鍋爐房燃氣系統設計的探討

齊光瑋

(青島新奧燃氣有限公司 ,山東青島 266555)

1 引言

燃氣鍋爐熱效率高、污染低,但由于氣體燃料具有易燃、易爆、有毒的特點,燃氣鍋爐房供氣系統的設計是否合理,直接關系到鍋爐的安全和可靠運行,對鍋爐房系統的投資和運行也有很大影響。因此,鍋爐房燃氣管道設計必須給予足夠的重視。

2 鍋爐房設置的一般規定

鍋爐屬于壓力容器,有一定的爆炸性危險,因此其設置規范必須明確而嚴格的規定。

①鍋爐房宜為獨立的建筑物,當需要和其他建筑物相連或設置在其內部時,嚴禁設在人員密集場所和重要部門的上一層、下一層、貼鄰位置以及主要通道疏散口的兩旁,并應設置在首層或地下室一層靠建筑物外墻部位;住宅建筑物內不宜設置鍋爐房。

②鍋爐房不應與鍋爐無關的甲乙類及使用可燃液體的丙類危險建筑相鄰。

③鍋爐房如設在多層或高層建筑的半地下室或第一層中,則每臺鍋爐的額定蒸發量不超過 10 t/h,額定蒸汽壓力不超過 1.6 MPa;鍋爐房不宜設在高層或多層建筑的地下室,樓層中間或頂層,但由于條件限制需要設置時,每臺鍋爐的額定蒸發量不超過4 t/h,額定蒸汽壓力不超過 1.6 MPa,且鍋爐房的設置應事先征得市、地級及以上安全監察機構同意。

④鍋爐房出入口的設置應符合下列要求:出入口不應少于 2個。但對獨立鍋爐房,當爐前走道總長度小于 12 m,且總建筑面積小于 200 m2時,其出入口可設 1個;非獨立鍋爐房,其人員出入口必須有1個直通室外;鍋爐房為多層布置時,其各層的人員出入口不應少于 2個。樓層上的人員出入口,應有直接通向地面的安全樓梯。

⑤鍋爐房通向室外的門應向室外開啟,鍋爐房內的工作間或生活間直通鍋爐間的門應向鍋爐間內開啟。鍋爐房的外墻、樓地面或屋頂,應有相應的防爆措施,并應有相當于鍋爐間占地面積 10%的泄壓面積,泄壓方向不得朝向人員聚集的場所、房間和人行通道,泄壓處也不得與這些地方相鄰。地下鍋爐房采用豎井泄爆方式時,豎井的凈橫斷面積,應滿足泄壓面積的要求。

⑥鍋爐房鍋爐間與相鄰的輔助間之間的隔墻,應為防火墻;隔墻上開設的門應為甲級防火門;超鍋爐操作面方向開設的玻璃大觀察窗,應采用具有抗震能力的固定窗。

3 鍋爐房燃氣系統設計

3.1 燃氣管道與設備的位置確定

3.1.1 燃氣管道位置的確定

燃氣管道宜采用單母管,常年不間斷供熱時,宜采用從不同調壓設備接來的兩路供氣的雙母管。設計時依據現行國家規范要求,綜合考慮埋地、架空燃氣管道與建、構筑物及其他專業管道的安全凈距要求,確定燃氣管道的走向與位置。

3.1.2 調壓設備位置的確定

調壓裝置宜設置在單獨的建、構筑物內,也可設置在有圍護的露天場地內 (調壓柜),并應滿足《城鎮燃氣設計規范》中所規定的與其他建、構筑物的水平凈距要求。如受條件限制,也可設置在鍋爐房建筑內專門的燃氣調壓間內,燃氣調壓間應是靠外墻的單層建筑,與相臨的房間用無門窗和洞口的防火墻隔開,建筑耐火等級不低于二級。燃氣調壓間應采用輕型結構屋頂和向外開啟門窗,地面采用不發生火花的材料,應采取自然通風措施,通風換氣次數不應小于 2次 /h,并應有泄壓措施。

3.1.3 計量設備位置的確定

計量設備的安裝位置應便于讀數、維護、檢修;避免磕碰、震動;并應考慮環境溫度、油煙、粉塵對燃氣表使用壽命的影響。計量裝置的工作環境溫度宜高于 0℃,但不得高于 40℃。特殊情況時應根據氣候條件、工作環境選擇計量裝置的類型、材質。計量設備應安裝在非燃燒結構內并通風良好的地方,根據氣質 (干、濕燃氣)情況可安裝在室內,也可安裝在室外,室外安裝的燃氣計量設備應裝在防護箱內。計量裝置嚴禁安裝在臥室、更衣室、衛生間 (廁所、浴室)和通風不良的房間。由于室內現場情況復雜,計量設備的位置難以選定,可以將計量設備安裝在調壓柜中,專門定制一臺調壓計量柜。

3.2 水力計算

水力計算是燃氣系統設計的重要內容,是確定管徑與設備型號的主要依據,設計時應按以下步驟進行計算。

3.2.1 計算鍋爐的小時最大和最小用氣量

鍋爐用氣量的計算主要是根據鍋爐的熱負荷和燃氣的熱值進行計算,也可以根據鍋爐現用燃料量進行折算,為了使水力計算結果更加準確,最好聯系鍋爐廠家提供鍋爐的小時最大和最小用氣量。

