热源厂5×116MW 燃气锅炉燃气供气系统的设计探讨

杨连杰

（山西省燃气规划设计研究院有限责任公司，太原030024）

1 引言

随着人们生活水平的不断提高，环境污染问题已日益突出，尤其是大气污染问题已越来越受到公众的高度关注。山西省人民政府早在2013 年下发了《山西省2013—2020 年大气污染治理措施》，全省范围内开始逐步推行“煤改气”工程，太原市政府在2018 年出台了《太原市2018 年散煤治理工作实施方案》，方案中指出城南热源厂3 台270 蒸吨燃煤采暖锅炉清洁能源替代，最终业主方太原市热力公司决定采用燃气锅炉替代原有燃煤锅炉。

太原市城西热源厂紧邻景区和居民住宅楼，采用5 台116MW 燃气热水锅炉进行供热，调峰锅炉，锅炉供回水温度为130益/70益。燃气锅炉作为主要用气设备，额定用气压力为0.21～0.25MPa（表压），以太原市使用天然气热值32.76MJ/Nm3计，单台锅炉设计用气量为12 747Nm3/h，5 台锅炉总用气量为63 736 Nm3/h。本文以城西热源厂5伊116MW 燃气锅炉燃气供气系统的设计为例，对燃气供气系统中关键设计内容进行探讨。

2 设计规范

燃气锅炉房燃气供气系统可依据或参考设计规范主要有GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》（以下简称“文献[1]”）、GB 50041—2008《锅炉房设计规范》（以下简称“文献[2]”）、GB 50016—2014《建筑防火设计规范》（2018 版）（以下简称“文献[3]”）等主要规范。其中，文献[2]作为锅炉房设计的主要规范依据，适用于以水为介质的蒸汽锅炉锅炉房且单台锅炉额定蒸发量为1～75t/h 的锅炉房设计，以及单台锅炉额定热功率为0.7～70MW 的热水锅炉锅炉房设计。文献[1]和文献[3]是燃气锅炉房和燃气管道设计的通用性规范，对锅炉房总体布局、平面布置及燃气管道布置方面提出要求。结合本工程单台116MW燃气热水锅炉燃气供应系统的设计，将文献[2]作为设计参考。

热源厂鉴于燃气锅炉的用气性质，参照《压力管道规范公用管道》（报批稿）及行业一般做法，以热源厂厂界为划分，厂内管道属于压力管道中工业管道范畴，厂内及锅炉房内燃气管道及设施的设计依照工业管道相关要求执行。

3 关键设计内容

3.1 燃气气源

城西热源厂作为临时增加的大型燃气工业用户，小时用气量较大，单台燃气锅炉设计用气量12 747Nm3/h，当厂内锅炉全部运行时，周围燃气管网的供气能力不足以满足突增大用户的用气需求。为满足该用户用气需求，可通过对周围输配管网进行升压或铺设工业用户专线进行供应，但输配管网升压这种方式仅能满足该用户近期3 台锅炉用气需求，同时势必会造成沿线用户调压装置的大规模改造，因此，从长远考虑燃气气源最终采用从城市门站铺设设计压力0.8MPa 的次高压专线供应，在热源厂内设调压装置以供锅炉房用气。这种供气方式既不破坏城市现有燃气管网输配系统，同时，可利用热源厂内调压装置增加一路与现状周边燃气管网压力级制匹配衔接，优化管网水力工况，不会造成管网资源闲置。

3.2 工艺装置区

3.2.1 防火距离

文献[1]中6.6 节内容仅适用于城镇燃气输配系统中不同压力级别管道之间连接的调压站、调压箱（或柜）和调压装置的设计。而热源厂作为燃气大型工业用户，厂内燃气管道属于工业管道范畴，且基于厂内调压装置流通能力大，调压装置区或撬装调压设备的防火距离应符合文献[3]的有关规定，调压装置区或撬装调压设备宜参照甲类厂房与其他建构物控制防火距离，燃气锅炉房按丁类厂房定性。

