浅谈天然气锅炉供气系统的设计要点

宝鸡中燃城市燃气发展有限公司 王 佳 屈菊红

浅谈天然气锅炉供气系统的设计要点

宝鸡中燃城市燃气发展有限公司 王 佳 屈菊红

文章结合技术标准和规范，从供气管道、调压计量和安全防护等几个方面提出了天然气锅炉供气系统的设计中需要注意的要点。

天然气锅炉 供气系统 设计

0 前言

近年来，大气环境质量是民众关心的问题形势很严峻，而冬季供热过程中燃煤锅炉产生的可吸入颗粒物、SO2以及NOx污染是冬季大气污染—雾霾的罪魁祸首之一。

在大气污染物中，燃煤锅炉污染物排放强度较大，据统计，我国燃煤锅炉烟气污染物排放量占到城市大气污染物总量的 45%～65%。为此，我国政府高度重视燃煤锅炉的烟气污染物治理工作，连续颁布多项法律、法规，采取了一系列重大举措，加强了燃煤锅炉烟气污染物治理工作。各级地方政府也根据实际情况，出台了淘汰燃煤锅炉的强制性文件及规定，对于燃煤锅炉烟气污染物治理工作做出了明确要求，燃煤锅炉烟气污染物治理工作已迫在眉睫。

1 天然气锅炉的应用

从2013年开始，宝鸡市政府及环保部门从促进经济持续发展，控制大气环境污染，改善居民生活环境出发，整治城市燃煤供热锅炉产生的污染，淘汰市区燃煤供热锅炉房,改用天然气锅炉。

天然气采暖锅炉属于节能环保锅炉，并且是国家大力支持的环保产品。与燃煤锅炉相比较，具有节能、环保、省时、省力、无污染等优点不胜枚举。天然气锅炉的推动是生态环境要求的必然结果，相信在不久后冬季采暖采用燃气锅炉是大势所趋。

2015年宝鸡市政府出台燃煤锅炉拆改政策，即拆除燃煤锅炉除享受省级政府补助外，市级财政部门也进行一定的补助，从而调动了其他企业或个人拆除燃煤锅炉的积极性。宝鸡市狠抓燃煤锅炉、燃煤污染“双清零”工作，开展了燃煤锅炉拆改“百日会战”，分类制订锅炉拆除方案，强力实施拆除行动。对天然气、集中供热管网覆盖范围内的生活锅炉，一律无条件拆除；对能改造使用天然气的，限期完成改造；依法拆除排放超标、污染环境的分散燃煤锅炉。

燃气公司作为此项任务的实施者，对于市政府提出的重点项目积极跟进，督促实施，特事特办，让人们早日享受到燃气锅炉带来的福利。

2 天然气锅炉供热原理

天然气锅炉供热原理为：冷水由进水阀进入锅炉，经过内部燃烧室燃气燃烧加热后产生热水，热水通过循环水泵送入采暖散热器，通过辐射和对流换热来供暖。回水重新进入锅炉里面进行加热，然后重新流入散热器，如此循环往复的进行。用户可以根据供热范围的大小，选择合适的循环水泵，比较经济方便。锅炉内水质的温度和室内温度经过温度传感器处理后，把温度信号传送给控制器，通过相应的电路信号来调节相应管道阀门的大小，进而通过控制水量来控制水温，达到供暖的目的。

锅炉房排放的大气污染物，应符合现行国家标准《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271—2014)、《大气污染物综合排放标准》(GB 16297—1996)和所在地有关大气污染物排放标准的规定。

