天然气窑炉及燃气管道设计

1、天然气窑炉及燃气管道设计陈卫星2010年3月第一节天然气窑炉的基本常识天然气窑炉的含义、组成、种类、燃料 、图片窑炉天然气管道设计资料的收集、调压与计量、安全保护措施、管道设计窑炉的含义、组成、种类、燃料 、图片1.含义:窑炉是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备。2.组成:通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。3.种类:3.1 按加工煅烧物料品种可分为陶瓷用窑炉、水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑等。3.2 按热源可分为火焰窑和电热窑。3.3 按热源面向坯体状况可分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑。3.4 按坯体运载工具可分为窑车窑、推板窑、辊底窑(辊道窑)、输送带窑，步进梁式窑和气垫

2、窑等。3.5 按通道数目可分为单通道窑、双通道窑和多通道窑。3.6 按操作方法的不同主要可分为两大类： 间歇式窑（梭式窑）和连续式窑（隧道窑）。3.7常见窑炉的工作原理3.7.1辊道窑是以转动的辊子作为坯体运载的工具，具体原理如下： 1）辊道窑一般截面较小，窑内温度均匀，适合快速烧成，但辊子材质和安装技术要求较高。主要用于建筑卫生陶瓷制品的快速烧成。是连续烧成的窑，陶瓷是放置在许多条间隔很密的水平耐火辊上，靠辊子的转动使陶瓷从窑头传送到窑尾，故而称为辊道窑。 2）陶瓷坯体可直接置于辊子上或将坯体先放在垫板上，再将热板放在辊子上，由于辊子不断转动，可使坯体依序前进。每根辊子的端部都有小链轮，由链

3、条带动自转，为传动平稳、安全、常将链条分若干组传动。 3）低温处的辊子用耐热合金钢制成，高温处则以耐高温陶瓷材料如刚玉瓷作为辊子。 3.7.2隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车，主要工作原理： 1）燃烧设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带-烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。 2）在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内后一段的制品，鼓入的冷风流经制品而被加热后，再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。

4、3.7.3梭式窑又叫做立方窑，抽屉窑，是间歇烧成的窑，跟火柴盒的结构类似，窑车推进窑内烧成，烧完了再往相反的方向拉出来，卸下烧好的陶瓷，窑车如同梭子，故称为梭式窑。 此三种窑炉是福建设计部常见的窑炉生产设备。4.燃料: 一般窑炉燃料多为重油、轻柴油、煤气、液化石油气和天然气。辊道窑5.图片:辊道窑辊道窑生产隧道窑梭式窑燃烧喷嘴空气管道天然气管道电子点火传动系统燃烧喷嘴连接图燃烧喷嘴劈开砖墙面砖地板砖墙面砖、琉璃瓦第二节设计基础资料的收集窑炉天然气管道设计资料的收集、调压与计量、安全保护措施、管道设计1. 窑炉天然气设计资料的收集1.1 了解窑炉厂家的生产设备类型和管道布置结构：1.1.1生产厂

5、家选用的窑炉类型 福建泉州陶瓷企业多为生产地板砖、墙壁砖、琉璃瓦、栏杆等产品，窑炉生产设备多为辊道窑和隧道窑及少数梭式窑（立方窑）。1.1.2 窑炉供气管道布置 根据窑炉生产特点，燃气管道为成组布置，一般为四个或八个烧嘴为一组，有单层和多层设置，也有少数其他布置类型，窑炉两侧为对称布置。1.2 了解窑炉的燃烧形式和安全设施： 1.2.1窑炉燃烧形式 1）了解窑炉燃烧时，是采用鼓风机自然鼓风形式还是设置加压的空气管道或氧气管道鼓风以及混合管路的混合形式。 2）了解鼓风机和空气管道上是否设置静电接地装置。（窑炉设备加压空气一般为8003000Pa）。v1.2.2窑炉燃烧器的安全设施 窑炉进气阀前是

