康明斯动力（深圳）有限公司

 

机房设计与设备安装

柴油发电机房的厂家设计优化与建议

 

摘要：柴油发电机房设计应着重考虑到柴油发电机组的进风、排风、排烟等情况，比如通风系统设计包含平时通风和工作通风，其中工作通风应考虑每一台发电机组对进、排风面积的要求，并充分计算降噪结构设计、以及气流通道对风阻的影响。如果不把发电机房设置在地面一层的情况下，建议设在地下室的地下一层而不宜设在地下二层及以下。由于地下室发电机房的复杂性和特殊性，因此，在设计中更需要注意处理好机房的通风、防潮以及柴油发电机组的排烟、消音和减振措施。   

 

一、发电机房环境要求和优化建议

 

      柴油发电机房的典型设计如图1所示。当无专门的进风井和排风井情况下，进通风系统设计如图2所示。

1、机房温度

      柴发机房的工作温度建议在5℃~30℃之间，若偏离此温度范围较大，需要对启动蓄电池、启动蓄电池充电器、冷却水加热套等部件或系统设置进行适应性修改。

2、进排风系统

      在进行柴发机房通风系统设计时，进风量应大于排风量，并考虑燃烧空气量的需求。若因机房布局原因使部分柴油发电机远离进风口，或中间有其他柴油发电机阻隔，应使用辅助手段提高有效进气面积或进风量，如增加进气口、辅助风机等。另外在设置主备关系逻辑时，建议将远离进风口的发电机组设置为后备发电机组。柴油发电机房的通风系统归纳起来有四套系统：

（1）日常风管系统

      发电机房通风换气用，就是一般10、15次拱气次数的通风量，可仅设排风机如果给排水有气体灭火，这套系统还要承担灭火完毕后的排风系统。

（2）设备进、排风系统

      柴油发电机本身有个很大的排风管，这个是柴油发电机自带的，我们配合提一个风井就可以，同时设计进风系统补充排风量和发电机组燃烧空气量（电气提资），设送风机，此系统风量很大。这一套系统也有设计是预留风井而己。

（3）排废气系统

      此部分牵涉到环保问题，通常称之为“排烟管”，发电机自带，电气的标准图集上还设专门给这个系统设一个井，实际上工程设计建筑很难有这么多空地。多半是由发电机排风井排出室外。

（4）储油间排风系统

      可以与发电机房合用，此时通往储油间的支管上设止回阀、防火阀：也可以单独设系统采用防爆通风机。应注意康明斯柴油发电机房采用气体灭火，进、排风通道上应设电磁阀，在柴油发电机房发生火灾气体火火启动时，连锁关闭这些阀门，以保证灭火效果。柴油发电机排烟为有压排烟，烟气温度高，气流速度高，烟气需高空排放，烟管应考虑保温隔热，同时需设减震吊架。柴油发电机房无需设置消防排烟。

3、空气过滤

      若发电机房所在地的空气在特定时期内存在沙尘、柳絮、杨絮等杂物，可考虑在柴发机房进风口安装初级滤网，对空气中的大颗粒杂质进行初步过滤，但要保证安装滤网后的进风量仍能满足柴发的工作要求。

4、消防配置

      若柴发机房内设置了消防喷淋系统，应合理选择喷淋头位置，避免向发电机、配电柜、封闭母线和电缆盒直接喷淋。同时应选择合适的喷淋头类型，避免柴发带载时的辐射高温导致误喷。对喷淋范围内的设备，合理选择防护等级，避免因消防喷淋系统误动作导致设备损坏。另外，也可在当地法律法规许可下，使用消防水喷雾系统或气灭系统，降低水喷淋诱发电气火灾的风险。

 

图1  标准柴油发电机房设计图

图2  柴发机房进排风示意图

 

二、发电机房通风系统计算方法

 

      如果因机房建筑结构布局，采用了发电机房侧向进风方式设计，当多台发电机组启动运行时，系统中远离机房进风口的发电机组甚至可能会受气流组织影响，出现进气温度高或进气量不足而导致容量下降。因此，通风系统的计算必须准确而且无误。