3 天然气锅炉供气系统设计注意的事项

3.1 天然气锅炉房的要求

《锅炉房设计规范》(GB 50041—2008)中，对于锅炉房的定义：锅炉以及保证锅炉正常运行的辅助设备和设施的综合体。

锅炉房燃料的选用，应做到合理利用能源和节约能源，并与安全生产、经济效益和环境保护相协调，选用的燃料应有其产地、元素成分分析等资料和相应的燃料供应协议。锅炉房设计必须采取减轻废气、废水、固体废渣和噪声对环境影响的有效措施，排出的有害物和噪声应符合国家现行有关标准、规范的规定。燃气锅炉房的位置选择，应根据下列因素分析后确定：应靠近热负荷比较集中的地区，并应使引出热力管道和室外管网的布置在技术、经济上合理；应有利于自然通风和采光；应位于地质条件较好的地区；区域锅炉房尚应符合城市总体规划、区域供热规划的要求；锅炉房宜为独立的建筑物。当锅炉房和其他建筑物相连或设置在其内部时，严禁设置在人员密集场所和重要部门的上一层、下一层、贴邻位置以及主要通道、疏散口的两旁。并应设置在首层或地下室一层靠建筑物外墙部位。锅炉房通向室外的门应向室外开启，锅炉房内的工作间或生活间直通锅炉间的门应向锅炉间内开启。燃气锅炉房锅炉间与相邻的辅助间之间的隔墙，应为防火墙。锅炉房的消防设计，应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)和《锅炉房设计规范》(GB 50041—2008)的有关规定。火灾自动报警系统的设计和消防控制设备及其功能，应符合现行国家标准《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116—2013)的有关规定。

锅炉房的火灾危险性分类和耐火等级应符合下列要求：锅炉间应属于丁类生产厂房，单台蒸汽锅炉额定蒸发量大于 4 t/h或单台热水锅炉额定热功率大于2.8 MW时。锅炉间建筑不应低于二级耐火等级；单台蒸汽锅炉额定蒸发量小于等于4 t/h或单台热水锅炉额定热功率小于等于2.8 MW时，锅炉间建筑不应低于三级耐火等级。设在其他建筑物内的锅炉房。锅炉间的耐火等级，均不应低于二级耐火等级。

锅炉房的外墙、楼地面或屋面，应有相应的防爆措施。并应有相当于锅炉间占地面积10%的泄压面积，泄压方向不得朝向人员聚集的场所、房间和人行通道，泄压处也不得与这些地方相邻。地下锅炉房采用竖井泄爆方式时，竖井的净横断面积，应满足泄压面积的要求。锅炉间外墙的开窗面积，除应满足泄压要求外，还应满足通风和采光的要求。

3.2 锅炉房燃气供气系统

锅炉房燃气供气系统主要包括锅炉房内的配管系统、供气管道、调压系统、计量系统、放散管道和安全防护系统等，为确保其良好的运行和使用效果，必须高度重视燃气安全设计和安装。进行锅炉房燃气供气系统的设计时，要充分考虑锅炉房内布置和周围的实际情况，以很好地促进燃气锅炉的供暖任务平稳顺利进行。

锅炉房燃气管道设计，应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)、《锅炉房设计规范》(GB 50041—2008)、《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)和《工业金属管道设计规范》(GB 50316—2000)(2008版)的有关规定。

3.2.1 锅炉房内配管系统

锅炉房内的燃气配管系统，应根据现场的锅炉的的摆放位置、进气进水、燃烧器、排烟、风机和出水回水等实际情况进行设计，这样对锅炉安全可靠运行有促进作用。设计的管道既要方便用气，便于日后锅炉检修及保养，又要保证正确地对管道和附件进行设计，也要保证设计的简洁美观。连接附件时，要确保连接的安全、紧密，保障其有承受使用过程中最大压力的能力。在阀门的选择上，应该选质量可靠的阀门，严格选择压力表及流量调节阀质量。此外，还要严格控制管道的长度，对配气管道的气流方向、操作方法予以明确标识，确保使用时可以实现迅速启闭、灵活操作，防止误操作现象发生，进而避免不必要的损失和不安全事故发生。

锅炉房内燃气管道不应穿越易燃或易爆品仓库、值班室、配变电室、电缆沟(井)、通风沟、风道、烟道和具有腐蚀性质的场所；当必需穿越防火墙时，其穿孔间隙应采用非燃烧物填实。室内配气管道敷设方式为架空，燃气管道应采用输送流体的无缝钢管，并应符合现行国家标准《输送流体用无缝钢管》(GB/T 8163—2008)的有关规定；燃气管道的连接，除与设备、阀门附件等处可用法兰连接外，其余宜采用氩弧焊打底的焊接连接。

3.2.2 供气管道

在进行天然气供气管道的设计过程中，必须要严格遵守《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)《锅炉房设计规范》(GB 50041—2008)等相关标准及规定，既满足用户用气压力和用气量的情况，同时也要保证燃气锅炉运行的稳定性和安全性，并满足用户最大的用气量及用气压力，有条件的话可将燃气管道设计为专线。

