壁掛爐在輸氣管道工程中的應用

張巧玲 古劍飛 王海波 周 丁 李 明

1.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041；2.中國核動力研究設計院, 四川 成都 610200

壁掛爐在輸氣管道工程中的應用

張巧玲1古劍飛1王海波1周 丁1李 明2

1.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041；2.中國核動力研究設計院, 四川 成都 610200

輸氣管道工程供熱系統(tǒng)中采用常規(guī)燃氣鍋爐作為熱源,需建設室外熱力管網(wǎng)及敷設管溝等。為避免建設室外熱力管網(wǎng)及敷設管溝,供熱系統(tǒng)采用單元獨立式壁掛式燃氣熱水爐(簡稱壁掛爐)來滿足供暖及生活熱水需要,不僅減少了施工安裝工程量,同時降低了供熱系統(tǒng)維護運行等費用。通過實例詳細闡述了單元獨立式供熱系統(tǒng)設計中需注意的事項,并提出解決措施，為壁掛爐在輸氣管道工程供熱系統(tǒng)中的應用提供了參考。

供熱系統(tǒng)；壁掛爐；光面(排管)散熱器

0 前言

目前,石油天然氣領域中以天然氣為燃料的供熱熱源形式有[1]:集中式燃氣鍋爐、分散式燃氣鍋爐、單元獨立式壁掛式燃氣熱水爐(簡稱壁掛爐)。

集中式燃氣鍋爐供熱面積大,出水溫度高,需根據(jù)供熱面積及供熱區(qū)域設置熱力站及室外熱力管網(wǎng)[2]。

分散式燃氣鍋爐分低溫和高溫燃氣鍋爐。分散式低溫燃氣鍋爐,出水溫度低,適用于小范圍供熱面積,供熱系統(tǒng)中不設置熱力站,采用一次熱網(wǎng)直供方式為用戶供熱[2]；對于分散式高溫燃氣鍋爐,可在鍋爐房內(nèi)設置換熱機組或設置熱力站,采用間接方式為用戶供熱。

臨汾—長治輸氣管道工程地處濕陷性黃土地區(qū),以往采用常規(guī)燃氣鍋爐作為供熱系統(tǒng)熱源,需建設室外熱力管道(含生活熱水、供暖熱水),室外埋地供熱管道敷設在建筑物和構筑物防護距離內(nèi)，需置于檢漏管溝中[9]。為避免安裝集中供熱鍋爐房及敷設室外管道,選用壁掛爐作為熱源。

1 供熱系統(tǒng)的設計

1.1 熱源方案

0.2～0.3 MPa中壓燃氣經(jīng)調(diào)壓箱調(diào)壓至2 kPa后進入壁掛爐,未經(jīng)處理的新鮮水在循環(huán)補水中不斷受熱,鈣、鎂離子濃度越來越高,逐漸轉化為堅硬的碳酸鈣等水垢附著在管壁及設備換熱面上,阻礙熱交換,因而水質(zhì)控制尤為重要。在供暖回水及新鮮水入口安裝電子水處理[11-12],保證進入壁掛爐的水質(zhì)滿足要求,此外電子水處理設備體積小,安裝簡單方便。壁掛爐供熱流程見圖1。

圖1 壁掛爐供熱流程

1.2 供暖設計流量

依據(jù)《供熱工程》[13]，供暖設計流量應按下式計算:

(1)

式中:G為供暖設計流量,t/h；Q為設計熱負荷,kW；c為水的比熱容,kJ/(kg·℃)；t1為供水溫度,℃；t2為回水溫度,℃。

河津接收站綜合值班室供暖系統(tǒng)設計供水溫度85 ℃,回水溫度60 ℃,供暖設計熱負荷58kW,根據(jù)式(1),計算出供暖系統(tǒng)設計供回水流量2.03t/h。

1.3 生活熱水設計小時耗熱量

河津接收站宿舍及衛(wèi)生間生活熱水設計小時熱水量800L/h,則：

Qh=1.163qrh(tr-tl)ρr[14]

(2)

