工業(yè)廠房燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計要點探討

寶雞中燃城市燃?xì)獍l(fā)展有限公司 寄玉玉 徐 凡

隨著我國工業(yè)化高速發(fā)展、國家節(jié)能減排政策的陸續(xù)出臺，天然氣應(yīng)用技術(shù)不斷推廣，越來越多的工業(yè)用戶采用天然氣作為燃料。天然氣經(jīng)濟(jì)、高效、清潔、方便，在機(jī)械鍛造、金屬加熱、熱輻射采暖等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。采用燃?xì)庾鳛榍鍧嵞茉矗梢杂行岣吣茉蠢寐?減少污染物排放，達(dá)到節(jié)能減排、降本增效的目的。本文以寶雞市某玻璃制瓶廠工業(yè)爐為例，對工業(yè)廠房燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計要點進(jìn)行了探討。

1 前期勘察

燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計作為工業(yè)爐安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系著整個工程的順利運(yùn)營。進(jìn)行燃?xì)夤艿涝O(shè)計時需要收集的基礎(chǔ)資料應(yīng)盡量詳盡，必須詳細(xì)了解氣源情況、設(shè)備參數(shù)、安裝環(huán)境等。本項目的玻璃制瓶廠廠房是一座已建的獨立單層建筑物。前期勘察時對該廠房內(nèi)外布局、設(shè)備規(guī)格尺寸、廠房墻體材質(zhì)結(jié)構(gòu)及燃?xì)夤芫€路由等進(jìn)行了詳細(xì)勘測。除此之外，埋地管敷設(shè)還要了解地下其他管線情況以滿足安全間距要求，架空管道固定需考慮墻體承重，盡量使管線布局流暢、工藝簡單，廠房面積和空間得到合理利用，保證安全的同時兼顧現(xiàn)場施工和后期運(yùn)行、維護(hù)、檢修。

2 燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計要點

工業(yè)廠房燃?xì)夤に嚵鞒淌疽馊鐖D1所示：從廠區(qū)外市政道路已建的DN200中壓埋地管道處斷管加DN200 PE三通。為后期檢修方便，在距離三通2 m處加裝DN200閥門井(單放散)，通過中壓管道將燃?xì)膺\(yùn)送至室外中-中壓調(diào)壓柜，調(diào)節(jié)至設(shè)備所需壓力，入戶立即加裝法蘭球閥和電磁閥進(jìn)行總控，分支后經(jīng)過濾器將燃?xì)馑椭劣嬃吭O(shè)備進(jìn)行計量，最后通過金屬軟管接至工業(yè)爐燃燒器閥組。

圖1 燃?xì)夤に嚵鞒?/p>

2.1 調(diào)壓設(shè)施

氣源接入廠房前要根據(jù)設(shè)備需求進(jìn)行調(diào)壓。調(diào)壓設(shè)施一般采用落地式調(diào)壓柜，其選型應(yīng)根據(jù)中壓管網(wǎng)壓力、工業(yè)爐額定壓力和小時用氣量等參數(shù)確定。計算流量應(yīng)按調(diào)壓柜所承擔(dān)的最大小時輸氣量的1.2倍確定。管道的經(jīng)濟(jì)流速宜控制在6 m/s左右，流速超過10 m/s時容易引起管道震動。調(diào)壓柜進(jìn)口前100 m內(nèi)應(yīng)設(shè)有閥門井，且閥門井距調(diào)壓柜距離不宜小于5 m。

該玻璃制瓶廠一期工程有2臺工業(yè)爐，單臺用氣量1 000 m3/h；二期預(yù)留2臺工業(yè)爐，單臺用氣量170 m3/h，總用氣量2 340 m3/h，額定工作壓力均為150 kPa。4臺工業(yè)爐壓力一致，可共用1個調(diào)壓柜。調(diào)壓柜選型參數(shù)進(jìn)口壓力：0.2～0.4 MPa，出口壓力：150～155 kPa(可調(diào))，流量范圍：0～2 808 m3/h，進(jìn)出口管徑均為DN200。調(diào)壓柜出口側(cè)設(shè)放散管，管口高于地面4 m。由于玻璃窯爐生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格，不能隨意停爐，若調(diào)壓柜僅設(shè)置調(diào)壓通路，則檢修時易造成停爐經(jīng)濟(jì)損失，所以調(diào)壓柜采用兩路調(diào)壓加一路旁通。

2.2 架空管道敷設(shè)

