柴油发电机房排烟管和通风系统的深化设计

 摘要：康明斯公司在本文中结合具体工程实例，从电气、智能化、通风、建筑、动力和消防等六个专业的角度，介绍了柴油发电机房及其环保系统的深化设计和验收要求。通过康明斯公司工程部技术工程师的深化设计，在保证实现系统使用功能的同时，满足了环保要求，也节约了工程成本。

一、工程概况

本文以华南国际皮革皮具原辅料物流区二期为例，占地面积43,776.7㎡，总建筑面积为38.26万㎡，地上六层，地下两层。其中地下一层至地上五层为皮革原辅料的展示及仓储物流区，一、二层设大展位，地下一层为大展位和中展位结合；六层为大展位及部分员工配套食堂；地下二层为设备库房和停车库。地下一层至地上五层每层设A-H八个区作为一个大型物流中心，用电负荷大。工程设置了两台1200kW柴油发电机组作为消防应急用电源，分别安装在地下二层F区和G区的柴油发电机房内。本工程的柴油发电机房的平面图见图1。

高层建筑要求供电具有较高的可靠性，一般采用两路电源供电，柴油发电机组作为应急电源使用。对无法提供两路电源的建筑，柴油发电机组同时还作为备用电源使用。在工程完工后，柴油发电机组不仅要通过电气验收，整个系统还需要通过政府环保部门的专项验收。为保证柴油发电机房及其环保系统能及时验收，本文对该系统进行了深化设计。

图1  柴油发电机房平面布置图

二、柴发电气系统设计

1、发电机房内电气设备的布置

发电机在机房内的布置，除散热水箱一端外，其余三面距墙不少于1m。在不设控制室的发电机房，控制屏和配电屏布置在发电机端或发电机侧，在屏前距发电机端不小于2m处设置操作维护通道；屏前与发电机侧的距离不应小于1.5m。设置机房控制室时，在控制室与机房之间的隔墙上设观察窗。

柴油发电机组通过设备侧面空气开关输出电力。空气开关至配电屏的电缆须相序正确，载流量满足要求。发电机至发电机配电屏之间的电缆采用沿电缆桥架或者地沟敷设方式，电缆（电线）的连接须采用软连接；当采用母线连接时，应采用母线软连接，避免接头因发电机振动而松动，也有效减弱发电机噪声通过高、低压连接电缆、母线传播至大楼的屋架结构。发电机配电屏与市电配电屏之间采用电缆或母线连接。电气设备在房间内的布置应合理美观。

2、发电机房和储油间的照明和动力配电

机房内照明、通风及发电机辅助设备用电的设计采用独立的电气控制系统。其中机房动力、照明采用双电源设计，并预留380V的市电引入。储油间和发电机房按防爆区考虑，选用隔爆型电气设备。发电机间和值班室照度为150lx，控制室照度为200lx，储油间照度为50lx。

3、发电机控制柜和变配电系统的联动控制

双电源自动切换开关（Automatic Transfer Switch，简称ATS）是市电和备用电源之间相互切换设备，当市电故障时，自动起动发电机组，并将预定的重要负荷切换至发电机组馈电；当市电恢复时，切断发电机组供电，自动将负荷切换至市电馈电。发电机组冷却5min后自动停机，恢复至备用状态。ATS具有连续带负荷运行、电源故障侦测、启动备用电源、负荷切换、正常供电恢复的感测、负荷切换回正常供电等功能。本工程发电机与高低压配电系统的关联图见图2。深化设计中，需预留发电机控制柜和市电配电屏之间的联动线路。通常采用一根kVV-10×1.5控制电缆，连接发电机控制柜和变配电系统的Modbus，远程启动或并机系统的信号。

4、接地系统

柴油发电机房接地包括：工作接地（发电机的中性点的接地）、保护接地（电气设备不带电的金属外壳的接地）、防静电接地（为防止在加油时静电火花引起的火灾，对主油箱、辅助油箱、燃油系统的设备及管道的接地）。在法兰连接处进行跨接接地，防止静电累积。

发电机房的接地系统与电气其他接地系统采用共用接地装置，接地电阻不大于1Ω。通常，在发电机房、油箱间和控制室室内四周墙壁地上300mm处设置40mm×4mm接地扁钢。安装接地扁钢支架时，注意与吸音墙壁的施工配合，预留吸音材料的安装位置。

图2  柴油发电机与市电配电柜关联图

三、柴发机房排烟散热设计

机房的通风须满足三个方面的需求，即带走发电机组产生的热量、提供燃烧所需要的充足的空气以及为满足操作人员的舒适度所需的空气流动。为防止空气短路，机房不能在同侧开设排风口和进风口。进风口开设在较低位，排风口开在较高位。进风口和排风口设置百叶窗。

