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机房设计与设备安装

柴油发电机排气烟囱的管道安装布置

 

导读：在大型的公共建筑中，为了满足消防、应急照明、工艺生产的要求，保障人民生命财产的安全，均设有应急的柴油发电机。高温烟管是柴油发电机组烟管的重要组成部分，但它的安装过程却往往被人忽视。错误的安装会造成支架的变形，柴油发电机组效率下降、引发安全事故等不良后果。因此，以下将会对柴油发电机组烟管的安装要点作简单的介绍。

 

一、排烟系统的布置

 

      按照国标环保的要求，排烟管道应引至屋顶室外高空处排放，或经过消烟除尘处理后再行排放，以免污染环境。

1、绝大部分柴油发电机组的许用背压为6.5kPa左右，因此烟管的布置以及管道长度、管径的大小必须以烟气的流动阻力不大于柴油发电机组的许用背压为原则。过高的排烟阻力会造成柴油发电机组的性能下降，油耗增大，出口烟气温度升高，机组运行无法达到标定的额定功率。

2、消声器属于柴油发电机组的配件，它的阻力P1可以通过产品样本查得，一般阻力值介于1.1～1.4kPa之间。

3、烟囱出口阻力一般按经验估算，阻力值约为0.5kPa。

4、合理布置烟管走向，尽量缩短烟管长度，可以减小烟管沿程阻力；同时通过绘制综合管线图，避免管道交叉，减少弯头数量，可以减少烟气的局部阻力。这样不仅可以使P4的阻力下降，还可以节约施工成本，对于总价包干的项目尤为重要。

5、排烟管过墙处应加保护套，伸出屋面或侧墙的烟管出口端，应加装防雨帽。

6、非增压柴油机和废气涡轮增压柴油机均应在排烟管上装设消音器。两台柴油机不应共用一个消音器，消音器应单独固定。

 

二、消除管道膨胀

 

1、正确选择金属膨胀节

（1）柴油发电机组在额定工况下工作时的排烟温度一般在550℃左右，与烟管在安装时30℃的室内温度相比，温升高达520℃左右。查阅相关的资料可知，金属管道的热膨胀系数为：1.13mm/（m×100℃），这就意味着即使是30m长的金属烟管在使用时的膨胀量也有176mm之多。如果不设置膨胀节，烟管膨胀给设备、支架、建筑结构带来破坏可想而知。因此必须根据烟管的长度、理论温升、金属管道的热膨胀系数等参数计算出烟管的轴向膨胀量，合理选择管道金属膨胀节，使之足以抵消因温升引起的管道膨胀，保证系统的正常运行。

（2）金属膨胀节

      金属膨胀节也就是我们平时所说的波纹管，位置如图2所示。各类支架的布置柴油发电机组烟管大致包括金属波纹管（膨胀节）、消声器、、固定支架、导向支架、滑动支架等一系列的组件，见图1。

（3）固定支架

      主要作用是限制管道位移，它不仅要承担烟管的重力，而且还要承担烟管由于热膨胀所产生的轴向应力，因此一定要对固定支架进行受力计算，保证支架牢固可靠，避免出现安全事故。

2、膨胀节的安装

（1）膨胀节要靠近固定支架安装，另一端的第一导向支架应安装在距离膨胀节4D（D为烟管的直径）的位置，第二导向支架距离第一导向支架的距离为14D，其间布置滑动支架，以便管道膨胀和收缩。滑动支架的布置间距应参照相应的国家规范、产品说明等情况确定。

（2）膨胀节安装前首先按计算的补偿量进行预拉伸，以便消除因温升引起的管道膨胀。为减小膨胀节和管道同轴度的公差，建议先敷设好管道，然后于膨胀节安装位置处用风焊将管道切割掉一段（长度等于膨胀节的自由长度加预拉伸量），再将膨胀节安装上去，焊接牢固。安装完毕，拆除运输拉杆、限位螺母等，保证膨胀节的所有活动部件不被卡死，使膨胀节能够正常工作。

（3）烟囱出口的防水是柴油发电机组烟管安装的重点之一，根据以往的施工经验，推荐按施工。

特别提醒：由于烟管温度很高，在屋顶烟囱出口的周围应加设一定的防护设施，并于醒目位置悬挂“高温危险”的字样，防止造成人身伤害。

 

图1  柴油发电机组排烟管安装图

图2  柴油发电机波纹管位置图

 

三、消声及防震

 

