鍋爐用戶燃氣供應系統(tǒng)設計應注意的事項

寶雞中燃城市燃氣發(fā)展有限公司 馮粉莉

鍋爐用戶燃氣供應系統(tǒng)設計應注意的事項

寶雞中燃城市燃氣發(fā)展有限公司 馮粉莉

闡述了鍋爐用戶燃氣供應系統(tǒng)設計時應注意的一些重要問題，現場勘查時鍋爐房位置和設備布置的相關要求，燃氣供應系統(tǒng)設計時設備選型、管徑計算、設計方案應注意的相關問題等，為鍋爐用戶燃氣供應系統(tǒng)的設計提供了一定的參考。

燃氣配管系統(tǒng) 鍋爐 吹掃放散系統(tǒng) 安全設施 泄壓設施

隨著我國城市現代化的發(fā)展，城市大氣污染日趨嚴重。根據相關數據構成霧霾的三大成分——二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物，均是燃煤鍋爐排放廢氣的成分，隨著國家節(jié)能減排政策的出臺及天然氣等清潔型能源的到來使得燃煤鍋爐的改造勢必在行，新建燃氣鍋爐和燃煤鍋爐改造工程已成為很多城市燃氣經營公司的重點工作。燃氣供氣系統(tǒng)是燃氣鍋爐房的重要組成部分，在設計時必須給予足夠的重視。燃氣供氣系統(tǒng)的設計是否合理，不僅對保證安全可靠的運行關系極大，而且對供氣系統(tǒng)的投資和運行的經濟性也有很大影響。

1 現場勘查時需要注意的事項

在進行燃氣系統(tǒng)設計前，需要進行現場勘查及收集資料?，F場勘查時，需判斷原有或新建的鍋爐房是否滿足相關規(guī)范要求，是否有必要提供技改要求更換鍋爐房位置。燃氣鍋爐房主要設計依據有《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》(GB 50028—2006)中10 5.6及10.6中相關條款；《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2006)中5.4.1~5.4.2中相關條款；《鍋爐房設計規(guī)范》(GB 50041—2008)中4.1.1~4.3.1中相關條款。需要注意的是在實際設計工作中，需同時滿足上述規(guī)范中所有規(guī)范要求。在三本規(guī)范中嚴格程度不統(tǒng)一時，采用從嚴原則。另外要注意判斷人員密集場所及疏散口，其定義參考《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2006)中相關條款的要求。當不能滿足相關要求時，需與業(yè)主方商議采取設置隔層等措施，且建議征求當地建筑設計院的的審核意見，并需符合當地消防部門的要求。

1.1 鍋爐房現場勘查需要注意的事項

1.1.1 鍋爐房位置設置幾點要求

(1)鍋爐一般應裝在單獨建造的鍋爐房內，若鍋爐房和其他建筑物相連或設置在其內部時，應符合《蒸汽鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》(勞部發(fā)(1996)276號）、《熱水鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》(勞鍋字(1997) 74號)、《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2006)和《高層民用建筑設計防火規(guī)范》(GB 50045—1995)的有關規(guī)定。

(2)鍋爐房不應直接設在靠近人群聚集場所(如公共浴室、教室、餐廳、影劇院的觀眾廳、候車室等)，或在其上面、下面、貼鄰或主要疏散口的兩旁。

(3)鍋爐房不宜設在高層或多層建筑的地下室、樓間中層或頂層，但由于條件限制需要設置時，應事先征得市、地級以上安全監(jiān)察機構同意，還應符合《蒸氣鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》、《熱水鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》、《建筑設計防火規(guī)范》和《高層建筑設計防火規(guī)范》的有關規(guī)定。

