柴油发电机排烟管尺寸计算和设置要求

摘要：在大型的民用建筑中，为了满足消防、应急照明、工厂生产的要求，一般均设有应急的柴油发电机组。高温排烟管是柴油发电机排气系统的重要组成部分，但它的安装过程却往往被人忽视。错误的安装会造成支架的变形，柴油发电机效率下降、引发安全事故等不良后果。因此，康明斯公司在本文中介绍了柴油发电机的高温排烟管道在施工安装中的工艺要点，针对这些工艺要点提出相应的解决方案。

一、合理布置排烟管，减少阻力

1、排气背压计算

      绝大部分柴油发电机的许用背压为6.5kPa左右，因此排烟管的布置以及管道长度、管径的大小必须以烟气的流动阻力不大于柴油发电机的许用背压为原则。过高的排烟阻力会造成柴油发电机的性能下降，油耗增大，出口烟气温度升高，发电机组运行无法达到标定的额定功率。排烟管的烟气的阻力可以由下面的经验公式计算：

P=P₁+P₂+P₃+P₄...................（公式1）

P——烟气流动总阻力kPa

P₁——消声器阻力(查产品样本)kPa

P₂——消烟净化器阻力kPa

P₃——排烟管出口阻力kPa

P₄——排烟管沿程阻力以及局部阻力kPa

2、消声器阻力

      消声器属于柴油发电机的配件，它的阻力P,可以通过产品样本查得，一般阻力值介于1.1~1.4 kPa之间。

3、尾气净化装置阻力

      消烟净化器有水喷淋型和催化型两种。水喷淋型的净化器使用较为广泛，降温和去除烟色效果很好。按经验估算它的阻力大概介于1.2～1.5kPa之间；催化型的消烟器价格高昂，国内工程基本不使用，这里不再介绍。

      基于环保的要求，在欧美国家柴油发电机的制造有更严格的标准，设备出口的烟气已达欧3标准，因此无需额外处理；由于国内相关法律、法规的缺位，发达国家出口到中国的产品并未执行相同的标准，因此烟气净化是必须的。

4、排烟管出口阻力

      排烟管出口阻力一般按经验估算，阻力值约为0.5kPa。

      由以上的经验公式可以看出，P₁～P₃的值基本保持稳定，约占柴油发电机许用背压的50%左右，因此减小P₄的阻力成为施工阶段机电承包商减小烟道阻力的主要手段。合理布置排烟管走向，尽量缩短排烟管长度，可以减小排烟管沿程阻力；同时通过绘制综合管线图，避免管道交叉，减少弯头数量，可以减少烟气的局部阻力。这样不仅可以使P₁的阻力下降，还可以节约施工成本，对于总价包干的项目尤为重要。

二、消除管道膨胀

1、正确选择金属膨胀节

      柴油发电机在额定工况下工作时的排烟温度一般在550℃左右，与排烟管在安装时30℃的室内温度相比，温升高达520℃左右。查阅相关的资料可知，金属管道的热膨胀系数为：1.13mm/(m×100℃),这就意味着即使是30m长的金属排烟管在使用时的膨胀量也有176mm之多。如果不设置膨胀节，排烟管膨胀给设备、支架、建筑结构带来破坏可想而知。因此必须根据排烟管的长度、理论温升、金属管道的热膨胀系数等参数计算出排烟管的轴向膨胀量，合理选择管道金属膨胀节，使之足以抵消因温升引起的管道膨胀，保证系统的正常运行。

2、金属膨胀节、各类支架的布置

      柴油发电机排烟管大致包括：金属波纹软管、消声器、膨胀节、固定支架、导向支架、滑动支架等一系列的组件。

（1）固定支架主要作用是限制管道位移，它不仅要承担排烟管的重力，而且还要承担排烟管由于热膨胀所产生的轴向应力，因此一定要对固定支架进行受力计算，保证支架牢固可靠，避免出现安全事故。

（2）膨胀节要靠近固定支架安装，另一端的第一导向支架应安装在距离膨胀节4D(D为排烟管的直径)的位置，第二导向支架距离第一导向支架的距离为14D,其间布置滑动支架，以便管道膨胀和收缩。滑动支架的布置间距应参照相应的国家规范、产品说明等情况确定。

