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柴油电站的给排水及供油设计探讨

2019-10-22
来源: 礼德动力
1 柴油发电机的冷却防空地下室的柴油发电机房大多设置在防空地下室内部, 柴油发电机组一般在单独的房间内运行,运行产生的热量全部聚集在室内, 热量聚集到一定程度后, 将会造成柴油发电机组不能正常工作, 致使人防电源瘫痪。为了解决上述问题,《人民防空地下室设计规范》(GB 50038 —2005 , 以下简称“规范”)给出了两种解决办法:风冷方式、水冷方式。
1.1  风冷方式这种冷却方式系统简单, 操作方便, 但进风量大, 不利于电站的防护, 并有可能造成战时机房内染毒严重, 一般适用于移动电站。“规范”6.5.4 条规定:移动电站或采用风冷方式的固定电站其冷却储水量应根据柴油发电机样本中的小时耗水量及规范中6.5.2 条要求的储水时间计算。储水用于补充闭式循环的柴油发电机冷却用水, 如无准确资料, 储水量可按2 m3 设计。在柴油发电机房内宜单独设置冷却水储水箱, 并设置取水龙头。电站控制室与发电机房之间设有防毒通道时, 应在防毒通道内设置简易洗消设施, 如果简易洗消用水从电站内储水箱取用,储水箱容积应加入简易洗消用水量, 并且应保证冷却用水量不被挪用。另外, 采用风冷方式, 战时柴油发电机房内染毒严重, 是否也应该洗消? 值得商榷。
1.2  水冷方式通过水喷雾或水冷风机等方式, 降低柴油发电机房内空气的温度, 同时柴油发电机通过直流或循环供水进行冷却的方式。
1.2 .1  冷却水的要求(1)水质要符合冷却水的水质标准, 主要考虑温度高会使管道内结垢。
(2)进入柴油发电机的水温不宜太低, 易损害机器, 一般在40 ~ 60 ℃, 出水温度55 ~ 85 ℃, 但不应超过90 ℃。进出水温差维持在15 ~ 25 ℃较合适。
(3)进入柴油发电机组的水压应达到设备的要求, 一般为0 .06 ~ 0 .15 MPa , 采用闭式换热器时, 可取高值, 采用混合水池时, 可取低值。
1.2 .2  循环冷却水系统柴油发电机的冷却水通过冷却水池等进行降温处理, 冷却水的水温可采用温度调节器来调节。当采用温度调节器由管路调节时, 应利用柴油机自带的恒温器。在防空地下室内部设有多格冷却水池,将冷却水的水温降低, 循环使用。这种方法是经常采用的冷却方式。系统原理见图1 。
柴油发电机房供油系统原理
1 多格冷却水池 2 水泵 3 柴油发电机外置热交换器4 柴油发电机自带冷却水泵 5 柴油发电机引擎恒温器6 温度计 7 温控阀 8 短路管图1 循环冷却水系统原理示意人防柴油发电机启动, 2 #水泵启动, 从1 #水池取水, 加压后供给3 #柴油发电机外置热交换器。
同时, 引擎驱动4 #柴油发电机配套水泵, 各类引擎产生的热量通过水冷却, 水流通过8 #短路管形成内循环, 冷却水温逐渐提高, 当柴油发电机出水管道上的温度升高至80 ℃时, 5 #引擎恒温器向换热器DOI :10.13789/j .cnki .wwe1964.2010.12.0321 32 给水排水 Vol.36 No.12 2010方向的管路打开, 通过换热器换热, 使柴油发电机进水温度降至70 ℃。3 #热交换器左侧的出水温度定为65 ℃, 当出水温度为67 ℃时, 7 #温控阀打开, 使高温水排掉, 同时, 手动打开2 #水池出、回水管路上的阀门;关闭1 #水池的出、回水管路上的阀门,当温度再次升高至67 ℃, 7 #温控阀打开时, 启动3 #水池, 停用2 #水池, 依次循环使用4 个储水池。
以下介绍图1 中各设备的计算及选用:1 .2 .2 .1  储水池的容积冷却储水池的容积应根据柴油发电机运行机组在额定功率下冷却水的消耗量和要求的储水时间确定, 无可靠内、外水源时储水时间为2 ~ 3 d ,有防护的外水源时为12 ~ 24 h , 有可靠的内水源时为4 ~ 8 h 。