(4)鍋爐房不得與甲、乙類及使用可燃液體的丙類火災危險性房間相連。若與其他生產廠房相連時，應用防火墻隔開。

(5)與鍋爐房配套的燃氣調壓站應布置在離交通要道、民用建筑、可燃或高溫車問較遠的地段，同時又要考慮與鍋爐房聯(lián)系方便。

1.1.2 鍋爐房內設備布置相關間距要求

1.1.2.1 爐前凈距

蒸汽鍋爐l~4 t/h、熱水鍋爐0.7~2.8 MW，不宜小于3.0 m；

蒸汽鍋爐6~20 t/h、熱水鍋爐4.2~14 MW，不宜小于4.0 m；

蒸汽鍋爐35~65 t/h、熱水鍋爐29~58 MW，不宜小于5.0 m。

當需要在爐前更換鍋管時，爐前凈距應能滿足操作要求。

對6~65 t/h的蒸汽鍋爐、4.2~58MW的熱水鍋爐，當爐前設置儀表控制室時，鍋爐前端到儀表控制室可為3 m。

1.1.1.2 )鍋爐側面和后面的通道凈距

蒸汽鍋爐l~4 t/h、熱水鍋爐0.7~2.8 MW，不宜小于0.8 m；

蒸汽鍋爐6~20 t/h、熱水鍋爐4.2~14 MW，不宜小于1.5m；

蒸汽鍋爐35~65 t/h、熱水鍋爐29~58 MW，不宜小于1.8m。

2 燃氣供應系統(tǒng)設計應注意的事項

鍋爐房供氣管道系統(tǒng)，一般是由供氣管道進口裝置、鍋爐房內配管系統(tǒng)以及吹掃放散管道等組成。

2.1 供氣管道進口裝置設計要求

(1)鍋爐房燃氣管道宜采用單母管；常年不間斷供熱時，宜采用雙母管。采用雙母管時，每一母管的流量宜按鍋爐房最大計算耗氣量的75%計算。

(2)當調壓裝置進氣壓力在0.3 MPa以上，而調壓比又較大時，可能產生很大的噪聲。為避免噪聲沿管道傳送到鍋爐房，調壓裝置后宜有10~15 m的一段管道采用埋地敷設。如圖1所示。

圖1 調壓站至鍋爐房間的燃氣管道敷設

(3)由鍋爐房外部引人的燃氣總管。在進口處應裝設總關閉閥，并裝設在安全和便于操作的地點。當燃氣質量不能保證時，應在調壓裝置前或在燃氣母管的總關閉閥前設置除塵器、油水分離器和排水管。

(4)燃氣管道上應裝設放散管、取樣口和吹掃口。

(5)引入管與鍋爐間供氣干管的連接，可采用端部連接(圖2)或中間連接(圖3)。當鍋爐房內鍋爐臺數為4臺以上時，為使各鍋爐供氣壓力相近，最好采用在干管中間接入的方式。

圖2 鍋爐房引入管與供氣干管端部連接

圖3 鍋爐房引入管與供氣干管中間連接

2.2 鍋爐房內燃氣配管系統(tǒng)設計要求

根據《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》(GB 50028—2006)等相關規(guī)范要求，鍋爐房燃氣管路的設計主要要注意以下幾個方面：

(1)為保證鍋爐安全可靠的運行，要求供氣管路和管路上安裝的附件連接要嚴密可靠，能承受最高使用壓力，在設計配管系統(tǒng)時應考慮便于管路的檢修和維護。

(2)管道及附件不得裝設在高溫或有危險的地方。

(3)配管系統(tǒng)使用的閥門應選用明桿閥或閥桿帶有刻度的閥門，以便使操作人員能識別閥門的開關狀態(tài)。

(4)當鍋爐房安裝的鍋爐臺數較多時，供氣干管可按需要用閥門隔成數段，每段供應2~3臺鍋爐。

(5)在通向每臺鍋爐的支管上，應裝有關閉閥和快速切斷閥(可根據情況采用電磁閥或手動閥)、流量調節(jié)閥和壓力表。

(6)在支管至燃燒器前的配管上應裝關閉閥，閥后串聯(lián)2只切斷閥(手動閥或電磁閥)，并應在兩閥之間設置放散管(放散管可采用手動閥或電磁閥)?？拷紵鞯?只安全切斷電磁閥的安裝位置，至燃燒器的間距盡量縮短，以減少管段內燃氣滲入爐膛的數量。當切斷采用電磁閥時，不宜設置旁通管，以免操作失誤造成事故。