6、否设置燃气稳压阀、超压自动切断阀和压力表等。 常见窑炉燃烧器前配置如下：过滤器-调压器-电磁阀-手动球阀-燃烧机（顺着气流方向）；例： 在闽发铝厂有的挤压机（类似辊道窑），燃烧机之前有厂家配置气动阀，原理是借助压缩空气驱动阀门，当管道内压力过高时可以自动关闭阀门，起到超压切断的作用，其作用类似电磁阀。v1.2.3 检查窑炉设备是否设置自动点火和熄火保护装置等。 晋江窑炉厂家基本为手动点火，缺少安全意识，设计时应建议厂家加装自动点火装置，或者采取相应安全措施。v1.3 了解窑炉燃气供应的压力和气量： v1.3.1 窑炉厂家在本地的建厂历史较为悠久，使用燃料多样化，窑炉燃料改用天然气后，厂家均要求

7、采用二级调压的方式进行调节： 1）一级调压后，输出压力为0.1MPa左右，在窑炉最终进气阀组之前再进行次级压力调节； 2）二级调压后的压力范围一般控制在58KPa范围内，在供气时，厂家可根据产品温度的需要，自行调节用气压力。 1.3.2 窑炉的用气量a)厂家提供窑炉的用气量b)热值换算 根据窑炉以往使用的燃料进行换算，例： 以煤炭为例，根据煤炭实际用量折合为天然气计算，每吨煤折合天然气约400450Nm3/h。 （天然气热值取8217kcal，煤炭热值取6000kcal，煤炭按有效利用率为60%计算，每吨煤折合天然气用气量。经计算和厂家实际燃气用量相当。 ）Nm3/h438kcal8217%6

8、0kcal6000kg1000vc)经验估算 主要以产品类型和窑炉结构为主要因素，例 1）在本地生产墙壁用的腰线砖的小型窑炉，窑炉生产线长37m，用气量约为2540Nm3/h； 2）生产地板砖或琉璃瓦的窑炉生产线长200m左右，用气量约400600Nm3/h； 3）生产其他产品类型的窑炉生产线长80m左右，用气量约100200Nm3/h。 具体用气量多少，应视设备的情况而定。 4)相同产品其厚度的不同和产品和的差异，对用气量的影响，例 根据每平方的耗气量测算：每平方墙面砖天然气耗气量约为0.7 0.85Nm3/h，每平方彩码砖天然气耗气量约为0.8 0.9Nm3/h，每平方地板砖天然气耗气量约

9、为1.21.3Nm3/h。 5）窑炉最小用气量计算： 一般以预热带和烧成带窑炉的进气阀组的多少来考虑。 窑炉生产线较短时（约37m）一般开启12个阀组,生产线较长时（约200m）一般开启34个阀组。根据目前已设计的部分窑炉厂家烧制产品的实际用气量折算，每个烧嘴天然气用气量约2Nm3/h。但具体情况还应根据不同厂家实际使用燃烧设备及烧制的产品情况而定。1.4 生产规模 了解窑炉的用气地点个数、用气台数、用气设备类型及后期用气预留情况等。2.调压与计量:2.1调压与计量设备的位置2.1.1在满足相关规范的要求下，可设置在以下位置： 1）生产车间外的场地，应保证足够的安全间距； 2）生产车间内，应有

10、良好的通风条件及必要的控制措施； 3）如自然条件和周围环境许可时，宜露天设置，由于厂区内车辆较多，设备应根据实际情况设置围墙、护栏或车挡加以保护。 2.2调压与计量设备选用形式 可采用调压柜、计量柜也可采用调压计量柜一体化装置。3.燃气管道设计方案v根据设备用气点和调压与计量的位置，初步确定设计方案。第三节设计中的主要技术要点1.燃气调压站及调压柜的主要设计要求 1.1安全间距要求 调压站（含调压柜）与其他建筑物、构筑物水平净距应符合下列表1城镇燃气设计规范的相关规定： 表1注：1 当调压装置露天设置时，则指距离装置的边缘； 2 当建筑物（含重要公共建筑物）的某外墙为无门、窗洞口的实体墙，且建

