小型燃氣供熱鍋爐房的安全設計

摘 要

摘要：結合工程實例，對小型燃氣供熱鍋爐房的設備平面布置進行了介紹。對鍋爐房的安全設計進行了探討，計算了供暖期燃氣費用。關鍵詞：小型燃氣供熱鍋爐房；安全設計；燃氣費用Safety D
摘要：結合工程實例，對小型燃氣供熱鍋爐房的設備平面布置進行了介紹。對鍋爐房的安全設計進行了探討，計算了供暖期燃氣費用。
關鍵詞：小型燃氣供熱鍋爐房；安全設計；燃氣費用
Safety Design of Small Gas-fired Heat-supply Boiler Room
HAN Yanping
Abstract：The plane layout of equipment in small gas-fired heat-supply boiler room is introduced with an engineering example.The safety design of the boiler room is discussed，and the gas cost in a heat-supply period is calculated.
Key words：small gas-fired heat-supply boiler room；safety design；gas cost
1 工程概況
    隨著天然氣開發和利用的快速發展，許多城市正在逐步采用燃氣鍋爐房取代燃煤鍋爐房供熱[1]。在油田城市大慶，天然氣價格合理，加之小型燃氣鍋爐技術成熟，自動控制先進，使得小型燃氣鍋爐房在供熱工程中應用更加普及。
    與燃煤鍋爐房相比，燃氣鍋爐房的爆炸危險不但來源于鍋爐本體，而是更多地來自于鍋爐的燃料——燃氣。因此，在燃氣鍋爐房的設計中對由于燃氣及燃氣供應系統可能引起的各種安全問題，往往需要給予更多關注[2]。按GB 50016—2006《建筑設計防火規范》表3.1.1規定，燃氣調壓間屬于甲類生產廠房，其建筑耐火等級不應低于二級。與燃煤鍋爐房相比，燃氣鍋爐房的煙道出口為微正壓，自控程度要求較高，燃氣鍋爐燃燒所需的空氣量也大于燃煤鍋爐。
    以大慶某小型燃氣供熱鍋爐房工程為例，供熱系統總供暖熱負荷約1030kW，總供熱面積約1×104m2，供暖室內計算溫度為18℃，供、回水溫度為95、70℃。鍋爐房建筑面積為204m2，高度為6m，選用2×0.7MW燃氣熱水鍋爐。燃氣供熱鍋爐房的主要設備見表1，設備平面布置見圖1。

表1 燃氣供熱鍋爐房的主要設備
設備
性能參數
數量/臺
燃氣鍋爐
額定供、回水溫度：95、70℃，熱功率：0.7MW
2
循環泵
流量：60m3/h，揚程：34.0m，功率：11kW
2(1用1備)
軟化水裝置
流量：4m3/h
1
補水裝置
流量：4m3/h，功率：4.4kW
1
防爆通風機
流量：4000m3/h，功率：0.25kW
3
過濾器
流量：60～80m3/h
1
燃氣報警器
帶連鎖觸點
4
2 安全設計
   ① 通風設計
   燃氣鍋爐房的通風設計通常需要滿足：排除鍋爐房余熱的要求，保證燃料充分燃燒的要求。通過對鍋爐的熱平衡分析可知：鍋爐的散熱損失約28kW。
根據GB 50041—2008《鍋爐房設計規范》規定，鍋爐房冬季室內溫度保持在12℃，排除余熱所需通風量q的計算式為：
 
