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廣東奧林匹克體育中心煤氣管道工藝設(shè)計介紹
簡要：本文介紹了廣東奧林匹克體育中心煤氣項目的調(diào)壓裝置的選型及體育場火炬煤氣管道工藝設(shè)計。
1 前言
廣東奧林匹克體育中心（以下簡稱中心）位于廣州市天河區(qū)東圃鎮(zhèn)黃材地區(qū)，占地面積約100萬m2，是廣東省承辦中華人民共和國第九屆運(yùn)動會的主會場。
我室于一九九九年九月受九運(yùn)會省級場館建設(shè)指揮部的委托，對中心內(nèi)的體育場火炬、運(yùn)動員餐廳、酒店及附屬場館生活區(qū)內(nèi)的大小餐廳、熱水鍋爐房和運(yùn)動員教練家屬宿舍樓等進(jìn)行煤氣管道的施工圖設(shè)計，目前工程已進(jìn)人施工階段。
中心不僅地位特殊，而在使用管道氣上也有特點(diǎn)，它包含了設(shè)計常見的居民用戶、飲食業(yè)公福用戶，還有體育場火炬煤氣管道工藝設(shè)計，這是以前我們沒有接觸過的。它也是目前廣州市管道氣用量最大的一所綜合型用戶。它的用氣穩(wěn)定性、可靠性和安全性，對廣州燃?xì)馐聵I(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。筆者就中心煤氣項目如何作調(diào)壓裝置的選型、體育場火炬煤氣管道工藝的設(shè)計進(jìn)行介紹。
2 庭院管網(wǎng)布置概況
為保證九運(yùn)會期問所有用氣點(diǎn)都能正常使用，不受周邊其他用戶因出現(xiàn)事故的影響，庭院煤氣管網(wǎng)如何合理、可靠布置，也是關(guān)鍵的一點(diǎn)。因此，我們對中心的庭院煤氣管網(wǎng)采取了如下的設(shè)置。
（1）兩路中壓管線的供氣方法
一路從中心的東南角引入，接通廣園東路的煤氣主干管D529×7，經(jīng)該中心東邊的環(huán)場路，采用D325×6的管徑引至設(shè)置在山頂公園內(nèi)的煤氣調(diào)壓站。
另一路是從中心的西邊引入，接通中山大道的煤氣主干管D529×7，沿車陂路穿過廣園東路，引至中心的西側(cè)，再經(jīng)主場管與附屬場館之間的道路，采用D325×6的管徑接至煤氣調(diào)壓站。
（2）低壓管網(wǎng)的設(shè)置
由于中心內(nèi)體育場火炬與其他用戶的燃燒壓力不同，因此，其調(diào)壓站后的管網(wǎng)設(shè)置也分兩路管線供應(yīng)。一路是體育場火炬專用線，供氣壓力為30KPa；另一路是供應(yīng)體育場運(yùn)動員餐廳、酒店及附屬場館生活區(qū)內(nèi)的大小餐廳、熱水鍋爐房和運(yùn)動員教練家屬宿舍樓，其供氣壓力為2KPa。
3 調(diào)壓站的工藝設(shè)計
對于中心煤氣管道項目來說，煤氣調(diào)壓站在其中所扮演的角色就相當(dāng)于人體中的心臟。調(diào)壓器的性能直接影響到整個中心供氣的穩(wěn)定性。因此，如何進(jìn)行煤氣調(diào)壓站的工藝設(shè)計及調(diào)壓器的選型是最為關(guān)鍵。
3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及計算前提條件
（l）氣源參數(shù)
計算氣源：采用廣州油制氣，熱值27．17MJ/Nm3（6500Kcal/Nm3），密度0.86kg/Nm3，比重0.665；校核氣源：液化天然氣，熱值39．06MJ/Nm3（9474Kcal/Nm3），密度0.802kg/Nm3，比重0.62。
（2）耗氣量參數(shù)（廣州油制氣）