調(diào)壓后的燃?xì)夤艿莱龅厍安捎肈N200鋼塑轉(zhuǎn)換接頭進(jìn)行轉(zhuǎn)換，出地后沿建筑物外墻敷設(shè)。建筑物為一級耐火等級廠房，故入戶匯管采用D219 mm×7 mm無縫鋼管，入戶即加裝DN200球閥與電磁閥。為便于操作，球閥中心線高度設(shè)在0.8 m。匯管分支后沿廠房內(nèi)磚砌實體墻架設(shè)，管道采用∠75 mm×75 mm×7 mm角鋼或鋼管柱固定。架空管道靠近高溫?zé)嵩捶笤O(shè)以及管道下面經(jīng)常有裝載熾熱物件的車輛停留，需采取隔熱措施，同時，冬季需采取防凍措施。當(dāng)架空燃?xì)夤艿婪笤O(shè)時處在電力線下方時，應(yīng)在燃?xì)夤艿郎显O(shè)置防護(hù)網(wǎng)。

若燃?xì)夤艿兰芸辗笤O(shè)有困難時，也可敷設(shè)在地溝內(nèi)，地溝蓋板宜采用堅固的爐篦式蓋板，溝內(nèi)禁止敷設(shè)其他管道及電纜，同時盡可能避免將附件、法蘭盤等設(shè)在地溝內(nèi)。溝寬應(yīng)便于檢查和維修。當(dāng)溝內(nèi)橫穿其他管道時，應(yīng)把橫穿的管道置入密閉套管中，套管伸出溝兩壁長度不宜小于200 mm。

2.3 計量設(shè)備

工業(yè)用戶一般用氣量大、壓力高，常采用羅茨流量計或渦輪流量計進(jìn)行計量。2種常用流量計都有其適用范圍與使用要求。為避免后期設(shè)備檢修停爐造成經(jīng)濟(jì)損失，工業(yè)爐的流量計推薦采用一開一備式。流量計的安裝高度應(yīng)便于后期觀測數(shù)據(jù)，流量計前需配過濾器，一開一備計量時2個過濾器的安裝高度不僅要考慮設(shè)備本身尺寸，還應(yīng)考慮過濾器拆卸方便，盡量錯位安裝，方便濾芯抽卸。

通常工業(yè)爐設(shè)備廠家提供的參數(shù)表為標(biāo)況下的流量范圍，而計量設(shè)備的參數(shù)則為工況下的流量，因此需先將前者的標(biāo)況流量換算成工況流量，再選擇合適的流量計規(guī)格型號。換算公式為：

式中：Q——工作狀況下的體積流量，m3/h；

Q0——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量，m3/h；

p0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101.325 kPa)；

p——工作壓力(絕對)，p＝pa＋pg，kPa；

pa——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ琸Pa；

pg——管道中氣體表壓力，kPa；

T——被測氣體絕對溫度，K；

T0——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的絕對溫度，取293.15 K。

該玻璃制瓶廠一期有2臺工業(yè)爐，單臺用氣量1 000 m3/h，按工況壓力150 kPa、溫度313.15 K 時得出體積流量為431 m3/h，宜選用氣體渦輪流量計(流量范圍32～650 m3/h)。根據(jù)用戶需求，每臺工業(yè)爐均采用一開一備進(jìn)行計量，共選用4臺LWQZ-100C氣體渦輪流量計。渦輪流量計制造精度和組裝技術(shù)要求較高，軸承的摩擦力很小，必須水平安裝，且需要在流量計的前后安裝一定長度的直管段，采用一體化兩級整流技術(shù)后，要求直管段的長度是“前2后1”。

二期預(yù)留的2臺工業(yè)爐，單臺用氣量170 m3/h，按工況壓力150 kPa、溫度313.15 K時得出體積流量為73 m3/h，優(yōu)先選用氣體羅茨流量計(流量范圍1.1～100 m3/h)。一開一備計量，共選用4臺LLQ(Z)-50B氣體羅茨流量計。羅茨流量計可以垂直安裝，也可以水平安裝，為了減少故障次數(shù)，方便后期檢修，應(yīng)盡可能選擇垂直安裝方式，氣體流向應(yīng)為上進(jìn)下出。

2.4 其他附件

2.4.1 放散管

在燃燒器前的兩個切斷閥之間應(yīng)設(shè)置放散管。放散管可根據(jù)具體情況分別或集中引至室外，出口位置應(yīng)使放散出去的氣體不致被吸入室內(nèi)或通風(fēng)裝置內(nèi)。放散管的管徑根據(jù)吹掃管段的容積和吹掃時間確定。吹掃量按照吹掃管段的容積10～20倍計算，吹掃時間為15～20 min。廠區(qū)燃?xì)庀到y(tǒng)放散管直徑選用表如表1所示。

表1 廠區(qū)燃?xì)庀到y(tǒng)放散管選用直徑 mm

該工業(yè)爐匯管為DN200，放散距離超過20 m，故選用放散管直徑為65 mm，考慮到運(yùn)行壓力為中壓B，故采用D76 mm×4.0 mm無縫鋼管，放散管口沿廠房外墻架設(shè)，高出廠房屋脊2 m，也可埋地敷設(shè)延伸至廠房基礎(chǔ)4 m以外的綠化帶進(jìn)行放散。

