寶雞中燃城市燃氣發(fā)展有限公司 王 佳 屈菊紅

淺談天然氣鍋爐供氣系統(tǒng)的設計要點

寶雞中燃城市燃氣發(fā)展有限公司 王 佳 屈菊紅

文章結(jié)合技術(shù)標準和規(guī)范，從供氣管道、調(diào)壓計量和安全防護等幾個方面提出了天然氣鍋爐供氣系統(tǒng)的設計中需要注意的要點。

天然氣鍋爐 供氣系統(tǒng) 設計

0 前言

近年來，大氣環(huán)境質(zhì)量是民眾關(guān)心的問題形勢很嚴峻，而冬季供熱過程中燃煤鍋爐產(chǎn)生的可吸入顆粒物、SO2以及NOx污染是冬季大氣污染—霧霾的罪魁禍首之一。

在大氣污染物中，燃煤鍋爐污染物排放強度較大，據(jù)統(tǒng)計，我國燃煤鍋爐煙氣污染物排放量占到城市大氣污染物總量的 45%～65%。為此，我國政府高度重視燃煤鍋爐的煙氣污染物治理工作，連續(xù)頒布多項法律、法規(guī)，采取了一系列重大舉措，加強了燃煤鍋爐煙氣污染物治理工作。各級地方政府也根據(jù)實際情況，出臺了淘汰燃煤鍋爐的強制性文件及規(guī)定，對于燃煤鍋爐煙氣污染物治理工作做出了明確要求，燃煤鍋爐煙氣污染物治理工作已迫在眉睫。

1 天然氣鍋爐的應用

從2013年開始，寶雞市政府及環(huán)保部門從促進經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，控制大氣環(huán)境污染，改善居民生活環(huán)境出發(fā)，整治城市燃煤供熱鍋爐產(chǎn)生的污染，淘汰市區(qū)燃煤供熱鍋爐房,改用天然氣鍋爐。

天然氣采暖鍋爐屬于節(jié)能環(huán)保鍋爐，并且是國家大力支持的環(huán)保產(chǎn)品。與燃煤鍋爐相比較，具有節(jié)能、環(huán)保、省時、省力、無污染等優(yōu)點不勝枚舉。天然氣鍋爐的推動是生態(tài)環(huán)境要求的必然結(jié)果，相信在不久后冬季采暖采用燃氣鍋爐是大勢所趨。

2015年寶雞市政府出臺燃煤鍋爐拆改政策，即拆除燃煤鍋爐除享受省級政府補助外，市級財政部門也進行一定的補助，從而調(diào)動了其他企業(yè)或個人拆除燃煤鍋爐的積極性。寶雞市狠抓燃煤鍋爐、燃煤污染“雙清零”工作，開展了燃煤鍋爐拆改“百日會戰(zhàn)”，分類制訂鍋爐拆除方案，強力實施拆除行動。對天然氣、集中供熱管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的生活鍋爐，一律無條件拆除；對能改造使用天然氣的，限期完成改造；依法拆除排放超標、污染環(huán)境的分散燃煤鍋爐。

燃氣公司作為此項任務的實施者，對于市政府提出的重點項目積極跟進，督促實施，特事特辦，讓人們早日享受到燃氣鍋爐帶來的福利。

2 天然氣鍋爐供熱原理

天然氣鍋爐供熱原理為：冷水由進水閥進入鍋爐，經(jīng)過內(nèi)部燃燒室燃氣燃燒加熱后產(chǎn)生熱水，熱水通過循環(huán)水泵送入采暖散熱器，通過輻射和對流換熱來供暖?；厮匦逻M入鍋爐里面進行加熱，然后重新流入散熱器，如此循環(huán)往復的進行。用戶可以根據(jù)供熱范圍的大小，選擇合適的循環(huán)水泵，比較經(jīng)濟方便。鍋爐內(nèi)水質(zhì)的溫度和室內(nèi)溫度經(jīng)過溫度傳感器處理后，把溫度信號傳送給控制器，通過相應的電路信號來調(diào)節(jié)相應管道閥門的大小，進而通過控制水量來控制水溫，達到供暖的目的。

鍋爐房排放的大氣污染物，應符合現(xiàn)行國家標準《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB 13271—2014)、《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297—1996)和所在地有關(guān)大氣污染物排放標準的規(guī)定。

