壁掛爐在輸氣管道工程中的應用

張巧玲 古劍飛 王海波 周 丁 李 明

1.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041；2.中國核動力研究設計院, 四川 成都 610200

壁掛爐在輸氣管道工程中的應用

張巧玲1古劍飛1王海波1周 丁1李 明2

1.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041；2.中國核動力研究設計院, 四川 成都 610200

輸氣管道工程供熱系統中采用常規燃氣鍋爐作為熱源,需建設室外熱力管網及敷設管溝等。為避免建設室外熱力管網及敷設管溝,供熱系統采用單元獨立式壁掛式燃氣熱水爐(簡稱壁掛爐)來滿足供暖及生活熱水需要,不僅減少了施工安裝工程量,同時降低了供熱系統維護運行等費用。通過實例詳細闡述了單元獨立式供熱系統設計中需注意的事項,并提出解決措施，為壁掛爐在輸氣管道工程供熱系統中的應用提供了參考。

供熱系統；壁掛爐；光面(排管)散熱器

0 前言

目前,石油天然氣領域中以天然氣為燃料的供熱熱源形式有[1]:集中式燃氣鍋爐、分散式燃氣鍋爐、單元獨立式壁掛式燃氣熱水爐(簡稱壁掛爐)。

集中式燃氣鍋爐供熱面積大,出水溫度高,需根據供熱面積及供熱區域設置熱力站及室外熱力管網[2]。

分散式燃氣鍋爐分低溫和高溫燃氣鍋爐。分散式低溫燃氣鍋爐,出水溫度低,適用于小范圍供熱面積,供熱系統中不設置熱力站,采用一次熱網直供方式為用戶供熱[2]；對于分散式高溫燃氣鍋爐,可在鍋爐房內設置換熱機組或設置熱力站,采用間接方式為用戶供熱。

臨汾—長治輸氣管道工程地處濕陷性黃土地區,以往采用常規燃氣鍋爐作為供熱系統熱源,需建設室外熱力管道(含生活熱水、供暖熱水),室外埋地供熱管道敷設在建筑物和構筑物防護距離內，需置于檢漏管溝中[9]。為避免安裝集中供熱鍋爐房及敷設室外管道,選用壁掛爐作為熱源。

1 供熱系統的設計

1.1 熱源方案

0.2～0.3 MPa中壓燃氣經調壓箱調壓至2 kPa后進入壁掛爐,未經處理的新鮮水在循環補水中不斷受熱,鈣、鎂離子濃度越來越高,逐漸轉化為堅硬的碳酸鈣等水垢附著在管壁及設備換熱面上,阻礙熱交換,因而水質控制尤為重要。在供暖回水及新鮮水入口安裝電子水處理[11-12],保證進入壁掛爐的水質滿足要求,此外電子水處理設備體積小,安裝簡單方便。壁掛爐供熱流程見圖1。

圖1 壁掛爐供熱流程

1.2 供暖設計流量

依據《供熱工程》[13]，供暖設計流量應按下式計算:

(1)

式中:G為供暖設計流量,t/h；Q為設計熱負荷,kW；c為水的比熱容,kJ/(kg·℃)；t1為供水溫度,℃；t2為回水溫度,℃。

河津接收站綜合值班室供暖系統設計供水溫度85 ℃,回水溫度60 ℃,供暖設計熱負荷58kW,根據式(1),計算出供暖系統設計供回水流量2.03t/h。

1.3 生活熱水設計小時耗熱量

河津接收站宿舍及衛生間生活熱水設計小時熱水量800L/h,則：

Qh=1.163qrh(tr-tl)ρr[14]

(2)

式中:Qh為設計小時耗熱量,W；qrh為設計小時熱水量,L/h；ρr為熱水密度,kg/L；tr為設計熱水溫度,℃；tl為設計冷水溫度,℃；1.163為單位轉換系數。

生活熱水加熱溫差55 ℃,(冷水4 ℃[14],熱水60 ℃),經計算生活熱水設計小時耗熱量52kW,選用2臺額定功率36kW的壁掛爐滿足要求。

1.4 水力計算

設計供熱系統,為使系統中各管段的水流量符合設計要求,以保證流進各散熱器的水流量符合要求,需進行管路的水力計算。根據式(1)計算得供回水設計流量2.03t/h,查《實用供熱空調設計手冊》[15]中供暖系統管段阻力損失管徑計算表,依據插值法計算不同管徑條件下的流速及比摩阻值見表1。

