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      Uptime Tier Ⅳ标准数据中心的柴发油路设计关键点

      来源:搜狐网 作者: 更新时间:2022/3/24 11:29:35

      摘要:柴发油路系统要达到 Uptime Tier Ⅳ标准并通过 Uptime TierⅣ设计认证,应该关注哪些关键点呢?在探讨这个问题之前,首先介绍一下大型数据中心的柴发油路系统主要组成。

        柴油发电机系统是 Uptime Tier Ⅳ认证关注的重点,但一般具有资质的柴发油路系统设计单位多服务于石油、石化行业,他们的设计理念多仅限于满足“油路通畅”、“国标规范要求”等基础功能,不了解数据中心对油路系统的特有需求,也缺乏对Uptime Tier Ⅳ标准的认识,因此柴发油路系统设计往往也是Uptime Tier Ⅳ设计认证的难点。

        柴发油路系统要达到 Uptime Tier Ⅳ标准并通过 Uptime TierⅣ设计认证,应该关注哪些关键点呢?在探讨这个问题之前,首先介绍一下大型数据中心的柴发油路系统主要组成。

        一、柴发油路系统组成

        典型的数据中心柴发油路系统应包含以下几部分:油罐,日用油箱,管路系统,供电及智能监控系统。

        1. 日用油箱

        数据中心柴发机房内会设置日用油箱,单个日用油箱间内储存量不大于 1m3。

        2.油罐

        大型数据中心由于柴发功率大,日用油箱储油量已不能满需求,要在室外设置储油罐,一般采用地埋式。

        3.管路系统

        管路系统按照其功能可分为供油管、回油管、倒油管、进油管、退油管。

        (1) 供油管:将柴油由油罐输送至柴发,包括管道、阀门潜油泵等。

        (2) 回油管:柴油通过回油管由柴发机房内回流至油罐,回油方式有重力回油和动力回油两种,系统包括管道、阀门、回油泵等,若是采用重力回油方式,则不需设置回油泵。

        (3) 倒油管:当设置多个油罐时,油罐之间需要进行柴油倒换时,将通过倒油管完成,包括管道、阀门、倒油泵等

        (4) 退油管:将油罐内柴油退回柴发油路以外的容器,如罐车,包括管道、阀门、退油泵等;退油管可与倒油管通过阀门连接,利用倒油泵和相互连接的阀门实现退油,不再单独设置退泵。

        (5) 进油管:罐车的柴油通过进油管输送至油罐,包括管道、阀门。

        4.供电及智能监控系统

        供电系统为油路系统提供动力,包括配电柜、电线电缆、线管、桥架等。智能化系统实现设备启停或开关控制、设备状态监测、漏油检测,包括控制器、漏油检测等。

        二、油路系统设计关键点

        为达到 Uptime Tier Ⅳ标准并通过 Uptime Tier Ⅳ设计认证,油路系统设计应抓住以下几个关键点:1)关键系统和设备应冗余配置,并进行物理隔离,满足“容错”的要求;2)能自动制;3)能自动检测故障和自动隔离故障。

        以下将讨论柴发油路系统架构该如何设计。

        1.日用油箱设计

        日用油箱是关键设备,设置在柴发机房内,与柴油发电机一一对应,日用油箱之间应进行物理隔离。例如某数据中心配置了9(8+1)台柴发,每台柴发之间均物理隔离,每台柴发配置一个日用油箱,日用油箱之间也应进行了物理隔离,见图 1。

        图 1 日用油箱

        2.油罐设计

        油罐是关键设备,一般进行 N+x(x≥1)配置,各油罐之间应物理隔离。

        例如某数据中心油罐采用 2+1 模式配置,如图 2-1 方案一,3 台油罐均未做隔离,任意一个油罐故障,可能会导致 3 台油罐都被迫下线,油路系统瘫痪;方案二,2 台油罐未物理隔离,两台油罐中一台故障,可能导致两台油罐被迫下线,储油量不能满足运行要求,这两种方案都存在较大安全漏洞,也不满足Uptime Tier Ⅳ标准。

        图 2-1 油罐设计(不满足 Uptime Tier Ⅳ认证要求)

        图 2-1中,3 台油罐之间都进行了物理隔离,一台油罐发生故障后,仍有 2 台在线,储油量不受影响,满足 Uptime Tier Ⅳ标准及认证要求。

        图 2-2 油罐设计(满足 Uptime Tier Ⅳ认证要求

        3.管路系统架构设计

        供油、回油、倒油、退油、进油管路中,供油管路是关键系统,其他属于非关键系统。

        (1) 供油管路架构

        油罐至室内日用油箱段供油管需要有冗余配置(一般为2N),在柴发机房外针对每个日用油箱设置独立电动阀,下面将通过实例分析。

        供油系统按照图 3-1 设计,已冗余配置并进行了物理隔离,每个柴发机房外没有单独设置电动阀门,当柴发机房外供油管路故障,隔离故障后另一路能正常供油;但柴发机房内发生故障要切断该机房的 A、B 路供油时,则 A、B 供油干管都要被隔离,所有柴发机房供油中断,这种方案存在较大安全隐患,也不满Uptime Tier Ⅳ标准。

