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广东奥林匹克体育中心煤气管道工艺设计介绍
简要：本文介绍了广东奥林匹克体育中心煤气项目的调压装置的选型及体育场火炬煤气管道工艺设计。
1 前言
广东奥林匹克体育中心（以下简称中心）位于广州市天河区东圃镇黄材地区，占地面积约100万m2，是广东省承办中华人民共和国第九届运动会的主会场。
我室于一九九九年九月受九运会省级场馆建设指挥部的委托，对中心内的体育场火炬、运动员餐厅、酒店及附属场馆生活区内的大小餐厅、热水锅炉房和运动员教练家属宿舍楼等进行煤气管道的施工图设计，目前工程已进人施工阶段。
中心不仅地位特殊，而在使用管道气上也有特点，它包含了设计常见的居民用户、饮食业公福用户，还有体育场火炬煤气管道工艺设计，这是以前我们没有接触过的。它也是目前广州市管道气用量最大的一所综合型用户。它的用气稳定性、可靠性和安全性，对广州燃气事业的发展有着深远的影响。笔者就中心煤气项目如何作调压装置的选型、体育场火炬煤气管道工艺的设计进行介绍。
2 庭院管网布置概况
为保证九运会期问所有用气点都能正常使用，不受周边其他用户因出现事故的影响，庭院煤气管网如何合理、可靠布置，也是关键的一点。因此，我们对中心的庭院煤气管网采取了如下的设置。
（1）两路中压管线的供气方法
一路从中心的东南角引入，接通广园东路的煤气主干管D529×7，经该中心东边的环场路，采用D325×6的管径引至设置在山顶公园内的煤气调压站。
另一路是从中心的西边引入，接通中山大道的煤气主干管D529×7，沿车陂路穿过广园东路，引至中心的西侧，再经主场管与附属场馆之间的道路，采用D325×6的管径接至煤气调压站。
（2）低压管网的设置
由于中心内体育场火炬与其他用户的燃烧压力不同，因此，其调压站后的管网设置也分两路管线供应。一路是体育场火炬专用线，供气压力为30KPa；另一路是供应体育场运动员餐厅、酒店及附属场馆生活区内的大小餐厅、热水锅炉房和运动员教练家属宿舍楼，其供气压力为2KPa。
3 调压站的工艺设计
对于中心煤气管道项目来说，煤气调压站在其中所扮演的角色就相当于人体中的心脏。调压器的性能直接影响到整个中心供气的稳定性。因此，如何进行煤气调压站的工艺设计及调压器的选型是最为关键。
3.1 基础数据及计算前提条件
（l）气源参数
计算气源：采用广州油制气，热值27．17MJ/Nm3（6500Kcal/Nm3），密度0.86kg/Nm3，比重0.665；校核气源：液化天然气，热值39．06MJ/Nm3（9474Kcal/Nm3），密度0.802kg/Nm3，比重0.62。
（2）耗气量参数（广州油制气）
体育场火炬的耗气量：3600Nm3/h；体育场运动员餐厅及酒店的耗气量：626.5Nm3/h；附属场馆生活区内的大小餐厅、热水锅炉房和运动员教练家属宿楼等的耗气量：606Nm3/h。上述项目会计：4833Nm3/h。其中，除体育场火炬外的耗气量会计为1233Nm3/h。
（3）计算压力参数（表压）
调压器的进口压力：最高 0.4MPa、正常0.12MPa、允许的最低压力0.05MPa；调压器的出口压力：火炬的最高及额定压力：0.035MPa、允许的最低压力 0.01MPa；其余用户（工商公福及民用户）的额定压力为2.5kPa。
3.2调压器的选型计算
（l）调压器生产厂家的选择
根据目前广州市已使用的各类调压器情况来看，意大利Tartarini公司生产的调压器性能较为稳定，并具有较好的技术支持及售后服务，因此，决定采用该公司产的FL—BP系列调压器。
（2）调压器的计算公式
