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数据中心柴油发电机组技术白皮书对储油箱(罐)设置规定 |
摘要：柴油发电机组作为数据中心的备用电源，对于保障数据中心的电力安全和稳定供电起着关键作用。随着数据中心需求的快速增长，柴油发电机组技术白皮书应运而生。数据中心柴油发电机组技术白皮书侧重于数据中心的典型应用，配套柴油发电机组的相关设计、制造、安装和维护等环节的关键问题，为数据中心设计、施工和运维人员提供规范和有益的技术指导。本文节选自《数据中心备用电源技术白皮书（柴油发电机组篇）》，全面阐述了柴油发电机燃油系统，将各个规范对燃油系统的要求汇总，值得有关单位的收藏学习！
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图1 《数据中心集装箱式柴油发电机组技术白皮书》封面 |
一、总则
1、引用标准
供油系统至少符合以下技术标准要求：
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○ 《建筑设计防火规范》GB50016 ○ 《输油管道工程设计规范》GB50253 ○ 《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》GB50275 ○ 《埋地钢制管道石油沥青防腐层技术标准》SY/T 0420 ○ 《石油化工设备和管道涂料防腐技术规范》SH3022 ○ 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB50231 |
○ 《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235 ○ 《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236 ○ 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GBJ93 ○ 《工业金属管道设计规范》GB50316 ○ 《石油库设计规范》GB50074 ○ 《压力管道安全管理与监察规定》劳部发［1996］140号 |
2、油罐、油箱设计要求
（1）油罐
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● 设计寿命：50年； ● 外型材料：钢板 20R 厚度≥6mm钢板标准 GB6654； ● 箱体焊缝处及管接头应无漏油渗油现象； ● 无损检测：检测标准 JB/T 4730； ● 检测方法：射线； ● 检测比例 ≥10%； ● 合格级别 Ⅲ； ● 透照质量：不低于AB级； ● 介质：柴油； ● 箱内进油口设置散油板及过滤器； ● 箱体上盖保证开启自如； ● 油箱底座有与地面加固的地脚螺栓孔； |
● 各管路安装为内藏式； ● 实际装油量15立方米，装量系数0.9； ● 油罐的通气管设计在系统的最高点，其尺寸与供油管匹配，并设置防尘装置； ● 回油管连接，不超过发电机组进油泵的吸收能力； ● 安装不锈钢电接点液位传感器，监测液位的低位、高位、超高位，超低液位时报警，开启电磁阀、进油泵；高位关电磁阀、高液位时，关闭进油泵；超高液位时，开启紧急卸油泵，并告警； ● 具有手动、自动控制功能； ● 油位测量管引至距最低处距油罐底部小于40mm处，吸油管接至距油罐底部75mm处。 |
（2）油箱
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● 设计寿命：30年； ● 外型材料：钢板 20R 厚度≥3.1mm钢板标准 GB6654； ● 箱体焊缝处及管接头应无漏油渗油现象； ● 无损检测：检测标准 JB/T 4730； ● 检测方法：射线； ● 检测比例 ≥10%； ● 合格级别 Ⅲ； ● 透照质量：不低于AB级； ● 阀门选用球形不锈钢阀； ● 介质：柴油； ● 为利于清洗油污，箱底为斜面； ● 箱内进油口设置散油板及过滤器； ● 箱体上盖保证开启自如； 油箱底座有与地面加固的地脚螺栓孔； 各管路安装为内藏式； |
● 实际装油量1立方米，装量系数0.9； ● 燃油箱的通气管设计在系统的最高点，其尺寸与供油管匹配，并设置防尘装置； ● 燃油箱的安装高度适合发电机组的要求； ● 回油管连接，不超过发电机组进油泵的吸收能力； ● 安装不锈钢电接点液位传感器，监测液位的低位、高位、超高位，超低液位时报警，开启电磁阀、进油泵；高位关电磁阀、高液位时，关闭进油泵；超高液位时，开启紧急卸油泵，并告警； ● 具有手动、自动控制功能； ● 室内燃油箱在正常情况下，当油位处于低位（25%）时，油泵自动启动由地下油罐向燃油箱注油；当油位高于设定位（75%）时，能使油泵自动停止，且油管内柴油能排至地下储油罐；当遇事故告警信号时，启动燃油箱排油阀，将燃油箱及油管内的柴油排至地下储油罐；当油箱油位高于溢油管上沿时，可使燃油箱多余的柴油自动流回室外地下储油罐。 |
