奧林匹克體育中心煤氣管道工藝設計
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簡要：本文介紹了廣東奧林匹克體育中心煤氣項目的調壓裝置的選型及體育場火炬煤氣管道工藝設計。
1前言
廣東奧林匹克體育中心（以下簡稱中心）位于廣州市天河區東圃鎮黃材地區，占地面積約100萬m2，是廣東省承辦中華人民共和國第九屆運動會的主會場。
我室于一九九九年九月受九運會省級場館建設指揮部的委托，對中心內的體育場火炬、運動員餐廳、酒店及附屬場館生活區內的大小餐廳、熱水鍋爐房和運動員教練家屬宿舍樓等進行煤氣管道的施工圖設計，目前工程已進人施工階段。
中心不僅地位特殊，而在使用管道氣上也有特點，它包含了設計常見的居民用戶、飲食業公福用戶，還有體育場火炬煤氣管道工藝設計，這是以前我們沒有接觸過的。它也是目前廣州市管道氣用量最大的一所綜合型用戶。它的用氣穩定性、可靠性和安全性，對廣州燃氣事業的發展有著深遠的影響。筆者就中心煤氣項目如何作調壓裝置的選型、體育場火炬煤氣管道工藝的設計進行介紹。
2庭院管網布置概況
為保證九運會期問所有用氣點都能正常使用，不受周邊其他用戶因出現事故的影響，庭院煤氣管網如何合理、可靠布置，也是關鍵的一點。因此，我們對中心的庭院煤氣管網采取了如下的設置。
（1）兩路中壓管線的供氣方法
一路從中心的東南角引入，接通廣園東路的煤氣主干管D529×7，經該中心東邊的環場路，采用D325×6的管徑引至設置在山頂公園內的煤氣調壓站。
另一路是從中心的西邊引入，接通中山大道的煤氣主干管D529×7，沿車陂路穿過廣園東路，引至中心的西側，再經主場管與附屬場館之間的道路，采用D325×6的管徑接至煤氣調壓站。
（2）低壓管網的設置
由于中心內體育場火炬與其他用戶的燃燒壓力不同，因此，其調壓站后的管網設置也分兩路管線供應。一路是體育場火炬專用線，供氣壓力為30KPa；另一路是供應體育場運動員餐廳、酒店及附屬場館生活區內的大小餐廳、熱水鍋爐房和運動員教練家屬宿舍樓，其供氣壓力為2KPa。
3調壓站的工藝設計
對于中心煤氣管道項目來說，煤氣調壓站在其中所扮演的角色就相當于人體中的心臟。調壓器的性能直接影響到整個中心供氣的穩定性。因此，如何進行煤氣調壓站的工藝設計及調壓器的選型是最為關鍵。
3.1基礎數據及計算前提條件
（l）氣源參數
計算氣源：采用廣州油制氣，熱值27．17MJ/Nm3（6500Kcal/Nm3），密度0.86kg/Nm3，比重0.665；校核氣源：液化天然氣，熱值39．06MJ/Nm3（9474Kcal/Nm3），密度0.802kg/Nm3，比重0.62。
（2）耗氣量參數（廣州油制氣）
體育場火炬的耗氣量：3600Nm3/h；體育場運動員餐廳及酒店的耗氣量：626.5Nm3/h；附屬場館生活區內的大小餐廳、熱水鍋爐房和運動員教練家屬宿樓等的耗氣量：606Nm3/h。上述項目會計：4833Nm3/h。其中，除體育場火炬外的耗氣量會計為1233Nm3/h。
（3）計算壓力參數（表壓）
調壓器的進口壓力：最高0.4MPa、正常0.12MPa、允許的最低壓力0.05MPa；調壓器的出口壓力：火炬的最高及額定壓力：0.035MPa、允許的最低壓力0.01MPa；其余用戶（工商公福及民用戶）的額定壓力為2.5kPa。
3.2調壓器的選型計算
（l）調壓器生產廠家的選擇
根據目前廣州市已使用的各類調壓器情況來看，意大利Tartarini公司生產的調壓器性能較為穩定，并具有較好的技術支持及售后服務，因此，決定采用該公司產的FL—BP系列調壓器。
（2）調壓器的計算公式