2.3 吹掃放散管道系統(tǒng)設計要求

在鍋爐房供氣系統(tǒng)設計中，必須設置吹掃和放散管道。這是因為燃氣管道在停止運行進行修理時，為了檢查工作安全，需要把管道內的燃氣吹掃干凈。天然氣管道在較長時間停止工作后投入運行時，為防止燃氣一一空氣混合物進入爐膛引起爆炸，先要進行吹掃，將可燃混合氣體排入大氣。

2.3.1 設計吹掃放散系統(tǒng)應注意下列要求

吹掃方案應根據用戶的實際情況確定，可以考慮設置專用的惰性氣體吹掃管道，用氮氣、二氧化碳或蒸汽進行吹掃；也可不設專用吹掃管道而在燃氣管道上設置吹掃點，在系統(tǒng)投入運行前用燃氣進行吹掃，停運檢修時用壓縮空氣進行吹掃。吹掃點(或吹掃管接點)應設置在下列部位：

(1)鍋爐房進氣管總關閉閥后面(順氣流方向)。

(2)在燃氣管道系統(tǒng)以閥門隔開的管段上需要考慮分段吹掃的適當地點。

2.3.2 燃氣系統(tǒng)在下列部位應設置放散管

(1)鍋爐房進氣管總切斷閥的前面(順氣流方向)。

(2)燃氣干管的末端，管道、設備的最高點。

(3)燃燒器前兩切斷閥之間的管段。

(4)系統(tǒng)中其他需要考慮放散的適當地點。

放散管可根據具體布置情況分別引至室外或集中引至室外。放散管出口應安裝在適當的位置，使放散出去的氣體不致被吸入室內或通風裝置內。放散管出口應高出屋脊2 m以上。

放散管的管徑根據吹掃管段的容積和吹掃時間確定。其吹掃量可按吹掃管段容積的10~20倍計算，吹掃時間可采用15~20 min。

表1列舉了鍋爐房內燃氣管道系統(tǒng)的放散管管徑參考數據。

表1 鍋爐房內燃氣管道系統(tǒng)的放散管管徑

3 設計方案制定過程中所需注意的幾個地方

3.1 調壓器的選型

在燃氣鍋爐房供氣系統(tǒng)中，從安全角度考慮，一般采用低壓燃氣供氣系統(tǒng)。進入鍋爐房的燃氣壓力常由調壓器來完成。調壓器按其工作原理分為直接作用式和間接作用式兩種。一般直接式調壓器的調整時間為0.5 s左右，間接式調壓器的調整時間為3 s左右。

所以對于熱負荷比較大的鍋爐來說，在點火瞬間，燃氣流量驟增的情況下，由于調壓器壓力調整的滯后性，可能出現壓力嚴重降低的情況造成熄火的現象，因此對于鍋爐等燃氣流量變化較大的設備選用直接式調壓器較為合理。

調壓器的選擇其它要求：

(1)調壓器應能滿足進口燃氣的最高、最低壓力的要求。

(2)調壓器的壓力差，應根據調壓器前燃氣管道的最低設計壓力與調壓器后燃氣管道的設計壓力之差值確定。

(3)調壓器的計算流量，應按鍋爐額定流量的1.2倍確定。

(4)鍋爐不間斷供氣時，調壓計量設施宜選用2+0型。

3.2 計量表的選型

計量裝置作為燃氣用戶與燃氣經營者的結算工具，為了保證設置準確，在選型時應根據燃氣的工作壓力、溫度、流量范圍和允許的壓力降選擇。鍋爐常用計量裝置有渦輪流量計和羅茨流量計兩種，渦輪流量計的量程比一般為1∶20，羅茨流量計的量程比一般為1∶50~1∶100左右，甚至更大。兩者均能滿足鍋爐燃氣計量要求，但同口徑的流量計渦輪流量計比羅茨流量計的過氣量大。一般情況下單臺鍋爐燃氣計量裝置選用渦輪流量計，多臺鍋爐燃氣統(tǒng)一計量時選用羅茨流量計，流量計選型時要做充分的技術經濟比較后確定。

