通信局站备用发电机组供油系统设计浅析.doc

中国移动通信集团设计院有限公司 CMDI通信局站备用发电机组供油系统设计浅析 中国移动通信集团设计院有限公司 吴文静【摘 要】：随着中国移动通信的高速发展，大中型移动通信楼越来越多，通信局站的备用发电机组容量越来越大，为保证通信及建筑用的保证负荷，其供油系统的可靠运行变得非常重要。本文将对供油系统的设计要素进行叙述。 【关键词】：发电机组、供油系统、设计1 引言随着中国移动通信的高速发展，各地都建设了一批不同规模的移动通信楼，而且，通信楼的交流负荷越来越大，交流保证负荷也随着数据业务的发展而大幅度增加，备用发电机组容量也越来越大。为保证通信楼的通信设备及其他保证负荷在市电故障时能正常运行，各地通信楼都根据备用发电机组的容量配置了一套发电机组燃油供油系统。随着备用发电机组容量的增大，单局址通信楼的燃油供油系统设计也变得愈加重要。通信局站的燃油供油系统主要包括油机房储油间的日用燃油箱、室外储油罐、连接油管、各种阀门、油泵及自动控制装置。尽管柴油不是易燃油品，但不符合设计要求的燃油供油系统也会使其危及通信局站备用发电机组的安全运行，继而危及通信局站通信设备运行及维护人员的安全。除此之外，不合理的燃油供油系统也会增加了用户的维护量及运行成本。所以说，作为市电电源最后一个备用电源通信用柴油发电机组的燃油供油系统的安全运行是通信局站备用发电机组安全运行的保障。根据移动通信楼的特点及以往设计中的经验教训，本文叙述了移动通信局站备用发电机组燃油供油系统的安装设计中所关注的基本要素。2 备用发电机组储油设备根据YD/T 5040-2005通信电源设备安装工程设计规范 6.2.1条第6条储油库是储备备用发电机组的用油设施。储油库的容量应按远期自备发电机组需要配置。市内的通信局应按不少于连续运行2天的储油量配置；郊外的通信局(站)应按不少于连续运行5天的储油量配置；储油库容量最大不宜超过10吨。油源方便的，也可采用油桶储油，油量不应少于连续运行12h用油。实际中，上述规定还有待于商榷，原因有三：(1)同等规模的局站，由于市电类别不同，其油机储油时间应有所不同，但行标中并未对其进行规定；(2)由于通信局站的规模越来越大，其保证负荷容量也越来越大，备用发电机组单台容量越来越大，备用发电机组的配置数量越来越多，所需储油罐的容量往往远大于10吨，所以，储油罐容量最大不宜超过10吨的规定偏小；(3)储油库连续运行时间的规定在实际设计中难以起到设计规范所应有的指导作用。根据中国移动通信局站的上述设置特点，中国移动大中型通信楼的储油库容量设置宜根据通信楼的外市电类别及取油方便程度设计。即对于一类市电供电的通信楼，储油库油量宜按通信楼备用发电机组(全部运行)不少于连续运行时间8h的油量设置；对于二类市电供电的通信楼，储油库油量可按通信楼备用发电机组不少于连续运行时间12h的油量设置；对于二类市电供电的通信楼，若通信楼局址室外空地设置储油库有困难时，在取油方便的前提下，其储油量可按不少于连续运行时间8h的油量设置，同时应考虑设置燃油应急预案。对于移动小型通信局站，若市电类别达到二类市电供电要求的，可按备用发电机组不少于连续运行时间12h的油量设置；对于市电类别达不到二类市电供电的，其储油库油量应根据局站市电停点实际情况及局站取油的方便程度按25天设置。对于配置备用发电机组容量小于100kW通信局站，即使考虑存储5天的燃油量，也无需设置室外型卧式储油库。宜设置室内燃油箱解决燃油存储。在大中型通信局站的设计中，当室内储油箱不能满足通信局站备用发电机组连续运行时间要求时，通常应在室外设置储油装置，所以通信局站的储油装置包括室内燃油箱、室外储油库（罐）。室内燃油箱应设置在发电机房内的储油间内，且储油间应采用防火墙与发电机间隔开。燃油箱的容积应根据柴油发电机组的容量进行设置，300kW及以下柴油发电机组由于输出功率小，相对耗油量低，宜采用机组底座燃油箱，无需单独配置独立燃油箱；对于大于300kW的柴油发电机组，宜采用独立设置的燃油箱。因考虑到燃油泵在为燃油箱供油时可能出现的油料冲击气泡对柴油发电机组正常发电影响，燃油箱投影面积不宜太小，其容积不宜小于1m3。燃油箱容积一般为1m32m3，若安装条件允许，1500kW以上机组宜采用2m3燃油箱。除了局站发电机房配置的室内燃油箱，通信局站室外储油装置宜采用卧式储油罐，通常的卧式储油罐容积为5m325m3。