：设在系统各环路的供水干管末端的最高处。集气罐安装位置如图1-2-5所示。（3）散热器温控阀散热器温控阀是一种自动控制散热器散热量的设备，通过感温元件控制阀门开度，阻力较大，阀门全开时，阻力系数=18.0左右。 （4）分水器、集水器连接总管和多个并联支管道的设备，有一定程度的均压作用，有利于流量分配和调节、维修和操作。分水器、集水器管径可按并联接管的总流量通过时的断面流速为1.01.5m/s确定，最大不宜超过4m/s。分水器和集水器的示意图见图1-2-2。（5）过滤器设在水系统中的水泵、换热器、孔板等设备的入口管道上，以防止杂质进入，污染或堵塞设备，并需定期及时检查清洗。（6）阀门控制和调节流量。（7）换热装置各种换热器、风机盘管等。二、室外热水供热管网型式与装置1型式（1）枝状管网：适用于供热范围较小的热网系统，如图1-2-6 a、图1-2-6 b。（2）环状管网：一般由几个热电厂和一些区域锅炉房组成的供热系统，如图1-2-6 c。环状管网较为复杂，自动化控制要求高，投资增大。2管网附件（1）管件：管道、三通、弯头等。（2）阀门：截止阀：直通式、直角式和直流式（斜杆式），适用于DN200mm，严密性好，阻力大。闸阀：有楔式与平行式，单板与双板式。适用于DN>200mm，严密性差，阻力小。蝶阀：阀体小，流动阻力小。止回阀：防止介质倒流，利用流体动力开启阀门，分为旋启式和升降式两种。调节阀：手动、自动调节流量。（3）放气、排水装置在坡度向下的管道向上转弯处应设排水装置泄水阀；在坡度向上的管道向下转弯处应设排气装置放气阀。（4）补偿器为了补偿管道因温度变化的热伸缩而引起的管道变形或破坏而设置。有：自然补偿、方形补偿器、波纹管补偿器（利用管道的位移变形来吸收热伸缩）套筒补偿器、球形补偿器（利用补偿器材料的变形来吸收热伸缩）3室外热水管网与用户的连接方式与装置室外热水管网一般分为：直接连接：热网的循环水部分地或全部地直接进入热用户管网。间接连接：热网的循环水仅作为热媒，通过间接换热设备供给热用户热量。循环水不进入热用户管网，热网有自己的闭式循环水系统。（1）直接连接方式：1）无混合装置的直接连接2）装水喷射器的直接连接3）装混合水泵的直接连接（2）间接连接方式：（通过表面式间接换热器传递热量）表面式间接换热器有：容积式换热器、板式换热器作业：看懂书中这部分图示。 三、建筑给水管网型式与装置1一般建筑给水管网（室内自来水系统）水量、水压满足要求。（1）型式 直接给水管网：适用于室外给水管网的水量、水压在一天内均能满足用水要求的建筑,见图1-2-12b。 设水箱的给水管网：适用于室外给水管网供水压力周期性不能满足的建筑，见图1-2-13b。 设水泵的给水管网：适用于室外给水管网的水压经常不能满足的建筑，见图1-2-14b。 设水泵和水箱的给水管网：适用于室外给水管网压力低于或经常不能满足室内给水所需的水压，且室内用水不均匀的建筑，见图1-2-15b。 气压给水管网：适用于室外给水管网压力低于或经常不能满足室内给水管网所需水压，见图1-2-16a、图1-2-16b。 分区给水管网：适用于室外给水管网的压力只能满足建筑下层供水要求，见图1-2-17b。 分质给水管网：根据不同用途所需的不同水质，分别给水，见图1-2-18。（2）装置 水表节点：是安装在引入管上的水表及其前后设置的阀门和泄水装置的总称。 配水装置和用水设备：常用配水龙头（球形阀式配水龙头）、卫生器具和生产消防等用水设备。 给水附件：各类阀门：截止阀、闸阀、蝶阀、止回阀、液位控制阀等。 增压和贮水设备：水泵、气压给水设备、水池和水箱等。2室内消火栓给水管网（1）型式 室外给水管网直接供水的消防给水管网：室外给水管网在任何时候均能满足室内消火栓给水系统所需的水量、水压要求时采用。