機(jī)房設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝

柴油發(fā)電機(jī)房的廠家設(shè)計(jì)優(yōu)化與建議

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮到柴油發(fā)電機(jī)組的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙等情況，比如通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含平時(shí)通風(fēng)和工作通風(fēng)，其中工作通風(fēng)應(yīng)考慮每一臺(tái)發(fā)電機(jī)組對(duì)進(jìn)、排風(fēng)面積的要求，并充分計(jì)算降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及氣流通道對(duì)風(fēng)阻的影響。如果不把發(fā)電機(jī)房設(shè)置在地面一層的情況下，建議設(shè)在地下室的地下一層而不宜設(shè)在地下二層及以下。由于地下室發(fā)電機(jī)房的復(fù)雜性和特殊性，因此，在設(shè)計(jì)中更需要注意處理好機(jī)房的通風(fēng)、防潮以及柴油發(fā)電機(jī)組的排煙、消音和減振措施。   

 

一、發(fā)電機(jī)房環(huán)境要求和優(yōu)化建議

 

      柴油發(fā)電機(jī)房的典型設(shè)計(jì)如圖1所示。當(dāng)無專門的進(jìn)風(fēng)井和排風(fēng)井情況下，進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

1、機(jī)房溫度

      柴發(fā)機(jī)房的工作溫度建議在5℃~30℃之間，若偏離此溫度范圍較大，需要對(duì)啟動(dòng)蓄電池、啟動(dòng)蓄電池充電器、冷卻水加熱套等部件或系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行適應(yīng)性修改。

2、進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)

      在進(jìn)行柴發(fā)機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)風(fēng)量應(yīng)大于排風(fēng)量，并考慮燃燒空氣量的需求。若因機(jī)房布局原因使部分柴油發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口，或中間有其他柴油發(fā)電機(jī)阻隔，應(yīng)使用輔助手段提高有效進(jìn)氣面積或進(jìn)風(fēng)量，如增加進(jìn)氣口、輔助風(fēng)機(jī)等。另外在設(shè)置主備關(guān)系邏輯時(shí)，建議將遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口的發(fā)電機(jī)組設(shè)置為后備發(fā)電機(jī)組。柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)系統(tǒng)歸納起來有四套系統(tǒng)：

（1）日常風(fēng)管系統(tǒng)

      發(fā)電機(jī)房通風(fēng)換氣用，就是一般10、15次拱氣次數(shù)的通風(fēng)量，可僅設(shè)排風(fēng)機(jī)如果給排水有氣體滅火，這套系統(tǒng)還要承擔(dān)滅火完畢后的排風(fēng)系統(tǒng)。

（2）設(shè)備進(jìn)、排風(fēng)系統(tǒng)

      柴油發(fā)電機(jī)本身有個(gè)很大的排風(fēng)管，這個(gè)是柴油發(fā)電機(jī)自帶的，我們配合提一個(gè)風(fēng)井就可以，同時(shí)設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)補(bǔ)充排風(fēng)量和發(fā)電機(jī)組燃燒空氣量（電氣提資），設(shè)送風(fēng)機(jī)，此系統(tǒng)風(fēng)量很大。這一套系統(tǒng)也有設(shè)計(jì)是預(yù)留風(fēng)井而己。

（3）排廢氣系統(tǒng)

      此部分牽涉到環(huán)保問題，通常稱之為“排煙管”，發(fā)電機(jī)自帶，電氣的標(biāo)準(zhǔn)圖集上還設(shè)專門給這個(gè)系統(tǒng)設(shè)一個(gè)井，實(shí)際上工程設(shè)計(jì)建筑很難有這么多空地。多半是由發(fā)電機(jī)排風(fēng)井排出室外。

（4）儲(chǔ)油間排風(fēng)系統(tǒng)