11、筑物耐火等级不低于二级时，燃气进口压力级制为中压（A）或中压（B）的调压柜一侧或两侧（非平行），可贴靠上述外墙设置； 3 当达不到上表净距要求时，采取有效措施，可适当缩小净距。1.2调压装置的位置要求：1.2.1 窑炉企业调压装置进口压力不大于0.8MPa时，可设置在用气建筑物专用单层毗连建筑物内；1.2.2 当调压装置进口压力不大于0.2MPa时，可设置在公共建筑的顶层房间内；1.2.3 当调压装置进口压力不大于0.4MPa，且调压器进出口管径不大于DN100时，可设置在用气建筑物的平屋顶上，但应符合下列条件： 1）应在屋顶承重结构受力允许的条件下，且该建筑物耐火等级不应低于二级； 2）建筑

12、物应有通向屋顶的楼梯； 3）调压箱、柜（或露天调压装置）与建筑物烟囱的水平净距不应小于5m。1.2.4 当调压装置进口压力不大于0.4MPa时，可设置在生产车间用气房间内，或当调压装置进口压力不大于0.8MPa时，可设置在单独、单层建筑的生产车间内，但应符合下列要求： 1）该建筑物耐火等级不应低于二级，并应具有轻型结构屋顶爆炸泄压口及向外开启的门窗； 2 ）室内通风换气次数每小时不应小于2次； 3 ）调压器进出口管径不应大于DN80； 4） 调压装置宜设不燃烧体护栏； 5 ）调压装置除在室内设进口阀门外，还应在室外引入管上设置阀门。注：当调压器进出口管径大于DN80时，应将调压装置设置在用气建

13、筑物的专用单层房间内。根据福建目前的设计情况，厂家多要求调压装置和计量表一体化设计，用于缓解用地紧张的局面。2.天然气计量设置要求2.1计量表设在用气生产车间，应严禁设置在下列位置： 1）有电源、电器开关及其他电器设备的管道井内，或有可能滞留泄漏燃气的隐蔽场所； 2）环境温度高于45的地方； 3 ）经常潮湿的地方； 4 ）堆放易燃、易腐蚀或有放射性物质等危险的地方； 5 ）有变、配电等电器设备的地方； 6）有明显震动影响的地方； 2.2 调压、计量一体化的位置2.2.1设置在车间内时，应考虑以下要求： 1）车间内应保证具备良好的通风条件； 2）设置在用气生产车间内的调压、计量设备采用无箱体的调

14、压、计量装置，厂房内粉尘较大，应考虑粉尘对设备的影响，采取相应的防尘措施； 3）安装在用气生产车间的燃气设备宜设置在不燃或难燃结构的车间内，安装位置应选在靠近车间外墙的通风良好位置、远离人员操作集聚区和重要设备区域、不影响车间的货物运输等地方，且能满足查表、检修的要求； 4）按照规范要求与易燃品进行隔离，采取必要的措施。3.3.安全措施安全措施3.1燃气泄漏报警 1）车间内燃气管道布置处应设置燃气浓度检测报警器； 2）根据车间生产及环境情况在燃气管道上加设紧急自动切断阀，与燃气燃气浓度检测报警器进行联动。3.2放散3.2.1 调压装置的放散 1）燃气调压设备设在室外时，安全放散管管口距地面的高

15、度不应小于4m；靠厂房外墙设置时，放散管管口应高出厂房屋檐1.0m以上。 2）燃气调压设备设在室内时，应将安全放散管管口引出车间室外，其余要求同设在室外的安全放散管的要求。3.2.2 燃气管道放散 1）供窑炉 生产线的燃气管道末端应设置放散管，其位置应设燃气总阀门与燃烧器阀门之间； 2）窑炉生产线的放散管可根据车间的具体情况，将几台具有相同燃气压力的放散管道汇总连接，引出车间外；3.3放散管的要求3.3.1窑炉生产线的放散管引出室外，其放散管管口应高出屋脊（或平屋顶）1m以上或设置在地面上安全处，并应采取防止雨雪进入管道和放散物进入房间的措施；3.3.2当放散管在避雷保护范围以外时，采用焊接钢

16、管或无缝钢管的壁厚均不得小于4mm；放散管的引线应接地，接地电阻应小于10。3.4安全阀压力的设置 安全阀的整定压力（开启压力）PS：安全阀开始起跳时的进口压力为开启压力，即安全阀的定压，可参考下列情况确定： 1）安全阀的定压应等于或小于受压设备的设计压力； 2）一般情况下可根据工作压力PW确定开启压力PS ，取PS=（1.11.05）PW ； 3）当PS0.18MPa时，可适当提高PS对PW的比值。 PS对PW的比值大小要考虑到安全阀的精度； 4）安全阀的泄放压力Pd（绝压）：Pd=1.1PS+0.1MPa。3.4 调压装置及窑炉设备的切断3.4.1 调压设备的超压切断 1）管路系统设置的安