3.3 鍋爐房配管管徑的選擇

3.3.1 管道流速的選擇

鍋爐房燃氣管道水力計算的任務是根據流量和允許壓力損失來確定管徑。燃氣管道的設計不僅要考慮鍋爐對燃氣流量和壓力的要求，還要考慮經濟因素，流速大管徑小，流速小管徑大，這就要求我們在設計時要選擇合理的流速。根據以往的設計經驗，鍋爐房內燃氣管道的流速設在10 m/s比較合適。

3.3.2 鍋爐前管徑的計算

前面講過，對于熱負荷比較大的鍋爐來說，在點火瞬間，燃氣流量驟增的情況下，由于調壓器壓力調整的滯后性，可能出現壓力嚴重降低的情況。

為了避免負荷驟增的熄火情況發(fā)生，在調壓器后需設置一段匯氣母管，進行管道儲氣；儲氣量的計算以調壓器的調整時間、負荷的突然增大量、燃燒器允許的最低壓力降等參數綜合考慮。當然儲氣容積越大越好，還可以防止負荷突降時，超壓自動切斷閥的意外切斷。

例如，設計4臺3 t的鍋爐，單臺鍋爐天然氣耗量為240 m3/h，調壓器出口后設置l根50 m總管至鍋爐入口前，再分別為其供氣，鍋爐用氣壓力為10 kPa。計算步驟如下：

(1)點火所需工況流量計算：啟動時間(一般按10~15 s取值)×每秒流量(此流量為靜壓力下工況流量)=點火需要的標況流量；15×(240×4÷3 600)=4 m3。此例靜壓力為10 kPa，接近標況，故按標況考慮。

(2)每m管道體積計算：點火所需工況流量÷調壓箱至鍋爐管道長度=每m管道體積。

即：4÷(0.1÷(0.01+0.1))÷50=0.088 m3。

(3)計算管徑：利用圓柱體積公式計算得到D=335 mm，選取DN350可行。

3.4 燃氣鍋爐房必須設置下列安全設施

(1)燃氣濃度報警器。

(2)燃氣引入管上設置手動快速切斷閥和緊急自動切斷閥。

(3)應設置自然或機械通風設施和事故排風設施。

(4)燃氣濃度報警器應與緊急自動切斷閥和事故排風設備連鎖。

3.5 應設置必要的泄壓設施

鍋爐房的泄壓設施宜采用輕質屋蓋作為泄壓面積，易于泄壓的門、窗、輕質墻體也可作為泄壓面積。作為泄壓面積的輕質屋蓋和輕質墻體的每m2重量不宜超過120 kg。泄壓面積與廠房體積的比值(m2/m3)宜采用0.05~0.22。爆炸介質威力較強或爆炸壓力上升速度較快的，應盡量加大比值。

4 結語

以上僅是我們在平時設計中總結出來的幾點經驗，在此僅供大家參考。相信隨著我們國家對環(huán)保的重視和法制規(guī)范的不斷健全，燃氣鍋爐將會逐步代替原有的燃煤鍋爐成為城市主要的清潔能源，同時燃氣行業(yè)的應用將會邁上新的臺階。

Attentions in the Design of Gas Supply System for Boiler Users

Baoji Chinagas City Gas Development Co., Ltd. Feng Fenli

Some important problems paid attention to in the design of gas supply system for boiler users, locations of the boiler room, and problems of equipments of selection and the like, have been elaborated, which can be as a reference for the design of gas supply system for boiler users.

gas distribution, boiler, purging and emission system, safety facilities, Pressure relief facilities