除湿技术在水工艺处理构筑物中的应用

李雁

　　【摘要】 水工艺处理构筑物在北方地区为了防冻全部放置在加房的建筑物内。当处理的原水温度过低时，它极易受室外温湿度的影响，产生结露。这就引出了一个新的课题——除湿设计。
　　【关键词】 构筑物 原水 温度 湿度 材料

1 引言

　　水工艺的处理过程是在不同功能的水处理池内完成的。在北方地区为了防冻，将这些敞露的水处理池全部放置在加房的构筑物内，而当处理低温原水时，它极易受室外温湿度的影响，产生结露。这就引出了一个新的课题——除湿设计。
　　当在加房的构筑物内处理温度过低的原水时，低温水面、池壁、管道会直接和间接地传导，引起整个室内环境温度的下降，如果室外温升高、湿度加大，当达到其露点温度时，即相对湿度几乎达到100％，建筑物内的水面、池壁与管壁表面产生大量结露大量凝结水并引起严重的雾气。
　　水工艺处理构筑物内出现结露现象，会给运行和设备带来许多的危害。由于空气的潮湿，生产环境极端恶劣，地面积水，墙壁结露发霉。特别是电气设备、电缆桥架、管道等表面腐蚀、生锈，并引起电路系统短路。
　　北京市第九水厂二期工程一开始投入运行正值夏季，高温高湿的室外环境引起构筑物内整个空间出现低温高湿的结露现象，这在国内尚属首次。经过我院设计和二年的实践解决了这个难题。本文着重就这类水工艺处理构筑物的除湿设计加以介绍与总结。

2 工程简介

　　北京市第九水厂是北京市第一座超大型地面水水厂，是我国水处理设施完善、自动化水平较高的现代化大型水厂。该工程分两期建设，第二期为了减少用地，水处理工艺过程中的混合、絮凝反应、沉淀、过滤、炭吸附等处理池集中于一体，并全部放置在加房的集团式净化主体构筑物内（下文中称为综合池），该构筑物的建筑面积约为15000m²，高度约为9m。在构筑物内各种水处理池全部敞露，水面面积占建筑面积62％。除处理水池外设备间和廊道内布置有Φ700～Φ1000裸露的工艺冲洗水管，长度约为1120m。
该水厂从二期开始从密云水库潮白河库区取水，为了保证原水的质量，取水深度设在40米。经过历年的监测密云、怀柔水库水每年12月至翌年3月，水温都在5℃以下，1～2月份，水温在3℃。由于深层取水，原水水温常年保持在1～12℃。原水从密云水库潮河库区经74.5公里的输水管道自流到水厂内。
　　在设计过程中，因首次采用直接输送方式，并没有考虑到在密云水库深层获取的原水温度是那么低，以致会带来严重不良后果。该工程1995年7月正式通水投入使用，夏季室外高温高湿的空气通过门、窗缝隙进入室内，遇到低温的水面和管道，马上在水面上产生大量雾气并迷漫整个室内空间使得人进入房间后看不到5米以外的物体，更为严重的是工艺冲洗水管管外壁、电缆桥架、池壁及屋面网架上结满了露水，严重地影响了设备的使用寿命，并影响了工作人员的巡视。

3 除湿技术路线构思

　　除湿方法有多种多样，采用何种技术路线与方法能有效地解决在大面积大空间水工处理构筑物内产生的低温高湿工况国内乃至国际均没有先例。
　　若采用通风除湿是最经济、简单快捷办法，可北京地区夏季室外通风温度为30℃，最热月平均室外计算相对湿度78％，在排除大量湿空气的同时，要有室外空气不断补人，空气进入房间马上达到露点温度，要达到除湿目的，需要用不小于2次／时换气次数通风换气，通风量太大很难防止室外灰尘和污染物渗入房间，也就很难达到较高的卫生标准，此方案不宜使用。采用远红外线除湿，其服务范围太小，且能耗大，不能大面积实施。而按干式除湿原理生产的蜂窝式转轮除湿机比较适合大面积大空间水工艺处理构筑物的低温高湿状态，但该设备较复杂，体积大，且需要加热装置利用蒸汽使其再生，而已建成的水工处理构筑物内高低错落，走道板没有考虑怎么大荷载，为了除湿还要增加一套加热设备，实现起来难度很大。
　　在此项工程中，按照集团式净化主体构筑物现有的情况，我们要解决此项工程低温高湿工况的除湿问题，必须正确的选择除湿技术路线，经过多方案比较与计算分析，本着首先从隔绝冷源，封闭隔断空气入手，再利用升温除湿和冷冻除湿相结合的原理，达到除湿目的，即综合除湿技术路线这个方案的事实证明这个除湿技术路线是正确的。
　　除湿路线框图

