大型燃气锅炉房电气消防设计探讨

孙 静

（中国航空规划设计研究总院有限公司）

大型燃气锅炉房电气消防设计探讨

孙 静

（中国航空规划设计研究总院有限公司）

针对燃气锅炉房的特点，从相关规范的条款出发，结合实际工程的设计方案，分别从消防负荷类别、消防配电、火灾报警、燃气报警、电气火灾监控等方面进行探讨，指出燃气锅炉房消防电气设计中应注意的问题，对今后的大型燃气锅炉房设计有一定的参考意义。

燃气锅炉房；消防配电；火灾自动报警；电气火灾监控

1 引言

随着环境污染加剧和能源结构不断调整，国内不少大、中城市对所属区域锅炉房使用的能源做出了许多限制，如北京市明确规定，“截至2017年底前，北京地区将实现无燃煤率达到90%”。燃气锅炉房以天然气为燃料，其污染小、效率高、占地小、投资少，得到大规模建设，并且越来越向大型化发展。大型燃气锅炉房项目作为一个整体，一般还需配套办公楼、门房、综合泵房等附属厂房。

燃气锅炉房生产的火灾危险性为丁类，《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006) 也明确指出，燃气锅炉房划为非爆炸危险区域。但天然气属于易燃易爆气体，为了保证锅炉的正常运行，做好燃气锅炉房的电气设计，尤其是消防安全方面的设计非常重要。

燃气锅炉房的电气消防系统主要包括：消防配电、火灾自动报警、消防应急照明、燃气报警、电气火灾监控等，接下来将逐一探讨。

2 消防配电

以某燃气锅炉房为例，建设规模为安装4台58MW燃气热水锅炉，锅炉房一层设变电站，厂区附建门房、综合泵房、综合楼。

锅炉房的消防负荷分级根据《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)10.1.2条确定，当室外消防用水量大于30L/s时消防用电应按二级负荷供电。锅炉房室外消防水量由给排水专业设计，通常参照《火力发电厂与变电站设计防火规范》(GB 50229—2006)7.2.2条，一般建筑物体积在20000～50000m3之间时，室外消防水量为30L/s。当建筑物体积小于20000m3时，室外消防水量小于30L/s。

依据《锅炉房设计规范》(GB 50041—2008)15.2.条，锅炉房的供电负荷级别和供电方式，应根据工艺要求、锅炉容量、热负荷的重要性和环境特征等因素，按现行国家标准《供配电系统设计规范》(GB 50052—2009)的有关规定执行。

而根据《供配电系统设计规范》(GB 50052—2009)3.0.1条规定，中断供电将在经济上造成较大损失或将影响较重要用电单位的正常工作时，电力负荷应视为二级负荷。《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16—008)3.2.6条也指出，区域性的采暖锅炉房的用电负荷分级不应低于二级。

若仅因为某些锅炉房室外消防水量不大于30L/s，而确定锅炉房消防负荷供电等级为三级是不正确的，应同时满足其他相关规范的要求，根据其重要程度确定为二级负荷。

2.1 消防负荷分类

大型燃气锅炉房消防负荷包括消火栓泵（自喷泵）、消防稳压泵、火灾自动报警系统主电源、消防应急照明等。

2.2 消防配电回路要求

消防用电的可靠性是建筑消防设施安全运行的基本保证，是发生火灾时建筑物内消防设施有效灭火的前提条件。因此，消防配电线路的保护应以确保供电的可靠性为首要原则。

2.2.1 专用回路

《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)10.1.6条规定，消防用电设备应采用专用的供电回路，当建筑内的生产、生活用电被切断时，应仍能保证消防用电。消防电源宜直接取自建筑内设置的配电室母线或低压电源进线。也即，并非消防负荷电源专用回路均需要取自变电站低压母排，可以独立建筑物为分界线。比如，大型燃气锅炉房还包括多个附属厂房，附属厂房内的消防负荷电源可直接取自厂房内总配电柜，但要保证回路专用。依据此条，可大大减少变电站的出线数量。

2.2.2 投切方式

消防用电设备的供电，应在最末一级配电箱处设置自动切换装置，但是三级消防负荷只需单回路供电，所以三级消防负荷不必设置切换装置。对于消防控制室、消防水泵房、防烟和排烟风机房的消防用电设备及消防电梯等，最末一级配电箱为消防设备或消防设备室的最末级配电箱；对于消防应急照明和疏散指示等，可以一个防火分区为单元，并非要将消防设备布置的房间定义为最末端。

