李雁

　　【摘要】 水工藝處理構筑物在北方地區(qū)為了防凍全部放置在加房的建筑物內(nèi)。當處理的原水溫度過低時，它極易受室外溫濕度的影響，產(chǎn)生結露。這就引出了一個新的課題——除濕設計。
　　【關鍵詞】 構筑物 原水 溫度 濕度 材料

1 引言

　　水工藝的處理過程是在不同功能的水處理池內(nèi)完成的。在北方地區(qū)為了防凍，將這些敞露的水處理池全部放置在加房的構筑物內(nèi)，而當處理低溫原水時，它極易受室外溫濕度的影響，產(chǎn)生結露。這就引出了一個新的課題——除濕設計。
　　當在加房的構筑物內(nèi)處理溫度過低的原水時，低溫水面、池壁、管道會直接和間接地傳導，引起整個室內(nèi)環(huán)境溫度的下降，如果室外溫升高、濕度加大，當達到其露點溫度時，即相對濕度幾乎達到100％，建筑物內(nèi)的水面、池壁與管壁表面產(chǎn)生大量結露大量凝結水并引起嚴重的霧氣。
　　水工藝處理構筑物內(nèi)出現(xiàn)結露現(xiàn)象，會給運行和設備帶來許多的危害。由于空氣的潮濕，生產(chǎn)環(huán)境極端惡劣，地面積水，墻壁結露發(fā)霉。特別是電氣設備、電纜橋架、管道等表面腐蝕、生銹，并引起電路系統(tǒng)短路。
　　北京市第九水廠二期工程一開始投入運行正值夏季，高溫高濕的室外環(huán)境引起構筑物內(nèi)整個空間出現(xiàn)低溫高濕的結露現(xiàn)象，這在國內(nèi)尚屬首次。經(jīng)過我院設計和二年的實踐解決了這個難題。本文著重就這類水工藝處理構筑物的除濕設計加以介紹與總結。

2 工程簡介

　　北京市第九水廠是北京市第一座超大型地面水水廠，是我國水處理設施完善、自動化水平較高的現(xiàn)代化大型水廠。該工程分兩期建設，第二期為了減少用地，水處理工藝過程中的混合、絮凝反應、沉淀、過濾、炭吸附等處理池集中于一體，并全部放置在加房的集團式凈化主體構筑物內(nèi)（下文中稱為綜合池），該構筑物的建筑面積約為15000m²，高度約為9m。在構筑物內(nèi)各種水處理池全部敞露，水面面積占建筑面積62％。除處理水池外設備間和廊道內(nèi)布置有Φ700～Φ1000裸露的工藝沖洗水管，長度約為1120m。
該水廠從二期開始從密云水庫潮白河庫區(qū)取水，為了保證原水的質量，取水深度設在40米。經(jīng)過歷年的監(jiān)測密云、懷柔水庫水每年12月至翌年3月，水溫都在5℃以下，1～2月份，水溫在3℃。由于深層取水，原水水溫常年保持在1～12℃。原水從密云水庫潮河庫區(qū)經(jīng)74.5公里的輸水管道自流到水廠內(nèi)。
　　在設計過程中，因首次采用直接輸送方式，并沒有考慮到在密云水庫深層獲取的原水溫度是那么低，以致會帶來嚴重不良后果。該工程1995年7月正式通水投入使用，夏季室外高溫高濕的空氣通過門、窗縫隙進入室內(nèi)，遇到低溫的水面和管道，馬上在水面上產(chǎn)生大量霧氣并迷漫整個室內(nèi)空間使得人進入房間后看不到5米以外的物體，更為嚴重的是工藝沖洗水管管外壁、電纜橋架、池壁及屋面網(wǎng)架上結滿了露水，嚴重地影響了設備的使用壽命，并影響了工作人員的巡視。

3 除濕技術路線構思

　　除濕方法有多種多樣，采用何種技術路線與方法能有效地解決在大面積大空間水工處理構筑物內(nèi)產(chǎn)生的低溫高濕工況國內(nèi)乃至國際均沒有先例。
　　若采用通風除濕是最經(jīng)濟、簡單快捷辦法，可北京地區(qū)夏季室外通風溫度為30℃，最熱月平均室外計算相對濕度78％，在排除大量濕空氣的同時，要有室外空氣不斷補人，空氣進入房間馬上達到露點溫度，要達到除濕目的，需要用不小于2次／時換氣次數(shù)通風換氣，通風量太大很難防止室外灰塵和污染物滲入房間，也就很難達到較高的衛(wèi)生標準，此方案不宜使用。采用遠紅外線除濕，其服務范圍太小，且能耗大，不能大面積實施。而按干式除濕原理生產(chǎn)的蜂窩式轉輪除濕機比較適合大面積大空間水工藝處理構筑物的低溫高濕狀態(tài)，但該設備較復雜，體積大，且需要加熱裝置利用蒸汽使其再生，而已建成的水工處理構筑物內(nèi)高低錯落，走道板沒有考慮怎么大荷載，為了除濕還要增加一套加熱設備，實現(xiàn)起來難度很大。
　　在此項工程中，按照集團式凈化主體構筑物現(xiàn)有的情況，我們要解決此項工程低溫高濕工況的除濕問題，必須正確的選擇除濕技術路線，經(jīng)過多方案比較與計算分析，本著首先從隔絕冷源，封閉隔斷空氣入手，再利用升溫除濕和冷凍除濕相結合的原理，達到除濕目的，即綜合除濕技術路線這個方案的事實證明這個除濕技術路線是正確的。
　　除濕路線框圖

