機房設計與設備安裝

柴油發電機房的廠家設計優化與建議

 

摘要：柴油發電機房設計應著重考慮到柴油發電機組的進風、排風、排煙等情況，比如通風系統設計包含平時通風和工作通風，其中工作通風應考慮每一臺發電機組對進、排風面積的要求，并充分計算降噪結構設計、以及氣流通道對風阻的影響。如果不把發電機房設置在地面一層的情況下，建議設在地下室的地下一層而不宜設在地下二層及以下。由于地下室發電機房的復雜性和特殊性，因此，在設計中更需要注意處理好機房的通風、防潮以及柴油發電機組的排煙、消音和減振措施。   

 

一、發電機房環境要求和優化建議

 

      柴油發電機房的典型設計如圖1所示。當無專門的進風井和排風井情況下，進通風系統設計如圖2所示。

1、機房溫度

      柴發機房的工作溫度建議在5℃~30℃之間，若偏離此溫度范圍較大，需要對啟動蓄電池、啟動蓄電池充電器、冷卻水加熱套等部件或系統設置進行適應性修改。

2、進排風系統

      在進行柴發機房通風系統設計時，進風量應大于排風量，并考慮燃燒空氣量的需求。若因機房布局原因使部分柴油發電機遠離進風口，或中間有其他柴油發電機阻隔，應使用輔助手段提高有效進氣面積或進風量，如增加進氣口、輔助風機等。另外在設置主備關系邏輯時，建議將遠離進風口的發電機組設置為后備發電機組。柴油發電機房的通風系統歸納起來有四套系統：

（1）日常風管系統

      發電機房通風換氣用，就是一般10、15次拱氣次數的通風量，可僅設排風機如果給排水有氣體滅火，這套系統還要承擔滅火完畢后的排風系統。

（2）設備進、排風系統

      柴油發電機本身有個很大的排風管，這個是柴油發電機自帶的，我們配合提一個風井就可以，同時設計進風系統補充排風量和發電機組燃燒空氣量（電氣提資），設送風機，此系統風量很大。這一套系統也有設計是預留風井而己。

（3）排廢氣系統

      此部分牽涉到環保問題，通常稱之為“排煙管”，發電機自帶，電氣的標準圖集上還設專門給這個系統設一個井，實際上工程設計建筑很難有這么多空地。多半是由發電機排風井排出室外。

（4）儲油間排風系統

      可以與發電機房合用，此時通往儲油間的支管上設止回閥、防火閥：也可以單獨設系統采用防爆通風機。應注意康明斯柴油發電機房采用氣體滅火，進、排風通道上應設電磁閥，在柴油發電機房發生火災氣體火火啟動時，連鎖關閉這些閥門，以保證滅火效果。柴油發電機排煙為有壓排煙，煙氣溫度高，氣流速度高，煙氣需高空排放，煙管應考慮保溫隔熱，同時需設減震吊架。柴油發電機房無需設置消防排煙。

3、空氣過濾

      若發電機房所在地的空氣在特定時期內存在沙塵、柳絮、楊絮等雜物，可考慮在柴發機房進風口安裝初級濾網，對空氣中的大顆粒雜質進行初步過濾，但要保證安裝濾網后的進風量仍能滿足柴發的工作要求。

4、消防配置

      若柴發機房內設置了消防噴淋系統，應合理選擇噴淋頭位置，避免向發電機、配電柜、封閉母線和電纜盒直接噴淋。同時應選擇合適的噴淋頭類型，避免柴發帶載時的輻射高溫導致誤噴。對噴淋范圍內的設備，合理選擇防護等級，避免因消防噴淋系統誤動作導致設備損壞。另外，也可在當地法律法規許可下，使用消防水噴霧系統或氣滅系統，降低水噴淋誘發電氣火災的風險。

 

圖1  標準柴油發電機房設計圖

圖2  柴發機房進排風示意圖

 

二、發電機房通風系統計算方法

 

      如果因機房建筑結構布局，采用了發電機房側向進風方式設計，當多臺發電機組啟動運行時，系統中遠離機房進風口的發電機組甚至可能會受氣流組織影響，出現進氣溫度高或進氣量不足而導致容量下降。因此，通風系統的計算必須準確而且無誤。