2.4.2 法蘭球閥

在入戶處、計量前后及燃燒器前均應(yīng)設(shè)置法蘭球閥，燃?xì)夤艿啦贾脩?yīng)考慮操作運(yùn)行方便，法蘭球閥中心線標(biāo)高宜在1.3 m左右，且DN150及以上管徑的法蘭球閥必須水平安裝。

2.4.3 壓力表

合理的壓力范圍上限值為管內(nèi)介質(zhì)壓力的1.5～3.0倍，表盤公稱直徑不小于100 mm，精度一般為2.5級。該工業(yè)爐額定工作壓力150 kPa，選用的壓力表規(guī)格為0～250 kPa。

3 管道質(zhì)量驗收要求

燃?xì)夤艿篮附忧跋戎贫ㄔ敿?xì)的焊接工藝指導(dǎo)書，并據(jù)此進(jìn)行焊接工藝評定。焊接工藝評定應(yīng)符合GB 50235－2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》和GB 50236－2011《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》相關(guān)規(guī)定。管道焊接采用惰性氣體保護(hù)電弧焊打底，手工電弧焊填充蓋面。

燃?xì)怃撝乒艿篮缚p應(yīng)進(jìn)行100%外觀檢驗，焊縫達(dá)到GB 50683－2011《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》要求的Ⅱ級。應(yīng)進(jìn)行X射線探傷檢驗，抽檢數(shù)量不少于焊縫總數(shù)的30%，每個焊工不少于1個焊縫。固定焊口進(jìn)行100%檢驗，抽檢射線檢驗不低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.2－2015《承壓設(shè)備無損檢測 第2部分：射線檢測》中的Ⅲ級，固定焊口不低于Ⅱ級。

4 安全防護(hù)措施

4.1 燃?xì)庑孤﹫缶到y(tǒng)

燃?xì)馊霊籼巺R管上應(yīng)安裝緊急自動切斷閥。當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到設(shè)定值時，燃?xì)鉂舛葯z測報警器報警，電磁閥立即切斷氣源。報警器與用氣設(shè)備或閥門的水平距離不應(yīng)大于8 m，安裝高度距頂棚0.3 m以內(nèi)，且不得設(shè)在工業(yè)爐正上方。燃?xì)鉂舛葯z測報警器與排風(fēng)系統(tǒng)、緊急自動切斷閥應(yīng)有效聯(lián)動。報警器系統(tǒng)設(shè)備用電源應(yīng)定期進(jìn)行校檢。

4.2 防雷、防靜電設(shè)施

進(jìn)出建筑物的燃?xì)夤艿?、放散管和燃?xì)庠O(shè)備等均設(shè)有防雷、防靜電接地設(shè)施。就近接到防雷接地裝置上，獨立接地裝置的沖擊電阻不大于30 Ω。當(dāng)管道比房頂上的避雷網(wǎng)高時，選用的燃?xì)夤艿辣诤癫粦?yīng)小于4 mm，防雷引下線選用不小于φ8 mm的鍍鋅圓鋼。對可能產(chǎn)生靜電危害的輸氣管道，在分支處及每間隔50～80 m設(shè)防靜電接地。對裝有阻火器的放散管，沖擊電阻不應(yīng)大于10 Ω。

4.3 防爆及送排風(fēng)系統(tǒng)

廠房需設(shè)置防爆泄壓設(shè)施、防爆照明設(shè)備和獨立通風(fēng)系統(tǒng)。泄壓面積要大于廠房占地面積的10%，泄壓面積含玻璃窗、天窗、質(zhì)量≤120 kg/m2的輕質(zhì)屋頂和薄弱墻的面積。

廠房事故排風(fēng)機(jī)選用防爆型軸流風(fēng)機(jī)。在室內(nèi)外便于操作的地點設(shè)置事故通風(fēng)機(jī)電器開關(guān)。風(fēng)機(jī)與可燃?xì)怏w濃度報警裝置有效聯(lián)動，當(dāng)濃度達(dá)到爆炸下限1/4時排風(fēng)系統(tǒng)啟動運(yùn)行，新風(fēng)量滿足正常換氣次數(shù)每小時不少于6次，事故換氣次數(shù)每小時不少于12次，送入廠房的新風(fēng)總量大于廠房3次的換氣量，以保障工業(yè)爐的安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

設(shè)計作為燃?xì)夤芫W(wǎng)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系著整個項目的順利實施。目前，該玻璃制品廠一期工業(yè)爐已順利投入生產(chǎn)，從該項目的整個建設(shè)過程來看，管道的合理布局、設(shè)備的精準(zhǔn)選型、防護(hù)措施的全面考量，對施工方便和后期運(yùn)營都具有重要意義，只有將理論與實踐相結(jié)合，才能創(chuàng)造出社會價值。