宝鸡中燃城市燃气发展有限公司 张文新 鲁哓丽
摘要：本文主要介绍了燃气锅炉配管设计中的调压器选型、流量计选型、水力计算步骤及其相关公式的应用。
关间词：调压器；计量装置；压力损失
引言：
随着天然气事业的飞速发展，燃气锅炉由于其热效率高、经济、环保等特点在我国的各大中城市得到普遍应用。燃气锅炉配管设计中的调压器选型、流量计选型、管径计算的正确与否将直接关系到锅炉的安全正常运行和燃气经营者的切身利益。我公司现在已进行了200多台燃气锅炉的配管设计工作，结合多年的设计工作经验，总结出了一套简明易懂的计算步骤，现提供给热爱燃气事业的朋友，以期共同研究探讨，供初学者借鉴、参考。
一、调压器选择
1.调压器选型
在燃气锅炉房供气系统中，从安全角度考虑，一般采用低压燃气供气系统。而我国的大多数城镇燃气供气压力为中压或次高压，进入锅炉房的燃气压力常由调压站等设施来完成。调压站的核心设施为调压器，调压器按其工作原理分为直接作用式和间接作用式两种。直接作用式调压器只依靠敏感元件（薄膜）所感受的出口压力的变化移动调节阀门进行调节。间接作用式调压器中，燃气出口压力的变化使操纵机构（例如指挥器）动作，接通能源（可为外部能源，也可为被调介质）使调节阀门移动。间接作用式调压器的敏感元件和传动装置的受力元件是分开的。直接作用式调压器的特点是反应迅速，当用气量发生变化时，调压器出口处的压力随即发生变化，信息马上传递给敏感元件移动调节阀门进行流量调节。间接作用式调压器的反应与直接作用式调压器相比稍有滞后，当调压站距锅炉房较近时管道内储存的气量少，用气负荷发生变化时不能及时给锅炉供气，容易造成燃烧器熄火。调压站距锅炉房较近时一般采用直接作用式调压器。调压站是燃气供应系统进行降压和稳压的设施，为了使调压后的气压不再受外部因素的干扰，锅炉房应设置专用的调压站。
2.调压器的选择应符合下列要求
（1）调压器应能满足进口燃气的最高、最低压力的要求；
（2）调压器的压力差，应根据调压器前燃气管道的最低设计压力与调压器后燃气管道的设计压力之差值确定；
（3）调压器的计算流量，应按锅炉额定流量的1.2倍确定。
二、计量装置选择
计量装置作为燃气用户与燃气经营者的结算工具，为了保证计量准确，在选型时应根据燃气的工作压力、温度、流量范围和允许的压力降选择。锅炉常用计量装置有涡轮流量计和罗茨流量计两种，涡轮流量计的量程比一般为1∶20，罗茨流量计的量程比一般为1∶100左右，有的规格可达到1∶273，两者均能满足锅炉燃气计量要求，但同口径的流量计涡轮流量计比罗茨流量计的过气量大。一般情况下单台锅炉燃气计量装置选用涡轮流量计，多台锅炉燃气统一计量时选用罗茨流量计，流量计选型时要做充分的技术经济比较后确定。
三、锅炉房燃气管道水力计算
锅炉房燃气管道水力计算的任务是根据流量和允许压力损失来确定管径。燃气管道的设计不仅要考虑锅炉对燃气流量和压力的要求，还要考虑经济因素，流速大管径小，流速小管径大，这就要求我们在设计时要选择合理的流速。根据我们多年来的设计经验，锅炉房内燃气管道的流速设在10米/秒比较合适。
1.允许压力损失 确定
供气压力只要满足锅炉燃烧器工作压力锅炉才能运行平稳。一般情况下锅炉厂家提供的燃烧器工作压力为一个范围值，燃烧器配有一个燃气压力上限开关和燃气压力下限开关，锅炉正常运行时供气压力处于两者之间。当锅炉处于停机状态时，管道内燃气压力处于平衡状态，炉前燃气压力为调压器切断压力，调压器切断压力必须小于或等于燃烧器燃气压力上限，否则将造成锅炉启动困难。调压器切断压力是调压器出口压力的1.1倍，供气系统的允许压力损失为调压器出口压力减去燃烧器燃气压力下限，这样锅炉才能运行平稳。
供气系统的允许压力损失可按下式确定：
式中： 允许压力损失，Pa；
锅炉燃烧器压力上限，Pa；
锅炉燃烧器压力下限，Pa；
2.燃气管道管径计算
按《燃油燃气锅炉房设计手册》中推荐的公式进行计算：
式中： 管道内直径，mm；
燃气允许流速，取值：10m/s；
燃气在工况下的流量，m3/h，
3.配管系统压力损失 计算
配管系统压力损失计算的起点为调压器出口处,终点为锅炉燃烧器接口处，按下式计算：
式中： 管路系统总压力损失，Pa；
设备压力降，即流量计压损和过滤器压损，Pa；