已知柴油发电机水冷却时的消耗量, 即可求得储水池的容积, 如果柴油发电机样本没有提供耗水量, 应根据柴油发电机的热平衡计算耗水量。柴油机燃油产生的热量包括:①有效功;②冷却损失;③排烟损失;④以辐射和对流的方式扩散到周围介质的热量。以上四项分别占燃油总发热量的40 %~50%、24 %~ 40 %、20 %~ 30 %和2 %~ 5 %。
计算示例:某防空地下室采用200 kW 的柴油发电机组, 该机组的燃油消耗量为240 g/(kW·h)。
小时燃油消耗量为:240 ×200/1 000 =48(kg/h);小时燃油发热量为:48 ×41 900 =2 .0 ×106(kJ/h)。
冷却时需要水体带走的热量主要是冷却损失热量、辐射对流热量, 分别取总产热量的30 %、3 %。
则需要水体带走的热量为:(30 %+3 %)×2 ×106 =6 .6 ×105(kJ/h)。
储水池中未循环冷却起始阶段水温取5 ℃, 循环冷却结束时水温取60 ℃。则需要的冷却水量:6 .6 ×105 ÷[ 4 .19 ×(60 -5)] =2 .864(m3/h)。
人防柴油发电机电站储水时间依据本节(1)确定, 则储水池容积为:2 .864 ×(2 ~ 3)×24 =137 .47 ~206 .21(m3), 取160 m3 , 分为4 格, 每格40 m3 。
1 .2 .2 .2  2 #水泵的选用H =H1 +H2 +H3 (1)式中H ———水泵的扬程,m ;H1 ———管路的沿程和局部水头损失, m ;H2 ———水流经过热交换器的水头损失,m ;H3 ———水流进入多格水池的流出水头,m 。
2 #水泵的流量:柴油发电机产生的需要水冷却的热量在进水温度最不利(60 ℃)时需要的水量。
如上述示例, Q =6 .6 ×105 ÷ [ 4 .19 ×(65 -60)] =31 .5(m3/h)。
(3)3 #热交换器的选用。3 #热交换器左侧进水温度:5 ~ 60 ℃;出水温度:65 ℃;右侧进水温度:80 ℃;出水温度:70 ℃。换热量即为柴油发电机产生的需要水冷却的部分热量。对于上述示例,换热量为6 .6 ×105 kJ/h 。
(4)其他。柴油发电机的进、出水管上应设置温度计6 #。另外, 依据“规范” 6.5.3 条要求, 出水管上应设置看水器(常用的有滴水观测器和各种水流检视器), 有存气可能的部位应设置排气阀。
1.2 .3  重复冷却水系统柴油发电机房通风冷却水可作为柴油发电机组的冷却水重复使用, 因通风冷却水温度偏低, 而柴油发电机组冷却进水温度要求偏高, 可重复使用, 冷却后的高温水可以排掉。系统原理见图2 。
1 冷却水池 2 混合水池 3 冷风机供水水泵 4 柴油发电机供水水泵 5 气压罐 6 柴油发电机自带冷却水泵 7 温度计8 短路管 9 柴油发电机引擎恒温器 10 冷风机图2  重复冷却水系统原理人防柴油发电机启动, 引擎驱动6 #柴油发电机配套水泵, 水流通过8 #短路管形成内循环, 当柴油发电机出水管上的温度升高至80 ℃时, 引擎恒温器关闭向短路管方向的进水, 高温水排入集水坑, 通过人防地下室污水泵排至室外, 引擎恒温器打开泄水的同时, 5 #气压罐内的压力降低, 当压力降至0 .06 MPa 时, 4 #水泵启动。当柴油发电机出水管上的温度低于80 ℃时, 水流再次通过8 #短路管开始循环;当气压罐内的压力升高至0 .1 MPa 时, 4 #水泵停止运行。3 #水泵为10 #冷风机供水, 冷风机出水排入2 #混合水池, 以使柴油发电机的进水温度提高。
重复冷却水系统原理
以下介绍图2 中主要设备的计算及选用:给水排水 Vol.36 No.12 2010 1 33(1)储水池体积计算同循环冷却水系统。