1、排除有害气体通风量计算

      柴油发电机组运行时，由于设备性能和操作维护等原因，少量烟气会从柴油机和排烟管的缝隙泄漏出来，机油和柴油遇热会挥发，使机房内空气有害气体浓度不断增加。一般排除有害气体的风量按柴油发电机通过设备不严密处溢出能使人中毒的co和败脂醛计算，排毒所需风量可采用15～25m3/(h×kw)。

2、 排除设备余热通风量计算

      计算排除设备余热通风量，首先应根据机房所处位置条件，确定柴油发电机的冷却方式；其次，确定机房内散热的构成，计算总散热量；最后，根据进排风温差，计算排风量及进风量。

（1）机房散热量

      柴油发电机房内散热源主要有柴油机机体散热、室内烟管表面散热量和热交换器表面散热量。其中，热交换器表面散热量所占比例极小，可忽略不计。

① 柴油机散热量

      柴油机的散热量是指柴油机运行时从机体散发出的热量。

② 烟管表面散热量

      柴油发电机组的排烟温度在500℃左右，为了防止操作工人烫伤，按规范规定排烟管的室内部分应进行保温，其表面温度不应超过60℃。

      在进行机房估算时，可认为燃料的热量仅有约35%转化为电能；10%的热量从柴油发电机组表面辐射至室内空气；25%的热量由柴油发电机组的冷却系统排入室外；另有30%的热量以排烟的形式进入大气。

（2）机房排风量计算

      机房排风量计算应根据发电机的冷却方式分别考虑。由于柴油发电机组风扇引起的排风气流首先经过发电机及柴油机机身，吸收机身散发的大部分热量，再经过热交换器换热后，排至室外。因此不必另设排风机，机房的排风量即为柴油发电机组所带排风扇的风量，其值可按80～135m³/(h×kw)进行估算。

（3）机房补风量计算

       柴油发电机房的补风量为机房排风量和柴油机燃烧所需空气量之和。柴油机燃烧所需要的空气量可向厂家索取，若无资料时，可按5.5～6.8m3/(h×kw)估算。当海拔高度增加时，每增加763m，空气量增加10%。

 

三、发电机房的布置和注意事项

 

1、进排风口的布置

      良好的通风系统可确保足够的空气有组织地流入和流出，从而使机房内的散热有效地排出。对于整体式水冷柴油发电机，良好的气流组织尤其重要，理想的气流流向应是新风从发电机后部流过发电机，再流经柴油机，最后通过散热器排至室外。当采用自然进风、柴油发电机组自带风扇排风的通风方式时，可根据以下原则进行通风口布置。

（1）排风出口的面积应为柴油机散热器截面积的1.5倍。若柴油发电机组设在地下室，百叶窗的净面积、排风竖井的截面积均不小于散热器截面积的1.5倍。

（2）机房的进风口宜设在正对发电机端或发电机的两侧。进风口面积应大于柴油机散热器截面积的1.8倍。若柴油发电机组设在地下室，那么补风可用竖井引向一层，在竖井靠外墙侧开进风百叶窗。百叶窗的净面积和竖井截面积均不小于散热器面积的1.8倍。

（3）进风窗和出风窗不宜设在同一侧，若确有困难时，可出风口在上，进风口在下，两者的间距为2m以上。

      当柴油发电机房设在寒冷的地区时，过低的室温也会影响柴油发电机组的启动，因此需采取措施保持室温在5℃以上。一般在天气寒冷的地区，进风口和排风口应具有可调节的百叶窗，以便柴油发电机组停用时能予以关闭。对于自动启动的发电机，百叶窗最好能与之进行联动；对于平时通风，可采用带热水盘管的新风机进行补风，或采用采暖散热器以维持室内所需最低温度。

2、发电机房的消声措施

      所有机房在柴油发电机组运行时，其噪音对周围环境的污染是设计人员所不能忽视的。柴油发电机组运行时的噪声有两类：即结构产生的噪声和空气产生的噪声。结构产生的噪声是由于柴油发电机组振动传给支撑结构而产生的，这就需要柴油发电机组在安装时采取一些减振措施。一些设计周密的柴油发电机组从本身结构上着手，已尽可能的减小了振动。空气产生的噪声主要有进、排气噪声，从交流发电机和发动机爆发的机械噪声。针对以上原因，有以下的消声措施：