      可以與發(fā)電機(jī)房合用，此時(shí)通往儲(chǔ)油間的支管上設(shè)止回閥、防火閥：也可以單獨(dú)設(shè)系統(tǒng)采用防爆通風(fēng)機(jī)。應(yīng)注意康明斯柴油發(fā)電機(jī)房采用氣體滅火，進(jìn)、排風(fēng)通道上應(yīng)設(shè)電磁閥，在柴油發(fā)電機(jī)房發(fā)生火災(zāi)氣體火火啟動(dòng)時(shí)，連鎖關(guān)閉這些閥門，以保證滅火效果。柴油發(fā)電機(jī)排煙為有壓排煙，煙氣溫度高，氣流速度高，煙氣需高空排放，煙管應(yīng)考慮保溫隔熱，同時(shí)需設(shè)減震吊架。柴油發(fā)電機(jī)房無需設(shè)置消防排煙。

3、空氣過濾

      若發(fā)電機(jī)房所在地的空氣在特定時(shí)期內(nèi)存在沙塵、柳絮、楊絮等雜物，可考慮在柴發(fā)機(jī)房進(jìn)風(fēng)口安裝初級(jí)濾網(wǎng)，對(duì)空氣中的大顆粒雜質(zhì)進(jìn)行初步過濾，但要保證安裝濾網(wǎng)后的進(jìn)風(fēng)量仍能滿足柴發(fā)的工作要求。

4、消防配置

      若柴發(fā)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置了消防噴淋系統(tǒng)，應(yīng)合理選擇噴淋頭位置，避免向發(fā)電機(jī)、配電柜、封閉母線和電纜盒直接噴淋。同時(shí)應(yīng)選擇合適的噴淋頭類型，避免柴發(fā)帶載時(shí)的輻射高溫導(dǎo)致誤噴。對(duì)噴淋范圍內(nèi)的設(shè)備，合理選擇防護(hù)等級(jí)，避免因消防噴淋系統(tǒng)誤動(dòng)作導(dǎo)致設(shè)備損壞。另外，也可在當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)許可下，使用消防水噴霧系統(tǒng)或氣滅系統(tǒng)，降低水噴淋誘發(fā)電氣火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

 

圖1  標(biāo)準(zhǔn)柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)計(jì)圖

圖2  柴發(fā)機(jī)房進(jìn)排風(fēng)示意圖

 

二、發(fā)電機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算方法

 

      如果因機(jī)房建筑結(jié)構(gòu)布局，采用了發(fā)電機(jī)房側(cè)向進(jìn)風(fēng)方式設(shè)計(jì)，當(dāng)多臺(tái)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中遠(yuǎn)離機(jī)房進(jìn)風(fēng)口的發(fā)電機(jī)組甚至可能會(huì)受氣流組織影響，出現(xiàn)進(jìn)氣溫度高或進(jìn)氣量不足而導(dǎo)致容量下降。因此，通風(fēng)系統(tǒng)的計(jì)算必須準(zhǔn)確而且無誤。

1、排除有害氣體通風(fēng)量計(jì)算

      柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，由于設(shè)備性能和操作維護(hù)等原因，少量煙氣會(huì)從柴油機(jī)和排煙管的縫隙泄漏出來，機(jī)油和柴油遇熱會(huì)揮發(fā)，使機(jī)房?jī)?nèi)空氣有害氣體濃度不斷增加。一般排除有害氣體的風(fēng)量按柴油發(fā)電機(jī)通過設(shè)備不嚴(yán)密處溢出能使人中毒的co和敗脂醛計(jì)算，排毒所需風(fēng)量可采用15～25m3/(h×kw)。

2、 排除設(shè)備余熱通風(fēng)量計(jì)算

      計(jì)算排除設(shè)備余熱通風(fēng)量，首先應(yīng)根據(jù)機(jī)房所處位置條件，確定柴油發(fā)電機(jī)的冷卻方式；其次，確定機(jī)房?jī)?nèi)散熱的構(gòu)成，計(jì)算總散熱量；最后，根據(jù)進(jìn)排風(fēng)溫差，計(jì)算排風(fēng)量及進(jìn)風(fēng)量。