3.2.2 調壓設備前中壓管道管徑的計算

首先依據中壓燃氣管道的單位長度、摩擦阻力、損失計算公式計算,然后采用對經濟流速進行核算。

3.2.3 調壓器后管道管徑的計算

目前所使用的鍋爐燃燒器的燃氣壓力要求一般為 5～30 kPa,因此調壓器后管道內的燃氣壓力有中低壓之分。如果燃燒器的燃氣壓力要求不小于10 kPa,應按中壓燃氣管道的單位長度摩擦阻力損失計算公式來計算各節點壓力,從而確定調壓器的出口壓力。若燃燒器前的壓力要求小于 10 kPa,則應按低壓燃氣管道單位長度的摩擦阻力損失計算,局部阻力損失按燃氣管道摩擦阻力損失的 5%～10%考慮,同時計算出因高程差而引起的附加壓力。將計算出的從調壓器出口處至鍋爐的燃燒器接口處燃氣管道的總壓力降△p,與燃燒器的運行壓力相加,即得出調壓器的出口壓力。

3.3 設備選型

設備選型主要包括調壓設備和計量設備兩個主要部分。設備選型過程中關鍵是計算出燃燒器的用氣量,包括最大、最小用氣量,根據流量范圍來選取合適的流量計和調壓設備,同時還要兼顧工程造價和使用環境。

3.3.1 調壓設備選型

鍋爐燃燒器前的燃氣壓力穩定,對燃燒的工況與安全運行有很大關系。燃燒器前的壓力若有增減,燃氣流量也會增減,由于壓力不穩定,從而造成燃燒不穩定,甚至引起回火和脫火。所以應設置專用調壓裝置。

①一般按最大流量的 1.2倍及經水力計算所得出的壓力要求來選型。②燃氣調壓裝置應選用直接式調壓器,因為鍋爐啟動時需要的燃氣流量在瞬時即可達到額定流量。而間接式調壓器雖然出口壓力較為穩定,但不能滿足鍋爐瞬時啟動的大流量要求。

3.3.2 計量設備的選型

鍋爐燃燒器運行壓力一般比較高,流量計主要選用羅茨表和渦輪流量計。選型前需要準確計算燃燒器的最大與最小用氣量,了解設備運行狀況及規律。一般應考慮以下幾點:①燃燒器是否有大火、小火兩種運行方式。比如是否兩段式點火,是否大火啟動小火保溫運行等,都需要事先了解,據此來確定最大、最小用氣量。②鍋爐的使用方式。如果鍋爐是 24 h運行,當存在不能同時滿足最大最小流量計量的精度時,考慮到點火時的流量非常小、時間短,其點火時計量精度問題則可忽略不計。③計量表廠家給出的選型要求。羅茨表和渦輪流量計一般都是按工況流量選型,計算時考慮最高壓力、最低溫度、最小設備流量和最低壓力、最高溫度、最大設備流量兩種極端情況。

3.4 燃氣泄漏報警通風系統

為了確保鍋爐房尤其是地下鍋爐房安全用氣,應采用高性能、高靈敏度的可燃氣體報警系統。

①報警器探測器 (傳感元件)有熱線型半導體式、半導體式、接觸燃燒式、定電位電解式、薄膜式等形式,應根據識別氣體的具體情況選用。②主機應壁掛或盤裝在非爆場所的消防減災中心、值班室等有專人 24 h監視的地方,并安裝在易觀察的位置。為確保主機正常工作,應避免強電、磁場和熱源的影響。③燃氣報警器必須與緊急自動切斷閥和機械送排風設施聯鎖,當燃氣報警裝置報警時,緊急自動切斷閥立即自動關閉切斷氣源,以迅速排除險情,達到安全供氣的目的。

3.5 放散管的設置

鍋爐房內的燃氣管道上應裝設放散管,可以在管道檢修或在長期停用后再投入運行前,用惰性氣體或燃氣吹掃其中的殘存氣體,以確保管道檢修或鍋爐點火的安全。以能將管道內燃氣或空氣吹掃干凈為原則,應在下列部位設置放散管道:

鍋爐房進氣管總切斷閥的前面 (順氣流方向);燃氣干管的末端,管道、設備的最高點;燃燒器前兩切斷閥之間的管段;系統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。

放散管管徑根據吹掃管段的容積和吹掃時間確定,一般按吹掃時間為 15～30 min,排氣量為吹掃段容積的 10～20倍作為放散管管徑的計算依據。

4 設計的其他注意事項

鍋爐房燃氣管道入口處應裝設總控制閥與緊急自動切斷閥,當鍋爐房萬一出現事故時,能迅速切斷氣源,避免事故擴大;或當鍋爐房內燃氣管道需要檢修時,用以切斷氣源。每個燃燒器前的供氣支管上,應裝置手動切斷閥,用以切斷氣源和調節流量。如果燃燒器配有機械鼓風設備,應在燃燒器前設置止回閥,以防止回火或空氣倒流。在燃燒器前應設置金屬軟管或波紋管,金屬軟管與止回閥之間的管段上應設置壓力表。鍋爐房內的燃氣管道須使用無縫鋼管,管道與附件嚴禁使用鑄鐵件。若鍋爐房是單獨建筑,則應把鍋爐房作為丁類生產廠房,鍋爐房與其他建筑物的防火間距應滿足規范要求。在目前的建筑設計中,設在地下室的鍋爐房有的沒有設置泄壓口,有時用戶在實際使用時將原建筑設計用途更改為鍋爐房,也沒有設置泄壓口,這個問題在設計工作中應特別注意,協調用戶增設泄壓口。