3、管路管径
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● 进油管 Dg50(mm) ● 供油管 Dg32(mm) ● 溢油管 Dg50(mm) |
● 回油管 Dg32(mm) ● 排污管 Dg50(mm) ● 通气管 Dg80(mm) |
4、设计说明
（1）安装不锈钢传感器和光带位指示器一套，实时显示地下油罐液位；
（2）人孔井盖装有供油管、回油管、输油管、量油管、通气管。其中通气管上装有阻火器和呼吸器；
（3）需设置防水探测告警装置，并设置防水设施；
（4）输油管线采用无缝钢管，地下管线采取焊接，输油管线埋地时深于0.5米，避免气温高时管线产生气阻，亦避免气温寒冷时造成柴油凝固，影响正常输油；
（5）油罐进出输油管线均进行封堵，避免进水；
（6）油罐设置通气管，通气管管口设置在距地面不小于2.5m处，并加装阻火器和防雨等防护设施；
（7）通气管的公称直径不小于80mm且安装阻火器；
（8）油泵设有超压安全保护设施。
5、燃油管道做法
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● 所有油管采用无缝钢管； ● 所有油管均坡向地下油罐，坡度不小于2‰； ● 室外油管埋地敷设；埋深在冻土层以下； ● 管道四周应填沙； ● 油管表面使用加强级石油沥青做防腐处理，防腐按照《埋地钢制管道石油沥青防腐层技术标准》SY/T 0420进行； ● 阀门采用碳钢法兰球阀，法兰密封材料采用聚四氟乙烯； ● 所有管道连接除阀门处外，均采用焊接方式。公称直径DN≤25mm可采用气焊，其余采用手工电弧焊。所有焊缝均采用氩弧焊打底； ● 室内油管敷设在地沟内，地沟内填沙；燃油管路做混凝土保护，或做混凝土防渗漏处理； |
● 燃油管道阀门安装前逐个进行壳体压力试验，试验介质为压缩空气，试验压力为公称压力的1.15倍，试验时间不小于5min，以壳体及填料无渗漏为合格；密封试验宜以公称压力进行，以阀瓣密封面不渗漏为合格； ● 管道穿墙、基础及楼板设套管，套管做到不限制管道的热伸缩位移，管道安装完毕后，套管与管道的间隙采用不燃烧材料填塞； ● 燃油管道设有可靠的接地接点设施，做到防静电接地体的接地电阻小于100Ω； ● 管道试压按照《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235的要求进行； |
管道试压采用压缩空气：
管道试验压力为设计压力的1.15倍，试验时逐步缓慢增加压力，当压力升至试验压力的50%时，如未发现异常和泄露，继续按照试验压力地10%逐级升高压力，每级稳压3min，直至试验压力。在试验压力稳压十分钟，然后降至设计压力，停压时间以查漏需要而定，以发泡剂检查不泄漏，压力不降为合格。本工程燃油管道的设计压力为0.4MPa；燃油管道在压力试验合格后，应进行泄漏性试验，试验介质采用压缩空气，泄漏性试验压力为设计压力，待管道内气体温度与周围大气温度相同，稳压24h。泄漏性试验重点检查焊缝、阀门填料函、法兰或螺纹连接处，以发泡剂检察不泄漏、压力不降为合格。
6、设备及管道的刷漆涂色
（1）设备、管道的刷漆应符合国标《工业设备、管道防腐工程施工及验收规范》的要求。
（2）油箱、平台、扶梯、护栏、支吊架、管道、设备等金属部件或构件，安装完毕试压合格后，均刷防锈漆两道。平台、扶梯、护栏、支吊架刷两道防锈漆后，刷银粉调和漆两道。
（3）油箱外壁刷银粉调和漆两道。
（4）管道表面按介质种类涂刷基本色漆和介质流动方向的箭头及油管的安全色、安全标志。
7、燃油系统自控及配电
（1）根据有关要求进行自控系统的设计及细化设计，并负责信号传输线缆布放、向集中管理平台提供自控信号、配合调试验收。
（2）地下油罐配有液位显示和警报器并远传至锅炉房。
（3）每个日用油箱均加装液位计。
（4）日用油箱超低液位时报警，任意发电机组低油位时开启电磁阀、开泵，高位关电磁阀、所有发电机组高液位时停泵，超高液位时停泵并告警。
（5）所有油泵的运转信号、油箱和油罐的液位信号、供油管的压力信号能够远传至控制室。
（6）紧急情况下，能够远程开启通向地下油罐的紧急泄油阀和回油泵。
（7）燃油系统的自控系统及配电的安装、验收按照《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GBJ93、《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303进行。
（8）仪表或传感器线路采用BTTVZ重载铜芯钢护套PVC外套矿物绝缘耐火电缆，在油罐操作井与控制室之间敷设时，可直埋或穿管保护，直埋时屏蔽电缆的屏蔽层的两端接地；穿管敷设时管道的两端接地。
（9）电线管穿墙、基础及楼板将设套管，安装完毕后，套管与管道的间隙采用不燃烧材料填塞。
二、燃油系统
