新聞主題	柴油發電機日用儲油箱的輸油管道安裝要求

 

摘要：本文根據康明斯公司實際項目設計、工程建設及運行維護的相關經驗，闡述發電機房燃油供給系統的主體架構、自控邏輯以及供電配置等主要組成內容，并結合當前行業現狀，從源頭設計、工程建設以及運行維護等多角度綜合思考，設計建設了一個安全、穩定以及高效的發電機房發電機組燃油供給系統，為后續發電機房的運行維護打下了堅實基礎，可確保及時有效地供給燃油，保障關鍵時刻發電機組供油不間斷，發電機房設備供電不間斷。

 

一、燃油供給系統組成與安裝要求

 

      目前，發電機房的供電基本架構一般由高壓市電加柴油發電機組作為后備電源保障。柴油發電機是發電機房供電的最后一道保障，燃油供給系統是保障柴發機組及時穩定運行的關鍵環節。一個穩定、可靠的燃油供給系統，能在長時間停電情況下為發電機組提供及時有效的燃油，確保機房設備供電不間斷。

       燃油供給系統的主要設備包括儲油罐、供油泵、回油泵、各種閥門、燃油過濾器、日用油箱、PLC控制柜、電源柜、傳感器以及磁翻板液位計等。燃油供給系統主要由主體架構、自動控制以及供配電3大部分組成。主體架構為燃油系統的主要軀干，通過管道對儲油罐、日用油箱以及發電機組進行合理連接，并在管道上加裝油泵和閥門等各種控制裝置，形成一個穩定、高效且安全的供油系統。自動控制系統是整個燃油供給系統的大腦中樞，包括各種傳感器和信號監測，通過PLC利用既定的自動控制邏輯監測并控制整個燃油供給過程。供配電是系統中控制裝置和PLC等用電設備的能量來源。其中，小于200KW柴油發電機組可以選配原廠提供的機底油箱，容量為滿載8小時；此時不需附加額外的燃油管路、溝道及輸送泵，就能與機組很好的配合使用。可以通過手泵或電動裝置、人工、電動的或自動的向機底油箱補油。若選購原廠配套的自動補油系統（附帶高低油位報警），可令系統更為完善。

1、儲油箱的安裝要求

（1）柴油發電機組油箱一般放置于鄰近的儲油間里。油箱內最理想的燃油高度應保持和燃油輸送泵入口等同高度，但最高油面不能比發電機組底座高出2.55mm米。油箱有相應質量證明及檢測試驗報告。油箱安裝完畢后進行管路安裝施工，油管按設計安裝在浮動地臺上，輸油管道安裝完成后用壓縮空氣進行試壓。

（2）燃油箱是用鋼板沖壓焊接而成，其內表面一般鍍有防護層（不允許用鍍鋅鋼板），以防油箱壁面受腐蝕。由于柴油很難在常溫下蒸發，因此，柴油箱不裝置蒸氣閥，但柴油箱蓋必須加裝一個與大氣相通的壓力平衡孔，并在蓋內側加裝空氣濾清氈墊，以濾除空氣中的灰塵帶入柴油中。在注油口內裝有濾網，以便在注入柴油時進行初步過濾，加入柴油后用箱蓋將注油口蓋上。   

（3）應在油箱沉淀池下部裝有放油塞，以便排出臟物。為了便于從柴油箱中放出水分，有的油箱在放油塞上裝有一個活門。燃料放出前，將塞子擰下，然后接上軟管。當軟管壓緊塞門時，即可將活門打開，燃料從燃料箱中流出。日用油箱應安裝手動油泵和油箱油量表，油量表是用來測量燃油箱中柴油。打開開關，柴油即進入玻璃管，并停留在與燃油箱中相同高度的水平上，油量表刻度表示燃料油箱中的儲油量。

（4）大于400KW柴油發電機組通常日用油箱的容量為1000L，油箱中須裝置低油位開關設置30%、50%、100%、110%四階段之油位預告信號。 其常規設計如圖1、圖2所示。

 

圖1  1000L柴油發電機日用油箱平面圖

圖2  1000L柴油發電機日用油箱側視圖

 

2、燃油系統的安裝要求

（1）燃油系統由鋼制室內油箱、油泵及閥門、電磁閥、管路以及日用油罐遺漏過濾器、油位表、存油量計、存油管密封帽、阻火器、通風貌、滴盤、排渣管、溢流管等構成，同時應設防靜電接地裝置。燃油系統通常需要安裝室內油箱、供油泵、回油泵、截止閥、緊急截止閥和室內輸油管道。管道采用焊接連接，與油箱、泵、閥門的連接采用法蘭連接。