（1）機(jī)房散熱量

      柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)散熱源主要有柴油機(jī)機(jī)體散熱、室內(nèi)煙管表面散熱量和熱交換器表面散熱量。其中，熱交換器表面散熱量所占比例極小，可忽略不計(jì)。

① 柴油機(jī)散熱量

      柴油機(jī)的散熱量是指柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)從機(jī)體散發(fā)出的熱量。

② 煙管表面散熱量

      柴油發(fā)電機(jī)組的排煙溫度在500℃左右，為了防止操作工人燙傷，按規(guī)范規(guī)定排煙管的室內(nèi)部分應(yīng)進(jìn)行保溫，其表面溫度不應(yīng)超過60℃。

      在進(jìn)行機(jī)房估算時(shí)，可認(rèn)為燃料的熱量?jī)H有約35%轉(zhuǎn)化為電能；10%的熱量從柴油發(fā)電機(jī)組表面輻射至室內(nèi)空氣；25%的熱量由柴油發(fā)電機(jī)組的冷卻系統(tǒng)排入室外；另有30%的熱量以排煙的形式進(jìn)入大氣。

（2）機(jī)房排風(fēng)量計(jì)算

      機(jī)房排風(fēng)量計(jì)算應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)的冷卻方式分別考慮。由于柴油發(fā)電機(jī)組風(fēng)扇引起的排風(fēng)氣流首先經(jīng)過發(fā)電機(jī)及柴油機(jī)機(jī)身，吸收機(jī)身散發(fā)的大部分熱量，再經(jīng)過熱交換器換熱后，排至室外。因此不必另設(shè)排風(fēng)機(jī)，機(jī)房的排風(fēng)量即為柴油發(fā)電機(jī)組所帶排風(fēng)扇的風(fēng)量，其值可按80～135m³/(h×kw)進(jìn)行估算。

（3）機(jī)房補(bǔ)風(fēng)量計(jì)算

       柴油發(fā)電機(jī)房的補(bǔ)風(fēng)量為機(jī)房排風(fēng)量和柴油機(jī)燃燒所需空氣量之和。柴油機(jī)燃燒所需要的空氣量可向廠家索取，若無資料時(shí)，可按5.5～6.8m3/(h×kw)估算。當(dāng)海拔高度增加時(shí)，每增加763m，空氣量增加10%。

 

三、發(fā)電機(jī)房的布置和注意事項(xiàng)

 

1、進(jìn)排風(fēng)口的布置

      良好的通風(fēng)系統(tǒng)可確保足夠的空氣有組織地流入和流出，從而使機(jī)房?jī)?nèi)的散熱有效地排出。對(duì)于整體式水冷柴油發(fā)電機(jī)，良好的氣流組織尤其重要，理想的氣流流向應(yīng)是新風(fēng)從發(fā)電機(jī)后部流過發(fā)電機(jī)，再流經(jīng)柴油機(jī)，最后通過散熱器排至室外。當(dāng)采用自然進(jìn)風(fēng)、柴油發(fā)電機(jī)組自帶風(fēng)扇排風(fēng)的通風(fēng)方式時(shí)，可根據(jù)以下原則進(jìn)行通風(fēng)口布置。

（1）排風(fēng)出口的面積應(yīng)為柴油機(jī)散熱器截面積的1.5倍。若柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)在地下室，百葉窗的凈面積、排風(fēng)豎井的截面積均不小于散熱器截面積的1.5倍。

（2）機(jī)房的進(jìn)風(fēng)口宜設(shè)在正對(duì)發(fā)電機(jī)端或發(fā)電機(jī)的兩側(cè)。進(jìn)風(fēng)口面積應(yīng)大于柴油機(jī)散熱器截面積的1.8倍。若柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)在地下室，那么補(bǔ)風(fēng)可用豎井引向一層，在豎井靠外墻側(cè)開進(jìn)風(fēng)百葉窗。百葉窗的凈面積和豎井截面積均不小于散熱器面積的1.8倍。