根據國內有關專業書籍推薦采用的調壓器通用計算公式為：
亞臨界狀態
(1)
臨界狀態
(2)
上述公式均為“比較計算”的公式。即必需在知道了某一標準氣體（通常為空氣）的通過流量后，再計算具體氣體的流量數據。因此，該公式僅適用于已知流量但不同氣源的校核計算。從上述公式可推出：氣體流量與密度比的開方呈反比關系。
對于具體廠家及品牌調壓器的流量計算，一般由廠家提供實驗參數及公式進行核核。為此，Tartarini公司提供的計算公式為：
當P2＞P1/2時，采用公式：
(3)
當P2＜Pl/2時，采用公式：
Q＝0.52CgP1（4）
上兩公式中，P1為進日壓力（表壓、bar),P2為出口壓力（表壓、bar），Cg及C1均為計算常數，與所選用的調壓器類型、管徑及閥口開度有關，具體數值由廠家提供。
（3）計算數據結果及調壓器的選型
根據廠家所提供的計算公式及流量表格都是基于比重為0.6的天然氣的計算數據，因此，在折算為廣州油制氣時，可應用式（1）及式（2）的換算關系得出：需乘以0.95的修正系數。以下表1中的實際流量均為已乘以修正系數后的有關數據結果。
根據表1及表2中調壓器的有關數據結果，型號為FL—BP/150的調壓器適用于體育場火炬，型號為FL-BP/65的調壓器適用于體育場運動員餐廳、酒店及附屬場館生活區內的大小餐廳、熱水鍋爐房和運動員教練家屬宿舍樓。
3.3調壓器的線路設計
因體育場火炬的使用壓力與其余工商公福戶及民用戶的使用壓力不同，因此需設置兩條調壓線路進行分別調壓。其中一條為體育場火炬單獨用；另一條則為體育場運動員餐廳、酒店與附屬場館生活區內的大小餐廳、熱水鍋爐房和運動員教練家屬宿樓等合用。對于每一條線路又分為兩組，一組為正常使用，另一組為備用。每一組的主要設備有閥門、過濾器、超壓切斷閥和調壓器等。
由于九運會項目的供氣需要絕對可靠，因此，在每一條線路中的主路與旁路，兩者是并聯聯動。其做法為：主路上調壓器的出日壓力按額定壓力設定（如0.035Mpa時），旁路上備用調壓器的出口壓力設定得比主調壓器略低（如0.032Mpa）。主路與旁路上的超壓切斷閥的關閉壓力設定為調壓器額定出口壓力的1.2倍。在正常工作時，旁路上的調壓器將處于常閉狀態，而主路上的調壓器進行工作；當主調壓器失靈而導致壓力升高時，超壓切斷閥將自動切斷，這時，旁路上的備用調壓器將會自動工作，這樣保證了所有用氣點的安全性和連續性。調壓站的工藝流程如圖1所示。
4體育場火炬的煤氣管道工藝設計
中心內體育場的火炬是在九運會期間使用，其燃料為廣州油制氣，因此需對火炬的供氣管
道進行設計。
4.1火炬的結構及位置簡介
九運會的主火炬是一個球形，由內空心球體及兩條繞著球體的外圍飄帶構成，球體直徑為3.5m，連外圍飄帶，整個火炬直徑為8.0m。火炬的上部與頂部設燃燒噴嘴共48個，其中球體上半部為16個，頂部為8個，兩條外飄帶各12個。
火炬設置的位置是懸吊在體育場北看臺進出日的上空，離地面約40m。整個火炬由四條材質為0Cr25Ni20的鋼索懸吊在體育場馬鞍形的東西兩側飄檐中間，另外火炬的底部再用兩條鋼索往下固定在體育場北看臺進出日東西兩側的看臺邊。
4.2工藝管線設計
（1）主火炬燃燒器的主要技術參數
根據生產廠家提供的數據，火炬的燃燒壓力為30KPa，流量為0.85kg/s（轉化成廣州油制氣約為1m3/s）。因此，火炬的耗氣量為：3600m3/h。燃燒方法采用擴散式燃燒，燃燒時的火焰高度4—6m。
（2）火炬供氣線路設計
