燃气锅炉房电气设计探讨

庞 月

(内蒙古城市规划市政设计研究院有限公司, 内蒙古 呼和浩特 010010)

0 引 言

随着油气资源的大力开发,燃气锅炉的应用逐年上升,燃气锅炉房建设进入新的发展时期。根据“十二五”中长期节能减排清洁生产规划要求,燃煤锅炉要逐步改造成燃气锅炉,我国燃气锅炉的应用必将得到进一步发展。因此,燃气锅炉市场从设计、施工、安装和验收都需要在遵守相关规范的前提下,应用一些能体现节约能源的技术,并指导燃气锅炉房建设的研究成果。

本文探讨新建和改建燃气锅炉房的电气防爆设计相关问题,以期为电气设计人员提供参考。

1 相关规范

标准GB 50016—2006《建筑设计防火规范》[1]条文说明第3.3.12条指出:在使用明火设备的一些危险区域,例如燃气锅炉房的燃烧室附近,可采用非防爆型电气设备。但国家标准GB 50016—2006并未对“附近”一词明确规定其适用范围。然而GB 50016—2014《建筑设计防火规范》[2]已经删除原条文说明。

标准GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》[3]第3.2.2条保留“明火设备附近可划为非爆炸危险区域”的概念,但也并未明确燃气锅炉房是否应该按照爆炸危险环境进行电气设计,只在第3.2.5条提出:爆炸危险区域的划分应按释放源级别和通风条件确定,存在连续级释放源的区域可划为0区,存在一级释放源的区域可划为1区,存在二级释放源的区域可划为2区,并应根据通风条件按下列规定调整区域划分:

(1) 当通风良好时,可降低爆炸危险区域等级;当通风不良时,应提高爆炸危险区域等级。

(2) 局部机械通风在降低爆炸性气体混合物浓度方面比自然通风和一般机械通风更有效时,可采用局部机械通风降低爆炸危险区域等级。

(3) 在障碍物、凹坑和死角处,应局部提高爆炸危险区域等级。

(4) 利用堤或墙等障碍物,限制比空气重的爆炸性气体混合物的扩散,可缩小爆炸危险区域的范围[2]。

因此,燃气锅炉房是否按照爆炸危险环境进行电气设计,应根据具体情况确定。

2 相关定义

燃气锅炉是指燃料为燃气的锅炉,如天然气、液化石油气、人工煤气和沼气等。天然气的主要成分是甲烷,爆炸极限为5%～15%,比空气轻,密度一般是空气的0.55～0.85倍;液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷,爆炸极限为1.5%～9.5%,比空气重,密度一般是空气的1.69倍;人工煤气的主要成分为烷烃、烯烃、芳烃、一氧化碳和氢气,比空气轻;沼气的主要成分是甲烷,其特性与天然气相似。

无论哪种燃气锅炉房,当燃气含量达到一定浓度范围时遇明火都会爆炸。针对不同燃料的燃气锅炉进行电气设计时,按照燃气与空气相对密度的关系,大致分为两种情况:一种是燃气比空气轻的燃气锅炉,如天然气、人工煤气、沼气锅炉等;另一种是燃气比空气重的燃气锅炉,如液化石油气锅炉等。

3 相关设备

通过对多个燃气锅炉厂家调研,目前生产的燃气锅炉炉膛大多为密闭式,有别于燃煤锅炉。燃气锅炉的关键部件是锅炉燃烧器,目前国内生产的燃气锅炉配用国内燃烧器的比例较小,大部分配用进口燃烧器。不论是进口还是国产燃烧器,成套供应的控制箱都不是防爆等级,多数采用IP54防护等级,说明燃气锅炉厂家默认锅炉的安装环境为通风良好区域。

4 爆炸危险区域划分

燃气锅炉房锅炉间内可燃气体的释放源可能出现在以下部位:锅炉炉膛、烟道、燃气管道的阀门密封处、燃气管道的法兰、连接件和管道接头处等。根据工艺专业要求,以上释放源按可燃物质的释放频繁程度和持续时间长短应划为二级释放源。锅炉间的爆炸危险区域初步划为2区,然后根据通风条件调整区域划分[4]。