（3）進(jìn)風(fēng)窗和出風(fēng)窗不宜設(shè)在同一側(cè)，若確有困難時(shí)，可出風(fēng)口在上，進(jìn)風(fēng)口在下，兩者的間距為2m以上。

      當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)在寒冷的地區(qū)時(shí)，過低的室溫也會(huì)影響柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)，因此需采取措施保持室溫在5℃以上。一般在天氣寒冷的地區(qū)，進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口應(yīng)具有可調(diào)節(jié)的百葉窗，以便柴油發(fā)電機(jī)組停用時(shí)能予以關(guān)閉。對(duì)于自動(dòng)啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)，百葉窗最好能與之進(jìn)行聯(lián)動(dòng)；對(duì)于平時(shí)通風(fēng)，可采用帶熱水盤管的新風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)，或采用采暖散熱器以維持室內(nèi)所需最低溫度。

2、發(fā)電機(jī)房的消聲措施

      所有機(jī)房在柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，其噪音對(duì)周圍環(huán)境的污染是設(shè)計(jì)人員所不能忽視的。柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的噪聲有兩類：即結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲和空氣產(chǎn)生的噪聲。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲是由于柴油發(fā)電機(jī)組振動(dòng)傳給支撐結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的，這就需要柴油發(fā)電機(jī)組在安裝時(shí)采取一些減振措施。一些設(shè)計(jì)周密的柴油發(fā)電機(jī)組從本身結(jié)構(gòu)上著手，已盡可能的減小了振動(dòng)。空氣產(chǎn)生的噪聲主要有進(jìn)、排氣噪聲，從交流發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)的機(jī)械噪聲。針對(duì)以上原因，有以下的消聲措施：

（1）結(jié)構(gòu)消聲處理：柴油發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)采用水泥凝塊填充砂，柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)減振墊料；在機(jī)房的墻面上貼附高效的吸聲材料；設(shè)置消聲門和消聲窗。

（2）進(jìn)、排風(fēng)豎井消聲處理：在進(jìn)、排風(fēng)豎井內(nèi)安裝片式消聲器。

（3）排煙消聲處理：在排煙管上加一級(jí)或一、二級(jí)阻抗性復(fù)合消聲器。

3、儲(chǔ)油間的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

      根據(jù)GB50019-2003條文5.1.12.5“建筑物內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)存易燃易爆物質(zhì)的單獨(dú)房間或有防火防爆要求的單獨(dú)房間應(yīng)單獨(dú)設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)”以及條文5.7.9“甲、乙類生產(chǎn)廠房的全面和局部送風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)，以及其他建筑物排除有爆炸危險(xiǎn)物質(zhì)的局部排風(fēng)系統(tǒng)，其設(shè)備不應(yīng)布置在建筑物的地下室、半地下室內(nèi)”，日用油箱間的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。通風(fēng)機(jī)除了滿足風(fēng)量的要求外，還要選擇防爆型風(fēng)機(jī)，并布置在地上空間。

4、設(shè)備輔助裝置設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）系統(tǒng)中關(guān)鍵的冗余部件建議考慮物理隔離，如A/B路電源、關(guān)鍵冗余設(shè)備等，避免因故障擴(kuò)大造成系統(tǒng)失效。

（2）柴發(fā)系統(tǒng)并機(jī)控制器宜采用環(huán)型或總線結(jié)構(gòu)，避免采用星形結(jié)構(gòu)，其供電必須采用U電、直流屏或啟動(dòng)蓄電池等可靠性較高的電源。

（3）柴發(fā)系統(tǒng)所用的并機(jī)控制器可考慮采用分布式控制。若采用主從控制，需確保檢測(cè)到主機(jī)失效后，從機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)接過主控權(quán)限，完成除故障發(fā)電機(jī)組外的發(fā)電機(jī)組并機(jī)。