1、消声噪声声源

① 燃烧噪音

      气缸内雾化柴油等可燃气体剧烈燃烧，膨胀使曲轴等部件运动产生的噪声。

② 气体流动噪音

      对于涡轮增压柴油发电机组，气流高速流经气门，形成强烈涡流而产生巨大的噪音。

③ 机械噪音

      机械活动部件相对运动产生摩擦和振动噪音。柴油发电机组产生的噪音频率以中、高频为主，因此烟管的消声器应对中、高频敏感，这是选择消声器的关键。

2、消声器类型

（1）阻性消声器   

      阻性消声器是利用声波在多孔性吸声材料中传播时，摩擦将声能转化为热能而散发掉，以达到消声的目的。阻性消声器具有良好的中、高频消声性能。

（2）抗性消声器   

      该类消声器是利用声波的反射、干涉及共振等原理，吸收或阻碍声能向外传播。它适用于消除中、低频率噪声或窄带早声。

（3）微穿孔板消声器   

      该类消声器是建立在微孔声结构基础上的既有阻又有抗共振式消声器。此消声器可受较高气流速度的冲击，耐高温、不怕水，能耐一定粉尘。

（4）复合式消声器   

      为了达到宽频带、高吸收的消声效果，可将阻性和抗性消声器组合为复合式消声器。该类消声器既有阻性吸声材料，又有共振器、扩张式、穿孔屏等声学滤波器件。

（5）扩容减压、小孔喷注式消声器

       是为降低高温、高速、高压排气喷流噪声而设计的排气放空消声器。从结构上看，风机消声器、空压机消声器大都是阻性或炕复式消声器，排气喷流消声器大都是节流降压、扩容降速，或小孔喷注型消声器。

      由于市场上可供选择的耐高温消声器并不多见，且质量良莠不齐，因此推荐使用康明斯厂家配套的产品，既方便快捷，又可以保证质量。

3、防震装置

      防振烟管与柴油发电机组间必须选用弹性不锈钢波纹管连接，避免柴油发电机组的震动通过管道进行传递。在消声器以及消声器前的管段上加装弹簧减震吊码，以减小柴油发电机组设备本体的震动对烟管的影响。烟管穿越墙身、楼板处加入弹性阻尼层填堵，建议选用HiLTi、3M等公司的软性防火填料填充。

 

图3  柴油发电机阻性消声器结构示意图

图4  柴油发电机抗性消声器结构示意图

 

四、烟管的保温

 

1、保温材料的选择

      柴油发电机组满载时，烟气的温度高达550℃左右，国内的许多工程常采用玻璃棉管壳作为烟管的保温材料，但著名品牌康明斯厂家的技术工程师确认，这类保温材料的允许工作温度均小于480℃。

       对于水喷淋处理前的烟管，由于没有采取降温措施，玻璃棉无法满足使用要求，在高温下将很快脆化，变为粉末，严重影响保温效果。而岩棉和水合硅酸钙两者均可在高达650℃的高温环境下正常使用，但水合硅酸钙管壳在高温下传热系数最低，保温效果最好，价格也比较便宜。因此，柴油发电机组烟管的设计，推荐使用水合硅酸钙管壳作为烟管的保温材料。 排烟管保温层厚度选择如表1所列。

表1    排烟管保温层厚度（mm）选择

 

2、保温施工要点

      我国家规范规定，在人能触及到的2米以下装置表面超过70度都要进行保温，且保温后的装置表面温度不超过40℃。装排烟管要尽可能顺畅、少弯且不能有向下的弯、不能有 u 型弯，并以最短的路径到达排烟的目的，并经可能离开人能接触位置空间。

 

（1）排烟管外表面温度≤450℃时保温层采用1层岩棉毡，排烟管外表面温度≥500℃时，保温层采用2层，即接触管壁的1层为硅酸铝纤维毡，外包1层岩棉毡，硅酸铝纤维毡的厚度为表中分子所示，岩棉毡的厚度为表中分母所示。

 

（2）岩棉的物理性能：密度80~100kg/m³，导热系数入=0.03~0.0407W/（mxK）。硅酸铝纤维的物理性能：密度150~250kg/m3，导热系数入=0.14~0.174W/(mxK)。

（3）在保温层安装过程中，在烟管的轴向上每间隔2m左右应设置5～10mm的伸缩预留缝，并用石棉绳填充，用于消除轴向膨胀，避免烟管升温膨胀破坏保温层。在烟管的外壁绑扎一层细铁丝网，使水合硅酸钙保温半圆管壳间形成3～5mm的缝隙，用石棉绳填充，用于消除径向膨胀，避免烟管升温膨胀破坏保温层。

 

五、施工中的其它注意事项

 

1、水平烟管保持0.5％的坡度，坡向立管，以防止雨水意外流入柴油发电机组；并在立管的底部设置DN20的全金属阀门一个，用于暴雨后检查、放水。

2、柴油发电机组的烟管应当单独设置，不允许为了节省投资而两台或者多台柴油发电机组共用一套排烟系统，即使型号完全相同的柴油发电机组也必须单独设置排烟系统。

3、屋顶烟囱出口应当避免朝向其他建筑物、通道等。并且排放前必须淡化烟色，降低排放污染，无论是使用管道式烟尘净化器或者水喷淋的方式，都必须通过国家有关部门的验收。

4、每台柴油机的排烟管应单独引出室外，宜架空敷设，也可敷设在地沟中。排烟引管和消声器应单独设置支撑，不得直接支撑在柴油机排烟总管或固定在柴油机其他部位上。排烟引管与排烟总管之间采用柔性连接。排烟管上的托架必须容许管子伸缩或是采用滚柱型托架，而短的柔性管或膨胀式波纹管应介于两个固定架之间的长管道，并组合为一体。

 

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