3 天然氣鍋爐供氣系統(tǒng)設計注意的事項

3.1 天然氣鍋爐房的要求

《鍋爐房設計規(guī)范》(GB 50041—2008)中，對于鍋爐房的定義：鍋爐以及保證鍋爐正常運行的輔助設備和設施的綜合體。

鍋爐房燃料的選用，應做到合理利用能源和節(jié)約能源，并與安全生產(chǎn)、經(jīng)濟效益和環(huán)境保護相協(xié)調(diào)，選用的燃料應有其產(chǎn)地、元素成分分析等資料和相應的燃料供應協(xié)議。鍋爐房設計必須采取減輕廢氣、廢水、固體廢渣和噪聲對環(huán)境影響的有效措施，排出的有害物和噪聲應符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準、規(guī)范的規(guī)定。燃氣鍋爐房的位置選擇，應根據(jù)下列因素分析后確定：應靠近熱負荷比較集中的地區(qū)，并應使引出熱力管道和室外管網(wǎng)的布置在技術(shù)、經(jīng)濟上合理；應有利于自然通風和采光；應位于地質(zhì)條件較好的地區(qū)；區(qū)域鍋爐房尚應符合城市總體規(guī)劃、區(qū)域供熱規(guī)劃的要求；鍋爐房宜為獨立的建筑物。當鍋爐房和其他建筑物相連或設置在其內(nèi)部時，嚴禁設置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。鍋爐房通向室外的門應向室外開啟，鍋爐房內(nèi)的工作間或生活間直通鍋爐間的門應向鍋爐間內(nèi)開啟。燃氣鍋爐房鍋爐間與相鄰的輔助間之間的隔墻，應為防火墻。鍋爐房的消防設計，應符合現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)和《鍋爐房設計規(guī)范》(GB 50041—2008)的有關(guān)規(guī)定?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)的設計和消防控制設備及其功能，應符合現(xiàn)行國家標準《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB 50116—2013)的有關(guān)規(guī)定。

鍋爐房的火災危險性分類和耐火等級應符合下列要求：鍋爐間應屬于丁類生產(chǎn)廠房，單臺蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量大于 4 t/h或單臺熱水鍋爐額定熱功率大于2.8 MW時。鍋爐間建筑不應低于二級耐火等級；單臺蒸汽鍋爐額定蒸發(fā)量小于等于4 t/h或單臺熱水鍋爐額定熱功率小于等于2.8 MW時，鍋爐間建筑不應低于三級耐火等級。設在其他建筑物內(nèi)的鍋爐房。鍋爐間的耐火等級，均不應低于二級耐火等級。

鍋爐房的外墻、樓地面或屋面，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。鍋爐間外墻的開窗面積，除應滿足泄壓要求外，還應滿足通風和采光的要求。

3.2 鍋爐房燃氣供氣系統(tǒng)

鍋爐房燃氣供氣系統(tǒng)主要包括鍋爐房內(nèi)的配管系統(tǒng)、供氣管道、調(diào)壓系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、放散管道和安全防護系統(tǒng)等，為確保其良好的運行和使用效果，必須高度重視燃氣安全設計和安裝。進行鍋爐房燃氣供氣系統(tǒng)的設計時，要充分考慮鍋爐房內(nèi)布置和周圍的實際情況，以很好地促進燃氣鍋爐的供暖任務平穩(wěn)順利進行。

鍋爐房燃氣管道設計，應符合現(xiàn)行國家標準《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》(GB 50028—2006)、《鍋爐房設計規(guī)范》(GB 50041—2008)、《建筑設計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)和《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》(GB 50316—2000)(2008版)的有關(guān)規(guī)定。

3.2.1 鍋爐房內(nèi)配管系統(tǒng)

