电力工程总图布置中消防设计常见问题分析

2022-11-01额尔敦毕力格樊洛岑宗知源

电力勘测设计 2022年10期

塔拉，苏擘，额尔敦毕力格，樊洛岑，宗知源

(1. 内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古呼和浩特 0100102. 内蒙古中实工程招标咨询有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010010)

0 引言

消防设计是电力工程总图布置的重点内容之一，主要涉及建(构)筑物火灾危险性和耐火等级、防火间距、消防救援场地等内容。目前电力工程总图布置消防设计主要依循的规范有GB 50016—2014《建筑设计防火规范 (2018年版)》(以下简称《建筑防火规2018》)、GB 50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》(以下简称《火变防火规2019》)、 DL/T 5032—2018《火力发电厂总图运输设计规范》(以下简称《火电总规2018》)等。

实际设计过程中，由于对规范、工艺的理解偏差或规范中无确切的说明，会出现执行不一致或存在争议的情况。基于此，本文从规范和工艺原理对常见的电力工程总图布置消防设计疑点进行分析，总结其合理解决途径和方法。

1 除尘器室与锅炉房间距

在严寒地区考虑冬季采暖，对除尘器和锅炉一般均进行封闭设计。随着消防审查和验收的规范化和严格化，除尘器室和锅炉房之间的间距成了火力发电厂总图布置消防设计中的争议点。工艺角度上其间距满足烟道直线段要求即可，间距小可节省烟道材料，而总图布置需要满足防火间距要求。所以争议主要有三点：①间距是否受消防规范限制；②设置间距是否有实际作用；③间距取值问题。

1.1 间距是否受消防规范限制

间距不受消防规范限制的观点认为除尘器是设备，防火间距针对建构筑物而定，设备不受其约束。北方严寒地区的除尘器设备下部设置有除尘器间，其内一般布置有灰斗、仓泵、风机、加热器、储气罐等设备和构筑物，墙体设置窗户、通行门、检修门。GB/T 50504—2009《民用建筑设计术语标准》[1]2.1.4条中对建筑物定义为用建筑材料构筑的空间和实体，供人们居住和进行各种活动的场所。《火变防火规2019》3.0.1条和《火电总规2018》5.7.1条中均对除尘构筑物火灾危险性和最低耐火等级分别定义为丁类、二级，实际工程中除尘器间的建筑设计也是按此规定进行设计。所以除尘器间属于建筑物，受消防规范限制是无容置疑的。

1.2 设置间距是否有实际作用

设置间距无实际作用的观点认为除尘器室和锅炉房之间有烟道连接，一旦一方发生火灾，火焰通过烟道传到另一方，所以设置间距无实际意义。根据《火变防火规2019》6.3.2条，除尘器室和锅炉房之间烟道均需要设置烟温测温、超温报警、喷水降温、关断门等保护装置[2]，且烟道为封闭结构，所以炉膛内火焰通过烟道传到另一方的假设是不成立，即设置间距有实际消防作用。

1.3 间距取值问题

间距取值是否按高层厂房与其他厂房之间间距执行问题。锅炉房属于高层厂房，根据《火变防火规2019》3.0.1条和《火电总规2018》5.7.1条规定火灾危险性和最低耐火等级分别为丁类、二级。所以根据《建筑防火规2018》3.4.1条、《火变防火规2019》4.0.15条和《火电总规2018》5.7.3条锅炉房和除尘器间防火间距应为13 m。

根据《建筑防火规2018》表3.4.1注3和《火电总规2018》5.7.3-5条规定，当锅炉房除尘器一侧外墙为防火墙且开口部位设置甲级防火门、防火窗或者除尘器间锅炉房一侧设置无开口防火墙且其屋顶耐火等级≥1 h时，其间距最小可压缩到4 m。但锅炉房和除尘器间外墙封闭一般采用金属岩棉夹芯板材料，厚度一般为80～100 mm，根据《建筑防火规2018》表3.2.1、3.2.12条、附表1的规定，其燃烧性能为不燃性、耐火极限最大能达到0.8 h，无法达到防火墙作用。600 MW等级机组锅炉房尾部间高度约65 m、除尘器间高度约8 m，其外墙做成防火墙造价过大，相比所节省的烟道材料无法对比，代价过大且实施可能性较小。外墙为金属岩棉夹芯板材料的锅炉房和除尘器间门窗面积和位置符合《建筑防火规2018》表3.4.1注2、《火电总规2018》5.7.3-2条规定时，其间距为13×(1-0.25)=9.75 m，但根据实际工程案例来看，锅炉房和除尘器间门窗面积和位置很难达到上述规定。

《火变防火规2019》4.0.3条中规定：“…单机容量为300 MW及以上机组，在炉后与除尘器之间应设置单车车道…”[2]，《建筑防火规2018》7.1.8-4条中规定：“消防车道靠建筑外墙一侧的边缘距建筑外墙不宜小于5 m”[3]，并且锅炉房和除尘器间间距宽松有利于炉后地下管网的布置。综合上述，锅炉房和除尘器之间的防火间距尽量取值13 m。

