燃气锅炉房电气设计分析

燃气锅炉房电气设计分析

刘文楷

北京优奈特能源工程技术有限公司 北京 100023

摘要：近年来我国社会发展强调绿色生态，燃气锅炉逐渐取代燃煤锅炉，应用清洁能源彰显环保理念，但燃气具有易燃易爆特征，燃气锅炉房电气设计应确保安全。基于此，首先简单介绍了燃气锅炉房的电气设计标准条例，了解现行相关规范条例，并结合工程实例展开燃气锅炉房电气设计方案探讨。

关键词：燃气锅炉房；电气设计；爆炸危险区

引言：自“十二五”提出节能减排清洁生产以来，燃气锅炉房应用逐渐广泛，但其生产存在爆炸危险区域，展开电气设计时需综合考虑多种因素，结合实际情况具体分析，本次选取某院校燃气锅炉房为例，该燃气锅炉房主要用于院校热水供应及基础采暖，需立足于实际，确保燃气锅炉房安全稳定运行。

一、燃气锅炉房的电气设计标准条例

《锅炉房设计标准（GB50041-2020）》中指出，需结合实际情况划分火灾危险性，燃气锅炉房可根据火灾危险程度分为甲类与丁类两种类型，其中燃气锅炉间属于火灾危险性丁类锅炉房，主要利用气体作为燃料或将气体进行燃烧用作锅炉供热；燃气调压间属于火灾危险性甲类生产厂房，调压间内存在爆炸下限低于10%的气体，爆炸危险度较高；

《爆炸危险环境电力装置设计规范（GB50058-2014）》中指出爆炸危险区需根据燃气锅炉房区域通风条件及释放源级别进行划分，连续级释放源、一级释放源、二级释放源区域分别为0区、1区、2区^[1]。良好的通风调条件可降低区域危险性，结合实践来看，局部机械通风可降低燃气锅炉房内混合气体浓度，可在一定程度上降低危险性，而燃气锅炉房死角、凹坑等存在障碍物的区域，混合气体浓度较高，出现局部危险区域，展开燃气锅炉房电气设计时，需根据具体爆炸危险程度制定电气设计方案。

二、燃气锅炉房具体电气设计方案探讨

本次以某院校燃气锅炉房电气设计为工程案例，燃气锅炉房燃料为天然气，采用平屋顶建筑结构，建筑高度6.7m，为独立建筑。在该燃气锅炉房内安装有2台7MW燃气热水锅炉及配套辅机设备：3台循环水泵（两用一备），2台补水泵（一用一备）和1套水处理系统，单台功率≥7MW，按《锅炉房设计标准》17.0.6条规定，应设自动报警装置及火灾探测器。

（一）划分爆炸危险区

在划分爆炸危险区时以《爆炸危险环境电力装置设计规范（GB50058-2014）》3.2条规定为指导，综合考虑该院校燃气锅炉房通风条件、可燃气体性质、释放源级别与障碍物划分爆炸危险区，其中锅炉间、燃气调压间均为2区释放源区域，水处理间、辅机间、配电室、值班室均为非爆炸危险区域^[2]。

锅炉间、燃气调压间气体释放位置多为金属管线法兰连接处与阀门处，锅炉所用燃料天然气相对空气密度为0.60，轻于空气，因此需将以天然气释放源为中心，半径为4.5m、地坪以上至封闭区内部的范围划分为2区，不在该范围内的区域均为非爆炸危险区域。

（二）供配电设计

突发停电事故可造成院校供暖及生活热水中断，燃气锅炉房内产生炉水汽化现象，对供热系统造成一定影响。该院校燃气锅炉房所处区域取电便捷，为保障供电稳定，依据《供配电系统设计规范（GB50052-2009）》的规定，可按符合规定的二级用电负荷设计供配电。电源引自附近变配电室，两路电源来自0.4KV低压侧不同段母线。

锅炉房内低压配电采用TN-S系统，配电电压为 220/380V。由配电室低压柜至各设备配电采用放射方式。

锅炉房主要电气设备在配电室内集中控制，其运行状态在配电室集中显示，电机旁设就地起停按钮，实现两地控制。

（三）照明设计

锅炉房照明设计应符合《建筑照明设计标准（GB50034-2013）》的要求。

锅炉房照明分为正常照明及应急照明。正常照明电源由低压配电柜引出至普通照明配电箱。应急照明采用集中电源非集中控制系统，电源由普通照明箱引至应急照明配电箱。照明配电箱内设独立计量系统。三相照明线路的各相负荷分配保持平衡。

按爆炸危险区域等级的划分，锅炉间和调压间照明设备采用防爆型。配电室、值班室及辅助用房的照明灯具选用三基色荧光灯；锅炉间、辅机间等高跨等处采用金属卤化物灯；在锅炉间、辅机间、配电室及主要通道的关键部位装设应急照明及疏散指示灯具。

非火灾状态下，应急照明不亮，疏散照明节电点亮；火灾状态下，应急照明配电箱收到火灾报警控制器的火灾报警信号后，能自动切断主电源输出，并控制应急照明点亮，疏散照明由节电点亮转入应急点亮模式。