鍋爐房內(nèi)的燃氣配管系統(tǒng)，應根據(jù)現(xiàn)場的鍋爐的的擺放位置、進氣進水、燃燒器、排煙、風機和出水回水等實際情況進行設計，這樣對鍋爐安全可靠運行有促進作用。設計的管道既要方便用氣，便于日后鍋爐檢修及保養(yǎng)，又要保證正確地對管道和附件進行設計，也要保證設計的簡潔美觀。連接附件時，要確保連接的安全、緊密，保障其有承受使用過程中最大壓力的能力。在閥門的選擇上，應該選質(zhì)量可靠的閥門，嚴格選擇壓力表及流量調(diào)節(jié)閥質(zhì)量。此外，還要嚴格控制管道的長度，對配氣管道的氣流方向、操作方法予以明確標識，確保使用時可以實現(xiàn)迅速啟閉、靈活操作，防止誤操作現(xiàn)象發(fā)生，進而避免不必要的損失和不安全事故發(fā)生。

鍋爐房內(nèi)燃氣管道不應穿越易燃或易爆品倉庫、值班室、配變電室、電纜溝(井)、通風溝、風道、煙道和具有腐蝕性質(zhì)的場所；當必需穿越防火墻時，其穿孔間隙應采用非燃燒物填實。室內(nèi)配氣管道敷設方式為架空，燃氣管道應采用輸送流體的無縫鋼管，并應符合現(xiàn)行國家標準《輸送流體用無縫鋼管》(GB/T 8163—2008)的有關(guān)規(guī)定；燃氣管道的連接，除與設備、閥門附件等處可用法蘭連接外，其余宜采用氬弧焊打底的焊接連接。

3.2.2 供氣管道

在進行天然氣供氣管道的設計過程中，必須要嚴格遵守《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》(GB 50028—2006)《鍋爐房設計規(guī)范》(GB 50041—2008)等相關(guān)標準及規(guī)定，既滿足用戶用氣壓力和用氣量的情況，同時也要保證燃氣鍋爐運行的穩(wěn)定性和安全性，并滿足用戶最大的用氣量及用氣壓力，有條件的話可將燃氣管道設計為專線。

供氣系統(tǒng)的管道可根據(jù)實際情況采用架空或直埋的方式敷設，埋地管道推薦采用材質(zhì)為PE100的埋地聚乙烯(PE)管，生產(chǎn)標準為《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統(tǒng) 第 1部分：管材》(GB 15558.1—2015)，聚乙烯管件生產(chǎn)標準為《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統(tǒng) 第 2部分：管件》(GB 15558.2—2005)，聚乙烯閥門井生產(chǎn)標準為《燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道系統(tǒng) 第 3部分:閥門》(GB 15558.3—2008)，聚乙烯(PE)管的連接方式為熱熔或電熔連接。架空管道推薦采用材質(zhì)為Q235B的無縫鋼管，生產(chǎn)標準為《輸送流體用無縫鋼管》(GB/T 8163—2008)；無縫鋼管管件選用標準為《鋼制對焊無縫管件》(GB/T 12459—2005)無縫鋼管的連接方式采用焊接連接。

埋地燃氣管道與其他管道的安全間距必須滿足《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》(GB 50028—2006)、《聚乙烯燃氣管道工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ 63—2008)的要求。室外架空管道距不應敷設燃氣管道的房間門、窗洞口的凈距：中壓管道不得小于0.5 m，低壓管道不得小于0.3 m。

3.2.3 調(diào)壓系統(tǒng)

通常情況下，城市中的燃氣管網(wǎng)壓力為中壓，不能直接將氣源供給鍋爐使用，否則造成壓力波動過大或者壓力偏高的現(xiàn)象。過高的壓力在鍋爐燃燒過程中，就不能穩(wěn)定燃燒，這樣不僅會浪費燃料，還會引起回火、噪音等危害，甚至出現(xiàn)鍋爐爆炸的危險事故。因此，在供氣過程中，必須要設置調(diào)壓裝置調(diào)節(jié)管道內(nèi)的壓力后才能供給鍋爐安全使用。鍋爐房燃氣宜從城市中壓供氣主管上鋪設專用管道供給，并應經(jīng)調(diào)壓、計量后使用。

調(diào)壓裝置分為調(diào)壓箱和調(diào)壓柜，調(diào)壓裝置宜設置在地上獨立專用的建、構(gòu)筑物內(nèi)，也可設置在有圍護的露天場地內(nèi)(調(diào)壓柜)，并應滿足《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》(GB 50028—2006)中所規(guī)定的與其他建、購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(nèi)專門的燃氣調(diào)壓間內(nèi)，燃氣調(diào)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(diào)壓間應采用輕型結(jié)構(gòu)屋頂和向外開啟門窗，地面采用不發(fā)生火花的材料，應采取自然通風措施，通風換氣次數(shù)不應小于2次/h，并應有泄壓措施。