供气系统的管道可根据实际情况采用架空或直埋的方式敷设，埋地管道推荐采用材质为PE100的埋地聚乙烯(PE)管，生产标准为《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第 1部分：管材》(GB 15558.1—2015)，聚乙烯管件生产标准为《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第 2部分：管件》(GB 15558.2—2005)，聚乙烯阀门井生产标准为《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第 3部分:阀门》(GB 15558.3—2008)，聚乙烯(PE)管的连接方式为热熔或电熔连接。架空管道推荐采用材质为Q235B的无缝钢管，生产标准为《输送流体用无缝钢管》(GB/T 8163—2008)；无缝钢管管件选用标准为《钢制对焊无缝管件》(GB/T 12459—2005)无缝钢管的连接方式采用焊接连接。

埋地燃气管道与其他管道的安全间距必须满足《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)、《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(CJJ 63—2008)的要求。室外架空管道距不应敷设燃气管道的房间门、窗洞口的净距：中压管道不得小于0.5 m，低压管道不得小于0.3 m。

3.2.3 调压系统

通常情况下，城市中的燃气管网压力为中压，不能直接将气源供给锅炉使用，否则造成压力波动过大或者压力偏高的现象。过高的压力在锅炉燃烧过程中，就不能稳定燃烧，这样不仅会浪费燃料，还会引起回火、噪音等危害，甚至出现锅炉爆炸的危险事故。因此，在供气过程中，必须要设置调压装置调节管道内的压力后才能供给锅炉安全使用。锅炉房燃气宜从城市中压供气主管上铺设专用管道供给，并应经调压、计量后使用。

调压装置分为调压箱和调压柜，调压装置宜设置在地上独立专用的建、构筑物内，也可设置在有围护的露天场地内(调压柜)，并应满足《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)中所规定的与其他建、购筑物的水平净距要求。如受条件限制，也可设置在锅炉房建筑内专门的燃气调压间内，燃气调压间应是靠外墙的单层建筑，与相临的房间用无门窗和洞口的防火墙隔开，建筑耐火等级不低于二级。燃气调压间应采用轻型结构屋顶和向外开启门窗，地面采用不发生火花的材料，应采取自然通风措施，通风换气次数不应小于2次/h，并应有泄压措施。

在设计调压系统时，应该根据锅炉的实际运行功率以及调压器的最大供气量进行选择，适当地选择一级或者二级、单路或者多路的调压系统，还要保证调压器的流量都应该控制在合理的范围之内，这样不仅可以稳定地供气，同时，气体经过调压后，还可以有效避免外界因素的干扰，从而保证燃气锅炉的正常供气。锅炉燃气阀组切断阀前的燃气供气压力应根据燃烧器要求确定，并宜设定在5～20 kPa之间，燃气阀组供气质量流量应能使锅炉在额定负荷运行时，燃烧器稳定燃烧。

3.2.4 计量系统

计量系统主要部件为流量计，是供气单位和使用单位进行气量结算的根据，它是精确测量气体流量的仪表，基于容积式测量原理，用于精确计量流经封闭管道的气体总量。根据实际用气量、压力和温度计算后选择合适的流量计，使测量值在最大流量的20%～85%量程范围内。

计量设备的安装位置应便于读数、维护、检修；避免磕碰和震动；并应考虑环境温度、油烟和粉尘对流量计使用寿命的影响。计量装置的工作环境温度宜高于0℃，但不得高于40℃。特殊情况时应根据气候条件、工作环境选择计量装置的类型、材质。计量设备应安装在非燃烧结构内并通风良好的地方，根据气质(干、湿燃气)情况可安装在室内，也可安装在室外，室外安装的燃气计量设备应装在防护箱内。计量装置严禁安装在卧室、更衣室和卫生间(厕所、浴室)和通风不良的房间。在选择计量系统的型号时，不仅要考虑设备的实际使用情况以及后期的维修费用，还要结合燃气的工作温度、压力及流量等条件合理选择型号。当前阶段，较为常用的计量系统的型号是气体智能罗茨流量计、气体智能涡轮流量计等，不同型号特点不同。

此外，为了确保选择的计量装置精度高，在选择型号过程中，还应该充分考虑温度以及介质压力等特性，从而观察是否需要修正补偿。计量装置是一种高精度仪器，在使用过程中，应该严格按照相关规格要求使用；在后期进行维修保养时，尽量安排专业技术较高、熟悉该类型流量计工作的维修人员维修，防止出现由于人为原因而给设备带来伤害，给使用者带来不必要的损失。

