機房設計與設備安裝

柴油發(fā)電機房的廠(chǎng)家設計優(yōu)化與建議

 

摘要：柴油發(fā)電機房設計應著(zhù)重考慮到柴油發(fā)電機組的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙等情況，比如通風(fēng)系統設計包含平時(shí)通風(fēng)和工作通風(fēng)，其中工作通風(fēng)應考慮每一臺發(fā)電機組對進(jìn)、排風(fēng)面積的要求，并充分計算降噪結構設計、以及氣流通道對風(fēng)阻的影響。如果不把發(fā)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(fā)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(fēng)、防潮以及柴油發(fā)電機組的排煙、消音和減振措施。   

 

一、發(fā)電機房環(huán)境要求和優(yōu)化建議

 

      柴油發(fā)電機房的典型設計如圖1所示。當無(wú)專(zhuān)門(mén)的進(jìn)風(fēng)井和排風(fēng)井情況下，進(jìn)通風(fēng)系統設計如圖2所示。

1、機房溫度

      柴發(fā)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(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設置進(jìn)行適應性修改。

2、進(jìn)排風(fēng)系統

      在進(jìn)行柴發(fā)機房通風(fēng)系統設計時(shí)，進(jìn)風(fēng)量應大于排風(fēng)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(fā)電機遠離進(jìn)風(fēng)口，或中間有其他柴油發(fā)電機阻隔，應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)機等。另外在設置主備關(guān)系邏輯時(shí)，建議將遠離進(jìn)風(fēng)口的發(fā)電機組設置為后備發(fā)電機組。柴油發(fā)電機房的通風(fēng)系統歸納起來(lái)有四套系統：

（1）日常風(fēng)管系統

      發(fā)電機房通風(fēng)換氣用，就是一般10、15次拱氣次數的通風(fēng)量，可僅設排風(fēng)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(fēng)系統。

（2）設備進(jìn)、排風(fēng)系統

      柴油發(fā)電機本身有個(gè)很大的排風(fēng)管，這個(gè)是柴油發(fā)電機自帶的，我們配合提一個(gè)風(fēng)井就可以，同時(shí)設計進(jìn)風(fēng)系統補充排風(fēng)量和發(fā)電機組燃燒空氣量（電氣提資），設送風(fēng)機，此系統風(fēng)量很大。這一套系統也有設計是預留風(fēng)井而己。

（3）排廢氣系統

      此部分牽涉到環(huán)保問(wèn)題，通常稱(chēng)之為“排煙管”，發(fā)電機自帶，電氣的標準圖集上還設專(zhuān)門(mén)給這個(gè)系統設一個(gè)井，實(shí)際上工程設計建筑很難有這么多空地。多半是由發(fā)電機排風(fēng)井排出室外。

（4）儲油間排風(fēng)系統

      可以與發(fā)電機房合用，此時(shí)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(fēng)機。應注意康明斯柴油發(fā)電機房采用氣體滅火，進(jìn)、排風(fēng)通道上應設電磁閥，在柴油發(fā)電機房發(fā)生火災氣體火火啟動(dòng)時(shí)，連鎖關(guān)閉這些閥門(mén)，以保證滅火效果。柴油發(fā)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(shí)需設減震吊架。柴油發(fā)電機房無(wú)需設置消防排煙。

3、空氣過(guò)濾

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

4、消防配置

      若柴發(fā)機房?jì)仍O置了消防噴淋系統，應合理選擇噴淋頭位置，避免向發(fā)電機、配電柜、封閉母線(xiàn)和電纜盒直接噴淋。同時(shí)應選擇合適的噴淋頭類(lèi)型，避免柴發(fā)帶載時(shí)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(dòng)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(fā)電氣火災的風(fēng)險。

 

圖1  標準柴油發(fā)電機房設計圖

圖2  柴發(fā)機房進(jìn)排風(fēng)示意圖

 

二、發(fā)電機房通風(fēng)系統計算方法

 