供應體育場火炬的煤氣管道，是從體育場的東北側引入（經水力計算確定管徑為D325×6），然后穿過首層商業區，引至體育場北看臺第二層進出口西側閥門控改室。在閥門控制室分設三路管線，管徑分別為：D159×5（球體內燃燒器用）。D159×5（飄帶燃燒器用）；D32×3.5（長明燈燃燒器用）。其中球體燃燒器供氣管線和長明燈供氣管線引至體育場北看臺進出日的西側連接火炬鋼索處，然后再沿著鋼索敷設至火炬球體燃燒器和長明燈燃燒器的底部接口處；而飄帶燃燒器供氣管線即引至體育場北看臺進出口的東側連接火炬鋼索處，然后再沿著鋼索敷設至火炬外圍飄帶燃燒器的底部接口處。
（3）管材的選用、連接方式及防腐
體育場北看臺進出口東西兩側鋼索前的煤氣管道因要穿過首層商業區，需敷設在吊頂天花內（即暗設），且火炬的燃燒壓力為中壓（30KPa），因此，根據《城鎮燃氣設計規范》（B50028J3）及廣州市《氣公司企業標準《城市燃氣輸配及應用工程技術暫行規定》（設計篇）（GM（J）001—2000）中有關的條款，煤氣管道的材料采用無縫鋼管，連接方式為焊接。而沿著火炬底部兩條鋼索敷設的管道即采用材質為1Crl8Ni9Ti的不銹鋼金屬軟管，不銹鋼金屬軟管與無縫鋼管的連接采用法蘭連接，與火炬內燃燒器的連接采用焊接。采用不銹鋼金屬軟管的目的：一是由于火炬懸空，僅靠上下共六條鋼索固定，按美國NEB設計集團公司的要求，火炬在空中有約1m的浮降余量，因此需采用金屬軟管來考慮它的伸縮量；另一方面，不銹鋼金屬軟管比無縫鋼管輕，從而減輕火炬的總體重量（火炬總重為20t，其中煤氣部分控制在2t之內），外表也較美觀；另外，根據生產廠家提供的數據，不銹鋼金屬軟管耐壓最高可達60kg/cm，耐溫最高可達600℃，因此，在耐壓和耐溫方面遠遠滿足該項目要求。
暗設在吊頂天花內的無縫鋼管的防腐，按常規采用涂紅丹油性防銹漆及黃色醇酸磁漆即可，而在這個項目中我們采用了阻燃熱收縮套套在無縫鋼管上作防腐層，經加熱后與管道粘貼成一體，既起防腐保護又起阻燃作用。另外，根據廠家提供阻燃熱縮套的技術性能，其熱熔膠剝離強度為115.8N/cm，斷裂伸長度為700%，抗張強度為8MPa，抗撕裂強度≥103kg/cm。阻燃熱縮套還可作套管用。
5其他的安全措施
為保證中心在九運會期間及日后安全供氣，我們還做了以下的安全配套設計：
（1）在煤氣調壓站內設置了2路煤氣泄漏報警裝置，可以把現場壓力傳送至廣州市煤氣公司計算機中心及調度中心的RTU測壓系統，值班人員隨時觀測到現場調壓器的工作狀態。
（2）在體育場火炬和體育場賓館、運動員餐廳等供氣管線的引入管上設置了SgD941X—10的電動蝶閥；并把電動蝶閥的操作系統引至消防控制室，以便值班人員快速地操作電動閥門開關。
（3）對暗設管道除按照《城鎮燃氣設計規范》（B50028—93）及廣州市煤氣公司企業標準《城市燃氣輸配及應用工程技術暫行規定》（設計篇）（GM（J）001—2000）中有關條款設計外，在管道沿線上，供設置了46路煤氣泄漏報警裝置，并把報警主機設置在消防控制室，讓值班人員及時掌握睛設煤氣管線狀況。
6結束語
中心九運會主會場火炬是繼上海八運會主會場火炬后又一個使用管道煤氣的項目，其火炬的造型、燃燒壓力和耗氣量等都比上海八運會的更高更大，供氣的安全、穩定、可靠，直接影響到九運會舉辦是否成功。因此，該項目既是一項管道工藝設計任務，以是一項政治任務。
另外，隨著廣州市的城市發展、“油改氣”工程的不斷深入以及天然氣的即將到來，越來越多的大型工商公福戶，甚至是工業用戶將會加人到使用管道氣的行列。這樣，中心管道煤氣項目運行的穩定性、可靠性和安全性，將影響廣州市以及珠江三角洲燃氣事業的發展。因此，要解決供氣的穩定性、可靠性和安全性，關鍵是如何選好調壓裝置以及合理設計管線工藝。