（2）日用油箱向柴油發電機供油的管口距油箱底的距離至少應有100mm左右，以免沉淀污物和冷凝水被吸入柴油發電機。安裝位置應避開熱源和振動，一般布局位置如圖3所示。因為振動會導致沉淀物泛起；而加熱則引起功率下降，若燃油溫度升溫至65℃，會產生汽化而使柴油發電機無法正常工作。制作燃油箱的材料，禁止使用鍍鋅鋼板，也不允許用鍍鋅管作輸油管，因為金屬鋅會與燃油中的硫化合成片狀或粉狀硫化物，堵塞濾清器或噴油嘴。   

（3）燃油系統不允許有細微的滲漏，包括運轉中和停機時的滲漏。若出現滲漏，都會導致空氣逸入燃油系統，會產生柴油發電機運行不穩定和影響輸出功率。因此，保證嚴密無滲漏是燃油全系統安裝的關鍵。軟管安裝要采用優質環箍，不要用鐵絲捆扎，以免松脫或切破油管。現在工廠已生產有多種型號的日用燃油供選用，安裝時只需著地座穩，不必再架高，非常方便。

（4）整個施工完成，在發電機組準備進行調試前對燃油系統充注燃油。

3、輸油管道的安裝要求

      輸油管應為無縫鋼管。供油管采用DN65無縫鋼管、回油管采用DN50無縫鋼管。進油管和回油管必須盡可能分開，以防止熱燃油回流。燃油吸入管應在油箱最低液面下鋪設。在發動機供油泵上須裝拉線“關閉”閥門，以便在發生事故時在機房外可以手動關閉發電機組。在主輸油管道上須提供一雙筒式油過濾器閥門，以便于清理油過濾器時不會影響系統正常工作。日用油箱與輸油管道的連接如圖4所示。

      管道摩擦阻力計算公式：

（1）油管直徑： 50mm;長度 : 120m / 396ft

（2）在40L/min or 0.67 L/s的流量時，阻力為0.5ft，公式為H2O/100ft = 3.96 x 0.5 = 1.98ft H2O or 610 mm H2O

（3）假設預留30%余量， 即油泵的最低要求壓力：610 x 1.3 = 793 mm H2O

 

圖3  柴油發電機組日用油箱位置布局圖

圖4  柴油發電機組與日用油箱管道連接圖

 

 

二、燃油供給系統架構

 

      國內發電機房一般采用地埋式儲油罐。國標《發電機房設計規范》中，直埋地下的臥式柴油儲罐需滿足建筑物和園區道路間的最小防火間距，柴油發電機的燃油存儲量需滿足相應等級發電機房的用油量，國標A級發電機房需滿足12h的后備用油量1。良好的設計方案是保證后備燃油存儲長期穩定可靠的關鍵源頭。結合發電機房的實際設計與建設，從主體架構、自控邏輯、監控以及供電配置等方面，對發電機房的燃油供給系統進行設計分析。通過實踐研究，需將2N雙備份設計理念貫穿全系統每個設備節點。從儲油罐、管道、日用油箱、供回油泵、PLC控制柜、地埋儲油罐日常加油口以及日用油箱應急加油口，到PLC控制柜、油泵及電動閥等用電設備，均要以雙備份思路進行規劃建設。

1、主體架構

      燃油供給系統的主體架構包括儲油罐、日用油箱、管道、供回油泵以及閥門等常見設備。燃油系統主體架構在設計圖紙定稿后一錘定音，建設完成后的改造難度和成本巨大。因此，主體架構應以安全、穩定、可靠以及高效等為基礎，在規劃設計時重點考慮后續運行維護的便利性和經濟性目。

      主體架構2N雙備份是對管道的合理設計。主要思路為兩個相同容積的罐體，分別為發電機房一半數量柴油發電機所對應的日用油箱供油，從儲油罐到每個日用油箱，設置兩路供油管道，在兩個儲油罐間設置兩路旁通管道形成互為備份，使供油管道和儲油罐達到2N設計效果。主體架構設計框架如圖5所示。

      圖5中管道標識及作用如下：

（1）1號為主加油管，主要用于日常加油車給地下儲油罐加油。

（2）2號為主回油管，日用油箱加油超過臨界值時，燃油從5號溢流管溢出匯流至主回油管。日常檢修、應急情況時，通過8號快速回油管緊急回油匯流到主回油管直至地下儲油罐。