體育場火炬的耗氣量：3600Nm3/h；體育場運(yùn)動員餐廳及酒店的耗氣量：626.5Nm3/h；附屬場館生活區(qū)內(nèi)的大小餐廳、熱水鍋爐房和運(yùn)動員教練家屬宿樓等的耗氣量：606Nm3/h。上述項目會計：4833Nm3/h。其中，除體育場火炬外的耗氣量會計為1233Nm3/h。
（3）計算壓力參數(shù)（表壓）
調(diào)壓器的進(jìn)口壓力：最高 0.4MPa、正常0.12MPa、允許的最低壓力0.05MPa；調(diào)壓器的出口壓力：火炬的最高及額定壓力：0.035MPa、允許的最低壓力 0.01MPa；其余用戶（工商公福及民用戶）的額定壓力為2.5kPa。
3.2調(diào)壓器的選型計算
（l）調(diào)壓器生產(chǎn)廠家的選擇
根據(jù)目前廣州市已使用的各類調(diào)壓器情況來看，意大利Tartarini公司生產(chǎn)的調(diào)壓器性能較為穩(wěn)定，并具有較好的技術(shù)支持及售后服務(wù)，因此，決定采用該公司產(chǎn)的FL—BP系列調(diào)壓器。
（2）調(diào)壓器的計算公式
根據(jù)國內(nèi)有關(guān)專業(yè)書籍推薦采用的調(diào)壓器通用計算公式為：
亞臨界狀態(tài)
(1)
臨界狀態(tài)
(2)
上述公式均為“比較計算”的公式。即必需在知道了某一標(biāo)準(zhǔn)氣體（通常為空氣）的通過流量后，再計算具體氣體的流量數(shù)據(jù)。因此，該公式僅適用于已知流量但不同氣源的校核計算。從上述公式可推出：氣體流量與密度比的開方呈反比關(guān)系。
對于具體廠家及品牌調(diào)壓器的流量計算，一般由廠家提供實驗參數(shù)及公式進(jìn)行核核。為此，Tartarini公司提供的計算公式為：
當(dāng)P2 ＞P1/2時，采用公式：
(3)
當(dāng) P2＜ Pl/2時，采用公式：
Q＝0.52CgP1 （4）
上兩公式中，P1為進(jìn)日壓力（表壓、bar),P2為出口壓力（表壓、bar），Cg及C1均為計算常數(shù)，與所選用的調(diào)壓器類型、管徑及閥口開度有關(guān)，具體數(shù)值由廠家提供。
（3）計算數(shù)據(jù)結(jié)果及調(diào)壓器的選型
根據(jù)廠家所提供的計算公式及流量表格都是基于比重為0.6的天然氣的計算數(shù)據(jù)，因此，在折算為廣州油制氣時，可應(yīng)用式（1）及式（2）的換算關(guān)系得出：需乘以0.95的修正系數(shù)。以下表1中的實際流量均為已乘以修正系數(shù)后的有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果。
根據(jù)表1及表2中調(diào)壓器的有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，型號為FL—BP/150的調(diào)壓器適用于體育場火炬，型號為FL-BP/65的調(diào)壓器適用于體育場運(yùn)動員餐廳、酒店及附屬場館生活區(qū)內(nèi)的大小餐廳、熱水鍋爐房和運(yùn)動員教練家屬宿舍樓。
3.3調(diào)壓器的線路設(shè)計
因體育場火炬的使用壓力與其余工商公福戶及民用戶的使用壓力不同，因此需設(shè)置兩條調(diào)壓線路進(jìn)行分別調(diào)壓。其中一條為體育場火炬單獨(dú)用；另一條則為體育場運(yùn)動員餐廳、酒店與附屬場館生活區(qū)內(nèi)的大小餐廳、熱水鍋爐房和運(yùn)動員教練家屬宿樓等合用。對于每一條線路又分為兩組，一組為正常使用，另一組為備用。每一組的主要設(shè)備有閥門、過濾器、超壓切斷閥和調(diào)壓器等。