17、全放散阀，当事故状态时，其设定的超压放散，有可能超出设备安全运行压力，故选择调压器，应注意超压切断的设置要求。3.4.2窑炉采用二次调压时，在窑炉的进口阀组前也应设置超压切断装置，且均应采用人工复位型，并有足够的启动压力值。3.5 监控设施3.5.1 用气车间设置的调压、计量设备及布置的管道应设置燃气浓度检测报警器，并与机械送排风系统和紧急自动切断阀联动。3.5.2 在室外引入管处宜设置手动快速切断阀和紧急自动切断阀，且紧急自动切断阀的设置，应符合以下要求： 1）紧急自动切断阀应设在用气场所的燃气入口管、干管或总管上； 2）紧急自动切断阀宜设在室外； 3）紧急自动切断阀前应设手动切断阀； 4）

18、紧急自动切断阀宜采用自动关闭、现场人工开启型，当浓度达到设定值时，报警后关闭。 3.6 燃气燃烧需要带压空气和氧气时，应有防止空气或氧气回到燃气管路和回火的安全措施，并应符合下列要求： 1）燃气管路上应设背压式调压器，使燃气与空气（氧气）保持恒定的混合比；在空气和氧气管路上应设泄压阀。 2）在燃气、空气或氧气的混气管路与燃烧器之间应设阻火器，阻止燃烧火焰蔓延或燃烧反应不能通过阻火器继续传播；混气管路的最高压力不应大于0.7MPa。 3）使用氧气时，其安装应符合有关标准的规定。天然气阻火器阻火器剖面第四节管道设计及计算1.管道设计：1.1 管材的选择1.1.1 选用钢管时，DN150的天然气管道

19、选用无缝钢管，且应符合输送流体用无缝钢管GB/T 8163的要求，材质为20；DN150的天然气管道选用直缝焊接钢管，且应符合石油天然气工业输送钢管交货技术条件第1部分：A级钢管GB/T 9711.1的要求，材质为Q235B或L210、L245。1.1.2 选用PE管时，PE管材应符合燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第1部分：管材GB15558.1的要求，且应符合聚乙烯燃气管道工程技术规程CJJ63的要求。1.2 管道的敷设1.2.1 车间外管道可埋地或架空设置，如条件允许，宜优先考虑埋地敷设。陶瓷企业厂区内多为重型车辆，当埋地敷设时应避免大型车载对管道的影响。车间内的管道应考虑架空设置，并保

20、证燃气管道与其他管道的安全净距，且敷设位置应便于维护。1.2.2 室外架空的燃气管道，可沿建筑物外墙或支柱敷设，并应符合下列要求： 1） 中压和低压燃气管道，可沿建筑物耐火等级不低于二级的住宅或公共建筑物的外墙敷设； 2） 次高压B、中压和低压燃气管道，可沿建筑耐火等级不低于二级的丁、戊类生产厂房的外墙敷设； 3） 沿建筑物外墙的燃气管道距住宅或公共建筑物中不应敷设燃气管道的房间门、窗洞口的净距；中压管道不应小于0.5m，低压管道不应小于0.3m。燃气管道距生产厂房建筑物门、窗洞口的净距不限。 4） 架空燃气管道与铁路、道路、其它管线交叉时的垂直净距不应小于下表2的规定。 表2 注： 1 厂区

21、内部的燃气管道，在保证安全的情况下，管底至道路路面的垂直净距可取4.5m；管底至铁路轨顶的 垂直净距，可取5.5m。在车辆和人行道以外的地区，可在从地面到管底高度不小于0.35m的低支柱上敷设燃气管道。 2 电气机车铁路除外。 3 架空电力线与燃气管道的交叉垂直净距尚应考虑导线的最大垂度。1.2.3 地下燃气管道不得从建筑物和大型构筑物（不包括架空的建筑物和大型构筑物）的下面穿越。 1）地下燃气管道与构筑物或相邻管道之间水平和垂直净距（m）应符合下列表3、表4的规定。 2）地下燃气管道与电杆（塔）基础之间的水平净距，还应满足地下燃气管道与交流电力线接地体的净距（m），应符合下列表5的规定。表3