该方式中消防管道有两种布置形式：一种是消防管道与生活(或生产)管网共用；另一种是消防管道单独设置。 设水泵、水箱的消火栓给水管网：室外给水管网的水压不能满足室内消火栓给水系统的水压要求时采用。水箱由生活泵补水，贮存10min的消防用水量，火灾发生时先由水箱供水灭火。（2）装置消火栓给水系统一般由水枪、水带、消火栓、消防管道、消防水池、高位水箱、水泵接合器及增压水泵等装置组成。 消火栓装置：由水枪、水带和消火栓组成，安装于消火栓箱内。 水泵接合器：建筑消防给水系统中均应设置。水泵接合器是连接消防车向室内消防给水系统加压供水的装置，一端由消防给水管网水平干管引出，另一端设于消防车易于接近的地方。 消防管道 消防水池：用于无室外消防水源情况下，能贮存火灾持续时间内的室内消防用水量。消防水池可设于室外地下或地面上，也可设在室内地下室，或与室内游泳池、水景水池兼用。根据各种用水系统的供水水质要求是否一致，可将消防水池与生活或生产贮水池合用，也可单独设置。消防水池应设有水位控制阀的进水管和溢水管、通气管、泄水管、出水管及水位指示器等附属装置。 消防水箱：火灾初期起着重要扑救作用，应采用重力自流供水方式。消防水箱宜与生活(或生产)高位水箱合用，防止水质变坏；水箱的安装高度应满足室内最不利点消火栓所需的水压要求，且应贮存有室内10min的消防用水量。3自动喷水灭火系统（1）型式 湿式自动喷水灭火系统：喷头常闭、系统充满有压水，喷头处着达到火点温度时，闭式喷头开启，如图l-2-2l所示。 干式自动喷水灭火系统：喷头常闭、管网中充装有压空气(或氮气)，如图1-2-22所示。发生火灾时，喷头开启，排气、充水、喷水、灭火。预作用喷水灭火系统：喷头常闭、管网中平时无水、常压，如图1-2-23所示。火灾发生时，火灾探测器报警，管网自动由干式变为湿式系统，当达到一定温度时闭式喷头开启喷水灭火。 雨淋喷水灭火系统：喷头常开，喷水时如下雨状。 水幕系统：喷头沿线布置，火灾时起阻火、隔离、冷却作用。 水喷雾系统：水喷成雾状。（2）装置： 喷头：闭式：由热敏元件组成的封闭释放机构，当达到一定温度时能自动开启，如：玻璃球闭式喷头如图1-2-21a、易熔合金脱离如图1-2-21b。开式：平时敞开，分为开启式、水幕、喷雾三种类型。 报警阀：作用：关开管网水流、传递控制信号到控制中心、启动水力警铃直接报警。湿式报警阀结构如图1-2-21c，干式报警阀结构如图1-2-21d。 水流报警装置：主要有：水力警铃、水流指示器、压力开关。 延时器：罐式容器，安装于报警阀与水力警铃之间，对信号有30秒的延迟，防止水压波动导致误报。火灾探测器：有：烟感、温感、光感4室内热水供应系统（1）型式： 按范围大小分为：集中式热水供应系统和局部热水供应系统 按是否与大气相通分为：开式：高位水箱与大气相通，易腐蚀，压力稳定。闭式：供水管网不与大气相通，水质好，压力不稳定。 按循环管网的方式分为：全循环：热水干管、立管、支管均有热水循环，用于高标准场所。半循环：热水干管或立管循环，用于一般要求的场所。无循环：无循环管道，用于定时供应场所。（2）装置：水泵、水加热器、水箱、管路、管件、阀门、排气管、气压给水设备。四、高层建筑液体输配管网高层建筑：高度超过24米的公共或工业建筑， 10层及10层以上住宅。1给水管网：竖向分区 串联式：各区分设水箱和水泵，低区的水箱兼作上区的水池，如图1-21-27。 减压式：建筑用水由设在底层的水泵一次提升至屋顶水箱，再通过各区减压装置（减压水箱、减压阀等），依次向下供水。减压水箱的供水管网如图1-2-28所示。 并列式：各区升压设备集中设在底层或地下设备层，分别向各区供水。