典型的柴油发电机组燃油系统包括主燃油箱(罐)、燃油管、辅助油泵、日用油箱等，如图2所示。
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图2典型的柴油发电机组燃油系统图 1.发动机回油管2.日用油箱通风孔3.日用油箱4.辅助油泵5.日用油箱排放口6.燃油位传感器7.供油管，由日用油箱至发动机8.供油管，由主油箱到日用油箱9.溢流管10.进油底阀11.主油箱（罐）12.通风管13.加油口 |
对 T3和T4数据中心来说，特别的地方在于柴油发电机组必须按作为数据中心主电源来考虑，具备并行维护/容错能力。相应地，燃油系统也必须具备并行维护/容错能力。燃油系统中，日用油箱以及从日用油箱至发动机管线，均为每台发电机组单独配置一组，可以与发电机组视同为一个黑匣子，因此，我们需要关注的是，从主油罐到各个发电机组日用油箱的输送通道，同样需要具备并行维护/容错能力。
1、主燃油箱（罐）
柴油发电机组系统油箱（罐）均采用常压油箱（罐）。通常，一个油箱必须具备如下功能：
● 储存燃油：油箱（罐）必须能储存一定量的燃油，避免泄漏，并尽可能减少挥发；
● 加油：油箱必须允许安全的加入燃油；
● 通气：所有的油箱均要保持通风良好，以便油箱内空气及其他气体能散入大气；
● 泵油：系统应能将燃油输送到次级油箱或发动机；
● 型式：从型式上看，典型的柴油发电机组系统配套主油箱（罐）可以是集装箱型，圆球型，以及卧式圆柱型。
大型数据中心常采用卧式圆柱型油罐（地埋式），如图3。埋地储油罐多设置在地下罐池内，罐池与罐体之间的空腔使用中性细沙进行填实，其中要求罐顶的覆盖厚度不小于0.5米，罐体周边的填充厚度不小于0.9米。罐池内填沙的目的在于使罐体与罐池之间不存在空气，油气不能在此形成燃爆空间，使储油罐的放置具有一定防爆效果，提高储油罐存储的安全性能。
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图3 卧式埋地储油罐结构示意图 |
● 容量：
《数据中心设计规范》以及ANSI/TIA-942均提出了柴油发电机组燃油储存量的要求，根据数据中心等级不同，由8～96小时不等。当按基本功率（PRP）来选择发电机组时，单台发电机组的燃油消耗应按照75%基本功率（PRP）下燃油消耗量来计算；当按持续功率（COP）来选择发电机组时，则可按持续功率100%负载率下燃油消耗量进行计算。
（1）即使发电机组按Nx配备，计算燃油总容量时，也只按N台发电机组所需油量计算。
（2）卧式油罐一般容积不宜超过100M3，考虑运输方便，通常建议单个罐体容量不大于50M3。
（3）柴油如果储存时间超过一年，柴油品质就会恶化，因此用户需根据自身需要，来确定实际储油量，同时考虑与供油企业建立定期更换机制。
2、燃油管
绝对不要用燃油管或其安装卡箍来做电气设备接地。
● 油管类型：柴油油管路应采用黑铁管、钢管或铜管。严禁使用镀锌管。柴油可以和镀锌管发生反应，产生沉积物，堵塞油滤，并导致油泵和喷嘴故障。采用软管的地方，应保证该软管是适用于柴油的。
● 管径：在管道压力降为最大允许值（1psi(6.9kPa) ）内，并能输送足够的油量的前提下，燃油管尺寸应尽可能的小。采用过大的燃油管会增加空气吸入的机会，且在系统启动时，燃油泵有因为干转而损坏的危险。
● 软连接：与发动机连接部分必须采用软管，且软管长度不应小于6英寸（15.3cm）。
● 回油管：柴油发动机至少需要两条燃油管：进油管及至少一条从喷油嘴出来的回油管。送往喷嘴的燃油总是多于发动机实际喷油量，多余的部分就必须送回燃油箱。回油管的尺寸应与进油管一样，并尽可能短、直，以便燃油可由重力作用回到油箱。
回油可送至日用油箱或主油箱。回油口应尽可能远离进油管的吸油口，以免空气进入，并防止热的回油直接又进入进油管。如果回油是接到日用油箱，请注意日用油箱容量要求。某些项目中，可能很难或不方便将回油管布置成让燃油能靠重力流动，那么在设计回油管路上有静压的燃油系统前，应取得发动机供应商的认可。
3、日用油箱
（1）日用油箱应尽可能地靠近发动机，以便发动机输油泵易于地抽取燃油，并可方便地连接发动机回油管。
（2）根据需要，日用油箱可配备油位计、手动/电动输油泵、浮子开关、低油位报警等装置。日用油箱应有接油盘，并考虑配备漏油报警装置。
（3）日用油箱容量：
当燃油温度高于38℃时，发动机就可能有功率折损，当燃油温度高于60℃时，发动机可能受到损害。因此，日用油箱容量最小应为4小时燃油消耗量，以保证有足够的容量来冷却发动机回油。如果需采用更小容量的油箱，则建议将回油管接至主油箱，或安装燃油冷却器。
（4）日用油箱的安装，以使其最高油位不高于发动机喷嘴高度为宜。
4、燃油泵
从主油罐到日用油箱，可以依靠重力（地上油罐），通常依靠电动油泵来进行燃油输送。油泵的选择，应综合考虑扬程和流量的要求。
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