(2)混合水池的容积, 应按柴油发电机组在额定功率工作, 在柴油发电机进水温度最不利时5 ~15 min 的冷却水量计算。按上述示例计算:Q =31 .50 ×[ (5 ~ 15)/60] =2 .625 ~ 7 .875(m3)。
(3)3 #冷风机供水水泵的选用:H =H1 +H2 +H3 (2)式中H ———水泵的扬程,m ;H1 ———管路的沿程和局部水头损失, m ;H2 ———水流经过10 #冷风机的水头损失,m ;H3 ———水流进入混合水池的流出水头,m 。
3 #水泵流量为冷风机冷却室温时需要的水量。
(4)4 #柴油发电机供水水泵的选用。4 #水泵的扬程为柴油发电机进口需要的水压, 一般取0 .06 ~0 .15 MPa ;流量为柴油发电机产生的需要水冷却的部分热量, 在柴油发电机进水温度最不利时的冷却水量。对于上述示例:Q =31 .5 m3/h 。
(5)5 #气压罐选用 800 热水型气压隔膜罐。
(6)其他。柴油发电机的进、出水管上应设置温度计7 #。另外, 依据“规范”6.5.3 条要求, 出水管上应设置看水器, 有存气可能的部位应设置排气阀。
2 柴油电站的供油系统柴油发电机房的供油系统原理见图3, 其中日用油箱(高架装置)是直接供油给柴油发电机使用的装置。
循环冷却水系统原理示意
1 呼吸阀 2 阻火阀 3 储油池(箱或罐) 4 过滤器5 日用油箱 6 油泵 7 油管接头(设于卸油井内)图3  柴油发电机房供油系统原理储油罐的容积可按下式计算:V =0 .001N nB TM ×24/R (3)式中V ———储油池的有效容积(m3);Nn ———同一型号柴油发电机的额定功率, kW ;B ———柴油发电机的燃油耗油率, kg/(kW ·h);T ———要求的储油时间, 可按7 ~ 10 d 计算, 移动电站宜取小值, 固定电站宜取大值;M ———同一型号柴油发电机的台数;R ———柴油的密度, 一般常用柴油的密度为0 .813~ 0 .891 kg/ L, 计算可取0 .85 kg/L 。
柴油发电机用油可储存于室外地下储油罐, 也可储于室内油箱。储油罐或箱不应少于2 个(格)。
每天柴油发电机组需要的用油, 储存于室内的日用油箱, 一般按柴油发电机8 ~ 12 h 的小时耗油量储存。日用油箱最好每台柴油发电机各设1 个, 备用发电机可与工作机组共用一个日用油箱, 日用油箱必须架高设置, 以便于自流到柴油发电机内部。柴油发电机房的输油管穿越人防围护结构墙或顶板时, 应在人防内部设置防爆波阀门, 其公称压力不得小于1 MPa , 并应有明显的启闭标志。设于室外的油管接头井的抗力应与防空地下室相同, 施工详见《人民防空工程大样图集》(02RS KS 01)。储油间应设置向外开启的防火门, 其地面应低于与其相连接的房间(或走道)地面150 ~ 200 mm 或设门槛。严禁柴油机排烟管、通风管、电线、电缆等穿越储油间。
如上述示例, 储油池容积V =0 .001 ×200 ×0 .24 ×7 ×24/0 .85 =9 .49(m3)。
设置2 个5 m3 的卧式油罐3 #, 油罐做法参见《小型立、卧式油罐图集》(02R111), 油罐、油箱及所有管线连接处均应用导线跨接成一个整体, 接地系统与油箱及管线连接处应焊接, 防静电接地电阻不得大于10 Ψ。
5#日用油箱的有效容积V1 =0.001×200 ×0.24 ×10/0 .85 =0 .56(m3)。4 #过滤器选用32 目/cm2 ,0.6 MPa 。日用油箱至发电机组油路上的过滤器由发电机组配带。6 #油泵选用齿轮油泵, 流量等于柴油发电机用油量及回油量之和。
3 结语柴油电站的水冷系统和供油系统为给排水设计的新增内容, 参考资料较少。由于这两个系统较为复杂, 文中所述如有不妥之处请批评指正。