根据大中型通信局站的市电供电类别及发电机组容量，通信局站的储油罐设置详见下表。大中型通信局站卧式储油罐设置表机组容量(kW)1台机组2台机组3台机组4台机组5台机组6台机组7台机组8台机组一类市电供电50060080051101101110051101101151130051101101151140051101101151201251160051101151201201251202202180051101151201201301202202200051101151201251301202202二类市电供电3005005151600515180051101101151110051101151201130051101151201140051101201201251301160010115120125130120220225218001011512012512022022522522000101151201301202202252252注；表中101表示1个10m3储油罐；202表示2个20m3储油罐。表中发电机组是以往复式柴油发电机组的燃油消耗率为计算依据的。从表中可以看出，一类市电的局站，600kW及以下的柴油发电机组一般不设置卧式储油罐；二类市电的局站，300kW及以下的柴油发电机组一般不设置卧式储油罐，其他容量的柴油发电机组视机组总容量及市电供电情况选用卧式储油罐。若采用燃气轮机发电机组作为备用发电机组时，应根据燃气轮机发电机组的实际燃油消耗率计算燃油存储设备的容量。3 日用燃油箱及储油罐的设计与安装通信用日用燃油箱为落地式安装设备，燃油箱设有进油管、溢油管、供油管、回油管、传感器、液位控制装置等，见图1。图1 燃油箱结构示意图通信用卧式储油罐主要采用两种方式进行安装，一种是直埋式，一种是地下室式。直埋式就是挖好罐坑后，直接将油罐埋在土中，并在罐上覆盖土层；地下室式就是将油罐安装在地下房间内。地下储油罐与建筑物的间距见下表。地下储油罐与建筑物的间距设备名称24m及以上高层建筑24m以下建筑备注地下储油罐17.5m15m柴油储罐总储量不超过15m时，当直埋于高层建筑或裙房附近，面向油罐的一面4m范围内的建筑物外墙为防火墙时，其防火间距可不限。3.1 地下卧式储油罐设计要求要点（1）地下卧式储油罐应作防腐,其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，管口应高出室外地面（应符合安全规范）。（2）对于地下室式储油罐，宜设置防水探测告警装置，并设置防水设施。（3）储油罐输油管线应采用无缝钢管，地下管线采取焊接,输油管线埋地时应深于0.5米，以避免气温高时管线产生气阻，影响正常输油，而气温寒冷时，造成柴油凝固。(4) 地下卧式储油罐进出输油管线均应封堵，避免进水。 (5) 储油罐通气管的公称直径，不应小于50mm。 (6) 储油罐罐组之间宜设3.5米宽的消防通道。(7) 当一台油罐向多台柴油发电机组供油时,每台柴油发电机组宜单独设置进油管,以免柴油发电机组操作时相互影响。3.2 直埋储油库设计要求要点(1) 储油罐的表面应采用不低于加强级的防腐蚀保护层。(2) 储油罐的顶部覆土厚度不应小于0.5m。油罐的周围，应回填干净的沙子或细土，其厚度不应小于0.3m，以免损坏储油罐外防腐层。(3) 埋设储油罐的灌区地坪应高于同围地坪约15cm,并在罐区周围砌边墙,防止地面水流入罐区,造成空油罐漂浮。(4) 储油罐的入孔应设操作井,以方便检修操作。储油罐的回油管、输油管、量油管、通气管等的接合管，应都设在入孔盖上，输油管向下伸入罐内底20cm左右。(5) 储油罐通气管的公称直径，不应小于50mm, 管口应高出室外地面（应符合安全规范）。 (6) 储油罐的进油管、出油管、通气管，应坡向油罐，其坡度不应小于2,以便于管线放空和防止气蚀。4 油泵选择与安装通信工程中具有一定规模的通信局站中都设有发电机房，每个发电机组都有各自的日用燃油箱，当日用燃油箱内燃油量少于设定量时，应由自动油泵从卧式储油罐中直接泵油。若通信局站不设卧式储油罐时，自动油泵宜装在日用燃油箱下部，若设置独立的卧式储油罐的通信局站宜设置独立泵房。通信用燃油泵一般为齿轮油泵（容积泵）和离心泵，又以齿轮油泵居多。