天然氣紅外線熱輻射采暖在某工業廠房的應用

張龍軍

（寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞 721008）

天然氣紅外線熱輻射采暖在某工業廠房的應用

張龍軍

（寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞 721008）

天然氣紅外線輻射采暖在高大空間的應用越來越廣泛，其采暖效果也得到大眾認可。為了解決禁止燃煤鍋爐供暖下的某工業廠房采暖問題，文章設計了天然氣輻射采暖在某公司8處高大工業廠房的應用方案及其配套燃氣管網工程，并就紅外線輻射采暖設備運行的經濟性與對流采暖進行了對比。

天然氣；紅外線輻射；工業廠房；采暖工程；采暖效果；配套燃氣管網工程

天然氣紅外線熱輻射采暖設備主要由燃燒器、輻射管（板）、反射罩三大類部件組成，主要有管式（直線型和U型）和板式兩種設備形式，因其具有直接高效、清潔、可控、能耗小、升溫快、結構簡單等特點而被廣泛接受。其主要通過天然氣在輻射管（板）內燃燒，產生可被人體或物體吸收的而不被空氣吸收紅外線，直接作用于被加熱體，從而減少熱量損失，因此是高大工業廠房較為理想的采暖方式。

1 工程概況

某公司一至八車間均為高度10m以上的高大廠房，多處敞口，若采用傳統的對流式采暖方式將造成較大的能源浪費，本次設計采用天然氣紅外線輻射采暖方式。

該工程所在地冬季室外采暖計算溫度為－5℃，八車間為保證機車防凍，室內采暖計算溫度取20℃，其余車間室內采暖設計溫度取10℃，冬季多西北風，平均風速為2.0m/s，基本風壓為0.35kN/m2。

2 工程方案

工程方案的選擇應按照采暖空間的設備布置結構、工藝及工位布置結合使用單位對局部采暖溫度的要求情況而定，對連續、溫度要求穩定的采暖空間，宜布置管式設備，對局部采暖溫度要求高、點位采暖的區域宜布置管式設備。

該公司一、二、三、五、六車間廠房需要大面積采暖，工藝設備連續，宜采用連續布置方案，全部采用管式設備，其中一、三車間局部需要加強采暖的區域布置U型設備。七車間廠房整體面積大，但大部分為庫房，局部采暖，宜采用局部布置方案采暖，采用管式采暖設備。四車間廠房整體采用管式設備連續布置，對個別崗位設置在人員設備稀少區域的，采用高強度板式設備單獨布置。八車間廠房采暖溫度要求高，宜選擇加大設備布置，管式設備連續布置。

3 總體供暖熱負荷計算

對廠房總熱負荷進行計算，確定各廠房考慮各項附加后，某圍護的耗熱量Q1、廠房的門窗縫隙冷風滲透耗熱量Q2、廠房的大門開啟沖入冷風耗熱量Q3。考慮外庫、成品庫、人員活動稀少的區域及設備布置稀少的區域不能全部進行采暖，應按照局部采暖對各廠房熱負荷進行計算，計算公式如下：

式中：

表1 局部輻射供暖負荷計算系數表

4 設備選型

4.1 設備功率

天然氣輻射采暖設備功率主要決定于燃燒器的規格，燃燒器功率從10～50kW不等。若現場情況允許，盡量選擇功率較大的設備，以節省投資，節約空間，減少熱損失，減少電氣、控制線纜數量，管式設備表面溫度在400℃左右，安裝高度范圍在4.5～5.5m可選擇50kW。板式設備表面溫度在900℃左右，局部需要高強度采暖的設備，宜選擇板式設備，為了避免輻射強度過大造成采暖舒適度下降，應按照安裝高度來確定板式設備的功率，基本原則是6m以上安裝30kW的設備，安裝高度每上升2m可增加功率10kW。該工程管式設備規格選擇50kW，板式設備規格選擇30kW。

4.2 輻射管管長

輻射管過長，尾管溫度太低容易產生冷凝水，而輻射管太短，將造成輻射面積減少，容易造成輻射能浪費，應對設備尾管溫度進行測試，以高于100℃為宜，選擇合適的輻射管管長。該工程選擇輻射管管長12m，U型6m。

4.3 設備數量

根據單臺設備功率與各廠房的熱負荷對設備臺數按下式進行計算：

式中：

N——設備臺數

Q——熱負荷，kW

P——單臺設備功率，kW

按所計算的熱負荷與所選定的設備功率計算。

4.4 設備布置

天然氣輻射采暖設備安裝高度以5～7m為適宜，可選擇安裝在廠房立柱或掛裝在廠房頂部。由于輻射能輻射有衰減，考慮到掛裝高度過高，不利于熱量利用，加之廠房內有天車運行，天車上方距離屋頂高度有限，該工程天然氣輻射采暖設備全部安裝在廠房立柱上。