（3）3號為供油管，連至各個日用油箱加油主管道，與4號供油管互為備用。

（4）4號為供油管，連至各個日用油箱加油主管道，與3號供油管互為備用。

（5）5號為溢流管，當日用油箱加油超過臨界值時，通過溢流管溢出匯流至2號主回油管。

（6）6號為柴發回油管，柴發啟動發電時燃油循環回流至日用油箱。

（7）7號為連至柴發加油管，柴發啟動發電，日用油箱提供燃油管道。

（8）8號為快速回油管，當故障、檢修以及火災等緊急情況時，通過回油泵快速把燃油抽回匯流到2號主回油管，直至地下儲油罐。

（9）9號為應急加油管，當地下儲油罐或儲油罐至日用油箱間的管道，全部故障或控制系統故障無法供油時，通過應急加油管道燃油直接加到日用油箱。

（10）10號為旁通管，使供油管道和儲油罐形成互為備份，其中一個油罐故障時，通過切換閥門另一個油罐承擔起故障側柴發的燃油供給，避免供油中斷。

2、儲油罐及相關器件

      儲油罐罐體的建設一般根據國標《小型立、臥式油罐圖集》要求，結合工程實際需求進行深化設計。地埋臥式儲油罐進出管道及相關器件設計詳圖如圖2所示。

      圖6中管道及相關器件標識及作用如下：

（1）1號為日常快速加油口，設置兩個不同口徑的常用加油口，便于日常不同容量燃油運輸車的加油工作。主加油管在儲油罐底部加一個彎頭，防止后期加油時沖擊底部沉淀物污染油品，從而損傷堵塞管道、閥門等器件。

（2）2號為油水分離器。油水分離器就是將油和水分離開來的儀器，原理主要是根據水和燃油的密度差，利用重力沉降原理去除雜質和水份的分離器，可根據發電機組流量選型。

（3）3號為油表，計量加油量，便于運維工作。

（4）4號為阻火通氣罩，防止外部火焰竄入罐體內或阻止火焰罐體內蔓延。

（5）5號為快速吸油口，快速及時地把地下儲油罐內的燃油吸出，便于罐體的維護和維修，同時底部設計止回閥，防止吸出燃油回流。

（6）6號為液位計，實時計量地下儲油罐內燃油量。液位計采用的方式如下：

① 目試液位計：標準配置，便于值班人員日常巡檢。

② 四段式浮球液位計：用于給日用油箱的加油控制，準確性好，經濟適用。

③ 磁翻版式液位計：用于油路的監控功能，性價比高。

（7）7號為球閥，用于管道開通、切斷。

（8）8號為止回閥，單向開通，防止燃油通過供油管倒流至儲油罐。

（9）9號為油泵(潛油泵)，需燃油補給時，啟動油泵為燃油供給提供動力。

（10）10號為活動蓋板，便于工作人員進出和日常保護操作井。

 

圖5  柴油發電機燃油供給系統主體架構框圖

圖6  柴油發電機地埋式儲油罐供油管道設計詳圖

 

3、日用油箱及相關器件

      日用油箱是連接儲油罐和發電機組的關鍵儲油容器，對燃油的平穩供給起關鍵作用，關系到燃油供給、日常維護以及應急搶修等。結合工程經驗，日用油箱結構如圖7所示，其管道閥門設計如圖8所示。

      儲油罐出來的2根雙路供油管分別通過日用油箱上端、管道上加裝球閥和電動閥組合裝置進行控制，供油管末端加裝過濾分流器。在日用油箱靠近頂部的位置，設置溢流裝置通過溢流管與底部的快速回油管合并，在回油管上設計球閥和電動閥的組合裝置，同時設置過濾器、小型回油泵、止回閥以及球閥，以便實現快速控制。在日用油箱的上下位置設置柴發回油管和至柴發得供油管，在管道上配置相應閥門用以開關控制。在日用油箱頂端設置應急快速加油管道，管道上加裝波紋管、閥門、油表、過濾器以及相應的加油接口，以滿足應急加油。同側的每個日用油箱的應急加油管并接到主應急加油管道上。每個日用油箱上需設置液位控制裝置，同時還需設置阻火通氣罩。

 

圖7  日用儲油箱結構基本示意圖

圖8  柴油發電機日用油箱供油管道設計詳圖

 

三、燃油自控系統

 

      柴油發電機供回油自動控制系統，簡稱燃油自控系統(PLC)，主要集中監測、控制與管理柴油發電機的燃油供給和回卸等狀態。它的監控對象主要包括地埋儲油罐、日用油箱、供油泵、回油泵、管路閥門、液位以及溫度等。通過控制器和傳感器等元器件，將設備的狀態接入發電機房動環監控系統，進行實時監測、控制及運維管理。燃油自控系統拓補圖如圖9所示。

      供油控制系統配置主備兩臺PLC柜，并互為熱備用。正常情況下，主備PLC各自獨立控制對應地下儲油罐的供油泵，根據控制邏輯給日用油箱供油。當其中一臺PLC故障時，另一臺承擔全部日用油箱的供油控制，實現供油控制系統的雙保障。燃油自控系統的邏輯控制主要包括以下幾個部分。