        图 3-1 未设置独立阀门模式的供油管设计

        在柴发机房外的A或B路供油管上为每台日用油箱设置独立阀门,柴发机房内部或外部供油管路出现一次故障,故障隔离后至少 1 路供油正常,能满足 Uptime Tier Ⅳ标准及认证要求。按照图 3-2 设计,在 A 供油管路上设置独立阀门。

        图 3-2 A 路设置独立阀门模式的供油管设计

        当然也可按照图 3-3 设计,在 A 和 B 路供油管上同时设置独立阀门,单个柴发机房内供油管出现故障,只需隔离故障部分,其他柴发机房仍是两路供油,可靠性更高,但系统设计相对更复杂、维护难度更大、造价成本更高。

        图 3-3 双路设置独立阀门模式的供油管设计

        (2) 其他管路

        回油管路、倒油和退油管是非关键系统,按照 N 模式配置,满足基本需求即可,但在倒油和退油操作过程中要保证总的可油量不少于 12 小时。

        (3) 管路系统架构设计

        综上所述,在兼顾满足 Uptime Tier Ⅳ认证、经济性的情下,管路系统架构设计可以参考图 3-4。

        图 3-4 管路系统架构设计

        4.供电系统架构设计

        供电系统为柴发油路系统提供动力,是关键系统应进行冗配置和物理隔离,另外供电系统设计要结合其他设备情况,确保供电系统发生一次故障后,供油系统至少有 1 路能正常供油。

        例如某数据中心计划采用 3(2+1)台室外油罐、9(8+1)台柴发,配电系统可以参考图 4,关键的供油设备及控制系统都是按照 2N 配置,供电系统与之对应设计,非关键的倒油和回系统的配电,可以根据维护需求由 A 或 B 供电系统供电。

        图 4 供电系统设计

        5.智能化控制系统架构设计

        智能控制器是关键设备,要冗余配置,参与联锁控制的检测信号则分成 2 路信号同时接入控制器 A 和 B,仅用于显示记录的检测信号按照 A/B 路供油系统接入各自所属区域的。

        (1) A/B 路供油管路系统中的潜油泵、油罐出油电动阀、管电动阀、供油管路的漏油检测均接入对应的 A/B 路控制器,A/B路控制器能控制 A/B 路供油泵启停、阀门开关,实现自动供油。智能控制系统能监测这些设备的状态,当出现漏油情况后,控制器可以依据漏油点情况切断相关阀门或油泵,实现故障自动隔离。

        例如 A/B 路供油管路系统中的潜油泵、油罐出油电动阀、支管电动阀、供油管路的漏油检测均接入对应的 A/B 路控制器,当A 路控制系统发生故障后,A 路的潜油泵、阀门不能正常工作,导致 A 路供油系统故障,但 B 路供油系统仍能正常供油,满Uptime Tier Ⅳ认证要求。若 B 路的潜油泵或供油管阀门接入A 路控制器,当 A 路控制器发生故障,B 路供油系统不能正常运行,存在较大安全漏洞,也不满足 Uptime Tier Ⅳ标准及认证要求。

        (2) 参与联锁控制的检测信号,如油罐液位、日用油箱液位、日用油箱漏油、日用油箱至柴发机组的供油和回油管路漏油检测、柴发机组漏油检测、火灾信号等,则应分成 2 路信号同时接入控制器 A 和 B,确保信号能同时联动 A、B 路油路系统。

        例如油罐液位信号,当油罐液位过低,为避免油泵空转要同时联动 A、B 路潜油泵停止运转。例如日用油箱液位信号,当液位过低时联动 A、B 路供油系统同时供油,当液位恢复后要联动A、B 路供油系统同时停止供油。例如日用油箱漏油信号,当日用油箱出现漏油要同时要联动 A、B 路供油系统停止供油。例如火灾信号,当日用油箱间发生火灾时要联动切断该 A、B 路供油。

        三、总结

        综合上述,若让柴发油路系统的设计方案达到 Uptime TieⅣ标准并通过认证,设计过程中一定要理解并落实“容错”、“自动控制”、“故障自动识别、自动隔离”等关键要求。但正如文章开始所述,有资质的油路设计单位多服务于石油、石化行业,数据中心行业案例、经验非常少,要让他们理解这些关键点并落实在设计方案中。

        责任编辑:张华

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