式中:Qh為設計小時耗熱量,W；qrh為設計小時熱水量,L/h；ρr為熱水密度,kg/L；tr為設計熱水溫度,℃；tl為設計冷水溫度,℃；1.163為單位轉換系數(shù)。

生活熱水加熱溫差55 ℃,(冷水4 ℃[14],熱水60 ℃),經(jīng)計算生活熱水設計小時耗熱量52kW,選用2臺額定功率36kW的壁掛爐滿足要求。

1.4 水力計算

設計供熱系統(tǒng),為使系統(tǒng)中各管段的水流量符合設計要求,以保證流進各散熱器的水流量符合要求,需進行管路的水力計算。根據(jù)式(1)計算得供回水設計流量2.03t/h,查《實用供熱空調(diào)設計手冊》[15]中供暖系統(tǒng)管段阻力損失管徑計算表,依據(jù)插值法計算不同管徑條件下的流速及比摩阻值見表1。

表1 供暖系統(tǒng)在不同管徑條件下的管段阻力計算表

水流量/(t·h-1)管徑/mm流速/(m·s-1)比摩阻/(Pa·m-1)2033205817242034004494020350027334

供熱系統(tǒng)設計最不利循環(huán)環(huán)路的平均比摩阻控制在60～120Pa/m[15]內(nèi),設計選用供回水管徑為DN40,壁掛爐為閉式循環(huán)系統(tǒng),內(nèi)置循環(huán)泵揚程5m,經(jīng)計算供暖系統(tǒng)最大阻力損失22kPa,壁掛爐內(nèi)置循環(huán)泵揚程滿足要求。

2 供暖系統(tǒng)安裝

2.1 供暖系統(tǒng)安裝形式

臨汾—長治輸氣管道工程河津接收站綜合值班室內(nèi)供暖系統(tǒng)主要采用同程上供上回方式。吊頂內(nèi)供暖管道均采用30mm厚復合硅酸鹽管殼保溫。為避免散熱器凍裂,在兩道外門之間的門斗內(nèi),不設置散熱器[16]；辦公室、會議室等大開間房間,散熱器管道布置采用水平串聯(lián)式[17-18]減少立管總數(shù),必須使用立管時,布置在墻角處,采用裝修裝飾手段[19],散熱器布置在外墻窗臺下。

以往控制室供暖一般采用空氣調(diào)節(jié)加電暖氣方式。山西地處北方干燥地區(qū),值班人員工作環(huán)境舒適度低,采用對濕度、溫度有嚴格要求的恒溫恒濕空調(diào),則增加建設投資,從節(jié)約能源方面考慮,設置水暖?？刂剖也捎脽崴┡瘯r,為避免發(fā)生供暖水泄漏,控制室內(nèi)需定期檢修、維護及更換的閥門管件等安裝在相鄰房間內(nèi),控制室內(nèi)供暖管道焊接,末端采用悶頭焊接封堵[20]。普通銅鋁復合散熱器存在供暖水泄漏的安全隱患,為解決上述問題,選用光面(排管)散熱器,光面(排管)散熱器是由無縫鋼管或焊接鋼管焊接而成的工業(yè)用供暖散熱器,根據(jù)熱媒不同,分為熱水和蒸汽兩種類型。

光面(排管)散熱器在不同室溫下,不同管徑多排安裝時每米管長的散熱量[15]見表2,表2熱媒為95～70 ℃熱水,而控制室熱媒為85～60 ℃熱水,需進行換算。根據(jù)控制室供暖熱負荷、供暖設計參數(shù)、光面(排管)散熱器單位長度散熱量,設計采用規(guī)格為D108-2.5-5光面(排管)散熱器[18],供回水管連接形式為異側連接,在計算工程量長度時,每組光面排管之間的連接管長度不能計入光面排管制作安裝工程量。

表2 不同管徑光面管(排管)散熱器散熱量

室內(nèi)溫度/℃不同管徑下散熱量/(W·m-1)D73×35mmD89×40mmD108×40mmD133×40mm5192227273337818622126732610180215256314121742092503081416919824429715169198238291161631922332851815718622127320151174209262231401631982442534157192233