（1）结构消声处理：柴油发电机组的基础采用水泥凝块填充砂，柴油发电机组设减振垫料；在机房的墙面上贴附高效的吸声材料；设置消声门和消声窗。

（2）进、排风竖井消声处理：在进、排风竖井内安装片式消声器。

（3）排烟消声处理：在排烟管上加一级或一、二级阻抗性复合消声器。

3、储油间的设计注意事项

      根据GB50019-2003条文5.1.12.5“建筑物内设有储存易燃易爆物质的单独房间或有防火防爆要求的单独房间应单独设置排风系统”以及条文5.7.9“甲、乙类生产厂房的全面和局部送风、排风系统，以及其他建筑物排除有爆炸危险物质的局部排风系统，其设备不应布置在建筑物的地下室、半地下室内”，日用油箱间的通风系统应单独设置。通风机除了满足风量的要求外，还要选择防爆型风机，并布置在地上空间。

4、设备辅助装置设计注意事项

（1）系统中关键的冗余部件建议考虑物理隔离，如A/B路电源、关键冗余设备等，避免因故障扩大造成系统失效。

（2）柴发系统并机控制器宜采用环型或总线结构，避免采用星形结构，其供电必须采用U电、直流屏或启动蓄电池等可靠性较高的电源。

（3）柴发系统所用的并机控制器可考虑采用分布式控制。若采用主从控制，需确保检测到主机失效后，从机可以在短时间内接过主控权限，完成除故障发电机组外的发电机组并机。

（4）建议将可靠供电作为保护设置原则，在单台柴油发电机出现故障或同步异常时，在自身保护停机的同时，通过分闸命令分断其对应的并机中压开关，使其完全脱离系统，避免因为发电机组失控进入电动机模式使系统负载增加，造成系统输出波动甚至解列。

（5）供油系统设计时考虑一定的冗余，并关注隐蔽工程中易损设备、元器件的维护可达性，如供油泵、供油阀门等。若供油管线较长，需考虑室外敷设时的地面沉降对管道连接的影响，必要时可在建设时采用环型管路设计或敷设一套备用管路。设备选型时重点关注管径、油泵流量和供油路径长度，确保最远端柴发满功率运行时的燃油供给。供油管线上的阀门应有手动操作装置，在紧急情况下可手动操作阀门。应根据数据中心所在地的年均最低气温选择合适的柴油标号，可参照表1。

表1    柴油发电机组燃料应用

 

（6）对于冬季气温较低的区域，埋地燃油管线应敷设在冻土层以下，裸露在空气中的管道需做保温，针对长距离的户外管道还应配置电伴热。

5、后期使用注意事项

（1）按照制造商维保说明的要求，对柴油发电机实施有效的保养。另外，发电机组在长期连续运行后（通常为120h以上，以制造商维保手册为准）也应该对发电机组实施保养，如及时补充消耗的机油量。

（2）定期进行柴油发动机润滑油杂质分析，主要关注润滑油中的金属含量，并建立记录台账分析其变化趋势。

（3）定期测试柴油发电机组启动蓄电池的健康状况，建议关注蓄电池开路电压、蓄电池启动电压降、蓄电池CCA值（即冷启动电流，一般不小于标准值80%）。

（4）重点关注柴油发电机控制系统的维护保养，如元器件温升、后备电源状态、信号连接牢固性等。

（5）定期对柴油成分进行检测分析，尤其在雨季需关注柴油中的含水量。并定期对供油系统中的过滤器进行拆解清洗，去除脏堵的杂质。

（6）柴油储备应能满足GB 50174-2017中的后备时间要求，并与燃油供应商签订应急供油协议，确保燃油的快速供应。

（7）当柴油发电机连续带载运行时间≥6h时，应当关注柴发的温度和温升是否在允许的范围内。

 

摘要：

      由于单个柴油发电机组设备出现故障的必然性，备用电源系统需要具备一定的冗余性和容错性，在其组成部分发生故障时，应能迅速隔离故障点，防止故障扩大。因此，在一些高可靠性要求的柴油发电机组应用中，除了关注各类辅助设施、柴发机组自身的可靠性外，更要通过发电机房环境、设计、维护保养等多方面综合考量，提升柴油发电机供电系统的整体可靠性。

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