1、排除有害氣體通風量計算

      柴油發電機組運行時，由于設備性能和操作維護等原因，少量煙氣會從柴油機和排煙管的縫隙泄漏出來，機油和柴油遇熱會揮發，使機房內空氣有害氣體濃度不斷增加。一般排除有害氣體的風量按柴油發電機通過設備不嚴密處溢出能使人中毒的co和敗脂醛計算，排毒所需風量可采用15～25m3/(h×kw)。

2、 排除設備余熱通風量計算

      計算排除設備余熱通風量，首先應根據機房所處位置條件，確定柴油發電機的冷卻方式；其次，確定機房內散熱的構成，計算總散熱量；最后，根據進排風溫差，計算排風量及進風量。

（1）機房散熱量

      柴油發電機房內散熱源主要有柴油機機體散熱、室內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。

① 柴油機散熱量

      柴油機的散熱量是指柴油機運行時從機體散發出的熱量。

② 煙管表面散熱量

      柴油發電機組的排煙溫度在500℃左右，為了防止操作工人燙傷，按規范規定排煙管的室內部分應進行保溫，其表面溫度不應超過60℃。

      在進行機房估算時，可認為燃料的熱量僅有約35%轉化為電能；10%的熱量從柴油發電機組表面輻射至室內空氣；25%的熱量由柴油發電機組的冷卻系統排入室外；另有30%的熱量以排煙的形式進入大氣。

（2）機房排風量計算

      機房排風量計算應根據發電機的冷卻方式分別考慮。由于柴油發電機組風扇引起的排風氣流首先經過發電機及柴油機機身，吸收機身散發的大部分熱量，再經過熱交換器換熱后，排至室外。因此不必另設排風機，機房的排風量即為柴油發電機組所帶排風扇的風量，其值可按80～135m³/(h×kw)進行估算。

（3）機房補風量計算

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

 

三、發電機房的布置和注意事項

 

1、進排風口的布置

      良好的通風系統可確保足夠的空氣有組織地流入和流出，從而使機房內的散熱有效地排出。對于整體式水冷柴油發電機，良好的氣流組織尤其重要，理想的氣流流向應是新風從發電機后部流過發電機，再流經柴油機，最后通過散熱器排至室外。當采用自然進風、柴油發電機組自帶風扇排風的通風方式時，可根據以下原則進行通風口布置。

（1）排風出口的面積應為柴油機散熱器截面積的1.5倍。若柴油發電機組設在地下室，百葉窗的凈面積、排風豎井的截面積均不小于散熱器截面積的1.5倍。

（2）機房的進風口宜設在正對發電機端或發電機的兩側。進風口面積應大于柴油機散熱器截面積的1.8倍。若柴油發電機組設在地下室，那么補風可用豎井引向一層，在豎井靠外墻側開進風百葉窗。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）進風窗和出風窗不宜設在同一側，若確有困難時，可出風口在上，進風口在下，兩者的間距為2m以上。

      當柴油發電機房設在寒冷的地區時，過低的室溫也會影響柴油發電機組的啟動，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，進風口和排風口應具有可調節的百葉窗，以便柴油發電機組停用時能予以關閉。對于自動啟動的發電機，百葉窗最好能與之進行聯動；對于平時通風，可采用帶熱水盤管的新風機進行補風，或采用采暖散熱器以維持室內所需最低溫度。

2、發電機房的消聲措施

      所有機房在柴油發電機組運行時，其噪音對周圍環境的污染是設計人員所不能忽視的。柴油發電機組運行時的噪聲有兩類：即結構產生的噪聲和空氣產生的噪聲。結構產生的噪聲是由于柴油發電機組振動傳給支撐結構而產生的，這就需要柴油發電機組在安裝時采取一些減振措施。一些設計周密的柴油發電機組從本身結構上著手，已盡可能的減小了振動。空氣產生的噪聲主要有進、排氣噪聲，從交流發電機和發動機爆發的機械噪聲。針對以上原因，有以下的消聲措施：