表1 供暖系統在不同管徑條件下的管段阻力計算表

水流量/(t·h-1)管徑/mm流速/(m·s-1)比摩阻/(Pa·m-1)2033205817242034004494020350027334

供熱系統設計最不利循環環路的平均比摩阻控制在60～120Pa/m[15]內,設計選用供回水管徑為DN40,壁掛爐為閉式循環系統,內置循環泵揚程5m,經計算供暖系統最大阻力損失22kPa,壁掛爐內置循環泵揚程滿足要求。

2 供暖系統安裝

2.1 供暖系統安裝形式

臨汾—長治輸氣管道工程河津接收站綜合值班室內供暖系統主要采用同程上供上回方式。吊頂內供暖管道均采用30mm厚復合硅酸鹽管殼保溫。為避免散熱器凍裂,在兩道外門之間的門斗內,不設置散熱器[16]；辦公室、會議室等大開間房間,散熱器管道布置采用水平串聯式[17-18]減少立管總數,必須使用立管時,布置在墻角處,采用裝修裝飾手段[19],散熱器布置在外墻窗臺下。

以往控制室供暖一般采用空氣調節加電暖氣方式。山西地處北方干燥地區,值班人員工作環境舒適度低,采用對濕度、溫度有嚴格要求的恒溫恒濕空調,則增加建設投資,從節約能源方面考慮,設置水暖。控制室采用熱水供暖時,為避免發生供暖水泄漏,控制室內需定期檢修、維護及更換的閥門管件等安裝在相鄰房間內,控制室內供暖管道焊接,末端采用悶頭焊接封堵[20]。普通銅鋁復合散熱器存在供暖水泄漏的安全隱患,為解決上述問題,選用光面(排管)散熱器,光面(排管)散熱器是由無縫鋼管或焊接鋼管焊接而成的工業用供暖散熱器,根據熱媒不同,分為熱水和蒸汽兩種類型。

光面(排管)散熱器在不同室溫下,不同管徑多排安裝時每米管長的散熱量[15]見表2,表2熱媒為95～70 ℃熱水,而控制室熱媒為85～60 ℃熱水,需進行換算。根據控制室供暖熱負荷、供暖設計參數、光面(排管)散熱器單位長度散熱量,設計采用規格為D108-2.5-5光面(排管)散熱器[18],供回水管連接形式為異側連接,在計算工程量長度時,每組光面排管之間的連接管長度不能計入光面排管制作安裝工程量。

表2 不同管徑光面管(排管)散熱器散熱量

室內溫度/℃不同管徑下散熱量/(W·m-1)D73×35mmD89×40mmD108×40mmD133×40mm5192227273337818622126732610180215256314121742092503081416919824429715169198238291161631922332851815718622127320151174209262231401631982442534157192233

2.2 壁掛爐安裝

壁掛爐在啟動及火焰燃燒過程中會產生噪音,從使用安全的角度考慮,壁掛爐對設置位置有嚴格要求,需具備良好的通風環境,且應將排煙管引至室外[21],為此綜合值班室設置單獨供熱間,室內冬季設計溫度不低于5 ℃,燃料氣入口處,設置手動快速切斷閥及自動緊急切斷閥,室內考慮正常通風和事故通風,事故通風風量按12次/h[16]計算,并設置可燃氣體報警與防爆鋼制軸流風機聯鎖。

3 結論

輸氣管道工程中,以往采用常規燃氣熱水鍋爐作為供熱系統熱源,需建設室外熱力管網及敷設管溝。在保證供暖及生活熱水需求下,選用壁掛爐作為供熱系統熱源,不需建設鍋爐房、換熱器及室外管道等,壁掛爐體積小,現場安裝簡單方便,工程量少,能縮短工期，節約建設及后期維護費用等。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.019

2016-02-01

中國石油天然氣集團公司重點工程資助項目(S 2013-14 E)

張巧玲(1982-),女,河北石家莊人,工程師,碩士,現主要從事熱工及暖通專業設計工作。