根据国内有关专业书籍推荐采用的调压器通用计算公式为：
亚临界状态
(1)
临界状态
(2)
上述公式均为“比较计算”的公式。即必需在知道了某一标准气体（通常为空气）的通过流量后，再计算具体气体的流量数据。因此，该公式仅适用于已知流量但不同气源的校核计算。从上述公式可推出：气体流量与密度比的开方呈反比关系。
对于具体厂家及品牌调压器的流量计算，一般由厂家提供实验参数及公式进行核核。为此，Tartarini公司提供的计算公式为：
当P2 ＞P1/2时，采用公式：
(3)
当 P2＜ Pl/2时，采用公式：
Q＝0.52CgP1 （4）
上两公式中，P1为进日压力（表压、bar),P2为出口压力（表压、bar），Cg及C1均为计算常数，与所选用的调压器类型、管径及阀口开度有关，具体数值由厂家提供。
（3）计算数据结果及调压器的选型
根据厂家所提供的计算公式及流量表格都是基于比重为0.6的天然气的计算数据，因此，在折算为广州油制气时，可应用式（1）及式（2）的换算关系得出：需乘以0.95的修正系数。以下表1中的实际流量均为已乘以修正系数后的有关数据结果。
根据表1及表2中调压器的有关数据结果，型号为FL—BP/150的调压器适用于体育场火炬，型号为FL-BP/65的调压器适用于体育场运动员餐厅、酒店及附属场馆生活区内的大小餐厅、热水锅炉房和运动员教练家属宿舍楼。
3.3调压器的线路设计
因体育场火炬的使用压力与其余工商公福户及民用户的使用压力不同，因此需设置两条调压线路进行分别调压。其中一条为体育场火炬单独用；另一条则为体育场运动员餐厅、酒店与附属场馆生活区内的大小餐厅、热水锅炉房和运动员教练家属宿楼等合用。对于每一条线路又分为两组，一组为正常使用，另一组为备用。每一组的主要设备有阀门、过滤器、超压切断阀和调压器等。
由于九运会项目的供气需要绝对可靠，因此，在每一条线路中的主路与旁路，两者是并联联动。其做法为：主路上调压器的出日压力按额定压力设定（如0.035Mpa时），旁路上备用调压器的出口压力设定得比主调压器略低（如0.032Mpa）。主路与旁路上的超压切断阀的关闭压力设定为调压器额定出口压力的1.2倍。在正常工作时，旁路上的调压器将处于常闭状态，而主路上的调压器进行工作；当主调压器失灵而导致压力升高时，超压切断阀将自动切断，这时，旁路上的备用调压器将会自动工作，这样保证了所有用气点的安全性和连续性。调压站的工艺流程如图1所示。
4 体育场火炬的煤气管道工艺设计
中心内体育场的火炬是在九运会期间使用，其燃料为广州油制气，因此
需对火炬的供气管道进行设计。
4.1 火炬的结构及位置简介
九运会的主火炬是一个球形，由内空心球体及两条绕着球体的外围飘带构成，球体直径为3.5m，连外围飘带，整个火炬直径为8.0m。火炬的上部与顶部设燃烧喷嘴共48个，其中球体上半部为16个，顶部为8个，两条外飘带各12个。
火炬设置的位置是悬吊在体育场北看台进出日的上空，离地面约40m。整个火炬由四条材质为0Cr25Ni20的钢索悬吊在体育场马鞍形的东西两侧飘檐中间，另外火炬的底部再用两条钢索往下固定在体育场北看台进出日东西两侧的看台边。
4.2 工艺管线设计
（1）主火炬燃烧器的主要技术参数
根据生产厂家提供的数据，火炬的燃烧压力为30KPa，流量为0.85kg/s（转化成广州油制气约为1m3/s）。因此，火炬的耗气量为：3600m3/h。燃烧方法采用扩散式燃烧，燃烧时的火焰高度4—6m。
（2）火炬供气线路设计