图1-2-29a、图1-2-29b、图1-2-29c分别为采用水泵、水箱，变频调速水泵和气压给水设备升压供水的并列供水方式。2热水供应：所采用的竖向分区方式一般与给水系统分区一致。 集中式：各区热水配水管网自成系统，加热设备、循环水泵集中设在底层或地下设备层，各区加热设备的冷水分别来自各区冷水水源。优点：各区互不影响，供水安全、可靠；设备集中设置，便于维修、管理。缺点：高区水加热器需承受高压，耗钢量较多，制作要求和费用较高，不宜用于3个分区以上的高层建筑。 分散式：各区热水管网自成系统，加热设备和循环水泵分散设置在各区的设备层中。优点：供水安全可靠，且加热设备承压均衡，耗钢量少，费用低。缺点：设备占用较大的建筑面积，维修管理不方便，热媒管线较长。3消防给水： 分区给水方式：当消火栓口处压力超过0.8MPa、自动喷水灭火系统中管网压力超过1.2MPa时，需分区供水，否则消防给水系统压力过高。 不分区给水方式：压力不超过上述值可不分区。4供暖空调冷热水：设备装置、管道管件的承压问题是主要问题，关键是竖向分区。常用的分区方法有： 裙房和塔楼组成的高层建筑，裙房划为下区、塔楼划为上区。上、下区管道各自独立。 以中间技术设备层(或避难层)为界进行竖向分区，为上、下区各自独立，冷热源、水泵等主要设备集中布置在设备层内。 冷热源、水泵等设备布置在地下室时，为上区服务的设备采用加强型，为下区服务的用普通型。 冷热源、水泵等主要设备布置在地下室，在中间技术设备层内布置水-水式换热器和上区循环水泵。 承压能力较低的冷、热源宜连接在水泵人口处。 高度不超过70m的高层建筑，供暖空调冷热水管网不必进行竖向分区。（循环水泵扬程一般为2030mH2O，设备承压能力一般都在1.0MPa以上。）§1.3 相变流或多相流管网型式与装置一、蒸汽、凝水管网（一）蒸汽管网型式蒸汽特点：状态参数变化大，有相变化；沿途有凝水产生，压力下降会产生“二次蒸汽”； 比容大，密度小，没有水系统的静压力。分 类：低压蒸汽：P70kPa（表压）的蒸汽；高压蒸汽：P>70kPa的蒸汽； 真空供热：P<大气压力。1低压蒸汽供暖管网的基本型式：上供式：供汽管在散热设备的上方；中供式：供汽管在散热设备的中部；下供式：供汽管在散热设备的下方。2高压蒸汽供暖：常用在工厂中，一般采用汽水同向流动，采取双管上供下回式布置，凝水经过疏水器的余压送回凝水箱。3蒸汽供热管网与热用户的连接方式：直接连接、间接连接（二）凝结水管网形式按照是否与大气相通分为：开式系统和闭式系统；按照凝水的相态分为：单相流和两相流；按照驱动凝水的动力分为：重力回水、余压回水和加压回水。1重力回水（低压自流式）：靠重力自流回水。特点：冷凝水呈非满管流或非满管流；锅炉房位于全厂的最低处，作用范围小。2余压回水：靠疏水器后的背压将凝水提升一定的高度回水，特点：冷凝水呈两相流；凝水箱可为开式或闭式，闭式可利用二次蒸汽；作用半径大，适用于高压蒸汽，耗气量少，用汽点分散，用汽参数低的系统。3加压回水（机械回水）：用冷凝水泵加压回水。特点：用户处有凝水箱； 冷凝水呈满管流； 可以是开式也可以是闭式。（三）蒸汽、凝水管路设备1疏水器：阻汽排凝水装置常用的有：机械型、热动力型、恒温型各种疏水器及其安装方式如图1-3-5a，疏水器配水管的方式如图1-3-5b。机械型：利用蒸汽和凝水密度不同，控制凝水排水孔自动启闭 主要有：浮筒式、钟形浮子式、自由浮球式、倒吊筒式 吊筒式疏水器结构如图1-3-5c。热动力型：利用流动特性（蒸汽和凝水）不同，主要有：圆盘式、脉冲式、孔板式疏水器 热动力疏水器结构如图1-3-5d。恒温型：利用蒸汽和凝水的温度不同 主要有：波纹管式、双金属片式样和液体膨胀2减压阀：将蒸汽减压至所需压力，前后需安装压力表，阀后安装安全阀。