锅炉房燃气系统设计的探讨

齐光玮

(青岛新奥燃气有限公司 ,山东青岛 266555)

1 引言

燃气锅炉热效率高、污染低,但由于气体燃料具有易燃、易爆、有毒的特点,燃气锅炉房供气系统的设计是否合理,直接关系到锅炉的安全和可靠运行,对锅炉房系统的投资和运行也有很大影响。因此,锅炉房燃气管道设计必须给予足够的重视。

2 锅炉房设置的一般规定

锅炉属于压力容器,有一定的爆炸性危险,因此其设置规范必须明确而严格的规定。

①锅炉房宜为独立的建筑物,当需要和其他建筑物相连或设置在其内部时,严禁设在人员密集场所和重要部门的上一层、下一层、贴邻位置以及主要通道疏散口的两旁,并应设置在首层或地下室一层靠建筑物外墙部位;住宅建筑物内不宜设置锅炉房。

②锅炉房不应与锅炉无关的甲乙类及使用可燃液体的丙类危险建筑相邻。

③锅炉房如设在多层或高层建筑的半地下室或第一层中,则每台锅炉的额定蒸发量不超过 10 t/h,额定蒸汽压力不超过 1.6 MPa;锅炉房不宜设在高层或多层建筑的地下室,楼层中间或顶层,但由于条件限制需要设置时,每台锅炉的额定蒸发量不超过4 t/h,额定蒸汽压力不超过 1.6 MPa,且锅炉房的设置应事先征得市、地级及以上安全监察机构同意。

④锅炉房出入口的设置应符合下列要求:出入口不应少于 2个。但对独立锅炉房,当炉前走道总长度小于 12 m,且总建筑面积小于 200 m2时,其出入口可设 1个;非独立锅炉房,其人员出入口必须有1个直通室外;锅炉房为多层布置时,其各层的人员出入口不应少于 2个。楼层上的人员出入口,应有直接通向地面的安全楼梯。

⑤锅炉房通向室外的门应向室外开启,锅炉房内的工作间或生活间直通锅炉间的门应向锅炉间内开启。锅炉房的外墙、楼地面或屋顶,应有相应的防爆措施,并应有相当于锅炉间占地面积 10%的泄压面积,泄压方向不得朝向人员聚集的场所、房间和人行通道,泄压处也不得与这些地方相邻。地下锅炉房采用竖井泄爆方式时,竖井的净横断面积,应满足泄压面积的要求。

⑥锅炉房锅炉间与相邻的辅助间之间的隔墙,应为防火墙;隔墙上开设的门应为甲级防火门;超锅炉操作面方向开设的玻璃大观察窗,应采用具有抗震能力的固定窗。

3 锅炉房燃气系统设计

3.1 燃气管道与设备的位置确定

3.1.1 燃气管道位置的确定

燃气管道宜采用单母管,常年不间断供热时,宜采用从不同调压设备接来的两路供气的双母管。设计时依据现行国家规范要求,综合考虑埋地、架空燃气管道与建、构筑物及其他专业管道的安全净距要求,确定燃气管道的走向与位置。

3.1.2 调压设备位置的确定

调压装置宜设置在单独的建、构筑物内,也可设置在有围护的露天场地内 (调压柜),并应满足《城镇燃气设计规范》中所规定的与其他建、构筑物的水平净距要求。如受条件限制,也可设置在锅炉房建筑内专门的燃气调压间内,燃气调压间应是靠外墙的单层建筑,与相临的房间用无门窗和洞口的防火墙隔开,建筑耐火等级不低于二级。燃气调压间应采用轻型结构屋顶和向外开启门窗,地面采用不发生火花的材料,应采取自然通风措施,通风换气次数不应小于 2次 /h,并应有泄压措施。

3.1.3 计量设备位置的确定

计量设备的安装位置应便于读数、维护、检修;避免磕碰、震动;并应考虑环境温度、油烟、粉尘对燃气表使用寿命的影响。计量装置的工作环境温度宜高于 0℃,但不得高于 40℃。特殊情况时应根据气候条件、工作环境选择计量装置的类型、材质。计量设备应安装在非燃烧结构内并通风良好的地方,根据气质 (干、湿燃气)情况可安装在室内,也可安装在室外,室外安装的燃气计量设备应装在防护箱内。计量装置严禁安装在卧室、更衣室、卫生间 (厕所、浴室)和通风不良的房间。由于室内现场情况复杂,计量设备的位置难以选定,可以将计量设备安装在调压柜中,专门定制一台调压计量柜。

3.2 水力计算

水力计算是燃气系统设计的重要内容,是确定管径与设备型号的主要依据,设计时应按以下步骤进行计算。

3.2.1 计算锅炉的小时最大和最小用气量

锅炉用气量的计算主要是根据锅炉的热负荷和燃气的热值进行计算,也可以根据锅炉现用燃料量进行折算,为了使水力计算结果更加准确,最好联系锅炉厂家提供锅炉的小时最大和最小用气量。