22、 表4表51.2.4 聚乙烯燃气管道与热力管道之间的水平净距（m），应符合下列表6的规定。 表61.2.5 聚乙烯燃气管道与各类地下管道或设施的垂直净距（m），应符合下列表7的规定。 表7 式中 d管道内径（m） 燃气流动断面的平均流速（m/s） 运动粘度（m2/s）1.3.1 低压燃气管道基本公式 1 层流状态（Re2100） 64/RedRe1.3 管道的水力计算 窑炉企业管道设计二次调压前为中压管道，二次调压后为低压管道，根据不同的压力级别选择以下基本公式计算。 雷诺数 Red04101013.1TTvdQlp 2 临界状态（Re21003500）510Re652100Re03. 0 3

23、 湍流状态（Re3500） 钢管（PE管计算公式同钢管）： 铸铁管：052546)10231078 .111 (109 . 1TTdQdvQdvQlp05225. 06)2 .192(109 . 6TTdQQdvdKlp25. 0)Re68(11. 0dK052284. 06)51581(104 . 6TTdQQdvdlp284. 0)51581(102236. 0Qdvd式中 Re雷诺数； P燃气管道摩擦阻力损失（Pa）； 燃气管道摩擦阻力系数； l燃气管道的计算长度（m）； Q燃气管道的计算流量（m3/h）； d管道内径（mm）； 燃气的密度（kg/m3）； T设计中所采用的燃气温度（K）

24、； T0标准状态的温度（K）； 标准状态时燃气的运动粘度（m2/s）； K管壁内表面的当量绝对粗糙度。1.3.2 次高压和中压燃气管道 1 钢管（PE管计算公式同钢管）：25. 0)Re68(11. 0dK 2 铸铁管：052284. 092221)51581(103 . 1TTdQQdvdLPP052284. 092221)51581(103 . 1TTdQQdvdLPP284. 0)51581(102236. 0Qdvd式中 P1燃气管道起点压力（绝压KPa）； P2燃气管道终点压力（绝压KPa）； L燃气管道的计算长度（Km）。2.管道试验2.1 车间室外燃气管道 a 试验范围 燃气引入

25、管阀门起至室外燃气配气支管之间的管道。 b试验执行标准 城镇燃气输配工程施工及验收规范CJJ33的相关规定。2.1.1强度试验 1）管道试验用压力计及温度记录仪均不应少于两块，并应分别安装在试验管道的两端。试验用压力计的量程应为试验压力的1.52倍，其精度不得低于1.5级。 2）强度试验压力和介质应符合表8的规定： 表8 3）进行强度性试验时，压力应逐步缓升，首先升至试验压力的50%，应进行初检，如无泄露、异常，继续升压至试验压力，然后宜稳压1h，观察压力计不应小于30min，无压力降为合格。 4）经分段试压合格的管段相互连接的焊缝，经射线照相检验合格后，可不再进行强度试验。2.1.2严密性试

26、验 1）严密性试验应在强度试验合格之后进行。 2）试验用压力计应在校检有效期内，其量程应为试验压力的1.52倍，其精度等级、最小分格值即表盘直径应满足下列表9的规定： 表9 3）严密性试验介质宜采用空气，试验压力应满足： 设计压力小于5KPa时，试验压力应为20KPa； 设计压力大于或等于5KPa时，试验压力应为设计压力的1.15倍，且不得小于0.1MPa。 4）严密性试验稳压的持续时间应为24h，每小时记录不应少于1次，当修正压力降小于133Pa为合格。2.2车间室内燃气管道 试验执行城镇燃气室内工程施工与质量验收规范CJJ94的相关规定。 2.2.1强度试验 a 试验范围 引入管阀门至窑炉燃烧喷嘴前燃气设备接入管阀门（含阀门）间管道； b 强度试验压力 应为设计压力的1.5倍且不得低于0.1MPa。 c 强度试验