（4）建議將可靠供電作為保護(hù)設(shè)置原則，在單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障或同步異常時(shí)，在自身保護(hù)停機(jī)的同時(shí)，通過分閘命令分?jǐn)嗥鋵?duì)應(yīng)的并機(jī)中壓開關(guān)，使其完全脫離系統(tǒng)，避免因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組失控進(jìn)入電動(dòng)機(jī)模式使系統(tǒng)負(fù)載增加，造成系統(tǒng)輸出波動(dòng)甚至解列。

（5）供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮一定的冗余，并關(guān)注隱蔽工程中易損設(shè)備、元器件的維護(hù)可達(dá)性，如供油泵、供油閥門等。若供油管線較長(zhǎng)，需考慮室外敷設(shè)時(shí)的地面沉降對(duì)管道連接的影響，必要時(shí)可在建設(shè)時(shí)采用環(huán)型管路設(shè)計(jì)或敷設(shè)一套備用管路。設(shè)備選型時(shí)重點(diǎn)關(guān)注管徑、油泵流量和供油路徑長(zhǎng)度，確保最遠(yuǎn)端柴發(fā)滿功率運(yùn)行時(shí)的燃油供給。供油管線上的閥門應(yīng)有手動(dòng)操作裝置，在緊急情況下可手動(dòng)操作閥門。應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心所在地的年均最低氣溫選擇合適的柴油標(biāo)號(hào)，可參照表1。

表1    柴油發(fā)電機(jī)組燃料應(yīng)用

 

（6）對(duì)于冬季氣溫較低的區(qū)域，埋地燃油管線應(yīng)敷設(shè)在凍土層以下，裸露在空氣中的管道需做保溫，針對(duì)長(zhǎng)距離的戶外管道還應(yīng)配置電伴熱。

5、后期使用注意事項(xiàng)

（1）按照制造商維保說明的要求，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)實(shí)施有效的保養(yǎng)。另外，發(fā)電機(jī)組在長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行后（通常為120h以上，以制造商維保手冊(cè)為準(zhǔn)）也應(yīng)該對(duì)發(fā)電機(jī)組實(shí)施保養(yǎng)，如及時(shí)補(bǔ)充消耗的機(jī)油量。

（2）定期進(jìn)行柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油雜質(zhì)分析，主要關(guān)注潤(rùn)滑油中的金屬含量，并建立記錄臺(tái)賬分析其變化趨勢(shì)。

（3）定期測(cè)試柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)蓄電池的健康狀況，建議關(guān)注蓄電池開路電壓、蓄電池啟動(dòng)電壓降、蓄電池CCA值（即冷啟動(dòng)電流，一般不小于標(biāo)準(zhǔn)值80%）。

（4）重點(diǎn)關(guān)注柴油發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)，如元器件溫升、后備電源狀態(tài)、信號(hào)連接牢固性等。

（5）定期對(duì)柴油成分進(jìn)行檢測(cè)分析，尤其在雨季需關(guān)注柴油中的含水量。并定期對(duì)供油系統(tǒng)中的過濾器進(jìn)行拆解清洗，去除臟堵的雜質(zhì)。

（6）柴油儲(chǔ)備應(yīng)能滿足GB 50174-2017中的后備時(shí)間要求，并與燃油供應(yīng)商簽訂應(yīng)急供油協(xié)議，確保燃油的快速供應(yīng)。

（7）當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)連續(xù)帶載運(yùn)行時(shí)間≥6h時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注柴發(fā)的溫度和溫升是否在允許的范圍內(nèi)。

 

摘要：

      由于單個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備出現(xiàn)故障的必然性，備用電源系統(tǒng)需要具備一定的冗余性和容錯(cuò)性，在其組成部分發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)能迅速隔離故障點(diǎn)，防止故障擴(kuò)大。因此，在一些高可靠性要求的柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)用中，除了關(guān)注各類輔助設(shè)施、柴發(fā)機(jī)組自身的可靠性外，更要通過發(fā)電機(jī)房環(huán)境、設(shè)計(jì)、維護(hù)保養(yǎng)等多方面綜合考量，提升柴油發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的整體可靠性。

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