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机房设计与设备安装

柴油发电机的日用油箱要求和输油管道设计

 

摘要：柴油发电机房的供油系统设计主要在于同时满足防火安全和可靠供油两个要求，其中，室内储油量受消防规范严格限制（通常不超1立方米），而供电时长又需要足够的油量储备。本文所述日用油箱要求和输油管道设计内容是基于国家标准《建筑设计防火规范》（GB 50016）、《民用建筑电气设计标准》（GB 51348）等整理的规定和法条。

 

一、燃油供给系统要求

 

1、储油设施设置要求

（1）机房内储油间（日用油箱间）

① 容量限制：机房内设置的储油间，其总储存量不应超过1m³。对于高层建筑，还需满足不超过8小时的燃油需要量。

② 防火分隔：储油间应采用耐火极限不低于3.00h的防火隔墙与发电机间分隔；确需在防火墙上开门时，应设置甲级防火门。

③ 油箱要求：油箱应密闭，材质推荐采用厚度≥3.1mm的钢板制作。必须设置通向室外的通气管，管口应安装带阻火器的呼吸阀。油箱下部应设置防止油品流散的设施（如集油盘或围堰），容量宜能容纳油箱100%的储油量。

（2）室外储油罐

① 容量上限：当机房内不便存放大量燃油或机组容量较大时，可在建筑物主体外设置储油罐，容量不宜大于15m³。

② 设置形式：推荐采用埋地式安装。埋地罐必须进行防腐处理（如沥青防腐层），罐区应填砂防爆，并设置单独的接地装置。

2、管道与阀门系统要求

（1）管材选择

① 禁止使用镀锌管：燃油中的硫分会对镀锌层产生化学反应，生成片状或粉状硫化物，堵塞滤清器和喷油嘴。

② 推荐材质：应使用黑铁钢管、无缝铜管或不锈钢管。

③ 软连接：发电机组与刚性管道之间的连接处，必须使用柔性软管以隔离机组运行时的振动。

（2）阀门与安全控制

① 切断阀：在燃油进入建筑物前的室外管道上，以及机房内的设备间管道上，均应设置自动和手动切断阀。

② 紧急停机：在机房外（便于疏散的位置）应设置能手动操作的“关闭”阀，以便事故时远程切断油路。

（3）管道敷设规范

① 供油管：应有向发动机方向上升的坡度（约0.3%-0.5%），避免气阻。

② 回油管：应有向油箱方向下降的坡度，确保回油顺畅。

③ 防止汽阻：吸油管应尽可能短且直，避免出现“U”形弯，防止积聚空气形成汽阻。

表1  柴油发电机组供油系统数据汇总表

 

二、日用油箱及管道的安装

 

     柴油发电机房日用油箱及管道的安装，核心在于兼顾供油可靠性与绝对防火安全。以下是基于国家规范及行业标准整理的详细安装要点。

1、油箱材质与结构要求

      油箱的制作和选型是安全运行的第一步，有几个“硬性”规定必须遵守：

（1）严禁使用镀锌材质：油箱及输油管道禁止采用镀锌钢板或镀锌管。因为柴油中的硫分与锌会发生化学反应，生成硫化锌粉末，会堵塞滤清器和喷油嘴，导致发动机故障。

（2）推荐材质：应选用不锈钢或普通钢板制作（钢板厚度建议不小于3mm），内部不应喷漆或镀锌。

（3）油箱结构配置：油箱应设有出油口、回油口、注油口（带滤网）、放油口（排污）、溢油口及油位显示计，如图1所示。加油口必须设置滤网，防止杂质进入。

2、安装位置与空间要求

（1）禁止置于机组正上方：日用油箱不应布置在柴油机的正上方。这是为了防止油箱或管道泄漏时，燃油直接滴落到高温的排气管或机体上引发火灾（排气管温度可达500℃-800℃）。

（2）避开热源与震源：安装位置应远离柴油机的热源和震动源，因为震动会导致油箱底部的沉淀物泛起，而高温会影响燃油密度甚至导致气阻。

（3）高度限制：油箱最高油面与机组底座的高差不应大于2.5米，否则油压可能超过发电机组燃油泵的承受极限。油箱最低油位不应低于输油泵入口1米，以保证吸油顺畅。

3、供油与回油管道安装

（1）管材选择：输油管应使用黑铁钢管、紫铜管或不锈钢管。市面上一些建议“镀锌钢管”的说法存在争议，为了避免化学反应风险，建议优先采用黑铁管或铜管。

（2）软连接：发电机组的震动较大，管道与机组进回油口的连接处必须使用柔性软管（如橡胶软管或波纹管）隔离震动，防止管路因疲劳而断裂。

（3）吸油口高度：插入油箱的供油管吸油口应高于油箱底部50mm-100mm（约10厘米），避免吸入底部的沉淀物和积水。

（4）严禁渗漏：燃油系统必须保证绝对密封。若有空气渗入，会导致发动机运行不稳、功率下降。软管连接处应采用专用环箍紧固，严禁使用铁丝捆扎。

4、防火与安全附件

（1）阻火透气：油箱必须设置通气管引至室外，管口需安装带阻火器的呼吸阀，防止火星进入油箱引发爆炸。

（2）集油防流散：油箱下部必须设置防止油品流散的设施（如集油盘或围堰），其容积应能容纳油箱100%的储油量，以防泄漏后柴油满屋流淌。

（3）切断阀：在进入建筑物前的室外管道上以及机房内的油箱管道上，均应设置具有自动和手动功能的切断阀，如图2所示。事故发生时能迅速切断油源。

（4）静电接地：所有金属油箱及管道必须有可靠的静电接地，防止静电积聚产生火花。

 