4.5 尾氣系統設計

工程應用的天然氣紅外線輻射供暖設備的尾氣排放分為室外直排和室內排放兩種。尾氣室外直排的方式需要增加尾氣排放管、負壓風機等設施，將增加投資費用，煙氣余熱通過管道排至室外，易造成熱量浪費，且負壓風機在高溫煙氣條件下工作易腐蝕，將增加運行成本，除非廠房密閉，通風條件不允許，一般宜采用尾氣室內排放的方式，確定設備為正壓運行。

天然氣燃燒后的尾氣為二氧化碳和水蒸氣，但當不完全燃燒時，還存在一氧化碳，為保證廠房內的空氣品質，廠房上部必須設置排風設施，在凈高小于6m的廠房，換氣次數不小于0.5次/小時。

4.6 天然氣系統設計

天然氣系統設計必須遵循兩個原則：一是設備必須獲得足夠的天然氣量；二是設備必須獲得穩定可靠的壓力。室內天然氣系統設計時，對于廠房面積較小或者采取局部采暖的廠房可采用枝狀管網，以節省材料；對于廠房面積較大或采用全面采暖的廠房，則應采取環狀管網，以平衡管網壓力，使設備獲得穩定的壓力。

4.6.1 室內天然氣系統設計。本次設備運行壓力確定為3000Pa，為使得設備獲得穩定的壓力，室內管道壓力一般宜確定為用氣壓力的10倍，室內燃氣管道壓力確定為30000Pa。

廠房內管網采用枝狀管網與環狀管網相結合的方式，按照與天然氣輻射采暖布置一致的原則進行布置，一般宜置于天然氣輻射采暖設備上方0.5m處。

4.6.2 室外天然氣系統設計。根據確定的室內燃氣管網壓力，結合當地市政燃氣管網壓力，根據《城鎮燃氣設計規范》（GB 50028-2006）進行室外燃氣管網系統設計。

該工程燃氣供應采用中壓A-中壓B供氣系統，調壓前管網為中壓A級管道，設計壓力為0.40MPa，運行壓力為0.3～0.35MPa；調壓后管網為中壓B級管道，設計壓力為0.04MPa，運行壓力為0.03～0.035MPa。

室外天然氣系統設置閥門井及設施、調壓柜（箱）、過濾器、流量計、法蘭球閥、補償器、放散管、管道標志帶和PE管道金屬示蹤線等設施。

4.7 報警系統設計

報警控制系統一般由以下部分組成：天然氣報警泄漏探測儀、報警控制箱、電磁切斷閥。

除設置報警泄漏探測儀與電磁切斷閥外，還應在每個廠房設置一個報警控制箱，所有報警探測儀信號均必須接入報警控制箱，控制箱與電磁切斷閥相連。其工作流程是：當某個報警探測儀檢測到天然氣泄漏時，立即向報警控制箱發出信號，報警控制箱發出聲光報警并顯示泄漏探頭編碼及即時濃度，報警控制發出報警信號的同時，向電磁切斷閥發出切斷信號，電磁閥切斷天然氣供給，以保證安全。

本工程設計天然氣泄漏探測儀與燃燒器按照1∶1比例進行配置，在天然氣入口管處設置1臺緊急切斷電磁閥。

5 運行經濟性對比

該公司8個廠房原有散熱器蒸汽采暖時采暖溫度為5℃～8℃，采用天然氣紅外線輻射采暖后采暖溫度可達10℃，再分別將原有采暖成本與采用天然氣紅外線輻射采暖后預測的運行成本進行了分析對比，原采暖用蒸汽采暖每年采暖費用約為691萬元，采用天然氣紅外線熱輻射采暖后，采暖成本僅為162萬元，大幅度降低了采暖費用。對于上述8個高大廠房而言，天然氣紅外線熱輻射采暖比原有蒸汽采暖效果更好，更加節能，運行成本大幅度降低。

6 結語

天然氣紅外線熱輻射采暖以其特有的優勢，已逐漸成為高大工業廠房采暖的首選，該公司所采用的天然氣輻射采暖系統已經在文中所述幾個廠房中應用，使用效果良好，經濟效益較為明顯。

[1]中國人民解放軍空軍工程研究局．03K501-1燃氣紅外線輻射供暖系統設計選用及施工安裝[S]．北京：中國建筑標準設計研究院，2003.

[2]陸耀慶．實用供熱空調設計手冊（第二版）[M]．北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]城鎮燃氣設計規范（GB50028-2006）[S]．北京：中國建筑工業出版社，2009.

[4]張曉明．新型大空間遠紅外線輻射供暖技術應用分析[J]．節能，2006，（6）.

（責任編輯：王 波）

TU995

1009-2374（2017）12-0136-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.070

張龍軍（1988-），男，陜西寶雞人，供職于寶雞石油鋼管有限責任公司，研究方向：供暖設備運行及維護、供暖工程管理。

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