      如果因機房建筑結構布局，采用了發(fā)電機房側向進(jìn)風(fēng)方式設計，當多臺發(fā)電機組啟動(dòng)運行時(shí)，系統中遠離機房進(jìn)風(fēng)口的發(fā)電機組甚至可能會(huì )受氣流組織影響，出現進(jìn)氣溫度高或進(jìn)氣量不足而導致容量下降。因此，通風(fēng)系統的計算必須準確而且無(wú)誤。

1、排除有害氣體通風(fēng)量計算

      柴油發(fā)電機組運行時(shí)，由于設備性能和操作維護等原因，少量煙氣會(huì )從柴油機和排煙管的縫隙泄漏出來(lái)，機油和柴油遇熱會(huì )揮發(fā)，使機房?jì)瓤諝庥泻怏w濃度不斷增加。一般排除有害氣體的風(fēng)量按柴油發(fā)電機通過(guò)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(fēng)量可采用15～25m3/(h×kw)。

2、 排除設備余熱通風(fēng)量計算

      計算排除設備余熱通風(fēng)量，首先應根據機房所處位置條件，確定柴油發(fā)電機的冷卻方式；其次，確定機房?jì)壬岬臉嫵?，計算總散熱量；最后，根據進(jìn)排風(fēng)溫差，計算排風(fēng)量及進(jìn)風(fēng)量。

（1）機房散熱量

      柴油發(fā)電機房?jì)壬嵩粗饕胁裼蜋C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(shí)從機體散發(fā)出的熱量。

② 煙管表面散熱量

      柴油發(fā)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(jìn)行保溫，其表面溫度不應超過(guò)60℃。

      在進(jìn)行機房估算時(shí)，可認為燃料的熱量?jì)H有約35%轉化為電能；10%的熱量從柴油發(fā)電機組表面輻射至室內空氣；25%的熱量由柴油發(fā)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(jìn)入大氣。

（2）機房排風(fēng)量計算

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

（3）機房補風(fēng)量計算

       柴油發(fā)電機房的補風(fēng)量為機房排風(fēng)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(chǎng)家索取，若無(wú)資料時(shí)，可按5.5～6.8m3/(h×kw)估算。當海拔高度增加時(shí)，每增加763m，空氣量增加10%。

 

三、發(fā)電機房的布置和注意事項

 

1、進(jìn)排風(fēng)口的布置

      良好的通風(fēng)系統可確保足夠的空氣有組織地流入和流出，從而使機房?jì)鹊纳嵊行У嘏懦?。對于整體式水冷柴油發(fā)電機，良好的氣流組織尤其重要，理想的氣流流向應是新風(fēng)從發(fā)電機后部流過(guò)發(fā)電機，再流經(jīng)柴油機，最后通過(guò)散熱器排至室外。當采用自然進(jìn)風(fēng)、柴油發(fā)電機組自帶風(fēng)扇排風(fēng)的通風(fēng)方式時(shí)，可根據以下原則進(jìn)行通風(fēng)口布置。

（1）排風(fēng)出口的面積應為柴油機散熱器截面積的1.5倍。若柴油發(fā)電機組設在地下室，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）機房的進(jìn)風(fēng)口宜設在正對發(fā)電機端或發(fā)電機的兩側。進(jìn)風(fēng)口面積應大于柴油機散熱器截面積的1.8倍。若柴油發(fā)電機組設在地下室，那么補風(fēng)可用豎井引向一層，在豎井靠外墻側開(kāi)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)窗不宜設在同一側，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。

      當柴油發(fā)電機房設在寒冷的地區時(shí)，過(guò)低的室溫也會(huì )影響柴油發(fā)電機組的啟動(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，進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口應具有可調節的百葉窗，以便柴油發(fā)電機組停用時(shí)能予以關(guān)閉。對于自動(dòng)啟動(dòng)的發(fā)電機，百葉窗最好能與之進(jìn)行聯(lián)動(dòng)；對于平時(shí)通風(fēng)，可采用帶熱水盤(pán)管的新風(fēng)機進(jìn)行補風(fēng)，或采用采暖散熱器以維持室內所需最低溫度。

