摘要：严寒地区工业给排水系统的设计，以及是否具有良好的安全性将直接影响各系统的运行，是保障工业生产正常运行的重要措施之一，而对于北方严寒地区，由于室外整体温度较低，给排水管道很容易出现冻害，影响各系统的运行，增加了给排水系统的安全风险。本文是针对严寒地区工业给排水设计要点研究，综合分析了如何防止工业给排水管道发生冻害，提出了一些安全可靠的工业给排水管道保温措施，希望能够给未来的给排水设计提供参考。
关键词：严寒地区；给排水管道；要点
前 言：严寒地区工业给排水设计的特点主要是考虑设备与管道的防冻问题，设计人员应结合当地的工程经验进行设备及管道的保温防冻设计，在安全有效运行的前提下，力图做到经济投资合理，保证企业正常、高效地生产。
1 严寒地区循环冷却水系统防冻设计
1.1 对严寒地区循环冷却水系统设备的保护
第一，水处理设备。在北方地区，大多水处理厂应将这些设备设置于室内，一方面便于冬季维护检修，另一方面也是考虑到防冻保温。
第二，水泵、阀门和板式换热器。南方地区常将这些设备露天设置，而在北方地区普遍采用水泵房，板式换热器、水泵、阀门等设备均设于泵房内。板式换热器、水泵安装于室内相对容易，而阀门集中设置于室内必须高度重视，例如循环冷却水系统的放空阀门、补水阀门等必须经常操作的阀门。
第三，严寒地区冷却塔。冷却塔是露天设置的，但冷却塔也必须在特殊环境下，或者是运行条件下。比如冷却塔在严寒气候的北方，应当采用针对性的设计，以保证冷却塔的能够在高性能状态下全天候运行。在严寒地区的北方，冷却塔的内部应当设计防冻喷淋系统：其一，在冷却塔配水系统的填料层上部和下部，把循环水量百分之十五到二十的上塔热水，使用化冰支管引导至防冻喷淋系统，以此避免冷却塔内部结冰的隐患。其二，把一部分上塔热水进引至进风口横梁下方，利用回水的热效应消除结冰的隐患。另外，冷却塔进风窗上沿混凝土横梁下部进行内斜角处理或设置导水檐，防止壁流水外涎。图1为冷却塔防冻保温设计原理。
图1冷却塔防冻保温设计原理
第四，蒸发空冷器。蒸发空冷器也是重要的工业循环冷却水设备。大型工业循环冷却水系统往往会设置有多组蒸发空冷器。冬季，由于气温较低，水系统只须开启部分蒸发空冷器即可满足要求[1]。不运行的蒸发空冷器必须放空，否则就会发生冻结的问题。蒸发空冷器必须设置相应的放空排水管道，有时还可以设置压缩空气吹扫管道，待放空排水后再用压缩空气进行吹扫。
1.2 对严寒地区循环冷却水系统仪表的保护
在工业循环水处理设施中，压力表主要由变送器、取压点、导压管等组成，设于换热器、回水总管、循环给水、水泵出水管以及过滤器等设备的进出水管上。取压口要选在被测介质直线流动的管段上，导压管实际也是死水段，即使是采用了防冻保温措施，导压管仍然会出现冻结现象。导压管冻结，首先是压力表丧失正常功能，另外也带来了管道冻裂的潜在风险。因此，应尽量将压力表设置于室内。
1.3 对严寒地区循环冷却水系统管道的保护
在正常工况下，工业循环冷却水管道内的水流是带有一定温度并高速运行的，因此无须考虑采取专门的防冻措施。但当管道出现死水段时，该死水段管道很容易发生冻结问题。产生死水段往往是由配管方式和用水方式造成的。对于死水段，可以设置电伴热或蒸汽伴热，但这不是好的方法，应当通过系统优化设计减少死水段的产生。
第一，放空管。如果死水段管道无法避免，增设放空管也是有效的做法。流水不冻，这是一个最基本的常识。开启放空管，是死水段的水少量的流出，然后再补充少量的水，最终使得水流动。
第二，母管和支管。工业循环冷却水管道常见的配管方式：由1根供水母管分出几根支管向不同的用户供水，或几路用户回水至1根回水母管上，在这些支管上往往会设置切断阀门，其原理见图2。切断阀门应尽量靠近供回水母管。
图2母管和支管