图1  柴油发电机组日用油箱外形图

图2  柴发日用油箱管路布置示意图

 

三、大储油箱及其容量的确定

 

1、设计和安装大储油箱时的注意事项

（1）为了简化燃油供应系统，大储油箱位置尽可能靠近发电机组，如果建筑规则及防火规定允许的话，大储油箱可装在发电机旁边、发电机基座里或临近的房间里。

（2）为了迅速启动发电机组，大储油箱内最理想的燃油高度应保持和燃油输送泵人口等同的高度，但最高油面不能比发电机组底座高出2.5m。

（3）大储油箱送油管的直径为25~35mm。回油管尺寸与送油管相同，但其油路到油箱的高度必须保持在2.5m以下。

（4）油箱盖必须加装一个与大气相通的压力平衡孔，并在盖内侧加装空气滤清毡垫。在注油口内装有滤网。在油箱下部装有放污塞，以便排出沉淀脏物或水分。

（5）对于箱式电站应在外部快速加油装置，在外部就能很方便给大型集装箱、方舱电站日用油箱快速加油，还能检测加油流量和过滤掉待加油里面的杂质。

2、大储油箱容量的确定

（1）油箱应足够大，其大小则根据发电机组额定负载和速度按每小时耗油的8倍确定，以避免柴油发电机在运行过程中加油。柴油发电机耗油量的经验法则是：用kw额定值乘以0.27得出。

（2）大储油箱容量是根据预计额定油耗和运行时间来计算的。在设计油箱的容量时，以保证连续运行的最低燃油供应为标准。有时发电机组可能需运行数小时、数天，甚至数星期。

（3）储油箱容量计算：

      日用油箱的容量应保证机组在额定功率下连续运行。通用计算公式为：

W=0.27×P_N×T

其中，W为油箱容量（L），P_N为发电机额定功率（kW），T为需要连续运行的小时数（一般按8小时设计）。

      假设一台100kw发电机每日大约运转8h,每隔一天输送燃油一次，耗油量的经验法则是：用kW额定值乘以0.27得出耗油量（单位：L)，因此100kw的发电机组满负载运转将每小时耗油约30L，所以油箱的最低储油量应为480L（柴油发电机运转16h，2天），每星期定期检测或试车大约用12L燃油，计划每隔6~7周加油一次，则84L油被用来检测或试车，因此油箱最少要保持564L燃油，油箱容量的6％为燃油受热膨胀的空间或作为冷甍和沉积物的积聚空间（564×0.0634L），这样得出总量为598L，因此，100kw的柴油发电机组应挑选一个600L的大储油箱。

3、新型供油系统设计

      现代柴油发电机燃油供给系统，其主要由柴油发电机、储油箱、烟气换热器和循环控制箱组成，储油箱通过供油管连接到柴油发电机，柴油发电机通过烟气管连接到烟气换热器，烟气换热器将烟气中的热量转移到油中，储油箱通过循环出油管连接到烟气换热器下端，烟气换热器上端通过循环回油管连接到储油箱，形成一个闭合循环，供油管上连有燃油滤清器、供油泵、燃油喷射泵，储油箱依次连接到燃油滤清器、供油泵、燃油喷射泵，进而连接到柴油发电机，循环出油管上设有循环油泵，使得油强制循环，达到油升温的效果，循环油泵通过电线连接到循环控制箱，储油箱上设有温度传感器，温度传感器连接到循环控制箱，通过温度传感器来感应储油箱内油的温度，转化成电信号反馈给循环控制箱，从而控制循环油泵的启停。

（1）自动补油系统

① 液位控制：对于设置室外储油罐的自动补油系统，日用油箱应安装液位传感器。当油位降至低位（如25%-50%）时，供油泵自动启动补油；当油位升至高位（如75%）时，供油泵自动停止。

② 溢流保护：若液位控制失效，油箱必须设置溢流管，将溢出的柴油安全引导至室外的溢流收集罐或储油罐，严禁直接排入室内。

③ 静电接地：所有燃油设备（油箱、油罐）及管道必须有可靠的静电接地，防止静电火花引发火灾。

（2）燃油品质管理

① 沉淀与过滤：抽入日用油箱的燃油最好经过48小时以上的沉淀。在油箱出口处必须装设燃油粗滤器，在发动机进油口前应设置精滤器。

② 排水排污：油箱底部应设置排污口，需定期排放底部积水和杂质。

 

总结：

柴油发电机燃油供给系统的作用是燃料的贮存、滤清和输送工作，按柴油机各种不同工况的要求，定时、定量、定压将雾化质量良好的柴油以一定的喷油规律喷入燃烧室，并使其与空气混合燃烧，最后排出。在设计施工时，除了满足上述基本要求，还需特别注意与当地消防部门的验收标准对接，尤其是大型储油罐的容量审批与埋地施工方案。

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