油泵安装位置通常与发电机组同层设置，具体设计步骤如下：1) 根据通信用备用发电机组的燃油量，确定油泵的流量；2) 根据地下油罐出油管前段至日用燃油箱的高差确定泵的扬程；3) 根据泵的流量和扬程选择油泵；4) 选择油泵安装位置；油泵的流量应按油泵所担负的所有备用发电机组的每小时的最大燃油消耗确定。如计算两台1600kW的柴油发电机组的满载耗油量，假设机组燃油消耗率为230g/kWh，则每台机组每小时的燃油消耗为W=1600kW230g/kWh=368000g=368kg设柴油比重为800kg/m3，则每台机组每小时耗油量为 L=368kg/800kg/m3=0.46m3那么两台机组每小时耗油量即为0.92m3。对于一台油泵，这样的流量要求是很容易达到的，所以说，在通信电源工程中选择油泵时，流量不是关键问题。选择齿轮泵时，以最大流量为依据，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量。那么从油泵选择步骤上看，在油泵的设计中关键点是油泵的扬程计算和油泵安装位置的确定。油泵的扬程应不小于储油罐油面至发电机组机房日用燃油箱进油管口的高差。扬程是选油泵的一重要性能数据，一般要用放大5%10%余量后扬程来选型。 油泵的扬程可按以下公式计算：H=h+h损 4-1式中：H油泵的扬程，m； h油泵的输送高度，即输油管终点与起点的高差，它等于燃油箱顶部与储油罐油面的高差，m； h损管路的阻力损失，m。油管压力损失主要是两个方面，一个是管道输送过程的沿程油流（管壁摩阻）损失，一个是经过阀门、弯头、止回阀等管阀件的局部油流损失。沿程损失是由管道的材质，流速，长度这些决定的，为了减少管路的阻力损失，应尽可能的缩短输油管的长度，减少弯头数量，而且应采用摩阻系数小的管材。4.1 齿轮泵（齿轮油泵）的选择选择的齿轮油泵的性能参数指标应符合所输油料的流量、扬程、压力等工艺参数的要求；油泵在机械方面应具有高可靠性、低噪声、低振动的特点。若柴油发电机组、日用燃油箱及油泵均设置在地上一层时，储油罐为地下安装，且储油罐距离发电机房较近时，通常选用齿轮油泵。4.2 离心泵（离心式油泵）的选择在储油罐距离发电机房较远时，且扬程要求高时，可选用离心泵。离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。若采用离心泵时，考虑到油泵至储油罐距离较长，不利于管内空气排出，故油泵的安装位置宜靠近地下油罐。油泵安装设计要点:（1）油泵安装宜采用室内安装。安装油泵的机房土建按II级防火标准设计，其门均应为甲级防火门。（2）油泵设计流量为燃油最大小时油量的2倍。泵的扬程可按供油管全程摩阻、油箱与油泵的高差来计算决定。泵入口管上设有粗过滤器，泵出口管上装球阀和压力表。（3）油泵并排布置，间距为泵基座宽的1.5倍，泵前距墙1.5米。油泵有防静电接地装置。油泵电机的开启电磁与日用油箱油位仪自动联锁。（4）若采用室外油泵，其设备与地下油罐边缘距3米，土建尺寸不小于2.52.54米。齿轮泵与离心泵性能及优缺点比较序号内容齿轮泵离心泵1流量流量适中流量较大2功率功率较小，一般10kW以内功率范围大3效率效率高效率较低4开泵能自吸，开泵注入少量油料即可不能自吸，开泵前必须灌泵5漏气少量漏气仍可工作少量漏气即可中断工作6结构结构简单，体积小，使用方便结构简单，体积小，价格便宜7扬程流量和扬程范围较小流量和扬程范围较大8运转能与原动机直接相连能与原动机直接相连5 供油系统基本要求通信用柴油发电机组的供油系统主要由进油泵（机组上）、日用燃油箱、油罐、管路、阀门及输油泵组成。输油泵的台数设置应考虑备用油泵，当任意一台油泵出现故障时，均不应影响其供油系统的正常工作，即通常采用n+1配置。系统应操作方便、简单。发现故障时或检修设备时，应能迅速切断油路。室内日用燃油箱在正常情况下，当油位处于低位（25%）时，油泵应自动起动由地下油罐向燃油箱注油；当油位高于设定位（75%）时，应能使油泵自动停止。当遇事故告警信号时，起动日用燃油箱排油阀，将日用燃油箱内的柴油排至地下储油罐；当油箱油位高于溢油管上沿时，可使日用燃油箱多余的柴油自动流回室外地下储油罐。通信局站备用发电机组燃油供油系统参见图2。图2 通信局站燃油供油系统图6 其他设计要求（1）油管应采用无缝钢管；（2）油管连接宜采用电弧焊接；（3）地下储油罐供油管前段应设置回止阀，回止阀下端距储油罐底部应不小于200mm；（4） 设置储油罐供油管时，供油管在储油罐中的管口应向上（管口弯曲180）；（5）通气管宜