在設計調(diào)壓系統(tǒng)時，應該根據(jù)鍋爐的實際運行功率以及調(diào)壓器的最大供氣量進行選擇，適當?shù)剡x擇一級或者二級、單路或者多路的調(diào)壓系統(tǒng)，還要保證調(diào)壓器的流量都應該控制在合理的范圍之內(nèi)，這樣不僅可以穩(wěn)定地供氣，同時，氣體經(jīng)過調(diào)壓后，還可以有效避免外界因素的干擾，從而保證燃氣鍋爐的正常供氣。鍋爐燃氣閥組切斷閥前的燃氣供氣壓力應根據(jù)燃燒器要求確定，并宜設定在5～20 kPa之間，燃氣閥組供氣質(zhì)量流量應能使鍋爐在額定負荷運行時，燃燒器穩(wěn)定燃燒。

3.2.4 計量系統(tǒng)

計量系統(tǒng)主要部件為流量計，是供氣單位和使用單位進行氣量結(jié)算的根據(jù)，它是精確測量氣體流量的儀表，基于容積式測量原理，用于精確計量流經(jīng)封閉管道的氣體總量。根據(jù)實際用氣量、壓力和溫度計算后選擇合適的流量計，使測量值在最大流量的20%～85%量程范圍內(nèi)。

計量設備的安裝位置應便于讀數(shù)、維護、檢修；避免磕碰和震動；并應考慮環(huán)境溫度、油煙和粉塵對流量計使用壽命的影響。計量裝置的工作環(huán)境溫度宜高于0℃，但不得高于40℃。特殊情況時應根據(jù)氣候條件、工作環(huán)境選擇計量裝置的類型、材質(zhì)。計量設備應安裝在非燃燒結(jié)構(gòu)內(nèi)并通風良好的地方，根據(jù)氣質(zhì)(干、濕燃氣)情況可安裝在室內(nèi)，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(nèi)。計量裝置嚴禁安裝在臥室、更衣室和衛(wèi)生間(廁所、浴室)和通風不良的房間。在選擇計量系統(tǒng)的型號時，不僅要考慮設備的實際使用情況以及后期的維修費用，還要結(jié)合燃氣的工作溫度、壓力及流量等條件合理選擇型號。當前階段，較為常用的計量系統(tǒng)的型號是氣體智能羅茨流量計、氣體智能渦輪流量計等，不同型號特點不同。

此外，為了確保選擇的計量裝置精度高，在選擇型號過程中，還應該充分考慮溫度以及介質(zhì)壓力等特性，從而觀察是否需要修正補償。計量裝置是一種高精度儀器，在使用過程中，應該嚴格按照相關(guān)規(guī)格要求使用；在后期進行維修保養(yǎng)時，盡量安排專業(yè)技術(shù)較高、熟悉該類型流量計工作的維修人員維修，防止出現(xiàn)由于人為原因而給設備帶來傷害，給使用者帶來不必要的損失。

3.2.5 放散管道

燃氣鍋爐在停止運行進行檢修時，為檢修工作安全，需要把管道內(nèi)的燃氣完全放空；燃氣系統(tǒng)在較長時間停止工作后投入運行前，為防止燃氣空氣混合物進入爐膛引起爆炸，也需進行放散，將可燃混合氣體排入大氣。因此，在鍋爐房供氣系統(tǒng)設計中，應設置放散管道。放散管可根據(jù)具體布置情況引至室外或匯合引至室外。

放散管出口應安裝在空曠的位置，使放散出去的氣體不致被吸入室內(nèi)或通風裝置內(nèi)，放散管管口應高于屋脊2.0 m以上。吹掃及放散管道的設計，對于確保管道的穩(wěn)定全運行有著非常重要的意義，為促進整個城市的穩(wěn)定、安全有重要貢獻。燃氣管道上應裝設放散管、取樣口和吹掃口，其位置應能滿足將管道與附件內(nèi)的燃氣或空氣吹凈的要求。放散管可匯合成總管引至室外，其排出口應高出鍋爐房屋脊2 m以上，并使放出的氣體不致竄入鄰近的建筑物和被通風裝置吸入。燃氣放散管管徑，應根據(jù)吹掃段容積和吹掃時間確定。吹掃量可按吹掃段容積的10～20倍計算，吹掃時間可采用15～20 min。吹掃氣體可采用氮氣或其他惰性氣體。