　　

　　除湿方案比较表(仅设备及安装部分)

方案名称 通风除湿 远红外线除湿 蜂窝式转轮除湿 综合除湿 实施条件 不能采用 服务范围小 实施困难 简单易实现 目标投资比 － － 约350万元 约250万元

　　选用综合除湿方案有以下几点理由：
　　① 简单易实现
　　在已经建成的集团式净化主体构筑物内用铝合金玻璃隔断隔断对外通道，对工艺冲洗管道进行保冷处理，施工比较便利。利用构筑物内现有散热设备和供热系统，在夏季为了除湿，锅炉房起用一台运行来保证室温，虽然繁琐，耗费人力和燃料，但马上就能实现。
　　② 不用对结构改造和加固
　　冷冻式除湿机体积小，重量轻，可以分散布置，比较容易运到室内安装，应分散布置不会对结构产生集中荷载。
　　③ 设备少，维修工作量小
　　在整个除湿过程中，涉及到设备的只有20台除湿机，每台除湿机都可以根据其服务范围湿度变化自动开、停机。

4 方案实施

　　该项目分四个步骤进行实施。
4.1 除湿设备选择
　　除湿设备在除湿设计中起着决定因素，下述三项措施均为其服务。冷冻式除湿机只适合于空气的露点温度高于4℃的场合，当进风参数干球温度27℃，湿球温度21.2℃时，其除湿效果最佳。
　　净化主体构筑物混合、絮凝反应、沉淀、过滤、炭吸附池走道板分装16台，滤池管廊每条安装2台，两个系列和八条管廊共放置20台除湿量为20Kg／h。
4.2 保冷措施
　　滤池管廊和设备间内各种规格的工艺冲洗管道和处理水池池外壁做保冷材料。
　　近年来，保温材料的品种增多，选择范围很大。根据技术要求，现场条件，经济造价等多方面综合比较，在本工程中选用了阻燃型高压聚乙烯泡沫塑料（PEF）。该材料质量轻、导热系数小，尺寸稳定，整体性强，防水性能佳，施工方便。
　　按照《设备及管道保冷技术通则GB11790－89》有关规定进行保冷厚度计算确定。
　　当公称直径小于和等于1000mm的管道和设备保冷层厚度计算公式：
　　D₁／D₀l_n（D₁／D₀）＝2λ／（α_s·D₀）·（T_f－T_s）／（T_s－T_a）
　　δ＝（D₁－D₀）／2
　　当公称直径大于1000mm 的管道和设备保冷层厚度计算公式：
　　δ＝λ／α_s·（T_f－T_s）／（T_s－T_a）
　　式中 δ——保冷层厚度，m。
　　α_s——保冷层外表面对周围空气的放热系数，W／m²·K（Kcal／m²·h·℃）。
　　T_f——介质温度，K（℃）。
　　T_a——环境温度，K（℃），采用夏季室外空调计算温度，其相对湿度（Φ，％）采用最热月月平均相对湿度。
　　T_s——保冷层外表面温度，K（℃），保冷层外表面温度（t_s）＝露点温度（t_d）＋1～2℃。
　　λ——保冷层材料导热系数，W／m·K（Kcal／m·h·℃）。
　　D₀——管道或圆筒设备的外径，m。
　　D₁——管道或圆筒设备保冷层外径，m。
　　计算数据取自《采暖通风与空气调节设计规范GBJ19－87》，工艺冲洗管道和处理水池池外壁采用高压聚乙烯泡沫塑料做保冷，其材料层厚度为90毫米。由于经济因素，实施时厚度定为30毫米。
4.3 隔断封闭
　　为了有效地隔断室外空气大量侵入，在滤池与人员流动较大的设备间处加设了封闭铝合金中空玻璃隔断，通往滤池只开一扇门，把处理水池区与工作区分开；滤池下部管廊两端出入口原设计的彩板组角玻璃门内侧增加门斗。考虑到滤池与下部滤池管廊采光孔产生空气对流，在采光孔处也加设了封闭铝合金中空玻璃隔断。
4.4 散热设备
　　净化主体构筑物生产部利用已装采暖设备在夏季进行采暖，提高整个生产区的室温以减少室内高湿情况。
　　为了提高滤池管廊内的温度，滤池管廊加装了采暖设备。