3.2.2 调压设备前中压管道管径的计算

首先依据中压燃气管道的单位长度、摩擦阻力、损失计算公式计算,然后采用对经济流速进行核算。

3.2.3 调压器后管道管径的计算

目前所使用的锅炉燃烧器的燃气压力要求一般为 5～30 kPa,因此调压器后管道内的燃气压力有中低压之分。如果燃烧器的燃气压力要求不小于10 kPa,应按中压燃气管道的单位长度摩擦阻力损失计算公式来计算各节点压力,从而确定调压器的出口压力。若燃烧器前的压力要求小于 10 kPa,则应按低压燃气管道单位长度的摩擦阻力损失计算,局部阻力损失按燃气管道摩擦阻力损失的 5%～10%考虑,同时计算出因高程差而引起的附加压力。将计算出的从调压器出口处至锅炉的燃烧器接口处燃气管道的总压力降△p,与燃烧器的运行压力相加,即得出调压器的出口压力。

3.3 设备选型

设备选型主要包括调压设备和计量设备两个主要部分。设备选型过程中关键是计算出燃烧器的用气量,包括最大、最小用气量,根据流量范围来选取合适的流量计和调压设备,同时还要兼顾工程造价和使用环境。

3.3.1 调压设备选型

锅炉燃烧器前的燃气压力稳定,对燃烧的工况与安全运行有很大关系。燃烧器前的压力若有增减,燃气流量也会增减,由于压力不稳定,从而造成燃烧不稳定,甚至引起回火和脱火。所以应设置专用调压装置。

①一般按最大流量的 1.2倍及经水力计算所得出的压力要求来选型。②燃气调压装置应选用直接式调压器,因为锅炉启动时需要的燃气流量在瞬时即可达到额定流量。而间接式调压器虽然出口压力较为稳定,但不能满足锅炉瞬时启动的大流量要求。

3.3.2 计量设备的选型

锅炉燃烧器运行压力一般比较高,流量计主要选用罗茨表和涡轮流量计。选型前需要准确计算燃烧器的最大与最小用气量,了解设备运行状况及规律。一般应考虑以下几点:①燃烧器是否有大火、小火两种运行方式。比如是否两段式点火,是否大火启动小火保温运行等,都需要事先了解,据此来确定最大、最小用气量。②锅炉的使用方式。如果锅炉是 24 h运行,当存在不能同时满足最大最小流量计量的精度时,考虑到点火时的流量非常小、时间短,其点火时计量精度问题则可忽略不计。③计量表厂家给出的选型要求。罗茨表和涡轮流量计一般都是按工况流量选型,计算时考虑最高压力、最低温度、最小设备流量和最低压力、最高温度、最大设备流量两种极端情况。

3.4 燃气泄漏报警通风系统

为了确保锅炉房尤其是地下锅炉房安全用气,应采用高性能、高灵敏度的可燃气体报警系统。

①报警器探测器 (传感元件)有热线型半导体式、半导体式、接触燃烧式、定电位电解式、薄膜式等形式,应根据识别气体的具体情况选用。②主机应壁挂或盘装在非爆场所的消防减灾中心、值班室等有专人 24 h监视的地方,并安装在易观察的位置。为确保主机正常工作,应避免强电、磁场和热源的影响。③燃气报警器必须与紧急自动切断阀和机械送排风设施联锁,当燃气报警装置报警时,紧急自动切断阀立即自动关闭切断气源,以迅速排除险情,达到安全供气的目的。

3.5 放散管的设置

锅炉房内的燃气管道上应装设放散管,可以在管道检修或在长期停用后再投入运行前,用惰性气体或燃气吹扫其中的残存气体,以确保管道检修或锅炉点火的安全。以能将管道内燃气或空气吹扫干净为原则,应在下列部位设置放散管道:

锅炉房进气管总切断阀的前面 (顺气流方向);燃气干管的末端,管道、设备的最高点;燃烧器前两切断阀之间的管段;系统中其他需要考虑放散的适当地点。

放散管可根据具体布置情况分别引至室外或集中引至室外,放散管出口应安装在适当的位置,使放散出去的气体不致被吸入室内或通风装置内,放散管出口应高出屋脊 2 m以上。

放散管管径根据吹扫管段的容积和吹扫时间确定,一般按吹扫时间为 15～30 min,排气量为吹扫段容积的 10～20倍作为放散管管径的计算依据。

4 设计的其他注意事项

锅炉房燃气管道入口处应装设总控制阀与紧急自动切断阀,当锅炉房万一出现事故时,能迅速切断气源,避免事故扩大;或当锅炉房内燃气管道需要检修时,用以切断气源。每个燃烧器前的供气支管上,应装置手动切断阀,用以切断气源和调节流量。如果燃烧器配有机械鼓风设备,应在燃烧器前设置止回阀,以防止回火或空气倒流。在燃烧器前应设置金属软管或波纹管,金属软管与止回阀之间的管段上应设置压力表。锅炉房内的燃气管道须使用无缝钢管,管道与附件严禁使用铸铁件。若锅炉房是单独建筑,则应把锅炉房作为丁类生产厂房,锅炉房与其他建筑物的防火间距应满足规范要求。在目前的建筑设计中,设在地下室的锅炉房有的没有设置泄压口,有时用户在实际使用时将原建筑设计用途更改为锅炉房,也没有设置泄压口,这个问题在设计工作中应特别注意,协调用户增设泄压口。