2、發(fā)電機房的消聲措施

      所有機房在柴油發(fā)電機組運行時(shí)，其噪音對周?chē)h(huán)境的污染是設計人員所不能忽視的。柴油發(fā)電機組運行時(shí)的噪聲有兩類(lèi)：即結構產(chǎn)生的噪聲和空氣產(chǎn)生的噪聲。結構產(chǎn)生的噪聲是由于柴油發(fā)電機組振動(dòng)傳給支撐結構而產(chǎn)生的，這就需要柴油發(fā)電機組在安裝時(shí)采取一些減振措施。一些設計周密的柴油發(fā)電機組從本身結構上著(zhù)手，已盡可能的減小了振動(dòng)?？諝猱a(chǎn)生的噪聲主要有進(jìn)、排氣噪聲，從交流發(fā)電機和發(fā)動(dòng)機爆發(fā)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(fā)電機組的基礎采用水泥凝塊填充砂，柴油發(fā)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(mén)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(zhì)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(fēng)系統”以及條文5.7.9“甲、乙類(lèi)生產(chǎn)廠(chǎng)房的全面和局部送風(fēng)、排風(fēng)系統，以及其他建筑物排除有爆炸危險物質(zhì)的局部排風(fēng)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(fēng)系統應單獨設置。通風(fēng)機除了滿(mǎn)足風(fēng)量的要求外，還要選擇防爆型風(fēng)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(guān)鍵的冗余部件建議考慮物理隔離，如A/B路電源、關(guān)鍵冗余設備等，避免因故障擴大造成系統失效。

（2）柴發(fā)系統并機控制器宜采用環(huán)型或總線(xiàn)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(dòng)蓄電池等可靠性較高的電源。

（3）柴發(fā)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(shí)間內接過(guò)主控權限，完成除故障發(fā)電機組外的發(fā)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(fā)電機出現故障或同步異常時(shí)，在自身保護停機的同時(shí)，通過(guò)分閘命令分斷其對應的并機中壓開(kāi)關(guān)，使其完全脫離系統，避免因為發(fā)電機組失控進(jìn)入電動(dòng)機模式使系統負載增加，造成系統輸出波動(dòng)甚至解列。

（5）供油系統設計時(shí)考慮一定的冗余，并關(guān)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(mén)等。若供油管線(xiàn)較長(cháng)，需考慮室外敷設時(shí)的地面沉降對管道連接的影響，必要時(shí)可在建設時(shí)采用環(huán)型管路設計或敷設一套備用管路。設備選型時(shí)重點(diǎn)關(guān)注管徑、油泵流量和供油路徑長(cháng)度，確保最遠端柴發(fā)滿(mǎn)功率運行時(shí)的燃油供給。供油管線(xiàn)上的閥門(mén)應有手動(dòng)操作裝置，在緊急情況下可手動(dòng)操作閥門(mén)。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(fā)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(xiàn)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(cháng)距離的戶(hù)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(shuō)明的要求，對柴油發(fā)電機實(shí)施有效的保養。另外，發(fā)電機組在長(cháng)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(fā)電機組實(shí)施保養，如及時(shí)補充消耗的機油量。

（2）定期進(jìn)行柴油發(fā)動(dòng)機潤滑油雜質(zhì)分析，主要關(guān)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(fā)電機組啟動(dòng)蓄電池的健康狀況，建議關(guān)注蓄電池開(kāi)路電壓、蓄電池啟動(dòng)電壓降、蓄電池CCA值（即冷啟動(dòng)電流，一般不小于標準值80%）。

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

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

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

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

 

摘要：

      由于單個(gè)柴油發(fā)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(fā)生故障時(shí)，應能迅速隔離故障點(diǎn)，防止故障擴大。因此，在一些高可靠性要求的柴油發(fā)電機組應用中，除了關(guān)注各類(lèi)輔助設施、柴發(fā)機組自身的可靠性外，更要通過(guò)發(fā)電機房環(huán)境、設計、維護保養等多方面綜合考量，提升柴油發(fā)電機供電系統的整體可靠性。

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