　　

　　除濕方案比較表(僅設備及安裝部分)

方案名稱 通風除濕 遠紅外線除濕 蜂窩式轉輪除濕 綜合除濕 實施條件 不能采用 服務范圍小 實施困難 簡單易實現(xiàn) 目標投資比 － － 約350萬元 約250萬元

　　選用綜合除濕方案有以下幾點理由：
　　① 簡單易實現(xiàn)
　　在已經(jīng)建成的集團式凈化主體構筑物內(nèi)用鋁合金玻璃隔斷隔斷對外通道，對工藝沖洗管道進行保冷處理，施工比較便利。利用構筑物內(nèi)現(xiàn)有散熱設備和供熱系統(tǒng)，在夏季為了除濕，鍋爐房起用一臺運行來保證室溫，雖然繁瑣，耗費人力和燃料，但馬上就能實現(xiàn)。
　　② 不用對結構改造和加固
　　冷凍式除濕機體積小，重量輕，可以分散布置，比較容易運到室內(nèi)安裝，應分散布置不會對結構產(chǎn)生集中荷載。
　　③ 設備少，維修工作量小
　　在整個除濕過程中，涉及到設備的只有20臺除濕機，每臺除濕機都可以根據(jù)其服務范圍濕度變化自動開、停機。

4 方案實施

　　該項目分四個步驟進行實施。
4.1 除濕設備選擇
　　除濕設備在除濕設計中起著決定因素，下述三項措施均為其服務。冷凍式除濕機只適合于空氣的露點溫度高于4℃的場合，當進風參數(shù)干球溫度27℃，濕球溫度21.2℃時，其除濕效果最佳。
　　凈化主體構筑物混合、絮凝反應、沉淀、過濾、炭吸附池走道板分裝16臺，濾池管廊每條安裝2臺，兩個系列和八條管廊共放置20臺除濕量為20Kg／h。
4.2 保冷措施
　　濾池管廊和設備間內(nèi)各種規(guī)格的工藝沖洗管道和處理水池池外壁做保冷材料。
　　近年來，保溫材料的品種增多，選擇范圍很大。根據(jù)技術要求，現(xiàn)場條件，經(jīng)濟造價等多方面綜合比較，在本工程中選用了阻燃型高壓聚乙烯泡沫塑料（PEF）。該材料質量輕、導熱系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定，整體性強，防水性能佳，施工方便。
　　按照《設備及管道保冷技術通則GB11790－89》有關規(guī)定進行保冷厚度計算確定。
　　當公稱直徑小于和等于1000mm的管道和設備保冷層厚度計算公式：
　　D₁／D₀l_n（D₁／D₀）＝2λ／（α_s·D₀）·（T_f－T_s）／（T_s－T_a）
　　δ＝（D₁－D₀）／2
　　當公稱直徑大于1000mm 的管道和設備保冷層厚度計算公式：
　　δ＝λ／α_s·（T_f－T_s）／（T_s－T_a）
　　式中 δ——保冷層厚度，m。
　　α_s——保冷層外表面對周圍空氣的放熱系數(shù)，W／m²·K（Kcal／m²·h·℃）。
　　T_f——介質溫度，K（℃）。
　　T_a——環(huán)境溫度，K（℃），采用夏季室外空調(diào)計算溫度，其相對濕度（Φ，％）采用最熱月月平均相對濕度。
　　T_s——保冷層外表面溫度，K（℃），保冷層外表面溫度（t_s）＝露點溫度（t_d）＋1～2℃。
　　λ——保冷層材料導熱系數(shù)，W／m·K（Kcal／m·h·℃）。
　　D₀——管道或圓筒設備的外徑，m。
　　D₁——管道或圓筒設備保冷層外徑，m。
　　計算數(shù)據(jù)取自《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范GBJ19－87》，工藝沖洗管道和處理水池池外壁采用高壓聚乙烯泡沫塑料做保冷，其材料層厚度為90毫米。由于經(jīng)濟因素，實施時厚度定為30毫米。
4.3 隔斷封閉
　　為了有效地隔斷室外空氣大量侵入，在濾池與人員流動較大的設備間處加設了封閉鋁合金中空玻璃隔斷，通往濾池只開一扇門，把處理水池區(qū)與工作區(qū)分開；濾池下部管廊兩端出入口原設計的彩板組角玻璃門內(nèi)側增加門斗。考慮到濾池與下部濾池管廊采光孔產(chǎn)生空氣對流，在采光孔處也加設了封閉鋁合金中空玻璃隔斷。
4.4 散熱設備
　　凈化主體構筑物生產(chǎn)部利用已裝采暖設備在夏季進行采暖，提高整個生產(chǎn)區(qū)的室溫以減少室內(nèi)高濕情況。
　　為了提高濾池管廊內(nèi)的溫度，濾池管廊加裝了采暖設備。