3.2.2 调压系统

本工程调压装置区共采用四路调压器调压，其中，3 路调压器（两用一备）将0.8MPa 燃气压力降至0.21～0.25MPa 后经汇管为锅炉房供气，另一路调压器将0.8MPa 燃气压力降至0.1MPa，与周边现状运行管网对接。本报告重点提及为锅炉房供气的，路调压器管道，两用一备，每路调压器前设安全切断阀，调压后汇管设安全阀紧急放散，这种系统运行时，主副调压器工作，另一台备用，此系统最大的优点是适用流量大且流量变化较大的调压系统，此系统可更好地适应调峰锅炉流量变化的特点。

3.2.3 降噪问题

燃气调压站的噪声来源和降噪措施如张飞飞在文献[4]中介绍。结合本工程紧邻景区和居民区，降噪问题显得尤为重要。调压器作为调压站噪声的主要来源，产生的噪声非常大。本工程从设计角度出发，因调压器流通能力大，故选用轴流式调压器，除利用轴流式调压器自身扩口式结构降噪，在调压器后端部增加笼式消声器来降低噪声。此外，也通过控制工艺装置区管道流速在15m/s 范围内（除调压计量设备外）以及调节汇管与支管尺寸来调整气体流态来降低噪声。

3.3 锅炉房配管系统

根据文献[2]要求，作为调峰锅炉，本工程锅炉房燃气管道宜采用单母管制，同时，要求在引入锅炉房的室外燃气母管上，在安全和便于操作的地点，应装设与锅炉房燃气浓度报警装置联动的总切断阀。本工程5 台锅炉，每台锅炉对应2 个燃烧器，自调压后汇管分别引5 条燃气干管接自锅炉房，进锅炉房后一分为二连接对应锅炉的2 个燃烧器接口，这种设置方式可以降低锅炉启停过程中对其他锅炉燃气负荷的影响，做到独立运行。同时，在每台锅炉供气干管上进锅炉房前设置防爆电磁阀和手动球阀，电磁阀选用常闭电磁阀，既可以节省成本，同时可确保失电状态下的燃气供应安全。

3.4 管道放散系统

基于燃气运营单位职责划分或置换顺序的考虑，在锅炉房每条供气干管的室外手动球阀前设置放散口，进行工艺装置区的置换放散；锅炉房在每台燃气锅炉燃烧器的燃气进口管上设置放散口，进行锅炉房内的燃气置换放散。上述所有放散口均通过固定安装的放散管汇总成一根放散总管引至室外，放散管口应高出锅炉房屋脊2m 以上，并确保排出的气体不致窜入邻近的建筑物和被吸入通风装置内，且应采取防止雨雪进入的措施。在燃气锅炉停供期，在锅炉房每条供气干管的室外手动球阀前法兰处安装盲板，确保不会因阀门内漏而造成燃气事故。

3.5 燃气泄漏报警系统与通风系统连锁

燃气锅炉房作为易燃、易爆场所，国内已有大量研究，如文献[5]、文献[6]中研究内容。在燃气管道系统法兰及阀门连接处等释放源0.5～2.0m 高度以及锅炉房最高点屋顶处设防爆型可燃气体浓度检测报警装置，可燃气体浓度检测报警装置与设于锅炉房外供气干管上的防爆电磁阀及锅炉房内的防爆轴流风机连锁。分两级报警：一级报警为天然气的泄漏浓度达到爆炸下限的25% 时；二级报警为天然气的泄漏浓度达到爆炸下限的50%时。二级报警时，连锁关闭燃气干管上的防爆电磁阀，并开启防爆轴流风机进行事故通风。在实际工程中，由于无法预判是锅炉房内具体哪台锅炉燃气管道发生泄漏，燃气泄漏二级报警时，需将处于连通状态的整座锅炉房内所有锅炉的供气干管上的防爆电磁阀全部连锁，一旦燃气泄漏，燃气供气干管全部切断，以确保供气安全。