3.2.6 安全防護系統(tǒng)

在鍋爐正常運行過程中，安全防護是一個不可缺少的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)不僅可以保護人身安全不受危害，同時，還可以確保鍋爐房的安全正常運行。同時，根據(jù)相關(guān)的鍋爐使用規(guī)范，在鍋爐的正常使用過程中，必須安裝安全裝置，當出現(xiàn)安全事故時，可以通過自動報警裝置、噴淋裝置以及自動熄火裝置，來減少事故造成的損失。

設在其他建筑物內(nèi)的燃氣鍋爐房的鍋爐間，應設置獨立的送排風系統(tǒng)，其通風裝置應防爆，新風量必須符合下列要求：

(1)鍋爐房設置在首層時，對采用燃氣作燃料的，其正常換氣次數(shù)每小時不應少于6次，事故換氣次數(shù)每小時不應少于12次。

(2)鍋爐房設置在半地下或半地下室時，其正常換氣次數(shù)每小時不應少于6次。事故換氣次數(shù)每小時不應少于12次。

(3)鍋爐房設置在地下或地下室時，其換氣次數(shù)每小時不應少于12次。

(4)送入鍋爐房的新風總量，必須大于鍋爐房3次的換氣量。

(5)送入控制室的新風量，應按最大班操作人員計算。

進出鍋爐房的燃氣管道的進出口處，室外的架空管、調(diào)壓裝置、計量裝置和放散管等處均設防雷、防靜電接地設施。防雷接地的設計應符合現(xiàn)行國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》(GB 50057—2010)的要求，防靜電接地設施的設計應符合國家現(xiàn)行標準《化工企業(yè)靜電接地設計規(guī)程》(HGJ 28—1990)的規(guī)定。

燃氣泄漏報警器是非常重要的燃氣安全檢測設備，通過氣體傳感器探測周圍環(huán)境中的低濃度可燃氣體，當可燃氣體濃度超過控制器或控制電路中設定的值時，控制器通過執(zhí)行器發(fā)出報警信號，執(zhí)行關(guān)閉燃氣閥門等動作。安裝燃氣泄漏報警系統(tǒng)目的是在燃氣泄漏時自動檢測、報警并關(guān)閉室內(nèi)總閥門，減少不必要的事故發(fā)生。

根據(jù)《鍋爐房設計規(guī)范》(GB 50041—2008)相關(guān)規(guī)定，鍋爐房內(nèi)必須安裝燃氣泄漏報警裝置和緊急自動切斷閥。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣報警控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 146—2011)的要求，燃氣報警控制系統(tǒng)必須由具有燃氣工程設計資質(zhì)的單位進行設計。燃氣報警控制系統(tǒng)實施前應委托具有燃氣工程設計資質(zhì)的單位進行燃氣報警控制系統(tǒng)設計后方可進行燃氣施工。燃氣報警控制系統(tǒng)的設計、安裝、驗收、使用和維護應遵照《城鎮(zhèn)燃氣報警控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 146—2011)及國家其他相關(guān)規(guī)范的要求執(zhí)行。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展以及城市化進程不斷加快，極大地促進了燃氣鍋爐的發(fā)展。燃氣供氣系統(tǒng)在保證鍋爐安全性能上起到重要的作用，合理地設計燃氣鍋爐房燃氣供氣系統(tǒng)，直接影響到鍋爐的可靠、穩(wěn)定地運行。合理的設計燃氣供氣系統(tǒng)對于提高經(jīng)濟效益和社會效益的提高有著重要的作用。

Discussion on Design Points of Gas Supply System for Natural Gas Boiler

Baoji China City Gas Development Co., Ltd. Wang Jia Qu Juhong

In association with related regulations, technical standards and criteria, the author puts forward some important points in the design of gas supply system of natural gas boiler from the aspects of gas supply pipeline,pressure regulation, metering and safety protection.

Natural gas boiler, Gas supply system, Design