发生火灾事故时，若工作电源运行正常，应由工作电源供电，只有工作电源发生故障后，才切换备用电源。对于设置双电源转换装置的消防用电设备（如火警双电源箱、消防水泵、消防排烟风机），其电源投切方式应考虑保证供电的连续性，无论是互为备用还是“一主一备”，都应选择自投不自复型，避免出现反复投切。对于主、备明确的双路电源，若电源恢复正常，当火情解除后，可手动切换至主电源。

此外，应将消防配电箱和控制箱安装在符合防火要求的配电间或控制室内，或采用内衬岩棉对箱体进行防火保护。

2.2.3 断路器选择

依据《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116—2013)10.1.4 规定，火灾自动报警系统主电源不应设置剩余电流动作保护和过负荷保护装置。火警双电源箱电源，火警控制盘、可燃气报警控制盘等电源，可采用单磁脱扣的断路器，过载只报警。

《低压配电设计规范》(GB 50054—2011)6.3.6条规定，对过负荷断电将引起严重后果的线路，其过负荷保护不应切断线路，可作用于信号。就消防负荷而言，过负荷断电将引起严重后果。以本工程为例，综合泵房内设消防泵配电柜（消防泵两台75kW，“一用一备”），自喷泵配电柜（自喷泵两台45kW，一用一备）。消防泵配电柜及自喷泵配电柜的两路电源引自锅炉房变电站，互为备用。目前，对于消防泵配电柜的电源，大家普遍认同的做法有两种：①采用具有单磁脱扣的断路器；②将断路器放大级数（以②为宜，使其过载不跳闸）。

2.2.4 电缆选择及敷设

根据《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)10.1.10条，消防配电线路应满足火灾时连续供电的需要。根据锅炉房项目设计经验，一般不会为消防配电线路单独设电缆沟，消防配电干线一般与非消防配电线路共沟敷设，按照规范消防配电干线应采用矿物绝缘电缆，可选用柔性矿物绝缘电缆BRTRZ。根据柔性矿物绝缘电缆的特性，不建议明敷。

消防配电干线宜按防火分区划分，消防配电支线不宜穿越防火分区。

2.3 消防应急照明

《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16—2008)13.8.6条规定，备用照明及疏散照明的最少持续供电时间及最低照度，应符合表13.8.6的规定。消防控制室、配电室、水泵房照明备用时间大于等于180min。

为满足配电室、消防泵房、消防控制室等场所火灾时作业面的最低照度不应低于正常照明的照度要求，配电室照明可设照明双电源箱，消防泵房照明引自消防泵配电柜，照明回路单独计量，满足应急时间180min及等照度要求。

疏散照明的设置应依据《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)10.3.1条之规定：封闭楼梯间、消防电梯间的前室、建筑面积大于200m2的餐厅、营业厅，公共建筑内的疏散走道、人员密集的厂房内的生产场所及疏散走道等场所应设疏散照明。一般地，燃气锅炉房主厂房不含上述场所，可不设疏散照明，附建办公楼属于公共建筑，应根据上述要求设置。

在选择疏散照明灯具时应注意，据双头灯的制造标准，有电不亮，断电才亮，造成发生火灾时不切电源就不亮，因此不宜用于疏散照明，可用于工作备用照明。疏散照明应该在火灾时强制点亮，可选荧光灯、LED光源的应急照明灯。

根据《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)10.3.5条，公共建筑、建筑高度大于54m的住宅建筑、高层厂房（库房）和甲、乙、丙类单、多层厂房，应设置灯光疏散指示标志。燃气锅炉房主厂房生产的火灾危险性为丁类，可不设灯光疏散指示标志。但厂区内的办公楼、宿舍楼等属于公共建筑，应根据要求设置灯光疏散指示标志。

3 电气火灾监控

电气火灾监控系统属于先期预警系统，与传统火灾自动报警系统不同的是，电气火灾监控系统早期报警是为了避免损失。据《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014）10.2.7条规定，建筑高度大于50m的乙、丙类厂房，室外消防用水量大于30L/s的厂房（仓库）的非消防用电负荷，宜设置电气火灾监控系统。