第三，盲端。工业循环水管道常会在供水回水母管的末端设置盲端法兰以便于管道的检修。盲端法兰和距离其最近的供水回水支管之间的母管段也是死水段，该死水段也有冻结的风险（见图3）。因此，在管道设计时应尽量减少盲端法兰和距离其最近的供水回水支管之间母管段距离。
图 3 母管盲端
2 严寒地区直流给水系统防冻设计
2.1 严寒地区工业生产辅助用水防冻设计
生产辅助用水往往是浇洒地坪或者是冲洗。冬季北方寒冷地区，室外露天浇洒通常是不会采用的。因此，将室外露天浇洒的管路系统放空，在设计上做好放空管道。用于室内地坪浇洒或冲洗，给水管上也应有放空措施。
2.2 严寒地区工业储水构筑物补水防冻设计
储水构筑物补水往往根据水池内液位补水，高液位停止补水，低液位开启补水。对于储水构筑物补水，最合理的就是设计1根管径较小的补水管道，使得储水构筑物能够长时间的处于补水状态，这样补水管就是流动的，不会冻结。
2.3 严寒地区工业给排水工艺用水防冻设计
工艺用水是指直接用于生产并消耗，该部分用水的进入或以废水形式排放。工艺用水是依据生产工艺需求决定用水时间以及用水量，其用户端通常是难以直接控制的。条件许可时，工艺用水管道应当尽量设置在有采暖的室内，且工艺管道应有妥善的泄水装置。若必须在室外，则采用蒸汽伴热或者电伴热。
3 严寒地区事故供水系统防冻设计
安全供水设施最重要的部分就是事故水塔，水塔通常是以室外露天高位设置。事故水塔内储存在紧急状态下能满足维护工艺设备安全的用水。事故水塔由基础、倒锥形水箱、支筒等组成。其倒锥形水箱顶部设有气窗避雷针、平台、栏杆。支筒为人行检修通道，设有带护笼的直爬梯，每隔一定高度另设中间平台。支筒内设有水塔进出水管道及阀门等。做好事故水塔的防冻，可以考虑设置专门的事故水塔循环泵。事故水塔循环泵从水塔底部吸水，加压后再将水返回到事故水塔上层水表面。事故供水管道连接事故水塔和用户，事故水塔内部的事故供水管道无须考虑防冻措施，室外事故供水管道尽量不要架空设置，可采用埋地或安装在管廊或管沟内，埋地事故供水管道必须设置在冻土层以下。事故供水管道上的阀门或设置在事故水塔支筒内或在室内用户旁。
4 严寒地区消防供水系统防冻设计
4.1 细水雾灭火系统与水喷雾系统
细水雾灭火系统和水喷雾系统往往用于工业的变压器室、液压站、电气室、电缆隧道等场合。通常工业都设计较为集中的消防水泵房，给各变压器室、液压站、电气室、电缆隧道等供消防水。以上系统雨淋阀后为空管，不存在有冬季结冻的问题。
4.2 室外消火栓系统
室外消火栓管道必须设置在冻土层以下，管网本身冻结可能性较小。室外消火栓应设计为地下式，室外消火栓和阀门井均应采用双层保温井盖。北方寒冷地区若条件允许可不设计纯粹的室外消防水管网，而是可以与生产给水管网合并。在环状管网上分散设置多个用水点，这样可以使得室外消防水管网内的水处于流动状态[2]。
4.3 室内消火栓系统
根据《建筑设计防火规范》，严寒地区非采暖的厂房、库房的室内消火栓，可采用干式系统，但在进水管上应设快速启闭装置，管道最高处应设排气阀。
结语：
综上所述，本文针对北方严寒地区冬季气温低的特点，工业企业给排水系统的设计应采用安全可靠、经济合理的技术措施，以解决管道及设备的保温防冻问题，确保工业企业正常生产。
参考文献：
[1]段芳兰. 严寒地区工业给排水设计要点[J]. 工业c, 2016(4):00166-00167.
[2]金亚飚. 北方寒冷地区工业给排水系统防冻设计探讨[J]. 给水排水, 2015(7):51-54.
论文作者:张冀
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/23
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