1、排烟系统

柴油发电机组的排烟系统，将气缸里的废气经消音、消烟处理后直接排入柴油机的热风道，随热风一起排放，或单独设置排烟管道向室外的低空排放。经过处理后的烟气，其烟气环境指标必须满足政府环保部门的规定。排烟口的设置可依据柴油发电机运行时间的长短，采取烟气严格处理后低空排放以及内置排烟道至屋顶两种方法。设置在裙楼屋顶的排烟口采用将烟气处理后再行排放的方法。发动机的烟气处理设备一般采用水喷淋箱，其利用水雾和烟尘的相互吸附作用的原理，达到处理烟气的目的。

排烟管有水平架空敷设和地沟内敷设两种敷设方式，高层建筑中常采取水平架空敷设。排烟管应单独设置，并减少弯头数量。机房设置在地下层时，在靠地下室外墙处将热风和排烟管道（或者排烟道））伸至室外。排烟温度在350～550℃,排烟管通常采用玻璃纤维棉进行保温隔热处理以防止烫伤和减少辐射热。排烟管道应架空设在柴油机房的机组上部，且离地大于2.2m。

2、新风系统

柴油发电机房的通风将直接影响柴油机发电机组的良好运行。位于地下室的机房，须补充足够的新风，保证柴油机在运行时，机房的换气量大于或等于柴油机燃烧所需新风量与维持机房室温所需新风量之和。维持室温所需新风量的计算公式为：

C=0.078PT

式中：C—需要的新风量，m³/s；P—柴油机额定功率，kW；T—机房温升，℃。

柴油机燃烧所需新风量按照发电机组生产厂家随机所附资料。若无规定时，可按每分钟每千瓦制动功率0.1m³计算，其中柴油机制动功率以发电机主发电功率千瓦数的1.1倍取值。

3、排风系统

为防止柴油机散热器热量通过室内后再间接排放，机组的排风采用热风管道有组织地进行。热风管道与柴油机散热器采用软接头联结。热风管道应平直、弯头少、转弯半径大且内部平滑，出风口接近并正对散热器。在机组的两端设置进风口与出风口，防止气流短路，进而影响散热效果。机房的出风口、进风口的面积按下式计算：

S1≥1.5×S；S2≥1.8×S

式中：S—柴油机散热面积，m㎡；S1—出风口面积，m㎡；S2—进风口面积，m㎡。

四、柴发机房隔声减震设计

1、减震设计

发电机组的基座设计须满足支撑发电机组的全部运行重量，包括附属设备和机带液体（冷却液、油和燃料）的重量；必须保证发动机、发电机和附属设备等设备的位置稳固；必须隔离发电机组的振动，防止影响周围结构。

（1）基座一般采用混凝土基座，其强度须支撑机组的运行重量，以及外加25%的动负荷。并联运行的发电机必须承受2倍的运行重量。基座的外围尺寸一般为：超过发电机组边缘300mm，混凝土基座高度400～600mm（高出地面100～150mm）。混凝土基础厚度的计算公式为：

B=2M/L×W×d

式中：M—机组质量，kg；d—混凝土密度，2300kg/m³；L—基础长度，m；W—基础宽度，m。

（2）在高层建筑中，当机组安装在楼板上时，采用重混凝土基础，以减轻楼板承重。地脚螺丝采取预埋和用电钻打孔两种安装方式。

（3）发电机底座和基础之间采取发电机组基座专用橡胶弹簧减振器或减震垫等减震措施。

2、隔声降噪设计

柴油发电机的噪声从产生的原因和部位上可分为排气噪声、机械噪声、燃烧噪声、冷却风扇和排风噪声、进风噪声和发电机噪声等。柴油发电机房的噪声治理示意图见图3。一般采用隔声降噪方案如下：

（1）发电机房四周墙壁和吊顶的隔声降噪措施。为减少室内的反射混响声，在四周墙壁和天花板上设置吸音板，吸音板内部填充多孔性吸音材料，板壁采用开孔率为10%~20%的微穿孔铝板。通过复合阻性吸声的方法，使室内的声波经铝合金孔板衰减，然后被精细玻璃纤维棉吸收。吊顶距天花顶板300mm，吸声吊顶做法为：以角钢做吊架，三角龙骨做骨架，吊顶采用穿孔铝扣板，在吊顶和天花板之间固定填充双层玻璃布包裹的超细玻璃棉。

吸声墙面做法为：以角钢做支架，三角龙骨作为穿孔铝扣板的龙骨，在墙壁和和穿孔铝扣板之间固定填充双层玻璃布包裹的超细玻璃棉，同时玻璃棉的防火性能须满足规范要求。

（2）排烟噪声是机组总噪声中较强烈的一种噪声，采用消音器达到减少噪声的目的。排烟系统一般在原有一级消音器的基础上安装特制二级消音器，以保证机组排烟噪声的控制效果。二级消音器同时设置在吊顶内，采用减震吊架安装。排烟管长度不超过10m，否则须加大管径，减少发电机组排气背压，从而改善发电机组的噪声及背压。