在大型燃气锅炉房项目设计初始阶段，首先应向给排水专业核实各厂房的室外消防用水量，依据此条判断是否该设置电气火灾监控系统。电气火灾监控系统的设置方案应根据《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116—2013)第9.1.1条：电气火灾监控系统可用于具有电气火灾危险的场所，尤其适用于变电站、石油石化、冶金等不能中断供电的重要场所。

在进行电气火灾监控系统设计时，应首先进行系统规划，以确定受控点总数和具体探测器的数量。根据受控点总数和监控主机设备安装位置确定电气火灾监控设备的选型、布线，并完成系统图。电气火灾监控器应设置在消防控制室内或保护区域附近；设置在保护区域附近时，应将报警信息和故障信息通过通信的方式传入消防控制室。

电气火灾监控系统应由下列部分或全部设备组成：电气火灾监控器、剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器。在燃气锅炉房变电站的非消防馈线回路，均装设剩余电流式电气火灾监控探测器。剩余电流式电气火灾探测器有一体式、分体式两种类型：一体式电气火灾探测器以探测器作为电气火灾监控系统信号采集处理单元，能通过内置电路及软件对传感器传递的信号进行智能分析处理，判断外设的工作状态（即故障状态、火灾报警状态、正常工作状态），并通过二总线通信向控制器传递节点工作信息，完成监控信息的综合处理；分体式电气火灾探测器由监控部分、传感器部分组成，监控部分作为电气火灾监控系统信号处理单元，传感部分为剩余电流互感器，为信号采集单元。分体式和一体式均可选用，应注意，当选择不同类别时系统连线也不同。

另外，剩余电流保护保护检测的是三相电流加中性线电流的相量和 。可见，剩余电流互感器适用于TN-S系统，但不适用于TN-C系统。若厂区采用TNC-S系统，则附属厂房的出线总回路不能设置剩余电流互感器。一般地，大型燃气锅炉房的附属厂房的室外消防水量也小于30L/s，不需要设置电气火灾监控。

4 火灾自动报警及燃气报警系统

4.1 火灾报警系统

根据《锅炉房设计规范》(GB 50041—2008)的规定： 非独立锅炉房和单台蒸汽锅炉额定蒸发量大于等于10t/h或 额定蒸发量大于等于40t/h及单台热水锅炉房额定热功率大于等于7MW或总额定热功率大于等于28MW的独立锅炉房，应设置火灾探测器和自动报警装置。大型燃气锅炉房有消防水泵的联动控制，根据《火灾自动报警系统设计规范》的有关规定，燃气锅炉房应设置火灾集中报警系统。

燃气锅炉房按照集中报警系统进行设计，采用智能二总线报警系统，对全厂的火灾信号和消防设备进行监视及控制。在消防控制室设置火灾报警控制台（包含火灾报警控制器、消防电话主机、广播控制盘、功率放大器、多线手动控制盘、联动电源等）、图形显示装置、电气火灾监控器。

在高低压配电间、变频器间、消防控制室、过厅、锅炉控制室、值班室、电气维修间等处设置感烟探测器。风机间、水处理间等场所可不设感烟探测器。燃气锅炉间仅安装有燃气锅炉，无可燃物，本文认为不必装设火灾探测器。

在厂房的主要出入口、疏散楼梯口等处设置手动火灾报警按钮（带消防对讲电话插口）。从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的步行距离不大于30m，每个防火分区应至少设置一个手动火灾报警按钮。在厂房的主要出入口、疏散楼梯口等处设置声光警报器，并应在确认火灾后启动建筑内所有火灾声警报器。

根据《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116—2013)4.8.7条规定，集中报警系统和控制中心报警系统应设置消防应急广播。规范对于消防应急广播的设置，特指民用建筑内设置时有间距和位置要求，燃气锅炉房作为工业建筑并未有明确的依据规定如何设置应急广播。本文认为，锅炉间、水泵间、风机间等场所没有必要设置消防应急广播，可在锅炉控制室附近、门厅、走廊等处设置消防应急广播。

4.2 消防联动

水箱间消防增压稳压设备属配套设备。消防增压稳压控制系统自动控制信号、消防增压稳压泵的运行、故障信号应反馈至消防联动控制器。消火栓消防泵启动后，稳压泵自动停止运行。

