熱源廠5×116MW 燃氣鍋爐燃氣供氣系統的設計探討

楊連杰

（山西省燃氣規劃設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注。山西省人民政府早在2013 年下發了《山西省2013—2020 年大氣污染治理措施》，全省范圍內開始逐步推行“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和居民住宅樓，采用5 臺116MW 燃氣熱水鍋爐進行供熱，調峰鍋爐，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的設計為例，對燃氣供氣系統中關鍵設計內容進行探討。

2 設計規范

燃氣鍋爐房燃氣供氣系統可依據或參考設計規范主要有GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》（以下簡稱“文獻[1]”）、GB 50041—2008《鍋爐房設計規范》（以下簡稱“文獻[2]”）、GB 50016—2014《建筑防火設計規范》（2018 版）（以下簡稱“文獻[3]”）等主要規范。其中，文獻[2]作為鍋爐房設計的主要規范依據，適用于以水為介質的蒸汽鍋爐鍋爐房且單臺鍋爐額定蒸發量為1～75t/h 的鍋爐房設計，以及單臺鍋爐額定熱功率為0.7～70MW 的熱水鍋爐鍋爐房設計。文獻[1]和文獻[3]是燃氣鍋爐房和燃氣管道設計的通用性規范，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。結合本工程單臺116MW燃氣熱水鍋爐燃氣供應系統的設計，將文獻[2]作為設計參考。

熱源廠鑒于燃氣鍋爐的用氣性質，參照《壓力管道規范公用管道》（報批稿）及行業一般做法，以熱源廠廠界為劃分，廠內管道屬于壓力管道中工業管道范疇，廠內及鍋爐房內燃氣管道及設施的設計依照工業管道相關要求執行。

3 關鍵設計內容

3.1 燃氣氣源

城西熱源廠作為臨時增加的大型燃氣工業用戶，小時用氣量較大，單臺燃氣鍋爐設計用氣量12 747Nm3/h，當廠內鍋爐全部運行時，周圍燃氣管網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進行升壓或鋪設工業用戶專線進行供應，但輸配管網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壓裝置的大規模改造，因此，從長遠考慮燃氣氣源最終采用從城市門站鋪設設計壓力0.8MPa 的次高壓專線供應，在熱源廠內設調壓裝置以供鍋爐房用氣。這種供氣方式既不破壞城市現有燃氣管網輸配系統，同時，可利用熱源廠內調壓裝置增加一路與現狀周邊燃氣管網壓力級制匹配銜接，優化管網水力工況，不會造成管網資源閑置。

3.2 工藝裝置區

3.2.1 防火距離

文獻[1]中6.6 節內容僅適用于城鎮燃氣輸配系統中不同壓力級別管道之間連接的調壓站、調壓箱（或柜）和調壓裝置的設計。而熱源廠作為燃氣大型工業用戶，廠內燃氣管道屬于工業管道范疇，且基于廠內調壓裝置流通能力大，調壓裝置區或撬裝調壓設備的防火距離應符合文獻[3]的有關規定，調壓裝置區或撬裝調壓設備宜參照甲類廠房與其他建構物控制防火距離，燃氣鍋爐房按丁類廠房定性。

3.2.2 調壓系統

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

3.2.3 降噪問題

燃氣調壓站的噪聲來源和降噪措施如張飛飛在文獻[4]中介紹。結合本工程緊鄰景區和居民區，降噪問題顯得尤為重要。調壓器作為調壓站噪聲的主要來源，產生的噪聲非常大。本工程從設計角度出發，因調壓器流通能力大，故選用軸流式調壓器，除利用軸流式調壓器自身擴口式結構降噪，在調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管道流速在15m/s 范圍內（除調壓計量設備外）以及調節匯管與支管尺寸來調整氣體流態來降低噪聲。

3.3 鍋爐房配管系統

根據文獻[2]要求，作為調峰鍋爐，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，應裝設與鍋爐房燃氣濃度報警裝置聯動的總切斷閥。本工程5 臺鍋爐，每臺鍋爐對應2 個燃燒器，自調壓后匯管分別引5 條燃氣干管接自鍋爐房，進鍋爐房后一分為二連接對應鍋爐的2 個燃燒器接口，這種設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，既可以節省成本，同時可確保失電狀態下的燃氣供應安全。

3.4 管道放散系統

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置放散口，進行工藝裝置區的置換放散；鍋爐房在每臺燃氣鍋爐燃燒器的燃氣進口管上設置放散口，進行鍋爐房內的燃氣置換放散。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裝置內，且應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，確保不會因閥門內漏而造成燃氣事故。

3.5 燃氣泄漏報警系統與通風系統連鎖

燃氣鍋爐房作為易燃、易爆場所，國內已有大量研究，如文獻[5]、文獻[6]中研究內容。在燃氣管道系統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于鍋爐房外供氣干管上的防爆電磁閥及鍋爐房內的防爆軸流風機連鎖。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，連鎖關閉燃氣干管上的防爆電磁閥，并開啟防爆軸流風機進行事故通風。在實際工程中，由于無法預判是鍋爐房內具體哪臺鍋爐燃氣管道發生泄漏，燃氣泄漏二級報警時，需將處于連通狀態的整座鍋爐房內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。