楊連杰

（山西省燃氣規(guī)劃設(shè)計研究院有限責任公司，太原030024）

1 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，環(huán)境污染問題已日益突出，尤其是大氣污染問題已越來越受到公眾的高度關(guān)注。山西省人民政府早在2013 年下發(fā)了《山西省2013—2020 年大氣污染治理措施》，全省范圍內(nèi)開始逐步推行“煤改氣”工程，太原市政府在2018 年出臺了《太原市2018 年散煤治理工作實施方案》，方案中指出城南熱源廠3 臺270 蒸噸燃煤采暖鍋爐清潔能源替代，最終業(yè)主方太原市熱力公司決定采用燃氣鍋爐替代原有燃煤鍋爐。

太原市城西熱源廠緊鄰景區(qū)和居民住宅樓，采用5 臺116MW 燃氣熱水鍋爐進行供熱，調(diào)峰鍋爐，鍋爐供回水溫度為130益/70益。燃氣鍋爐作為主要用氣設(shè)備，額定用氣壓力為0.21～0.25MPa（表壓），以太原市使用天然氣熱值32.76MJ/Nm3計，單臺鍋爐設(shè)計用氣量為12 747Nm3/h，5 臺鍋爐總用氣量為63 736 Nm3/h。本文以城西熱源廠5伊116MW 燃氣鍋爐燃氣供氣系統(tǒng)的設(shè)計為例，對燃氣供氣系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)計內(nèi)容進行探討。

2 設(shè)計規(guī)范

燃氣鍋爐房燃氣供氣系統(tǒng)可依據(jù)或參考設(shè)計規(guī)范主要有GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“文獻[1]”）、GB 50041—2008《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“文獻[2]”）、GB 50016—2014《建筑防火設(shè)計規(guī)范》（2018 版）（以下簡稱“文獻[3]”）等主要規(guī)范。其中，文獻[2]作為鍋爐房設(shè)計的主要規(guī)范依據(jù)，適用于以水為介質(zhì)的蒸汽鍋爐鍋爐房且單臺鍋爐額定蒸發(fā)量為1～75t/h 的鍋爐房設(shè)計，以及單臺鍋爐額定熱功率為0.7～70MW 的熱水鍋爐鍋爐房設(shè)計。文獻[1]和文獻[3]是燃氣鍋爐房和燃氣管道設(shè)計的通用性規(guī)范，對鍋爐房總體布局、平面布置及燃氣管道布置方面提出要求。結(jié)合本工程單臺116MW燃氣熱水鍋爐燃氣供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計，將文獻[2]作為設(shè)計參考。

熱源廠鑒于燃氣鍋爐的用氣性質(zhì)，參照《壓力管道規(guī)范公用管道》（報批稿）及行業(yè)一般做法，以熱源廠廠界為劃分，廠內(nèi)管道屬于壓力管道中工業(yè)管道范疇，廠內(nèi)及鍋爐房內(nèi)燃氣管道及設(shè)施的設(shè)計依照工業(yè)管道相關(guān)要求執(zhí)行。

3 關(guān)鍵設(shè)計內(nèi)容

3.1 燃氣氣源

城西熱源廠作為臨時增加的大型燃氣工業(yè)用戶，小時用氣量較大，單臺燃氣鍋爐設(shè)計用氣量12 747Nm3/h，當廠內(nèi)鍋爐全部運行時，周圍燃氣管網(wǎng)的供氣能力不足以滿足突增大用戶的用氣需求。為滿足該用戶用氣需求，可通過對周圍輸配管網(wǎng)進行升壓或鋪設(shè)工業(yè)用戶專線進行供應(yīng)，但輸配管網(wǎng)升壓這種方式僅能滿足該用戶近期3 臺鍋爐用氣需求，同時勢必會造成沿線用戶調(diào)壓裝置的大規(guī)模改造，因此，從長遠考慮燃氣氣源最終采用從城市門站鋪設(shè)設(shè)計壓力0.8MPa 的次高壓專線供應(yīng)，在熱源廠內(nèi)設(shè)調(diào)壓裝置以供鍋爐房用氣。這種供氣方式既不破壞城市現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)輸配系統(tǒng)，同時，可利用熱源廠內(nèi)調(diào)壓裝置增加一路與現(xiàn)狀周邊燃氣管網(wǎng)壓力級制匹配銜接，優(yōu)化管網(wǎng)水力工況，不會造成管網(wǎng)資源閑置。

3.2 工藝裝置區(qū)

3.2.1 防火距離

文獻[1]中6.6 節(jié)內(nèi)容僅適用于城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)中不同壓力級別管道之間連接的調(diào)壓站、調(diào)壓箱（或柜）和調(diào)壓裝置的設(shè)計。而熱源廠作為燃氣大型工業(yè)用戶，廠內(nèi)燃氣管道屬于工業(yè)管道范疇，且基于廠內(nèi)調(diào)壓裝置流通能力大，調(diào)壓裝置區(qū)或撬裝調(diào)壓設(shè)備的防火距離應(yīng)符合文獻[3]的有關(guān)規(guī)定，調(diào)壓裝置區(qū)或撬裝調(diào)壓設(shè)備宜參照甲類廠房與其他建構(gòu)物控制防火距離，燃氣鍋爐房按丁類廠房定性。

