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機房設計與設備安裝 |
柴油發(fā)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(chǎn)的要求，保障人民生命財產(chǎn)的安全，均設有應急的柴油發(fā)電機。高溫煙管是柴油發(fā)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(fā)電機組效率下降、引發(fā)安全事故等不良后果。因此，以下將會對柴油發(fā)電機組煙管的安裝要點作簡單的介紹。
一、排煙系統(tǒng)的布置
按照國標環(huán)保的要求，排煙管道應引至屋頂室外高空處排放，或經(jīng)過消煙除塵處理后再行排放，以免污染環(huán)境。
1、絕大部分柴油發(fā)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(fā)電機組的許用背壓為原則。過高的排煙阻力會造成柴油發(fā)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(fā)電機組的配件，它的阻力P1可以通過產(chǎn)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(jīng)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(shù)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(jié)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(cè)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(jié)
（1）柴油發(fā)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(nèi)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(shù)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(jié)，煙管膨脹給設備、支架、建筑結(jié)構(gòu)帶來破壞可想而知。因此必須根據(jù)煙管的長度、理論溫升、金屬管道的熱膨脹系數(shù)等參數(shù)計算出煙管的軸向膨脹量，合理選擇管道金屬膨脹節(jié)，使之足以抵消因溫升引起的管道膨脹，保證系統(tǒng)的正常運行。
（2）金屬膨脹節(jié)
金屬膨脹節(jié)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(fā)電機組煙管大致包括金屬波紋管（膨脹節(jié)）、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(chǎn)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(xiàn)安全事故。
2、膨脹節(jié)的安裝
（1）膨脹節(jié)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(jié)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?；瑒又Ъ艿牟贾瞄g距應參照相應的國家規(guī)范、產(chǎn)品說明等情況確定。
（2）膨脹節(jié)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(jié)和管道同軸度的公差，建議先敷設好管道，然后于膨脹節(jié)安裝位置處用風焊將管道切割掉一段（長度等于膨脹節(jié)的自由長度加預拉伸量），再將膨脹節(jié)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(jié)的所有活動部件不被卡死，使膨脹節(jié)能夠正常工作。
（3）煙囪出口的防水是柴油發(fā)電機組煙管安裝的重點之一，根據(jù)以往的施工經(jīng)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。
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圖1 柴油發(fā)電機組排煙管安裝圖 |
圖2 柴油發(fā)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(nèi)霧化柴油等可燃氣體劇烈燃燒，膨脹使曲軸等部件運動產(chǎn)生的噪聲。
② 氣體流動噪音
對于渦輪增壓柴油發(fā)電機組，氣流高速流經(jīng)氣門，形成強烈渦流而產(chǎn)生巨大的噪音。
③ 機械噪音
機械活動部件相對運動產(chǎn)生摩擦和振動噪音。柴油發(fā)電機組產(chǎn)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(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)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(zhì)量良莠不齊，因此推薦使用康明斯廠家配套的產(chǎn)品，既方便快捷，又可以保證質(zhì)量。
3、防震裝置
防振煙管與柴油發(fā)電機組間必須選用彈性不銹鋼波紋管連接，避免柴油發(fā)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(fā)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。
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圖3 柴油發(fā)電機阻性消聲器結(jié)構(gòu)示意圖 |
圖4 柴油發(fā)電機抗性消聲器結(jié)構(gòu)示意圖 |
四、煙管的保溫
1、保溫材料的選擇
柴油發(fā)電機組滿載時，煙氣的溫度高達550℃左右，國內(nèi)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?yōu)榉勰?，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(huán)境下正常使用，但水合硅酸鈣管殼在高溫下傳熱系數(shù)最低，保溫效果最好，價格也比較便宜。因此，柴油發(fā)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
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排煙管外表面溫度(t) |
300℃ |
350℃ |
400℃ |
450℃ |
500℃ |
530℃ |
600℃ |
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排煙管外徑(DN) |
57 |
60 |
60 |
60 |
80 |
40/60 |
40/60 |
40/80 |
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73 |
60 |
60 |
60 |
80 |
40/60 |
40/60 |
40/80 |
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89 |
60 |
60 |
60 |
80 |
40/60 |
40/60 |
40/80 |
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108 |
60 |
60 |
60 |
80 |
40/60 |
40/60 |
40/80 |
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133 |
60 |
60 |
60 |
80 |
40/60 |
40/60 |
40/80 |
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159 |
60 |
60 |
60 |
80 |
40/60 |
40/60 |
40/80 |
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219 |
60 |
60 |
80 |
80 |
40/60 |
40/100 |
40/80 |
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273 |
60 |
60 |
80 |
80 |
40/60 |
40/100 |
40/80 |
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325 |
60 |
60 |
80 |
100 |
40/60 |
40/80 |
40/100 |
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377 |
60 |
60 |
80 |
100 |
40/60 |
40/100 |
40/80 |
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426 |
60 |
60 |
80 |
100 |
40/60 |
40/100 |
40/80 |
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注：本表系按排煙管加保溫層后外表面溫度<60℃，工作環(huán)境溫度20℃而制成。 |
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2、保溫施工要點
我國家規(guī)范規(guī)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(jīng)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(shù)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(shù)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(wǎng)，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(fā)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(fā)電機組的煙管應當單獨設置，不允許為了節(jié)省投資而兩臺或者多臺柴油發(fā)電機組共用一套排煙系統(tǒng)，即使型號完全相同的柴油發(fā)電機組也必須單獨設置排煙系統(tǒng)。
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。
5、排煙引管長度及與管徑的配套要求，應根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)確定。當排煙管需穿過墻壁時，應配置保護套。伸出室外沿墻垂直敷設，其管出口端應加防雨帽或切成320~450的斜角。所有排煙管道的壁厚應不小于3mm。
6、排煙管的走向應能防火，伸出室外部分宜設0.3%~0.5%的坡度。坡向室外，便于油煙凝結(jié)液及冷凝水排出室外。水平管較長時在低點安裝排污閥。
7、機房內(nèi)的排煙管采用架空敷設時，室內(nèi)部分應設隔熱保護層且距地面2米以下部分隔熱層厚度不應小于60毫米；當排煙管道架空敷設在燃油管下方或地溝敷設需穿越燃油管時，還應考慮安全措施。
8、排煙管較長時，應采用自然補償段，若無條件，應裝設補償器。
9、排煙引管不宜拐彎過多，拐彎彎度應大于900，一般拐彎不應超過三次，否則會導致柴油發(fā)動機排煙不暢，影響柴油發(fā)動機組的功率輸出。
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