機房設計與設備安裝

柴油發電機排氣煙囪的管道安裝布置

 

導讀：在大型的公共建筑中，為了滿足消防、應急照明、工藝生產的要求，保障人民生命財產的安全，均設有應急的柴油發電機。高溫煙管是柴油發電機組煙管的重要組成部分，但它的安裝過程卻往往被人忽視。錯誤的安裝會造成支架的變形，柴油發電機組效率下降、引發安全事故等不良后果。因此，以下將會對柴油發電機組煙管的安裝要點作簡單的介紹。

 

一、排煙系統的布置

 

      按照國標環保的要求，排煙管道應引至屋頂室外高空處排放，或經過消煙除塵處理后再行排放，以免污染環境。

1、絕大部分柴油發電機組的許用背壓為6.5kPa左右，因此煙管的布置以及管道長度、管徑的大小必須以煙氣的流動阻力不大于柴油發電機組的許用背壓為原則。過高的排煙阻力會造成柴油發電機組的性能下降，油耗增大，出口煙氣溫度升高，機組運行無法達到標定的額定功率。

2、消聲器屬于柴油發電機組的配件，它的阻力P1可以通過產品樣本查得，一般阻力值介于1.1～1.4kPa之間。

3、煙囪出口阻力一般按經驗估算，阻力值約為0.5kPa。

4、合理布置煙管走向，盡量縮短煙管長度，可以減小煙管沿程阻力；同時通過繪制綜合管線圖，避免管道交叉，減少彎頭數量，可以減少煙氣的局部阻力。這樣不僅可以使P4的阻力下降，還可以節約施工成本，對于總價包干的項目尤為重要。

5、排煙管過墻處應加保護套，伸出屋面或側墻的煙管出口端，應加裝防雨帽。

6、非增壓柴油機和廢氣渦輪增壓柴油機均應在排煙管上裝設消音器。兩臺柴油機不應共用一個消音器，消音器應單獨固定。

 

二、消除管道膨脹

 

1、正確選擇金屬膨脹節

（1）柴油發電機組在額定工況下工作時的排煙溫度一般在550℃左右，與煙管在安裝時30℃的室內溫度相比，溫升高達520℃左右。查閱相關的資料可知，金屬管道的熱膨脹系數為：1.13mm/（m×100℃），這就意味著即使是30m長的金屬煙管在使用時的膨脹量也有176mm之多。如果不設置膨脹節，煙管膨脹給設備、支架、建筑結構帶來破壞可想而知。因此必須根據煙管的長度、理論溫升、金屬管道的熱膨脹系數等參數計算出煙管的軸向膨脹量，合理選擇管道金屬膨脹節，使之足以抵消因溫升引起的管道膨脹，保證系統的正常運行。

（2）金屬膨脹節

      金屬膨脹節也就是我們平時所說的波紋管，位置如圖2所示。各類支架的布置柴油發電機組煙管大致包括金屬波紋管（膨脹節）、消聲器、、固定支架、導向支架、滑動支架等一系列的組件，見圖1。

（3）固定支架

      主要作用是限制管道位移，它不僅要承擔煙管的重力，而且還要承擔煙管由于熱膨脹所產生的軸向應力，因此一定要對固定支架進行受力計算，保證支架牢固可靠，避免出現安全事故。

2、膨脹節的安裝

（1）膨脹節要靠近固定支架安裝，另一端的第一導向支架應安裝在距離膨脹節4D（D為煙管的直徑）的位置，第二導向支架距離第一導向支架的距離為14D，其間布置滑動支架，以便管道膨脹和收縮。滑動支架的布置間距應參照相應的國家規范、產品說明等情況確定。

（2）膨脹節安裝前首先按計算的補償量進行預拉伸，以便消除因溫升引起的管道膨脹。為減小膨脹節和管道同軸度的公差，建議先敷設好管道，然后于膨脹節安裝位置處用風焊將管道切割掉一段（長度等于膨脹節的自由長度加預拉伸量），再將膨脹節安裝上去，焊接牢固。安裝完畢，拆除運輸拉桿、限位螺母等，保證膨脹節的所有活動部件不被卡死，使膨脹節能夠正常工作。

（3）煙囪出口的防水是柴油發電機組煙管安裝的重點之一，根據以往的施工經驗，推薦按施工。

特別提醒：由于煙管溫度很高，在屋頂煙囪出口的周圍應加設一定的防護設施，并于醒目位置懸掛“高溫危險”的字樣，防止造成人身傷害。

 

圖1  柴油發電機組排煙管安裝圖

圖2  柴油發電機波紋管位置圖

 

三、消聲及防震

 