2.2 壁掛爐安裝

壁掛爐在啟動及火焰燃燒過程中會產(chǎn)生噪音,從使用安全的角度考慮,壁掛爐對設置位置有嚴格要求,需具備良好的通風環(huán)境,且應將排煙管引至室外[21],為此綜合值班室設置單獨供熱間,室內(nèi)冬季設計溫度不低于5 ℃,燃料氣入口處,設置手動快速切斷閥及自動緊急切斷閥,室內(nèi)考慮正常通風和事故通風,事故通風風量按12次/h[16]計算,并設置可燃氣體報警與防爆鋼制軸流風機聯(lián)鎖。

3 結論

輸氣管道工程中,以往采用常規(guī)燃氣熱水鍋爐作為供熱系統(tǒng)熱源,需建設室外熱力管網(wǎng)及敷設管溝。在保證供暖及生活熱水需求下,選用壁掛爐作為供熱系統(tǒng)熱源,不需建設鍋爐房、換熱器及室外管道等,壁掛爐體積小,現(xiàn)場安裝簡單方便,工程量少,能縮短工期，節(jié)約建設及后期維護費用等。

[1] 田貫三,付 林.“西氣東輸”中天然氣合理應用方式研究[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.TianGuansan,FuLin. “West-East”ReasonableApplicationModeStudyofNaturalGas[M].Bejing:ChinaBuildingIndustryPress, 2009.

[2]楊曉嶸.燃氣鍋爐房供熱工程熱源方案的比選[J].煤氣與熱力,2013,33(12):36-39.YangXiaorong.ComparisonandSelectionofHeatSourceSchemesofGas-FiredBoilerRoomHeatingEngineering[J].Gas&Heat, 2013, 33 (12): 36-39.

[3]王佩霞.壁掛式燃氣熱水器供暖的應用[J].煤氣與熱力,2006,26(6):41-43.WangPeixia.ApplicationofWall-MountedGasWaterHeaterinHeating[J].Gas&Heat, 2006, 26 (6): 41-43.

[4]趙 丹,邵 蓉,由世俊,等.壁掛式燃氣熱水器為熱源的地板輻射供暖系統(tǒng)[J].煤氣與熱力,2005,25(9):29-32.ZhaoDan,ShaoRong,YouShijun,etal.FloorRadiantHeatingSystemUsingGasWaterHeaterAsHeatSource[J].Gas&Heat, 2005, 25 (9): 29-32.

[5]李 舟,佟立志,孫 娟.居住建筑分戶式壁掛爐采暖與集中采暖對比分析[J].工業(yè)鍋爐,2013,(4):9-12.LiZhou,TongLizhi,SunJuan.ComparisonandAnalysisofIndividualTypeWall-HungGasBoilersHeatingandCentralHeatingofResidentialBuilding[J].IndustrialBoilers, 2013, (4): 9-12.

[6]李兆杰.壁掛采暖爐在銀川市的發(fā)展[J].石油化工應用,2006,25(4):65-66.LiZhaojie.DevelopmentofWallHeatingStoveinYinchuan[J].PetrochemicalIndustryApplication, 2006, 25 (4): 65-66.

[7]王 鵬.燃氣壁掛爐在住宅建筑中的應用[J].低溫建筑技術,2013,35(4):126-127.WangPeng.GasBoilerUsedinResidentialBuildings[J].LowTemperatureArchitectureTechnology, 2013, 35 (4): 126-127.

[8]吳明波,賈雁群,孫錦杰.壁掛式燃氣采暖爐分散供暖的技術經(jīng)濟分析[J].煤氣與熱力,2001,21(1):25-29.WuMingbo,JiaYanqun,SunJinjie.TechnicalandEconomicAnalysisofDecentralizedHeat-SupplywithGasWaterHeater[J].Gas&Heat, 2005, 21 (1): 25-29.

[9]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范:GB50025-2004[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004MinistryofHousingandUrban-RuralDevelopmentofthePeople’sRepublicofChina.CodeforBuildingConstructioninCollapsibleLoessRegions:GB50025-2004 [S].Bejing:ChinaBuildingIndustryPress, 2004.