式中q——排除余熱所需通風量，m3/s
    Φ——鍋爐房余熱量，kW
    ρ——空氣的密度，kg/m3，取1.2kg/m3
    cp——空氣的比定壓熱容，kJ/(kg·K)，取1.01kJ/(kg·K)
    θin——鍋爐房冬季室內溫度，℃，取12℃
    θout——冬季室外通風計算溫度，℃，大慶地區為-25.6℃
   將相關數據代入式(1)，可計算得q=2212m3/h，折合換氣次數為1.8h-1。滿足燃燒所需的空氣量，經計算為3200m3/h，折合換氣次數為2.6h-1。為提高燃氣鍋爐房安全性，按GB 50041—2008的15.3.7條規定，燃氣鍋爐房的正常換氣次數不應小于6h-1，且不包括燃氣燃燒所需空氣量，因此該燃氣鍋爐房總的正常換氣次數為8.6h-1，圓整為9h-1。且通風裝置應為防爆型[3]。
   ② 調壓間設計
   鍋爐燃燒器所需的燃氣壓力一般為5～20kPa，且小時流量較大。為保證鍋爐燃燒器前的燃氣壓力穩定，避免燃燒不穩定，甚至引起回火和脫火，應設置專用調壓裝置[4]。按GB 50041—2008的15.1.1條第3款的規定，對調壓間按以下要求進行設計：調壓間應為靠外墻的單層建筑，與相鄰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，采用輕型結構屋頂和向外開啟的門窗，地面采用不發火花的材料，并留有一定的防爆面積，并設置事故排風裝置、燃氣報警器等。調壓間屬甲類生產廠房，因此調壓間的電氣裝置應采用防爆型。
   ③ 其他安全設計
   按GB 50016—2006要求，鍋爐房宜為獨立的建筑物，但是當條件不具備時，應設置在首層或地下一層靠建筑物外墻部位，不宜設置在住宅建筑內，嚴禁設置在人員密集場所。這是出于泄爆和消防的考慮，一旦發生事故，可以使危害減小到最低程度。這還涉及到環保要求，無論考慮大氣污染還是噪聲污染，都不宜將鍋爐房設置在住宅建筑內。對于建筑面積大于100m2的燃氣鍋爐房，應設計兩個對外安全出口，鍋爐間的泄爆面積不應小于建筑面積的10%。所有放散管均需高出鍋爐房屋脊2m以上，并進行防雷接地處理。
    關于燃氣供應系統，為了防止燃氣鍋爐房出現事故時，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，用以關斷氣源，鍋爐房燃氣引入管處應設置快速切斷閥，按燃氣流向，快速切斷閥前安裝放散管。且快速切斷閥安裝在安全、便于操作的地方。在每臺鍋爐的燃氣干管上安裝關斷閥和快速切斷閥，安裝關斷閥是為了切斷氣源和調節流量，安裝快速切斷閥，是為了防止鍋爐在運行中熄火，來不及迅速切斷氣源而引起鍋爐爆炸。
    燃氣報警器探頭除在鍋爐間內安裝外，在調壓間內也同樣安裝，報警信號與其對應的防爆通風機連鎖，鍋爐房室外也設有防爆通風機的啟停按鈕。
3 供暖期燃氣費用
供暖期的供熱量Q的計算式為：
 
式中Q——供暖期的供熱量，kJ
    t——供暖期時間，d，大慶地區為180d
    Φd——設計供暖熱負荷，kW
    θi——供暖室內計算溫度，℃，取18℃
    θo,a——供暖室外平均溫度，℃，取-10.4℃
    θi,d——供暖室外計算溫度，℃，大慶地區取-26℃
    將已知參數代入式(2)，計算得Q=10339GJ。天然氣低熱值取36MJ/m3，燃氣鍋爐的熱效率按0.9計算，一個供暖期消耗的燃氣量為31.9×104m3。按大慶燃氣工業用氣價格0.4元/m3計算，一個供暖期的燃氣費用為12.76×104元，折合單位供熱面積燃氣費用為12.76元/m2。
4 結語
    燃氣供熱鍋爐房的安全設計是保證供熱質量與安全的關鍵，設計人員責任重大。設計標準規范是設計人員進行專業設計的科學依據，嚴格遵循設計標準是設計質量的根本保證。
參考文獻：
[1] 王建國.地下燃氣鍋爐房的布置型式[J].煤氣與熱力，2006，26(7)：41-43.
[2] 鄭海莼，楊宏斌，陳鳴.燃氣鍋爐房的安全設計[J].煤氣與熱力，2010，30(1)：A01-A03.
[3] 羅漢新.燃油燃氣鍋爐房的通風系統設計[J].制冷空調與電力機械，2003(4)：41-43.
[4] 李建華，趙崗.燃氣鍋爐房的設計探討[J].科技創新導報，2003(31)：84.
 
(本文作者：韓艷平 大慶油田工程有限公司 民用建筑所 黑龍江大慶 163712)