需要火灾报警系统联动控制的消防设备，其联动触发信号应采用两个独立的报警触发装置报警信号的“与”逻辑组合。

消火栓消防泵的控制包括联动控制方式、火警盘联动、手动控制方式。联动控制，是以消火栓系统出水干管上设置的压力开关作为触发信号，直接启动消火栓消防泵，此联动控制不受消防联动控制器处于手动或自动状态的影响。火警盘联动控制，当火警控制器接受到两个独立的报警触发装置报警信号的“与”逻辑组合时，手动控制消火栓消防泵的启动。手动控制方式，是将消火栓消防泵的启停按钮用专用线路直接连接至消防联动控制器的手动控制盘上，并直接手动控制消火栓消防泵的启动、停止。消火栓泵的动作信号应反馈至消防联动控制器。

当确认发生火灾时，可自动启动消防应急广播系统及火灾声光警报器。消防联动控制器首先切断火灾区域及相关区域的鼓风机、排风机、插座，根据燃烧器供货商要求确定延时。非消防电源，当需要切断正常照明时，宜在消火栓系统动作前切断。

4.3燃气报警系统

燃气锅炉间有可能散发可燃气体，应设可燃气体浓度报警系统，报警主机布置在消防控制室内，采用智能总线系统。在锅炉燃气阀组上方、锅炉间屋顶设置隔爆型可燃气体探测器。可燃气体探测器在屋顶设置时，安装高度在顶棚下0.3m；在电磁阀（组）上方设置时，距阀（组）1.0m。

天然气浓度达到爆炸下限的20%时报警，系统接到报警信号作声光报警并联动报警点相对应的轴流风机，持续报警1min则切断天然气进气管道电磁阀。

4.4 消防控制室的设置

根据《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116—2013)3.4.1条，具有消防联动功能的火灾自动报警系统的保护对象中应设置消防控制室。

《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)8.1.7条规定，附设在建筑内的消防控制室，宜设置在建筑内首层或地下一层，疏散门应直通室外或安全出口。《锅炉房设计规范》(GB 50041—2008)17.0.6条指出，消防集中控制盘，宜设在仪表控制室。

考虑到燃气锅炉房人员配置问题，大多数运行的项目中，单独设置的消防控制室内多没有专门的值班人员。建议，若厂区有办公楼时，可在办公楼设单独的消防控制室。若锅炉房厂区无办公楼等建筑，为方便管理，可以考虑消防控制室与锅炉控制室合用，此时，锅炉控制室可设置在1层或在2层，但必须满足消防直通室外或安全出口要求。

5 结束语

大型燃气锅炉房电气消防设计应遵循《锅炉房设计规范》《火灾自动报警系统设计规范》《建筑设计防火规范》等相关规范的要求，保证系统在火灾时快速可靠地报警，切断非消防用电负荷、可靠地启动消防设备，且要保证消防用电设备的供电时间。在进行电气消防设计之前，应准确地了解给排水、暖通、建筑等各专业对消防系统的设置要求，关起门来做设计，一切都是妄谈。

本文探讨了大型燃气锅炉房消防配电、消防应急照明、火灾自动报警、燃气报警、电气火灾监控等各消防系统应注意的问题，以供广大设计者参考。

[1] 刘叶语,丁杰.燃气锅炉房电气设计探讨[J].建筑电气,2016(5):9-12.

[2] 周长才.燃气锅炉房选用非防爆电器的依据及其安全措施[J]. 2010(12):76-77.

[3] GB 50016—2014 建筑设计防火规范[S].

[4] GB 50116—2013 火灾自动报警系统设计规范[S].

[5] 中国建筑东北设计研究院主编.JGJ 16-2008 民用建筑电气设计规范[S].

Discussion on Electric Fire Protection Design of the Large Gas Boiler Room

SUN Jing

(China Aviation Planning and Design Institute (group) Co., Ltd)

According to the characteristics of gas boiler room, starting from the relevant norms of the terms, based on the design of practical engineering, respectively, from the fire protection load category, fire protection power distribution, fire alarm, gas alarm, electric fire monitoring and other aspects, pointed out that the gas boiler room fire protection power distribution design problems should be paid attention to, has certain reference significance to the large gas boiler room design.

gas boiler room; fire protection power distribution; automatic fire alarm; electrical fire monitoring