（3）膨胀节安装前首先按计算的补偿量进行预拉伸，以便消除因温升引起的管道膨胀。为减小膨胀节和管道同轴度的公差，建议先敷设好管道，然后于膨胀节安装位置处用风焊将管道切割掉一段(长度等于膨胀节的自由长度加预拉伸量),再将膨胀节安装上去，焊接牢固。安装完毕，拆除运输拉杆、限位螺母等，保证膨胀节的所有活动部件不被卡死，使膨胀节能够正常工作。

（4）排烟管出口的防水是柴油发电机排烟管安装的重点之一，根据以往的施工经验，推荐按图1施工。

      特别提醒：由于排烟管温度很高，在屋顶排烟管出口的周围应加设一定的防护设施，并于醒目位置悬挂“高温危险”的字样，防止造成人身伤害。

图1  柴油发电机排烟管天面安装图

三、排烟管的保温

1、保温材料的选择

      柴油发电机满载时，烟气的温度高达550℃左右，国内的许多工程常采用玻璃棉管壳作为排烟管的保温材料，但查阅各厂家的产品说明书并得到欧文斯科宁、CSR等世界著名品牌厂家的技术工程师的确认，这类保温材料的允许工作温度均小于480℃。

表1  排烟管常用保温材料的性能对比

      由表1可知，对于水喷淋处理前的排烟管，由于没有采取降温措施，玻璃棉无法满足使用要求，在高温下将很快脆化，变为粉末，严重影响保温效果。而岩棉和水合硅酸钙两者均可在高达650℃的高温环境下正常使用，但水合硅酸钙管壳在高温下传热系数较低，保温效果较好，价格也比较便宜。因此，参照大使馆新馆柴油发电机排烟管的设计，推荐使用水合硅酸钙管壳作为排烟管的保温材料。

2、保温施工要点

      在保温层安装过程中，在排烟管的轴向上每间隔2m左右应设置5～10mm的伸缩预留缝，并用石棉绳填充，用于消除轴向膨胀，避免排烟管升温膨胀破坏保温层。

      在排烟管的外壁绑扎一层细铁丝网，使水合硅酸钙保温半圆管壳间形成3～5mm的缝隙，用石棉绳填充，用于消除径向膨胀，避免排烟管升温膨胀破坏保温层，如图2所示。

图2  柴油发电机排烟管保温层安装图

三、柴发消声及防震

1、消声措施

（1）噪声声源：

① 燃烧噪音

      气缸内雾化柴油等可燃气体剧烈燃烧，膨胀使曲轴等部件运动产生的噪声。

② 气体流动噪音

      对于涡轮增压柴油发电机，气流高速流经气门，形成强烈涡流而产生巨大的噪音。

③ 机械噪音

      机械活动部件相对运动产生摩擦和振动噪音。

（2）消声器选择

      柴油发电机产生的噪音频率以中、高频为主，因此排烟管的消声器应对中、高频敏感，这是选择消声器的关键。由于市场上可供选择的耐高温消声器并不多见，且质量良莠不齐，因此推荐使用厂家配套的产品，既方便快捷，又可以保证质量。

2、防振

      排烟管与柴油发电机间必须选用弹性不锈钢波纹管连接，避免柴油发电机的震动通过管道进行传递。在消声器以及消声器前的管段上加装弹簧减震吊码，以减小柴油发电机设备本体的震动对排烟管的影响。排烟管穿越墙身、楼板处加入弹性阻尼层填堵，建议选用HiLTi、3M等公司的软性防火填料填充。

3、施工中的其它注意事项

（1）水平排烟管保持0.5%的坡度，坡向立管，以防止雨水意外流入柴油发电机；并在立管的底部设置DN20的全金属阀门一个，用于暴雨后检查、放水。

（2）柴油发电机的排烟管应当单独设置，不允许为了节省投资而两台或者多台柴油发电机共用一套排烟系统，即使型号完全相同的柴油发电机也必须单独设置排烟系统。

（3）屋顶排烟管出口应当避免朝向其他建筑物、通道等。并且排放前必须淡化烟色，降低排放污染，无论是使用管道式烟尘净化器或者水喷淋的方式，都必须通过国家有关部门的验收。