3.2.2 調(diào)壓系統(tǒng)

本工程調(diào)壓裝置區(qū)共采用四路調(diào)壓器調(diào)壓，其中，3 路調(diào)壓器（兩用一備）將0.8MPa 燃氣壓力降至0.21～0.25MPa 后經(jīng)匯管為鍋爐房供氣，另一路調(diào)壓器將0.8MPa 燃氣壓力降至0.1MPa，與周邊現(xiàn)狀運行管網(wǎng)對接。本報告重點提及為鍋爐房供氣的，路調(diào)壓器管道，兩用一備，每路調(diào)壓器前設(shè)安全切斷閥，調(diào)壓后匯管設(shè)安全閥緊急放散，這種系統(tǒng)運行時，主副調(diào)壓器工作，另一臺備用，此系統(tǒng)最大的優(yōu)點是適用流量大且流量變化較大的調(diào)壓系統(tǒng)，此系統(tǒng)可更好地適應(yīng)調(diào)峰鍋爐流量變化的特點。

3.2.3 降噪問題

燃氣調(diào)壓站的噪聲來源和降噪措施如張飛飛在文獻[4]中介紹。結(jié)合本工程緊鄰景區(qū)和居民區(qū)，降噪問題顯得尤為重要。調(diào)壓器作為調(diào)壓站噪聲的主要來源，產(chǎn)生的噪聲非常大。本工程從設(shè)計角度出發(fā)，因調(diào)壓器流通能力大，故選用軸流式調(diào)壓器，除利用軸流式調(diào)壓器自身擴口式結(jié)構(gòu)降噪，在調(diào)壓器后端部增加籠式消聲器來降低噪聲。此外，也通過控制工藝裝置區(qū)管道流速在15m/s 范圍內(nèi)（除調(diào)壓計量設(shè)備外）以及調(diào)節(jié)匯管與支管尺寸來調(diào)整氣體流態(tài)來降低噪聲。

3.3 鍋爐房配管系統(tǒng)

根據(jù)文獻[2]要求，作為調(diào)峰鍋爐，本工程鍋爐房燃氣管道宜采用單母管制，同時，要求在引入鍋爐房的室外燃氣母管上，在安全和便于操作的地點，應(yīng)裝設(shè)與鍋爐房燃氣濃度報警裝置聯(lián)動的總切斷閥。本工程5 臺鍋爐，每臺鍋爐對應(yīng)2 個燃燒器，自調(diào)壓后匯管分別引5 條燃氣干管接自鍋爐房，進鍋爐房后一分為二連接對應(yīng)鍋爐的2 個燃燒器接口，這種設(shè)置方式可以降低鍋爐啟停過程中對其他鍋爐燃氣負荷的影響，做到獨立運行。同時，在每臺鍋爐供氣干管上進鍋爐房前設(shè)置防爆電磁閥和手動球閥，電磁閥選用常閉電磁閥，既可以節(jié)省成本，同時可確保失電狀態(tài)下的燃氣供應(yīng)安全。

3.4 管道放散系統(tǒng)

基于燃氣運營單位職責劃分或置換順序的考慮，在鍋爐房每條供氣干管的室外手動球閥前設(shè)置放散口，進行工藝裝置區(qū)的置換放散；鍋爐房在每臺燃氣鍋爐燃燒器的燃氣進口管上設(shè)置放散口，進行鍋爐房內(nèi)的燃氣置換放散。上述所有放散口均通過固定安裝的放散管匯總成一根放散總管引至室外，放散管口應(yīng)高出鍋爐房屋脊2m 以上，并確保排出的氣體不致竄入鄰近的建筑物和被吸入通風(fēng)裝置內(nèi)，且應(yīng)采取防止雨雪進入的措施。在燃氣鍋爐停供期，在鍋爐房每條供氣干管的室外手動球閥前法蘭處安裝盲板，確保不會因閥門內(nèi)漏而造成燃氣事故。

3.5 燃氣泄漏報警系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)連鎖

燃氣鍋爐房作為易燃、易爆場所，國內(nèi)已有大量研究，如文獻[5]、文獻[6]中研究內(nèi)容。在燃氣管道系統(tǒng)法蘭及閥門連接處等釋放源0.5～2.0m 高度以及鍋爐房最高點屋頂處設(shè)防爆型可燃氣體濃度檢測報警裝置，可燃氣體濃度檢測報警裝置與設(shè)于鍋爐房外供氣干管上的防爆電磁閥及鍋爐房內(nèi)的防爆軸流風(fēng)機連鎖。分兩級報警：一級報警為天然氣的泄漏濃度達到爆炸下限的25% 時；二級報警為天然氣的泄漏濃度達到爆炸下限的50%時。二級報警時，連鎖關(guān)閉燃氣干管上的防爆電磁閥，并開啟防爆軸流風(fēng)機進行事故通風(fēng)。在實際工程中，由于無法預(yù)判是鍋爐房內(nèi)具體哪臺鍋爐燃氣管道發(fā)生泄漏，燃氣泄漏二級報警時，需將處于連通狀態(tài)的整座鍋爐房內(nèi)所有鍋爐的供氣干管上的防爆電磁閥全部連鎖，一旦燃氣泄漏，燃氣供氣干管全部切斷，以確保供氣安全。