气体是可变形可流动的流体,相对空气轻的气体会向上流动,相反,相对空气重的气体会向下流动,直到遇到障碍物后停留。爆炸危险区域内通风的空气流量能使可燃物质很快稀释。当良好通风时,燃气锅炉间可由爆炸危险区域2区降低为非爆炸危险区域;当通风不良时,燃气锅炉间可由爆炸危险区域2区提高为爆炸危险区域1区。也可采用局部机械通风,将燃气锅炉间由爆炸危险区域2区降低为非爆炸危险区域。但在障碍物、凹坑和死角处,应将爆炸危险区域2区局部提高为爆炸危险区域1区。当采用比空气重的可燃气体时,可以利用堤或墙等缩小爆炸危险区域[5-8]。

当符合下列相应条件之一,也可划为非爆炸危险区域:

(1) 采取措施,确保不形成爆炸危险性环境。

(2) 确保设备在出现爆炸性危险环境时断电,应防止热元件点燃。

(3) 采取措施,确保人和环境不受试验燃烧或爆炸带来的危害。

(4) 相关人员应书面写出采取的措施[2]。

5 电气设计分析

根据GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》中第3.1.3条规定:对区域内易形成和积聚爆炸性气体混合物的地点应设置自动测量仪器装置,当气体接近爆炸下限值的50%时,应能可靠地发出信号或切断电源;在区域内应采取消除或控制设备线路产生火花、电弧或高温的措施[2]。

燃气锅炉房内的电气设备应与通风系统联锁。设备运行前应先通风;电气设备外壳及通风系统的门或盖子应采取联锁装置。

当燃气锅炉间被划为爆炸危险区域,锅炉间内的电力装置设计宜将设备和线路,特别是正常运行时能发生火花的设备布置在爆炸性环境以外,或布置在爆炸危险性较小的地点[7]。

如锅炉间内存在比空气轻的可燃气体时,应尽可能选用功率大的低温照明灯具,以减少灯具数量,不应使用卤钨灯等高温照明灯具;选择灯具的温度组别,应参考GB 50058—2014中表3.4.2、表5.2.3-2和附录C中;可将灯具布置在侧墙上,而不是顶部;电气线路不宜采用电缆桥架敷设。

如锅炉间内存在比空气重的可燃气体时,应尽可能减少插座的数量,或将插座布置在可燃气体不易积聚的地点;电气线路宜在较高处敷设或直接埋地。

当燃气锅炉间被划为爆炸危险区域2区,危险区域内电气设备的保护级别(EPL)应选择Ga、Gb或Gc。当燃气锅炉间被划为爆炸危险区域1区,危险区域内电气设备的保护级别应选择Ga、Gb。

在爆炸危险区域内,除在配电盘、接线箱或采用金属导管配线系统内,无护套的电线不应作为供配电线路。在爆炸危险区域1区内应采用铜芯电缆,爆炸危险区域2区除一种情况可以采用铝芯外,也应采用铜芯。爆炸危险环境配线的技术要求如表1所示。

表1 爆炸危险环境配线的技术要求

设计时还应注意敷设电气线路的沟道、电缆桥架或导管,所穿过的不同区域之间墙或楼板处的孔洞应采用非燃性材料严密堵塞。在爆炸危险区域1区内严禁电缆线路有中间接头,爆炸危险区域2区内不应有中间接头。

如燃气锅炉房存在爆炸危险区域时,在电力系统接地设计时爆炸危险环境应采用TN-S型系统。而且爆炸性气体环境中应设置等电位联结,所有裸露的装置外部可导电部件应接入等电位系统。

6 结 语

在燃气锅炉房的电气设计时,应根据释放源的级别和位置、可燃物质的性质、通风条件、障碍物及生产条件、运行经验,经技术、经济比较确定爆炸危险区域的范围和等级,根据爆炸危险区域的划分结果和相关规范要求进行设计。在设计阶段严格划分爆炸危险区域,施工时才能协调一致,最大限度地消除事故隐患。另外,不同环境的建筑物和构筑物内所选用的电机和电气设备均应与环境相适应。如果燃气锅炉间不需要划定为爆炸危险区域,则按照非爆炸危险区域的要求进行电气设计。

[1]建筑设计防火规范:GB50016—2006[S].

[2]建筑设计防火规范:GB50016—2014[S].

[3]爆炸危险环境电力装置设计规范:GB50058—2014[S].

[4]锅炉房设计规范:GB50041—2008[S].

[5]城镇燃气设计规范:GB50028—2006[S].

[6]石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范:GB50493—2009[S].

[7]姜庆胜.天然气锅炉房的电气防爆设计误区[J].电气防爆,2011(3):20-22.