锅炉用户燃气供应系统设计应注意的事项

宝鸡中燃城市燃气发展有限公司 冯粉莉

锅炉用户燃气供应系统设计应注意的事项

宝鸡中燃城市燃气发展有限公司 冯粉莉

阐述了锅炉用户燃气供应系统设计时应注意的一些重要问题，现场勘查时锅炉房位置和设备布置的相关要求，燃气供应系统设计时设备选型、管径计算、设计方案应注意的相关问题等，为锅炉用户燃气供应系统的设计提供了一定的参考。

燃气配管系统 锅炉 吹扫放散系统 安全设施 泄压设施

随着我国城市现代化的发展，城市大气污染日趋严重。根据相关数据构成雾霾的三大成分——二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物，均是燃煤锅炉排放废气的成分，随着国家节能减排政策的出台及天然气等清洁型能源的到来使得燃煤锅炉的改造势必在行，新建燃气锅炉和燃煤锅炉改造工程已成为很多城市燃气经营公司的重点工作。燃气供气系统是燃气锅炉房的重要组成部分，在设计时必须给予足够的重视。燃气供气系统的设计是否合理，不仅对保证安全可靠的运行关系极大，而且对供气系统的投资和运行的经济性也有很大影响。

1 现场勘查时需要注意的事项

在进行燃气系统设计前，需要进行现场勘查及收集资料。现场勘查时，需判断原有或新建的锅炉房是否满足相关规范要求，是否有必要提供技改要求更换锅炉房位置。燃气锅炉房主要设计依据有《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)中10 5.6及10.6中相关条款；《建筑设计防火规范》(GB 50016—2006)中5.4.1~5.4.2中相关条款；《锅炉房设计规范》(GB 50041—2008)中4.1.1~4.3.1中相关条款。需要注意的是在实际设计工作中，需同时满足上述规范中所有规范要求。在三本规范中严格程度不统一时，采用从严原则。另外要注意判断人员密集场所及疏散口，其定义参考《建筑设计防火规范》(GB 50016—2006)中相关条款的要求。当不能满足相关要求时，需与业主方商议采取设置隔层等措施，且建议征求当地建筑设计院的的审核意见，并需符合当地消防部门的要求。

1.1 锅炉房现场勘查需要注意的事项

1.1.1 锅炉房位置设置几点要求

(1)锅炉一般应装在单独建造的锅炉房内，若锅炉房和其他建筑物相连或设置在其内部时，应符合《蒸汽锅炉安全技术监察规程》(劳部发(1996)276号）、《热水锅炉安全技术监察规程》(劳锅字(1997) 74号)、《建筑设计防火规范》(GB 50016—2006)和《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045—1995)的有关规定。

(2)锅炉房不应直接设在靠近人群聚集场所(如公共浴室、教室、餐厅、影剧院的观众厅、候车室等)，或在其上面、下面、贴邻或主要疏散口的两旁。

(3)锅炉房不宜设在高层或多层建筑的地下室、楼间中层或顶层，但由于条件限制需要设置时，应事先征得市、地级以上安全监察机构同意，还应符合《蒸气锅炉安全技术监察规程》、《热水锅炉安全技术监察规程》、《建筑设计防火规范》和《高层建筑设计防火规范》的有关规定。