由于九運(yùn)會項目的供氣需要絕對可靠，因此，在每一條線路中的主路與旁路，兩者是并聯(lián)聯(lián)動。其做法為：主路上調(diào)壓器的出日壓力按額定壓力設(shè)定（如0.035Mpa時），旁路上備用調(diào)壓器的出口壓力設(shè)定得比主調(diào)壓器略低（如0.032Mpa）。主路與旁路上的超壓切斷閥的關(guān)閉壓力設(shè)定為調(diào)壓器額定出口壓力的1.2倍。在正常工作時，旁路上的調(diào)壓器將處于常閉狀態(tài)，而主路上的調(diào)壓器進(jìn)行工作；當(dāng)主調(diào)壓器失靈而導(dǎo)致壓力升高時，超壓切斷閥將自動切斷，這時，旁路上的備用調(diào)壓器將會自動工作，這樣保證了所有用氣點(diǎn)的安全性和連續(xù)性。調(diào)壓站的工藝流程如圖1所示。
4 體育場火炬的煤氣管道工藝設(shè)計
中心內(nèi)體育場的火炬是在九運(yùn)會期間使用，其燃料為廣州油制氣，因此
需對火炬的供氣管道進(jìn)行設(shè)計。
4.1 火炬的結(jié)構(gòu)及位置簡介
九運(yùn)會的主火炬是一個球形，由內(nèi)空心球體及兩條繞著球體的外圍飄帶構(gòu)成，球體直徑為3.5m，連外圍飄帶，整個火炬直徑為8.0m�；鹁娴纳喜颗c頂部設(shè)燃燒噴嘴共48個，其中球體上半部為16個，頂部為8個，兩條外飄帶各12個。
火炬設(shè)置的位置是懸吊在體育場北看臺進(jìn)出日的上空，離地面約40m。整個火炬由四條材質(zhì)為0Cr25Ni20的鋼索懸吊在體育場馬鞍形的東西兩側(cè)飄檐中間，另外火炬的底部再用兩條鋼索往下固定在體育場北看臺進(jìn)出日東西兩側(cè)的看臺邊。
4.2 工藝管線設(shè)計
（1）主火炬燃燒器的主要技術(shù)參數(shù)
根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)，火炬的燃燒壓力為30KPa，流量為0.85kg/s（轉(zhuǎn)化成廣州油制氣約為1m3/s）。因此，火炬的耗氣量為：3600m3/h。燃燒方法采用擴(kuò)散式燃燒，燃燒時的火焰高度4—6m。
（2）火炬供氣線路設(shè)計
供應(yīng)體育場火炬的煤氣管道，是從體育場的東北側(cè)引入（經(jīng)水力計算確定管徑為D325×6），然后穿過首層商業(yè)區(qū)，引至體育場北看臺第二層進(jìn)出口西側(cè)閥門控改室。在閥門控制室分設(shè)三路管線，管徑分別為：D159×5（球體內(nèi)燃燒器用）。D159×5（飄帶燃燒器用）；D32×3.5（長明燈燃燒器用）。其中球體燃燒器供氣管線和長明燈供氣管線引至體育場北看臺進(jìn)出日的西側(cè)連接火炬鋼索處，然后再沿著鋼索敷設(shè)至火炬球體燃燒器和長明燈燃燒器的底部接口處；而飄帶燃燒器供氣管線即引至體育場北看臺進(jìn)出口的東側(cè)連接火炬鋼索處，然后再沿著鋼索敷設(shè)至火炬外圍飄帶燃燒器的底部接口處。
（3）管材的選用、連接方式及防腐
體育場北看臺進(jìn)出口東西兩側(cè)鋼索前的煤氣管道因要穿過首層商業(yè)區(qū)，需敷設(shè)在吊頂天花內(nèi)（即暗設(shè)），且火炬的燃燒壓力為中壓（30KPa），因此，根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》（B50028J3）及廣州市《氣公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市燃?xì)廨斉浼皯?yīng)用工程技術(shù)暫行規(guī)定》（設(shè)計篇）（GM（J）001—2000）中有關(guān)的條款，煤氣管道的材料采用無縫鋼管，連接方式為焊接。而沿著火炬底部兩條鋼索敷設(shè)的管道即采用材質(zhì)為1Crl8Ni9Ti的不銹鋼金屬軟管，不銹鋼金屬軟管與無縫鋼管的連接采用法蘭連接，與火炬內(nèi)燃燒器的連接采用焊接。