常用的有：活塞式、薄膜式、波纹管式减压阀减压阀的安装方式如图1-3-6。3二次蒸发箱：收集凝水，压力降低后可利用二次蒸汽。二、建筑排水管网根据接纳的污废水类型不同可分为：生活排水管网（民用住宅）工业废水排水管排网（工厂排污）屋面雨水排除管网排水管网的设计有合流制和分流制两种体制，采用合流或分流需考虑下列因素：污废水的性质污染程度室外排水体制综合利用的可能性和处理要求1排水管网型式：1）单立管排水系统：只有一根排水立管，没有专门通气立管（内通气系统）。2）双立管排水系统：一根排水立管一根排气立管（两管制，外通气系统）适用于污废水合流的多层和高层建筑。3）三立管排水系统：（生活污水 生活废水 通气管各根组成）适用于分别排放的多层和高层建筑。排水系统如图1-3-13。排水管道组合方式如图1-3-14。2排水管网装置：由卫生洁具、生产设备变水器、通气管道、清通设备和排水管道组成。有些还有污水提升设备，局部处理设备。排水管道包括器具排水管、横支管、立管、埋地干管和排出管。3设计要求：排水通畅、气压稳定、不倒灌、管线合理、造价低。立管设检查口，室内埋地横管设检查井；设通气系统。三、卤代烷、二氧化碳等灭火系统1卤代烷灭火系统（卤代烷碳氢化合物为灭火剂）范围：适用于不能用水灭火的场合。如：机房、图书馆、资料库等。组成：由容器阀、止回阀、集流管、选择阀、管道、喷嘴等组成。特点：各喷嘴至贮瓶的管道为同程；各喷嘴的平均质量流量相等。2二氧化碳灭火系统特点：不污染损坏保护物，灭火快，空间淹没效果好等优点。CO2灭火系统组成如图1-3-16。3干粉灭火系统 以干粉作为灭火剂、靠加压气体喷射干粉的灭火系统。干粉有普通型干粉（BC类：钠盐、钾盐为基料）、多用途干粉（ABC类：磷酸盐、硫酸铵等为基料）和金属专用灭火剂（D类火灾专用干粉）。按安装方式，可分为：固定式和半固定式按控制方式，可分为：自动控制和手动控制按喷射方式，可分为：全淹没和局部淹没4泡沫灭火系统 是应用泡沫灭火剂与水混溶后产生泡沫，漂浮、粘附在可燃物体表面，或充满着火空间达到隔绝、冷却灭火的系统。 泡沫灭火剂分为：化学泡沫灭火剂、蛋白质泡沫灭火剂、合成型泡沫灭火剂。 按使用方式，可分为：固定式、半固定式和移动式 按喷射方式，可分为：液上喷射、液下喷射和喷淋按泡沫发泡倍数，可分为：低倍、中倍和高倍四、气力输送管网 （用气流输送物料的方式）1型式：吸送式、压送式、混合式、循环式2装置：受料器、弯管、分离器、锁气器、风机、风管等组成。风机主要有：离心式、罗茨式鼓风机、水循环式真空泵和空气压缩机等。低压吸送式气力输送系统如图1-3-17。低压压送式输送系统如图1-3-18。§1.4 流体输配管网的基本组成和基本类型一、流体输配管网的基本功能和基本组成1基本功能是将从源取得的流体，通过管道输送，按照流量要求，分配给各末端装置；或者按流量要求从各末端收集流体，通过管道输送到汇。2基本组成1）末端装置：作用：按要求从管道获取一定量的流体或将一定量的流体送入管道。如：排风管网的排风口、送风管网的送风口、燃气管网的用气设备、采暖系统的散热器、给水管网的配水龙头、排水管网的各种受水器、自动喷水灭火系统的喷头等都属于末端装置。2）源和汇：源向管道中输送流体，汇从管道接受流体。3）管道：输送各种流体的通道。4）动力：分为自然的和机械的，用来克服管网的阻力。5）附件：各种阀门、管件和仪表等。二、流体输配管网的分类（属性不同，分类方法也不同）1单相流管网和多相流管网2重力驱动管网和压力驱动管网3开式管网和闭式管网4异程式管网和同程式管网5枝状管网和环状管网三、管网之间的连接1直接连接：两管网共用一种介质 2间接连接：两管网之间有间接热交换装置