（1）結構消聲處理：柴油發電機組的基礎采用水泥凝塊填充砂，柴油發電機組設減振墊料；在機房的墻面上貼附高效的吸聲材料；設置消聲門和消聲窗。

（2）進、排風豎井消聲處理：在進、排風豎井內安裝片式消聲器。

（3）排煙消聲處理：在排煙管上加一級或一、二級阻抗性復合消聲器。

3、儲油間的設計注意事項

      根據GB50019-2003條文5.1.12.5“建筑物內設有儲存易燃易爆物質的單獨房間或有防火防爆要求的單獨房間應單獨設置排風系統”以及條文5.7.9“甲、乙類生產廠房的全面和局部送風、排風系統，以及其他建筑物排除有爆炸危險物質的局部排風系統，其設備不應布置在建筑物的地下室、半地下室內”，日用油箱間的通風系統應單獨設置。通風機除了滿足風量的要求外，還要選擇防爆型風機，并布置在地上空間。

4、設備輔助裝置設計注意事項

（1）系統中關鍵的冗余部件建議考慮物理隔離，如A/B路電源、關鍵冗余設備等，避免因故障擴大造成系統失效。

（2）柴發系統并機控制器宜采用環型或總線結構，避免采用星形結構，其供電必須采用U電、直流屏或啟動蓄電池等可靠性較高的電源。

（3）柴發系統所用的并機控制器可考慮采用分布式控制。若采用主從控制，需確保檢測到主機失效后，從機可以在短時間內接過主控權限，完成除故障發電機組外的發電機組并機。

（4）建議將可靠供電作為保護設置原則，在單臺柴油發電機出現故障或同步異常時，在自身保護停機的同時，通過分閘命令分斷其對應的并機中壓開關，使其完全脫離系統，避免因為發電機組失控進入電動機模式使系統負載增加，造成系統輸出波動甚至解列。

（5）供油系統設計時考慮一定的冗余，并關注隱蔽工程中易損設備、元器件的維護可達性，如供油泵、供油閥門等。若供油管線較長，需考慮室外敷設時的地面沉降對管道連接的影響，必要時可在建設時采用環型管路設計或敷設一套備用管路。設備選型時重點關注管徑、油泵流量和供油路徑長度，確保最遠端柴發滿功率運行時的燃油供給。供油管線上的閥門應有手動操作裝置，在緊急情況下可手動操作閥門。應根據數據中心所在地的年均最低氣溫選擇合適的柴油標號，可參照表1。

表1    柴油發電機組燃料應用

 

（6）對于冬季氣溫較低的區域，埋地燃油管線應敷設在凍土層以下，裸露在空氣中的管道需做保溫，針對長距離的戶外管道還應配置電伴熱。

5、后期使用注意事項

（1）按照制造商維保說明的要求，對柴油發電機實施有效的保養。另外，發電機組在長期連續運行后（通常為120h以上，以制造商維保手冊為準）也應該對發電機組實施保養，如及時補充消耗的機油量。

（2）定期進行柴油發動機潤滑油雜質分析，主要關注潤滑油中的金屬含量，并建立記錄臺賬分析其變化趨勢。

（3）定期測試柴油發電機組啟動蓄電池的健康狀況，建議關注蓄電池開路電壓、蓄電池啟動電壓降、蓄電池CCA值（即冷啟動電流，一般不小于標準值80%）。

（4）重點關注柴油發電機控制系統的維護保養，如元器件溫升、后備電源狀態、信號連接牢固性等。

（5）定期對柴油成分進行檢測分析，尤其在雨季需關注柴油中的含水量。并定期對供油系統中的過濾器進行拆解清洗，去除臟堵的雜質。

（6）柴油儲備應能滿足GB 50174-2017中的后備時間要求，并與燃油供應商簽訂應急供油協議，確保燃油的快速供應。

（7）當柴油發電機連續帶載運行時間≥6h時，應當關注柴發的溫度和溫升是否在允許的范圍內。

 

摘要：

      由于單個柴油發電機組設備出現故障的必然性，備用電源系統需要具備一定的冗余性和容錯性，在其組成部分發生故障時，應能迅速隔離故障點，防止故障擴大。因此，在一些高可靠性要求的柴油發電機組應用中，除了關注各類輔助設施、柴發機組自身的可靠性外，更要通過發電機房環境、設計、維護保養等多方面綜合考量，提升柴油發電機供電系統的整體可靠性。

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