供应体育场火炬的煤气管道，是从体育场的东北侧引入（经水力计算确定管径为D325×6），然后穿过首层商业区，引至体育场北看台第二层进出口西侧阀门控改室。在阀门控制室分设三路管线，管径分别为：D159×5（球体内燃烧器用）。D159×5（飘带燃烧器用）；D32×3.5（长明灯燃烧器用）。其中球体燃烧器供气管线和长明灯供气管线引至体育场北看台进出日的西侧连接火炬钢索处，然后再沿着钢索敷设至火炬球体燃烧器和长明灯燃烧器的底部接口处；而飘带燃烧器供气管线即引至体育场北看台进出口的东侧连接火炬钢索处，然后再沿着钢索敷设至火炬外围飘带燃烧器的底部接口处。
（3）管材的选用、连接方式及防腐
体育场北看台进出口东西两侧钢索前的煤气管道因要穿过首层商业区，需敷设在吊顶天花内（即暗设），且火炬的燃烧压力为中压（30KPa），因此，根据《城镇燃气设计规范》（B50028J3）及广州市《气公司企业标准《城市燃气输配及应用工程技术暂行规定》（设计篇）（GM（J）001—2000）中有关的条款，煤气管道的材料采用无缝钢管，连接方式为焊接。而沿着火炬底部两条钢索敷设的管道即采用材质为1Crl8Ni9Ti的不锈钢金属软管，不锈钢金属软管与无缝钢管的连接采用法兰连接，与火炬内燃烧器的连接采用焊接。采用不锈钢金属软管的目的：一是由于火炬悬空，仅靠上下共六条钢索固定，按美国NEB设计集团公司的要求，火炬在空中有约1m的浮降余量，因此需采用金属软管来考虑它的伸缩量；另一方面，不锈钢金属软管比无缝钢管轻，从而减轻火炬的总体重量（火炬总重为20t，其中煤气部分控制在2t之内），外表也较美观；另外，根据生产厂家提供的数据，不锈钢金属软管耐压最高可达60kg/cm，耐温最高可达600℃，因此，在耐压和耐温方面远远满足该项目要求。
暗设在吊顶天花内的无缝钢管的防腐，按常规采用涂红丹油性防锈漆及黄色醇酸磁漆即可，而在这个项目中我们采用了阻燃热收缩套套在无缝钢管上作防腐层，经加热后与管道粘贴成一体，既起防腐保护又起阻燃作用。另外，根据厂家提供阻燃热缩套的技术性能，其热熔胶剥离强度为115.8N/cm，断裂伸长度为700%，抗张强度为8MPa，抗撕裂强度≥103kg/cm。阻燃热缩套还可作套管用。
5 其他的安全措施
为保证中心在九运会期间及日后安全供气，我们还做了以下的安全配套设计：
（1）在煤气调压站内设置了2路煤气泄漏报警装置，可以把现场压力传送至广州市煤气公司计算机中心及调度中心的RTU测压系统，值班人员随时观测到现场调压器的工作状态。
（2）在体育场火炬和体育场宾馆、运动员餐厅等供气管线的引入管上设置了SgD941X—10的电动蝶阀；并把电动蝶阀的操作系统引至消防控制室，以便值班人员快速地操作电动阀门开关。
（3）对暗设管道除按照《城镇燃气设计规范》（B50028—93）及广州市煤气公司企业标准《城市燃气输配及应用工程技术暂行规定》（设计篇）（GM（J）001—2000）中有关条款设计外，在管道沿线上，供设置了46路煤气泄漏报警装置，并把报警主机设置在消防控制室，让值班人员及时掌握睛设煤气管线状况。
6 结束语
中心九运会主会场火炬是继上海八运会主会场火炬后又一个使用管道煤气的项目，其火炬的造型、燃烧压力和耗气量等都比上海八运会的更高更大，供气的安全、稳定、可靠，直接影响到九运会举办是否成功。因此，该项目既是一项管道工艺设计任务，以是一项政治任务。
另外，随着广州市的城市发展、“油改气”工程的不断深入以及天然气的即将到来，越来越多的大型工商公福户，甚至是工业用户将会加人到使用管道气的行列。这样，中心管道煤气项目运行的稳定性、可靠性和安全性，将影响广州市以及珠江三角洲燃气事业的发展。因此，要解决供气的稳定性、可靠性和安全性，关键是如何选好调压装置以及合理设计管线工艺。
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