(4)锅炉房不得与甲、乙类及使用可燃液体的丙类火灾危险性房间相连。若与其他生产厂房相连时，应用防火墙隔开。

(5)与锅炉房配套的燃气调压站应布置在离交通要道、民用建筑、可燃或高温车问较远的地段，同时又要考虑与锅炉房联系方便。

1.1.2 锅炉房内设备布置相关间距要求

1.1.2.1 炉前净距

蒸汽锅炉l~4 t/h、热水锅炉0.7~2.8 MW，不宜小于3.0 m；

蒸汽锅炉6~20 t/h、热水锅炉4.2~14 MW，不宜小于4.0 m；

蒸汽锅炉35~65 t/h、热水锅炉29~58 MW，不宜小于5.0 m。

当需要在炉前更换锅管时，炉前净距应能满足操作要求。

对6~65 t/h的蒸汽锅炉、4.2~58MW的热水锅炉，当炉前设置仪表控制室时，锅炉前端到仪表控制室可为3 m。

1.1.1.2 )锅炉侧面和后面的通道净距

蒸汽锅炉l~4 t/h、热水锅炉0.7~2.8 MW，不宜小于0.8 m；

蒸汽锅炉6~20 t/h、热水锅炉4.2~14 MW，不宜小于1.5m；

蒸汽锅炉35~65 t/h、热水锅炉29~58 MW，不宜小于1.8m。

2 燃气供应系统设计应注意的事项

锅炉房供气管道系统，一般是由供气管道进口装置、锅炉房内配管系统以及吹扫放散管道等组成。

2.1 供气管道进口装置设计要求

(1)锅炉房燃气管道宜采用单母管；常年不间断供热时，宜采用双母管。采用双母管时，每一母管的流量宜按锅炉房最大计算耗气量的75%计算。

(2)当调压装置进气压力在0.3 MPa以上，而调压比又较大时，可能产生很大的噪声。为避免噪声沿管道传送到锅炉房，调压装置后宜有10~15 m的一段管道采用埋地敷设。如图1所示。

图1 调压站至锅炉房间的燃气管道敷设

(3)由锅炉房外部引人的燃气总管。在进口处应装设总关闭阀，并装设在安全和便于操作的地点。当燃气质量不能保证时，应在调压装置前或在燃气母管的总关闭阀前设置除尘器、油水分离器和排水管。

(4)燃气管道上应装设放散管、取样口和吹扫口。

(5)引入管与锅炉间供气干管的连接，可采用端部连接(图2)或中间连接(图3)。当锅炉房内锅炉台数为4台以上时，为使各锅炉供气压力相近，最好采用在干管中间接入的方式。

图2 锅炉房引入管与供气干管端部连接

图3 锅炉房引入管与供气干管中间连接

2.2 锅炉房内燃气配管系统设计要求

根据《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)等相关规范要求，锅炉房燃气管路的设计主要要注意以下几个方面：

(1)为保证锅炉安全可靠的运行，要求供气管路和管路上安装的附件连接要严密可靠，能承受最高使用压力，在设计配管系统时应考虑便于管路的检修和维护。

(2)管道及附件不得装设在高温或有危险的地方。

(3)配管系统使用的阀门应选用明杆阀或阀杆带有刻度的阀门，以便使操作人员能识别阀门的开关状态。

(4)当锅炉房安装的锅炉台数较多时，供气干管可按需要用阀门隔成数段，每段供应2~3台锅炉。

(5)在通向每台锅炉的支管上，应装有关闭阀和快速切断阀(可根据情况采用电磁阀或手动阀)、流量调节阀和压力表。

(6)在支管至燃烧器前的配管上应装关闭阀，阀后串联2只切断阀(手动阀或电磁阀)，并应在两阀之间设置放散管(放散管可采用手动阀或电磁阀)。靠近燃烧器的1只安全切断电磁阀的安装位置，至燃烧器的间距尽量缩短，以减少管段内燃气渗入炉膛的数量。当切断采用电磁阀时，不宜设置旁通管，以免操作失误造成事故。

2.3 吹扫放散管道系统设计要求

在锅炉房供气系统设计中，必须设置吹扫和放散管道。这是因为燃气管道在停止运行进行修理时，为了检查工作安全，需要把管道内的燃气吹扫干净。天然气管道在较长时间停止工作后投入运行时，为防止燃气一一空气混合物进入炉膛引起爆炸，先要进行吹扫，将可燃混合气体排入大气。

2.3.1 设计吹扫放散系统应注意下列要求

吹扫方案应根据用户的实际情况确定，可以考虑设置专用的惰性气体吹扫管道，用氮气、二氧化碳或蒸汽进行吹扫；也可不设专用吹扫管道而在燃气管道上设置吹扫点，在系统投入运行前用燃气进行吹扫，停运检修时用压缩空气进行吹扫。吹扫点(或吹扫管接点)应设置在下列部位：

(1)锅炉房进气管总关闭阀后面(顺气流方向)。

(2)在燃气管道系统以阀门隔开的管段上需要考虑分段吹扫的适当地点。

2.3.2 燃气系统在下列部位应设置放散管

(1)锅炉房进气管总切断阀的前面(顺气流方向)。

(2)燃气干管的末端，管道、设备的最高点。

(3)燃烧器前两切断阀之间的管段。

(4)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。

放散管的管径根据吹扫管段的容积和吹扫时间确定。其吹扫量可按吹扫管段容积的10~20倍计算，吹扫时间可采用15~20 min。

表1列举了锅炉房内燃气管道系统的放散管管径参考数据。

表1 锅炉房内燃气管道系统的放散管管径

3 设计方案制定过程中所需注意的几个地方

3.1 调压器的选型

在燃气锅炉房供气系统中，从安全角度考虑，一般采用低压燃气供气系统。进入锅炉房的燃气压力常由调压器来完成。调压器按其工作原理分为直接作用式和间接作用式两种。一般直接式调压器的调整时间为0.5 s左右，间接式调压器的调整时间为3 s左右。