1、儲油罐的控制

      每個儲油罐均應設置液位監控設施。它的液位傳感器具備遠傳和本地顯示功能，將探測到的液位信號及時有效地接入控制系統。控制系統根據儲油罐中的液位傳感器信號，設置高高液位、高液位、低液位以及低低液位4種柴油容量狀態。以總容量為50m³的儲油罐為例，設置液位告警控制邏輯。

      當儲油罐內柴油量達到高液位，設定油量達到45m³時監控中心出現油滿溢出風險告警，同時現場設置聲光報警。當儲油罐內柴油量達到高液位，設定油量達到40m³時(預留回油空間)柴油控制系統和現場聲光提醒油罐已滿，停止向儲油罐補充柴油。當儲油罐內柴油量達到低液位，設定油量距離油罐底部500mm(可調整)時，柴油控制系統和現場聲光提醒油量過少，向儲油罐補充柴油，同時自動關閉該油罐的所有供油泵。當儲油罐內柴油量達到低低液位，設定油量距離油罐底部300mm(可調整)時，監控中心缺油告警和現場聲光報警，儲油罐已無柴油。

2、日用油箱的控制

      每個日用油箱均應設置液位監控設施。它的液位傳感器應具備遠傳和本地顯示功能，將探測到的液位信號及時有效地接入自動控制系統。控制系統根據日用油箱中的液位傳感器信號，設置高高液位、高液位、低液位以及低低液位4個柴油容量狀態。以總容量為1m³的日用油箱為例，設置液位告警控制邏輯。

      當油量達到高高液位，設定到90%油箱容積時監控中心油滿溢出告警和現場聲光報警，回油泵打開，日用油箱柴油回卸到儲油罐。當油量達到高液位，設定到80%油箱容積時關閉日用油箱對應的供油電磁閥。當油量達到低液位，設定到50%油箱容積時開啟日用油箱對應的供油電磁閥，及時補油。當油量達到低低液位，設定到20%油箱容積時監控中心缺油告警和現場聲光報警，提醒油量過低，立即補油。

3、油泵與電磁閥的控制

      如圖10所示。每個儲油罐配置供油泵，與日用油箱上的供油電磁閥進行連鎖設置。供油回路中任意一組日用油箱的電磁閥開啟且確認閥門狀態后，由自動控制系統發出指令，開啟對應儲油罐的供油泵。當檢測到對應日用油箱的電磁閥都關閉時，對應供油泵停止運行。每個供油泵需具備現場和遠程開啟功能，它的故障與狀態信號應實時納入監控系統。日用油箱下方設計柴油泄漏探測裝置，通過自控系統納入動環監控。地埋儲油罐內，柴油設置含水量探測裝置，罐外設置泄漏探測裝置，通過自控系統納入動環監控，實時預警監測油品。

4、消防聯動控制

       控制系統設計遠程或手動關閉，日用油箱至柴發側供油管上的緊急切斷閥，緊急切斷供油泵。每個日用油箱上設置一套回油閥和小型緊急回油泵，回油電磁閥與回油泵消防聯動。當日用油箱間發生火災報警時，消防系統將系統信號發送給油路控制系統，由油路控制系統實施控制，打開該日用油箱和相鄰的房間，并開啟回油電磁閥和小型緊急回油泵，快速回油直至地下儲油罐。日用油箱氣體滅火時由消防系統聯動，關閉排風管道上的電動密閉閥。滅火結束后，手動開啟電動密閉閥，且開啟連鎖相應的排風機。在發日用油箱間設置事故防爆排風機，風機與室內的油氣濃度探測裝置連鎖，風機的室內外均設置手動開關。

 

圖9  柴油發電機燃油自控系統拓補圖

圖10  柴油發電機燃油系統自身控制功能框圖

 

總結：

      供油系統的電源配置由兩路不間斷的電源供電，常見的為2N架構的UPS電源。末端通過ATS切換裝置給油泵、電動閥以及自動控制柜等供油系統的各個用電部件供電，使得全油路系統配電為主備雙路保障，避免了供電故障風險，提高了供電安全等級。供油系統供電的安全性和可持續性，是柴油發電機組持續獲得燃油的基本保障。發電機房建設過程中，燃油供給系統一般歸屬土建工程范疇，且涉及較多的隱蔽工程，罐體、油箱以及管道內都有燃油。運行使用后如果發現系統性問題隱患，改造難度大，涉及安全性要求高，需投入大量的人力物力，且往往無法到達預期效果。因此，燃油供給系統的建設應貫穿工程的全過程，在設計和建設時期應重點考量系統后期運行維護的穩定性、便利性、實用性以及安全性，確保發電機組能得到源源不斷的燃油供應。

 

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