管道压力降，Pa。包括直管摩擦阻力和局部摩擦阻力。为了简化计算，一般情况下室外管局部摩擦阻力按直管摩擦阻力的10%计，室内管局部摩擦阻力按直管摩擦阻力的30%计，配管系统的阀门尽可能选球阀，阻力小。
4.直管摩擦压力损失计算
气体在管内的流动型态不同，其摩擦阻力损失计算公式不同。气体在管内的流动型态一般有三类，即层流、临界流、湍流。当管内气体流速大于3m/s时，气体在管内的流动型态为湍流，而我们所设计的锅炉配管气体流速在10m/s左右，气体在管内的流动型态处于湍流状态，因此，摩擦阻力损失按时的计算公式进行计算。
《城镇燃气设计规范》附录C中推荐的公式：
式中： 燃气管道磨擦阻力损失，Pa；
燃气管道的计算长度，m；
管壁内表面的当量绝对粗糙度，钢管为0.1mm；
管道内径，mm；
燃气管道的计算流量，Nm3/h；
燃气的密度，kg/m3；
273.15，K；
设计中所采用的燃气温度，K；
0℃和101.325kPa时燃气的运动黏度，m2/s；
5.压力损失校核
时说明计算管径合适，若 ，说明计算管径偏小，另选管径，重新计算。
四、燃气锅炉配管计算示例：
CWNS2.8-90/70热水锅炉一台，燃烧器要求供气压力6000～8000Pa，天然气额定流量288Nm3/h，调压装置设在室外，室外燃气管道长度50m，室内设计量装置，计量装置前设过滤器，过滤器通径同计量装置，室内燃气管道长度20m。天然气的运动黏度，15×10-6m2/s；天然气密度0.75kg/m3，城市燃气管网运行压力0.2～0.35MPa，试进行配管计算。
1.调压装置选型
调压器进口压力：0.2MPa；
调压器出口压力： Pa；
调压器的计算流量： Nm3/h；
环境温度：-15℃～42℃；
调压器类型：直接作用式；
按以上要求选用JE-300D调压柜一台。
2.计量装置选型
本台锅炉的天然气额定流量288Nm3/h，国产燃烧器的热负荷调节比一般大于5，也就是说，本台锅炉燃烧器的流量范围在57.6～288Nm3/h，计量装置的计量范围应满足57.6～288Nm3/h，将标况流量换算成工况流量进行流量计选型。换算公式如下：
式中： 工况流量，m3/h；
标况流量，本次计算数值为57.6～288Nm3/h；
标准大气压，101.325kPa；
工况下的绝对压力，本次计算数值为 kPa；
标准温度，数值为273.15K；
工况下的燃气温度，一般情况下取值为 K。
将已知条件代入上式，计算得出工况流量范围为58～292m3/h。
根据工况流量范围及环境温度选用LWQZ-Ⅲ-100气体智能流量计一台。
3.燃气管道管径计算
将 m3/h， m/s 代入上式计算得：
mm
向上园整到钢管规格选用φ133×5无缝钢管作为管径。
4.允许压力损失 计算
将 Pa， Pa代入上式计算得：
Pa
5.配管系统压力损失 计算
单位长度压力损失计算：
将 ， ， ， ， ， ， 代入计算得：
（1）室外管压力损失
（2）室内管压力损失
（3）过滤器压力损失
过滤器型号：GQY-100。
查表得： 。
（4）流量计压力损失
流量计型号：LWQZ-Ⅲ-100。
查表得： 。
（5）总压力损失
6.压力损失校核
计算结果满足下式：
7.结论
本锅炉房燃气管道配管采用φ133×5无缝钢管。
五、结束语
燃气锅炉的关键部件是锅炉燃烧器，目前国内生产的燃气锅炉，大部分配用的是进口燃烧器。国产燃烧器对供气压力范围要求宽，进口燃烧器对供气压力范围要求窄，如国产火神系列燃烧器对供气压力的要求是1～20kPa，意大利百得燃烧器对供气压力的要求是1.2～4.0kPa，因此，对配进口燃烧器的锅炉进行燃气配管设计时必须进行严密的水力计算，否则将直接影响到锅炉安全可靠、平衡的运行。根据我们多年来的设计经验，无论是国产锅炉还是进口锅炉，按以上步骤进行锅炉房燃气系统设备选型、配管计算，均能满足生产要求。
参考文献：
［1］张泉根主编《燃油燃气锅炉房设计手册》，机械工业出版社，2000年3月。
［2］姜湘山主编《燃油燃气锅炉及锅炉房设计》，机械工业出版社，2003年1月。
［3］高等学校试用教材《燃气燃烧与应用》，同济大学、重庆建筑大学、哈尔滨建筑大学、北京建筑工程学院编，中国建筑工业出版社，2000年12月。
［4］《城镇燃气设计规范》GB 50028—2006，中国建筑工业出版社，2006年。