采用不銹鋼金屬軟管的目的：一是由于火炬懸空，僅靠上下共六條鋼索固定，按美國NEB設(shè)計集團(tuán)公司的要求，火炬在空中有約1m的浮降余量，因此需采用金屬軟管來考慮它的伸縮量；另一方面，不銹鋼金屬軟管比無縫鋼管輕，從而減輕火炬的總體重量（火炬總重為20t，其中煤氣部分控制在2t之內(nèi)），外表也較美觀；另外，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)，不銹鋼金屬軟管耐壓最高可達(dá)60kg/cm，耐溫最高可達(dá)600℃，因此，在耐壓和耐溫方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足該項目要求。
暗設(shè)在吊頂天花內(nèi)的無縫鋼管的防腐，按常規(guī)采用涂紅丹油性防銹漆及黃色醇酸磁漆即可，而在這個項目中我們采用了阻燃熱收縮套套在無縫鋼管上作防腐層，經(jīng)加熱后與管道粘貼成一體，既起防腐保護(hù)又起阻燃作用。另外，根據(jù)廠家提供阻燃熱縮套的技術(shù)性能，其熱熔膠剝離強(qiáng)度為115.8N/cm，斷裂伸長度為700%，抗張強(qiáng)度為8MPa，抗撕裂強(qiáng)度≥103kg/cm。阻燃熱縮套還可作套管用。
5 其他的安全措施
為保證中心在九運(yùn)會期間及日后安全供氣，我們還做了以下的安全配套設(shè)計：
（1）在煤氣調(diào)壓站內(nèi)設(shè)置了2路煤氣泄漏報警裝置，可以把現(xiàn)場壓力傳送至廣州市煤氣公司計算機(jī)中心及調(diào)度中心的RTU測壓系統(tǒng)，值班人員隨時觀測到現(xiàn)場調(diào)壓器的工作狀態(tài)。
（2）在體育場火炬和體育場賓館、運(yùn)動員餐廳等供氣管線的引入管上設(shè)置了SgD941X—10的電動蝶閥；并把電動蝶閥的操作系統(tǒng)引至消防控制室，以便值班人員快速地操作電動閥門開關(guān)。
（3）對暗設(shè)管道除按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》（B50028—93）及廣州市煤氣公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市燃?xì)廨斉浼皯?yīng)用工程技術(shù)暫行規(guī)定》（設(shè)計篇）（GM（J）001—2000）中有關(guān)條款設(shè)計外，在管道沿線上，供設(shè)置了46路煤氣泄漏報警裝置，并把報警主機(jī)設(shè)置在消防控制室，讓值班人員及時掌握睛設(shè)煤氣管線狀況。
6 結(jié)束語
中心九運(yùn)會主會場火炬是繼上海八運(yùn)會主會場火炬后又一個使用管道煤氣的項目，其火炬的造型、燃燒壓力和耗氣量等都比上海八運(yùn)會的更高更大，供氣的安全、穩(wěn)定、可靠，直接影響到九運(yùn)會舉辦是否成功。因此，該項目既是一項管道工藝設(shè)計任務(wù)，以是一項政治任務(wù)。
另外，隨著廣州市的城市發(fā)展、“油改氣”工程的不斷深入以及天然氣的即將到來，越來越多的大型工商公福戶，甚至是工業(yè)用戶將會加人到使用管道氣的行列。這樣，中心管道煤氣項目運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，將影響廣州市以及珠江三角洲燃?xì)馐聵I(yè)的發(fā)展。因此，要解決供氣的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，關(guān)鍵是如何選好調(diào)壓裝置以及合理設(shè)計管線工藝。
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