3.2.5 放散管道

燃气锅炉在停止运行进行检修时，为检修工作安全，需要把管道内的燃气完全放空；燃气系统在较长时间停止工作后投入运行前，为防止燃气空气混合物进入炉膛引起爆炸，也需进行放散，将可燃混合气体排入大气。因此，在锅炉房供气系统设计中，应设置放散管道。放散管可根据具体布置情况引至室外或汇合引至室外。

放散管出口应安装在空旷的位置，使放散出去的气体不致被吸入室内或通风装置内，放散管管口应高于屋脊2.0 m以上。吹扫及放散管道的设计，对于确保管道的稳定全运行有着非常重要的意义，为促进整个城市的稳定、安全有重要贡献。燃气管道上应装设放散管、取样口和吹扫口，其位置应能满足将管道与附件内的燃气或空气吹净的要求。放散管可汇合成总管引至室外，其排出口应高出锅炉房屋脊2 m以上，并使放出的气体不致窜入邻近的建筑物和被通风装置吸入。燃气放散管管径，应根据吹扫段容积和吹扫时间确定。吹扫量可按吹扫段容积的10～20倍计算，吹扫时间可采用15～20 min。吹扫气体可采用氮气或其他惰性气体。

3.2.6 安全防护系统

在锅炉正常运行过程中，安全防护是一个不可缺少的系统，这个系统不仅可以保护人身安全不受危害，同时，还可以确保锅炉房的安全正常运行。同时，根据相关的锅炉使用规范，在锅炉的正常使用过程中，必须安装安全装置，当出现安全事故时，可以通过自动报警装置、喷淋装置以及自动熄火装置，来减少事故造成的损失。

设在其他建筑物内的燃气锅炉房的锅炉间，应设置独立的送排风系统，其通风装置应防爆，新风量必须符合下列要求：

(1)锅炉房设置在首层时，对采用燃气作燃料的，其正常换气次数每小时不应少于6次，事故换气次数每小时不应少于12次。

(2)锅炉房设置在半地下或半地下室时，其正常换气次数每小时不应少于6次。事故换气次数每小时不应少于12次。

(3)锅炉房设置在地下或地下室时，其换气次数每小时不应少于12次。

(4)送入锅炉房的新风总量，必须大于锅炉房3次的换气量。

(5)送入控制室的新风量，应按最大班操作人员计算。

进出锅炉房的燃气管道的进出口处，室外的架空管、调压装置、计量装置和放散管等处均设防雷、防静电接地设施。防雷接地的设计应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)的要求，防静电接地设施的设计应符合国家现行标准《化工企业静电接地设计规程》(HGJ 28—1990)的规定。

燃气泄漏报警器是非常重要的燃气安全检测设备，通过气体传感器探测周围环境中的低浓度可燃气体，当可燃气体浓度超过控制器或控制电路中设定的值时，控制器通过执行器发出报警信号，执行关闭燃气阀门等动作。安装燃气泄漏报警系统目的是在燃气泄漏时自动检测、报警并关闭室内总阀门，减少不必要的事故发生。

根据《锅炉房设计规范》(GB 50041—2008)相关规定，锅炉房内必须安装燃气泄漏报警装置和紧急自动切断阀。根据《城镇燃气报警控制系统技术规程》(CJJ/T 146—2011)的要求，燃气报警控制系统必须由具有燃气工程设计资质的单位进行设计。燃气报警控制系统实施前应委托具有燃气工程设计资质的单位进行燃气报警控制系统设计后方可进行燃气施工。燃气报警控制系统的设计、安装、验收、使用和维护应遵照《城镇燃气报警控制系统技术规程》(CJJ/T 146—2011)及国家其他相关规范的要求执行。

4 结语

综上所述，随着我国经济和社会的不断发展以及城市化进程不断加快，极大地促进了燃气锅炉的发展。燃气供气系统在保证锅炉安全性能上起到重要的作用，合理地设计燃气锅炉房燃气供气系统，直接影响到锅炉的可靠、稳定地运行。合理的设计燃气供气系统对于提高经济效益和社会效益的提高有着重要的作用。

Discussion on Design Points of Gas Supply System for Natural Gas Boiler

Baoji China City Gas Development Co., Ltd. Wang Jia Qu Juhong

In association with related regulations, technical standards and criteria, the author puts forward some important points in the design of gas supply system of natural gas boiler from the aspects of gas supply pipeline,pressure regulation, metering and safety protection.

Natural gas boiler, Gas supply system, Design