5 測試結果

　　該水廠二期工程凈化主體構筑物除濕在去年采用了四項措施，對池壁、管道進行保溫；封閉對外的門以隔斷空氣交換；利用原有采暖系統(tǒng)對室內(nèi)升溫；設置冷凍除濕機以降低室內(nèi)濕度。這些措施在96年夏季出現(xiàn)霧氣后只完成了前三項，雖取得了初步成效，但沒有經(jīng)過春夏秋各季的考驗及系統(tǒng)的測試，也沒有獲取各種實驗數(shù)據(jù)。該水廠擴建工程（三期）所采用凈化主體構筑物基本同二期，為了更好、更經(jīng)濟地處理解決北方地區(qū)應低溫取水使加房后的水工處理構筑物在夏季產(chǎn)生霧氣的現(xiàn)象，為了給今后設計積累經(jīng)驗數(shù)據(jù)，97年4月，我們著手對凈化主體構筑物做除濕試驗。
　　除濕試驗分四種情況組合，第一種，利用現(xiàn)做好封閉隔斷，在不做任何升溫、除濕處理措施的情況下測試室內(nèi)溫度和濕度，并觀察管壁、池壁的結露情況；第二種，利用現(xiàn)做好封閉隔斷，開啟除濕機測試室內(nèi)溫度和濕度，并觀察管壁、池壁的結露情況及室內(nèi)變化情況；第三種，廠內(nèi)自建鍋爐房投入運行，凈化主體構筑物利用現(xiàn)有采暖系統(tǒng)對室內(nèi)升溫。在升溫過程中測試室內(nèi)溫度、濕度的變化，并觀察管壁、池壁的結露情況。當升溫穩(wěn)定后，把封閉隔斷打開測試室內(nèi)溫度和濕度，觀察結露情況；第四種，凈化主體構筑物利用現(xiàn)有采暖系統(tǒng)對室內(nèi)升溫，開啟除濕機在房間封閉狀態(tài)測試室內(nèi)溫度和濕度，并觀察結露情況，把封閉隔斷打開測試室內(nèi)溫度、濕度，并觀察管壁、池壁的結露情況。上述四種情況分編成兩組，第一、二種分為一組，第三、四種分為另一組。
　　剛開始試驗時，在不做任何升溫、除濕處理措施的情況下測試室內(nèi)溫度和濕度，其溫度保持在20℃，濕度在45％，管壁、池壁沒有結露情況。到了6月底，室外溫度提高并出現(xiàn)多云天氣，構筑物內(nèi)整個空間出現(xiàn)了霧氣，保溫外表面也產(chǎn)生結露現(xiàn)象，當開啟除濕機，設備運行大約30分鐘后，其周圍的霧氣減少。除濕設備連續(xù)工作，構筑物內(nèi)的霧氣完全控制了，其溫度又保持在20℃，濕度在45％。部分數(shù)據(jù)整理見下附表。

日期 室外環(huán)境及水溫 開機前室內(nèi)環(huán)境 開機后室內(nèi)環(huán)境 1997 溫度℃ 降水概率％ 水溫℃ 溫度℃ 濕度％ 效果 溫度℃ 濕度％ 效果 5.5 24 20 10 15 44 良好 － － － 5.13 20 70 9 16 82 多霧 17 50 良好 6.4 25 40 13 16 64 少霧 17 44 良好 6.23 35 20 16 22 73 中霧 23 48 良好 7.3 28 90 16.5 20 83 多霧 24 48 良好 7.24 35 50 16 22 70 中霧 24 46 良好 8.5 34 50 14 21 76 多霧 23 52 良好 8.30 30 20 15 21 73 中霧 22 50 良好

　　冷凍除濕機的使用，其封閉隔斷打開了，室內(nèi)的溫、濕度達到了設計要求標準。
　　二年的實踐證明，對于水工藝構筑物內(nèi)產(chǎn)生的低溫高濕的綜合除濕方法是完全成功的。

6 結束語

　　① 該水廠二期工程的凈化主體構筑物除濕采用了對池壁、管道進行保溫；封閉對外的門以隔斷空氣交換；利用原有采暖系統(tǒng)對室內(nèi)升溫；設置冷凍除濕機以降低室內(nèi)濕度四項措施。實踐證明這些措施對整個空間出現(xiàn)低溫高濕工況治理是行之有效的。
　　② 在水處理工藝構筑物內(nèi)出現(xiàn)低溫高濕工況，只要采用了對池壁、管道進行保溫和設置冷凍除濕機以降低室內(nèi)濕度二項措施，就可以整個空間出現(xiàn)低溫高濕工況進行治理。
　　③ 冷凍除濕機降低室內(nèi)濕度，一般情況是受溫、濕度條件的限制。在低溫工況下使用的冷凍除濕機必須是一體機，在降溫的同時利用冷凝器對其出風升溫，以達到送風溫度平衡。該問題本文不做細述，可做專題另行論述。