1、消聲噪聲聲源

① 燃燒噪音

      氣缸內霧化柴油等可燃氣體劇烈燃燒，膨脹使曲軸等部件運動產生的噪聲。

② 氣體流動噪音

      對于渦輪增壓柴油發電機組，氣流高速流經氣門，形成強烈渦流而產生巨大的噪音。

③ 機械噪音

      機械活動部件相對運動產生摩擦和振動噪音。柴油發電機組產生的噪音頻率以中、高頻為主，因此煙管的消聲器應對中、高頻敏感，這是選擇消聲器的關鍵。

2、消聲器類型

（1）阻性消聲器   

      阻性消聲器是利用聲波在多孔性吸聲材料中傳播時，摩擦將聲能轉化為熱能而散發掉，以達到消聲的目的。阻性消聲器具有良好的中、高頻消聲性能。

（2）抗性消聲器   

      該類消聲器是利用聲波的反射、干涉及共振等原理，吸收或阻礙聲能向外傳播。它適用于消除中、低頻率噪聲或窄帶早聲。

（3）微穿孔板消聲器   

      該類消聲器是建立在微孔聲結構基礎上的既有阻又有抗共振式消聲器。此消聲器可受較高氣流速度的沖擊，耐高溫、不怕水，能耐一定粉塵。

（4）復合式消聲器   

      為了達到寬頻帶、高吸收的消聲效果，可將阻性和抗性消聲器組合為復合式消聲器。該類消聲器既有阻性吸聲材料，又有共振器、擴張式、穿孔屏等聲學濾波器件。

（5）擴容減壓、小孔噴注式消聲器

       是為降低高溫、高速、高壓排氣噴流噪聲而設計的排氣放空消聲器。從結構上看，風機消聲器、空壓機消聲器大都是阻性或炕復式消聲器，排氣噴流消聲器大都是節流降壓、擴容降速，或小孔噴注型消聲器。

      由于市場上可供選擇的耐高溫消聲器并不多見，且質量良莠不齊，因此推薦使用康明斯廠家配套的產品，既方便快捷，又可以保證質量。

3、防震裝置

      防振煙管與柴油發電機組間必須選用彈性不銹鋼波紋管連接，避免柴油發電機組的震動通過管道進行傳遞。在消聲器以及消聲器前的管段上加裝彈簧減震吊碼，以減小柴油發電機組設備本體的震動對煙管的影響。煙管穿越墻身、樓板處加入彈性阻尼層填堵，建議選用HiLTi、3M等公司的軟性防火填料填充。

 

圖3  柴油發電機阻性消聲器結構示意圖

圖4  柴油發電機抗性消聲器結構示意圖

 

四、煙管的保溫

 

1、保溫材料的選擇

      柴油發電機組滿載時，煙氣的溫度高達550℃左右，國內的許多工程常采用玻璃棉管殼作為煙管的保溫材料，但著名品牌康明斯廠家的技術工程師確認，這類保溫材料的允許工作溫度均小于480℃。

       對于水噴淋處理前的煙管，由于沒有采取降溫措施，玻璃棉無法滿足使用要求，在高溫下將很快脆化，變為粉末，嚴重影響保溫效果。而巖棉和水合硅酸鈣兩者均可在高達650℃的高溫環境下正常使用，但水合硅酸鈣管殼在高溫下傳熱系數最低，保溫效果最好，價格也比較便宜。因此，柴油發電機組煙管的設計，推薦使用水合硅酸鈣管殼作為煙管的保溫材料。 排煙管保溫層厚度選擇如表1所列。

表1    排煙管保溫層厚度（mm）選擇

 

2、保溫施工要點

      我國家規范規定，在人能觸及到的2米以下裝置表面超過70度都要進行保溫，且保溫后的裝置表面溫度不超過40℃。裝排煙管要盡可能順暢、少彎且不能有向下的彎、不能有 u 型彎，并以最短的路徑到達排煙的目的，并經可能離開人能接觸位置空間。

 

（1）排煙管外表面溫度≤450℃時保溫層采用1層巖棉氈，排煙管外表面溫度≥500℃時，保溫層采用2層，即接觸管壁的1層為硅酸鋁纖維氈，外包1層巖棉氈，硅酸鋁纖維氈的厚度為表中分子所示，巖棉氈的厚度為表中分母所示。

 

（2）巖棉的物理性能：密度80~100kg/m³，導熱系數入=0.03~0.0407W/（mxK）。硅酸鋁纖維的物理性能：密度150~250kg/m3，導熱系數入=0.14~0.174W/(mxK)。

（3）在保溫層安裝過程中，在煙管的軸向上每間隔2m左右應設置5～10mm的伸縮預留縫，并用石棉繩填充，用于消除軸向膨脹，避免煙管升溫膨脹破壞保溫層。在煙管的外壁綁扎一層細鐵絲網，使水合硅酸鈣保溫半圓管殼間形成3～5mm的縫隙，用石棉繩填充，用于消除徑向膨脹，避免煙管升溫膨脹破壞保溫層。

 

五、施工中的其它注意事項

 

1、水平煙管保持0.5％的坡度，坡向立管，以防止雨水意外流入柴油發電機組；并在立管的底部設置DN20的全金屬閥門一個，用于暴雨后檢查、放水。

2、柴油發電機組的煙管應當單獨設置，不允許為了節省投資而兩臺或者多臺柴油發電機組共用一套排煙系統，即使型號完全相同的柴油發電機組也必須單獨設置排煙系統。

3、屋頂煙囪出口應當避免朝向其他建筑物、通道等。并且排放前必須淡化煙色，降低排放污染，無論是使用管道式煙塵凈化器或者水噴淋的方式，都必須通過國家有關部門的驗收。

4、每臺柴油機的排煙管應單獨引出室外，宜架空敷設，也可敷設在地溝中。排煙引管和消聲器應單獨設置支撐，不得直接支撐在柴油機排煙總管或固定在柴油機其他部位上。排煙引管與排煙總管之間采用柔性連接。排煙管上的托架必須容許管子伸縮或是采用滾柱型托架，而短的柔性管或膨脹式波紋管應介于兩個固定架之間的長管道，并組合為一體。

 

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