（四）消防报警设计

1.火灾报警控制系统

锅炉房设置应符合安全间距，但院校作为人群密集区域，燃气锅炉房发生火灾仍可产生较大严重后果，本锅炉房设置2台7MW燃气热水锅炉，依据《锅炉房设计标准（GB50041-2020）》的规定，本应设置火灾报警控制系统，并与校内消防控制室相连接，增强燃气锅炉房安全保障。在电气设计时，火灾报警控制器放置于锅炉房控制室，在燃气锅炉间及调压间内设置防爆型感温探测器，值班室、配电室、水处理间等非爆炸危险区域设置普通感烟探测器，若发生火灾触及感温探测器与感烟探测器限值将会触发火灾报警控制器自动报警，火灾报警信号远传至校内消防控制室。

2.可燃气体报警控制系统

结合《火灾自控报警系统设计规范（GB50116-2013）》5.1.1条规定及《城镇燃气设计规范（GB50028-2006）》10.5条规定来看，需在调压间、锅炉间顶板下距顶0.3m处设置可燃气体探测器，两探测器间距≤15m。当燃气释放源距顶板垂直距离超过4m时，应设置集气罩或分层设置可燃气体探测器。在锅炉房主要出入口处设置声光报警器及手动报警按钮，可燃气体报警控制器放于值班室内。

当锅炉房内探测器检测到天然气泄漏时，可燃气体浓度达到≤25%爆炸下限，报警并启动燃气锅炉房事故风机；可燃气体浓度达到≤50%爆炸下限，报警并联动关断燃气调压间紧急切断阀，停止天然气供应，防止泄漏事故扩大。燃气报警信号远传至校内消防控制室。

3. 消防联动控制

在本工程案例中燃气锅炉房具有良好的自然通风条件，为进一步消除安全隐患，在燃气锅炉房调压间与锅炉间内设置防爆轴流风机，具有事故排风与正常通风两个作用。除此之外防爆轴流风机可与燃气锅炉房内可燃气体报警控制系统联动，若发生燃气泄漏事故时，则启动燃气锅炉房内所有事故风机，用以降低可燃气体浓度消除爆炸与火灾隐患。

（五）电气线路敷设

燃气锅炉房内存在爆炸危险区与非爆炸危险区，在爆炸危险区中需选择远离释放源的区域进行电气线路敷设，由于天然气比空气轻，因此线路敷设时需采用沿墙敷设或埋地敷设的方式。

在爆炸危险的环境下，电缆线路不应有中间接头，应采用足够长度的整根线缆，此外电缆线路穿过不同区域之间的墙或楼板时，应穿钢管保护并做好隔离密封。

为全面保障燃气锅炉房内电气系统稳定安全，需结合敷设校正系数、温度校正系数判断导体载流量，并结合气体性质进一步修正，以此保障燃气锅炉房电气线路敷设科学合理。

（六）防雷接地设计

结合《建筑物防雷设计规范（GB50057-2010）》来看，燃气锅炉房属于二类防雷建筑，需注重整体建筑的防雷接地。

1.在燃气锅炉房防雷设计中，可将锅炉金属烟囱作为接闪器与建筑屋顶接闪带进行可靠焊接，以此形成稳定电气通路。燃气锅炉放散管增加阻火器，并使放散管管帽处于屋面接闪器保护范围内。

2．在配电室低压进线柜母线处装设Ⅰ级试验电涌保护器，电压保护水平值≤2.5kV，冲击电流值≥12.5kA^[3]。

3.接地系统直接决定燃气锅炉房电气系统稳定性，应依据国家现行标准展开规范化设计。

1）首先，利用建筑物基础地梁钢筋作为接地装置，弱电接地、工作接地、防静电接地、防雷接地共用同一接地装置，其接地电阻≤1Ω。若选用TN-C接地系统，在爆炸性环境中，正常运行情况下，中性线存在电流，可能会产生火花，引发气体爆炸，因此在爆炸危险区中只允许采用TN-S型接地系统^［3］，结合案例来看，配电室为非爆炸危险区，接地线引至配电室时，需将重复接地的PEN线转换为N线与PE线。

2）其次，在锅炉间及燃气调压间等爆炸危险环境内，燃气阀门连接处、管道法兰等金属管道构件处应采用金属线进行防静电跨接。锅炉房内事故风机具有较强功能性，必须设计防静电接地，以此保障燃气锅炉房内事故风机可于事故突发时及时排风。

3）最后，燃气锅炉房内各烟囱、锅炉底部需与接地体焊接至少两处，同时将软水箱、软水器、水泵等具有金属外壳的设施，与锅炉房接地系统内环形导体进行等电位连接，连接处应做防腐处理，最大化保障燃气锅炉房电气系统安全可靠。

结束语：综上所述，自燃气锅炉房大规模普及以来，国家相继出台燃气锅炉房相关条例，具有指导性作用，在某院校燃气锅炉房电气设计中，综合考量爆炸危险区、供配电、照明、消防报警、线路敷设和防雷接地等方面，全面保障燃气锅炉房电气设计方案符合规范，保障其安全性与稳定性。

参考文献：

[1]朱鹏,李远付,薛冬华等.燃气锅炉房电气防爆设计探讨[J].工程技术研究,2020,5(02):201-202.

[2] 爆炸危险环境电力装置设计规范：GB50058-2014[S].北京：中国计划出版社，2014

[3] 建筑物防雷设计规范：GB50057-2010[S].北京：中国计划出版社，2011