[10]侯利華,魏敦崧.家用燃氣壁掛式采暖/熱水兩用爐的技術分析[J].上海煤氣,2006,6(1):25-27.HouLihua,WeiDunsong.TechnicalAnalysisHouseholdGasWallMountedHeating/HotWaterDualFurnace[J].ShanghaiGas, 2006, 6 (1): 25-27.

[11]夏 靜,董 濱,韓柏平.物理場水處理器的應用與分類研究[J].四川環(huán)境,2006,26(6):12-14.XiaJing,DongBin,HanBaiping.DiscussiononApplicationandClassificationofPhysicalWaterTreaters[J].SichuanEnvironment, 2006, 26 (6): 12-14.

[12]李 鷹,郭 紅.電子水處理器處理循環(huán)冷卻水的原理和應用[J].同濟大學學報,2000,28(1):72-77.LiYing,GuoHong.TheoryoftheElectronicWaterProcessorintheTreatingofRecyclingCoolingWaterSystemandItsCurrentApplication[J].JournalofTongjiUniversity, 2000, 28 (1): 72-77.

[13]賀 平,孫 剛,王 飛,等.供熱工程(第4版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.HePing,SunGang,WangFei,etal.HeatingEngineering(FourthEdition) [M].Bejing:ChinaBuildingIndustryPress, 2008.

[14]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.建筑給水排水設計規(guī)范:GB50015-2003[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.MinistryofHousingandUrban-RuralDevelopmentofthePeople’sRepublicofChina.CodeforDesignofBuildingWaterSupplyandDrainage:GB50015-2003 [S].Bejing:ChinaBuildingIndustryPress, 2002.

[15]陸耀慶.實用供熱通風設計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.LuYaoqing.PracticalHeatingandVentilationDesignManual[M].Bejing:ChinaBuildingIndustryPress, 2011.

[16]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范:GB50736-2012[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.MinistryofHousingandUrban-RuralDevelopmentofthePeople’sRepublicofChina.DesignCodeforHeatingVentilationandAirConditioningofCivilBuilding:GB50736-2012 [S].Bejing:ChinaBuildingIndustryPress, 2012.

[17]中國建筑設計研究院機電專業(yè)設計研究院.新型散熱器選用與安裝(國家建筑標準設計圖集05K405)[S].北京:中國建筑標準設計研究院,2005.ChinaArchitectureDesignandResearchInstituteofElectricalandProfessionalDesign.SelectionandInstallationofNewRadiator(NationalBuildingStandardDesignAtlas05K405) [S].Bejing:ChinaAcademyofBuildingStandardDesign, 2005.

[18]中國石化北京石油化工工程公司.散熱器系統(tǒng)安裝(國家建筑標準設計圖集96K402-2)[S].北京:中國建筑標準設計研究院,2002.ChinaSinopecBeijingPetrochemicalEngineeringCorporation.RadiatorSystemInstallation(NationalBuildingStandardDesignAtlas96K402-2) [S].Bejing:ChinaAcademyofBuildingStandardDesign, 2002.

[19]趙淑珍,李 靜,王 浩.天然氣處理廠暖通設計常見問題及對策[J].天然氣與石油,2012,30(1):86-91.ZhaoShuzhen,LiJing,WangHao.CommonProblemsinHVACDesingofNaturalgasTreatmentPlantandTheirSolutions[J].NaturalGasandOil, 2012, 30 (1): 86-91.

[20]國家能源局.石油天然氣地面建設工程供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范:SY/T7021-2014[S].北京:石油工業(yè)出版社,2014.NationalEnergyAdministration.OilandGasConstructionProjectsGroundHeatingVentilationandAirConditioningDesign:SY/T7021-2014 [S].Bejing:PetroleumIndustryPress, 2014.

[21]周 超.住宅兩用燃氣壁掛爐設備配置與計算[J].給水排水,2012,26(5):45-47.ZhouChao.ResidentialGasBoilerDual-UseEquipmentConfigurationandComputing[J].Water&WasteWaterEngineering, 2012, 26 (5): 45-47.

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.019

2016-02-01

中國石油天然氣集團公司重點工程資助項目(S 2013-14 E)

張巧玲(1982-),女,河北石家莊人,工程師,碩士,現(xiàn)主要從事熱工及暖通專業(yè)設計工作。