5 测试结果

　　该水厂二期工程净化主体构筑物除湿在去年采用了四项措施，对池壁、管道进行保温；封闭对外的门以隔断空气交换；利用原有采暖系统对室内升温；设置冷冻除湿机以降低室内湿度。这些措施在96年夏季出现雾气后只完成了前三项，虽取得了初步成效，但没有经过春夏秋各季的考验及系统的测试，也没有获取各种实验数据。该水厂扩建工程（三期）所采用净化主体构筑物基本同二期，为了更好、更经济地处理解决北方地区应低温取水使加房后的水工处理构筑物在夏季产生雾气的现象，为了给今后设计积累经验数据，97年4月，我们着手对净化主体构筑物做除湿试验。
　　除湿试验分四种情况组合，第一种，利用现做好封闭隔断，在不做任何升温、除湿处理措施的情况下测试室内温度和湿度，并观察管壁、池壁的结露情况；第二种，利用现做好封闭隔断，开启除湿机测试室内温度和湿度，并观察管壁、池壁的结露情况及室内变化情况；第三种，厂内自建锅炉房投入运行，净化主体构筑物利用现有采暖系统对室内升温。在升温过程中测试室内温度、湿度的变化，并观察管壁、池壁的结露情况。当升温稳定后，把封闭隔断打开测试室内温度和湿度，观察结露情况；第四种，净化主体构筑物利用现有采暖系统对室内升温，开启除湿机在房间封闭状态测试室内温度和湿度，并观察结露情况，把封闭隔断打开测试室内温度、湿度，并观察管壁、池壁的结露情况。上述四种情况分编成两组，第一、二种分为一组，第三、四种分为另一组。
　　刚开始试验时，在不做任何升温、除湿处理措施的情况下测试室内温度和湿度，其温度保持在20℃，湿度在45％，管壁、池壁没有结露情况。到了6月底，室外温度提高并出现多云天气，构筑物内整个空间出现了雾气，保温外表面也产生结露现象，当开启除湿机，设备运行大约30分钟后，其周围的雾气减少。除湿设备连续工作，构筑物内的雾气完全控制了，其温度又保持在20℃，湿度在45％。部分数据整理见下附表。

日期 室外环境及水温 开机前室内环境 开机后室内环境 1997 温度℃ 降水概率％ 水温℃ 温度℃ 湿度％ 效果 温度℃ 湿度％ 效果 5.5 24 20 10 15 44 良好 － － － 5.13 20 70 9 16 82 多雾 17 50 良好 6.4 25 40 13 16 64 少雾 17 44 良好 6.23 35 20 16 22 73 中雾 23 48 良好 7.3 28 90 16.5 20 83 多雾 24 48 良好 7.24 35 50 16 22 70 中雾 24 46 良好 8.5 34 50 14 21 76 多雾 23 52 良好 8.30 30 20 15 21 73 中雾 22 50 良好

　　冷冻除湿机的使用，其封闭隔断打开了，室内的温、湿度达到了设计要求标准。
　　二年的实践证明，对于水工艺构筑物内产生的低温高湿的综合除湿方法是完全成功的。

6 结束语

　　① 该水厂二期工程的净化主体构筑物除湿采用了对池壁、管道进行保温；封闭对外的门以隔断空气交换；利用原有采暖系统对室内升温；设置冷冻除湿机以降低室内湿度四项措施。实践证明这些措施对整个空间出现低温高湿工况治理是行之有效的。
　　② 在水处理工艺构筑物内出现低温高湿工况，只要采用了对池壁、管道进行保温和设置冷冻除湿机以降低室内湿度二项措施，就可以整个空间出现低温高湿工况进行治理。
　　③ 冷冻除湿机降低室内湿度，一般情况是受温、湿度条件的限制。在低温工况下使用的冷冻除湿机必须是一体机，在降温的同时利用冷凝器对其出风升温，以达到送风温度平衡。该问题本文不做细述，可做专题另行论述。