（3）隔声门。一般在防火门的内部贴一层隔音棉，在防火门的下端加一门槛并在防火门四周用密封胶条进行密封，减小噪声从门传出，提高防火门的隔音效果。另一种方法是，采用厚度δ≥1.2mm的双层钢板，内置超细玻璃吸声棉（容重为20kg/m³）的成品隔声门。

（4）进风和排风一般利用进、排风消音间降噪。在消音间的内墙铺设隔音片（或者特殊加工），在室内进风通道墙体内口及四周进行吸音处理，配置室内吸音门隔断机械噪声传播通道，达到消声效果。进风井和排风井通常采用阻抗式消声装置。在安装专用消声设备及配件时，角钢支架采用“之”字形，并且支架之间用扁钢连接。柴油发电机与消声设备的连接采用专用减震软节。为防鼠、防异物进入，在进风口和排风口加设百叶窗。

图3  柴油发电机房噪声治理示意图

五、柴发机房安全设计

1、气体灭火系统设计

柴油发电机房的储油间、输油管道和发电机本体容易引起火灾。导致火灾的原因包括发电机组超温、油路泄漏引起的固体表面火灾；供电线路、配电设备短路引起的电气火灾；以及供油管道、储油容器损坏，造成燃料泄漏；另外，由其他明火引燃的非水溶性可燃液体（柴油）也容易发生火灾，其中储油间火灾危险性较大。

根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》，柴油发电机房可以采用自喷—泡沫联用灭火系统、水喷雾系统和气体灭火系统等灭火系统。气体灭火系统安全有效，且对电气设备损害较小，通常较多采用七氟丙烷气体灭火系统。

2、燃油的存放设计

机房内一般设置3～8h的日用油箱，其容积的计算公式为：

V=GνAt

式中：V—日用油箱容积，m³；G—柴油机燃油消耗量，kg/h（由样本查出）；A—燃油重度，kg/m³，轻柴油为810~860kg/m³；ν—油箱充满系数，一般取0.90；t—供油时间，一般取3～8h。

柴油是丙类液体，日用油箱间属于“中间罐”，按规范日用油箱间罐容积不应大于1m³，一台机组设置一个储油间。储油间的油箱应密闭，且应设置通向室外的带阻火器的呼吸阀的通气管。油箱的下部须设置防止油品流散的设施，一般采用集油坑等。储油间的示意图见图7。

在机组两侧设置深度为0.5~0.8m的地沟敷设油管和水管。油管采用黑铁管，送油管直径较小为25mm，其中800kW以上发电机油管采用35mm。送油管及回油管需分开敷设，以防止热燃油回流。燃油吸管应在敷设油箱较低点不少于50mm处，并远离排污阀。回油管到油箱的高度必须保持在2.5m以下；油箱的较低点须设置排污阀，油箱较高点须设置通气孔。为防止机组震动影响，油管和机组之间应使用软管连接。

3、机房的建筑专业设计

（1）发电机间设置两个出入口，其中一个出口满足运输机组的需要，否则应预留吊装孔。储油间与发电机间应独立分隔，墙体采用防火墙，防火墙必须开门时，设置能自行关闭的甲级防火门。设置机房控制室时，在控制室与机房之间的隔墙上设置观察窗。

（2）为有效防止噪声的泄漏，机房外墙一般采用240墙体，墙两面抹灰。机房地面可采用压光水泥地面、水磨石地面以及地砖地面。为防止机组运行和检修时可能出现漏油、漏水等现象，对地基表面进行防渗油和渗水的处理，并设置排水措施。

（3）在安装或检修时，利用吊钩挂手动葫芦吊活塞、连杆、曲轴所需要的高度，一般不低于4.5m，机房的底部与机组的顶部的净空不少于2m。

（4）发电机房和油箱间的耐火等级为一级，火灾危险性类别为丙类；控制室的耐火等级为一级，火灾危险性类别为戊类；柴油发电机房应采用耐火极限不低于2.00h的隔墙和1.50h的楼板与其他部位隔开。

总结：

（1）在本工程中，柴油发电机及其环保系统深化设计由专业的公司负责，对政府环保部门的专项验收也由该公司承担，有效地预防了由不同的专业公司施工，造成的大量返工和整改现象，避免了柴油发电机房及其环保系统专项验收的延迟。

（2）柴油发电机组的整机验收、发电机组与ATS转换柜连接电缆试验、发电机房接地和防雷保护、发电机（电球）测试、ATS双电源转换柜试验按照GB、DL相应规范和标准执行。

（3）经过治理后，噪声完全达到GB 3096－2008《声环境质量标准》Ⅱ类标准：噪声60dB（A）（昼间）的标准。

（4）烟气经处理后，达到广东省地方标准DB44/27-2001《大气污染物排放限值》一级标准（按各地要求执行），其烟气黑度不得超过林格曼1级，并经政府环保部门验收合格。