所以对于热负荷比较大的锅炉来说，在点火瞬间，燃气流量骤增的情况下，由于调压器压力调整的滞后性，可能出现压力严重降低的情况造成熄火的现象，因此对于锅炉等燃气流量变化较大的设备选用直接式调压器较为合理。

调压器的选择其它要求：

(1)调压器应能满足进口燃气的最高、最低压力的要求。

(2)调压器的压力差，应根据调压器前燃气管道的最低设计压力与调压器后燃气管道的设计压力之差值确定。

(3)调压器的计算流量，应按锅炉额定流量的1.2倍确定。

(4)锅炉不间断供气时，调压计量设施宜选用2+0型。

3.2 计量表的选型

计量装置作为燃气用户与燃气经营者的结算工具，为了保证设置准确，在选型时应根据燃气的工作压力、温度、流量范围和允许的压力降选择。锅炉常用计量装置有涡轮流量计和罗茨流量计两种，涡轮流量计的量程比一般为1∶20，罗茨流量计的量程比一般为1∶50~1∶100左右，甚至更大。两者均能满足锅炉燃气计量要求，但同口径的流量计涡轮流量计比罗茨流量计的过气量大。一般情况下单台锅炉燃气计量装置选用涡轮流量计，多台锅炉燃气统一计量时选用罗茨流量计，流量计选型时要做充分的技术经济比较后确定。

3.3 锅炉房配管管径的选择

3.3.1 管道流速的选择

锅炉房燃气管道水力计算的任务是根据流量和允许压力损失来确定管径。燃气管道的设计不仅要考虑锅炉对燃气流量和压力的要求，还要考虑经济因素，流速大管径小，流速小管径大，这就要求我们在设计时要选择合理的流速。根据以往的设计经验，锅炉房内燃气管道的流速设在10 m/s比较合适。

3.3.2 锅炉前管径的计算

前面讲过，对于热负荷比较大的锅炉来说，在点火瞬间，燃气流量骤增的情况下，由于调压器压力调整的滞后性，可能出现压力严重降低的情况。

为了避免负荷骤增的熄火情况发生，在调压器后需设置一段汇气母管，进行管道储气；储气量的计算以调压器的调整时间、负荷的突然增大量、燃烧器允许的最低压力降等参数综合考虑。当然储气容积越大越好，还可以防止负荷突降时，超压自动切断阀的意外切断。

例如，设计4台3 t的锅炉，单台锅炉天然气耗量为240 m3/h，调压器出口后设置l根50 m总管至锅炉入口前，再分别为其供气，锅炉用气压力为10 kPa。计算步骤如下：

(1)点火所需工况流量计算：启动时间(一般按10~15 s取值)×每秒流量(此流量为静压力下工况流量)=点火需要的标况流量；15×(240×4÷3 600)=4 m3。此例静压力为10 kPa，接近标况，故按标况考虑。

(2)每m管道体积计算：点火所需工况流量÷调压箱至锅炉管道长度=每m管道体积。

即：4÷(0.1÷(0.01+0.1))÷50=0.088 m3。

(3)计算管径：利用圆柱体积公式计算得到D=335 mm，选取DN350可行。

3.4 燃气锅炉房必须设置下列安全设施

(1)燃气浓度报警器。

(2)燃气引入管上设置手动快速切断阀和紧急自动切断阀。

(3)应设置自然或机械通风设施和事故排风设施。

(4)燃气浓度报警器应与紧急自动切断阀和事故排风设备连锁。

3.5 应设置必要的泄压设施

锅炉房的泄压设施宜采用轻质屋盖作为泄压面积，易于泄压的门、窗、轻质墙体也可作为泄压面积。作为泄压面积的轻质屋盖和轻质墙体的每m2重量不宜超过120 kg。泄压面积与厂房体积的比值(m2/m3)宜采用0.05~0.22。爆炸介质威力较强或爆炸压力上升速度较快的，应尽量加大比值。

4 结语

以上仅是我们在平时设计中总结出来的几点经验，在此仅供大家参考。相信随着我们国家对环保的重视和法制规范的不断健全，燃气锅炉将会逐步代替原有的燃煤锅炉成为城市主要的清洁能源，同时燃气行业的应用将会迈上新的台阶。

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