2 尿素车间火灾危险性

随着《国家能源局综合司关于加强电力行业危化品储存等安全防范工作的通知》(国能综通安全〔2020〕85号)的出台，除了少部分与化工园区较近的电厂采用氨水外，大部分新建电厂均采用尿素作为脱硝还原剂，采用液氨的在运行电厂也逐步开始改造成用尿素作为还原剂。《火电总规2018》表5.7.1-2中对尿素储存和制备间火灾危险性和最低耐火等级分别为丙类、二级，并在其注3中规定：“尿素储存和制备间采用水解时应为乙类”[4]。尿素储存和制备间采用水解工艺时，其火灾危险性定义为乙类的原因为氨气，氨气为乙类火灾危险性气体，且《建筑防火规2018》3.1.2条文解释表1、《火变防火规2019》表3.0.1、《火电总规2018》表5.7.1-2中对氨压缩机房、氨气化间火灾危险性均定义为乙类。一般情况下按此规定执行是正确的，但有些情况下需要特殊考虑。

2.1 尿素分解反应器布置位置及特点

目前尿素热解工艺中一般都采用热风或高温烟气作为热源(电加热器能耗高)，所以从节能角度上考虑，尿素热解反应器一般布置在锅炉房；水解反应器及相关设备较大，不方便布置于锅炉房，一般都布置在尿素储存和制备间。所以采用热解工艺时尿素储存和制备间送至锅炉房的是尿素溶液，水解工艺时尿素储存和制备间送至锅炉房的是氨气。但因工程条件的不同，热解反应器和水解反应器均可布置在尿素储存和制备间或锅炉房，特别是改造项目中此类情况并不罕见。另外，水解反应器布置在尿素储存和制备间时其火灾危险性也不能直接定为乙类。根据《建筑防火规2018》3.1.2条规定，当火灾危险性较大的生产部分占本层或本防火分区建筑面积的比例小于5%时可按火灾危险性较小的部分确定，并在其条文解释表2中给定的氨气生产部分与房间容积的比值小于5 L/m3(标准状态)且最大总量小于50 m3(标准状态)时可不考虑氨气火灾危险性[3]。

2.2 确定尿素车间火灾危性的方法

当采用选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction，SNCR)工艺时，尿素储存和制备间火灾危险性为丙类。当采用SCR(selective catalytic reduction，选择性催化还原法)工艺时，若从尿素储存和制备间出来的是尿素溶液时，尿素储存和制备间火灾危险性为丙类；若从尿素储存和制备间出来的是氨气，且氨气制备空间小于《建筑防火规2018》3.1.2条和3.1.2条条文解释表2中规定值时，尿素储存和制备间火灾危险性为丙类，反之为乙类。

具体设计工作中总图专业应与工艺专业和建筑专业紧密配合，合理确定尿素储存和制备间火灾危险性。

3 脏净油箱与其他建筑物间距

火力发电厂脏净油箱是主厂房主油箱(储存汽轮机和发动机润滑油箱，其闪点一般不小于180℃)，检修时用于临时储存和过滤主油箱油的装置，一般露天布置在汽机房A列外，1000 MW级机组的容量约100 m3。《火电总规2018》[4]5.7.3-17条中规定：“A列外露天储油箱防火间距宜按变压器防火间距执行…”，那么根据《火电总规2018》5.7.3-7条规定和《火变防火规2019》4.0.9条规定，不采取特殊措施情况下脏净油箱与其他建筑物间距为10 m。实际上，不采取特殊措施情况下，当布置空间较为紧张时，根据《建筑防火规2018》相关规定可以进一步压缩此间距。《建筑防火规2018》表4.2.1注4中规定：“…闪点大于120℃的液体储罐区与其他建筑的防火间距，可按本表的规定减少25%” ，此规定结合表4.2.1所规定的防火间距，可推导出脏净油箱与其他建筑物防火间距：12 m×(1-0.25)=9 m。

4 防火墙压缩防火间距问题

《建筑防火规2018》表3.4.1注2、《火电总规2018》5.7.3-1条中均规定：“…相邻两座高度相同的一、二级耐火等级建筑中相邻任一侧外墙为防火墙且屋顶的耐火极限不低于1 h时，其防火间距不限，但甲类厂房之间不应小于4 m。” 实际工程中常遇到类似如图1所示的情况，即建筑高度相同、屋顶的耐火极限≥1 h的一、二级耐火等级厂房A建筑和B建筑之间间距d＜防火间距D，且A建筑墙因条件限制无法做成防火墙。根据《建筑防火规2018》表3.4.1注2和《火电总规2018》5.7.3-1条规定，可以把B建筑的墙做防火墙来解决两座建筑之间不满足防火间距的问题。争议点在于B建筑靠A建筑侧整面墙均做成防火墙还是只对A建筑正对面部分做防火墙。

图1 间距不满足防火要求的建筑高度相同两座建筑布置情况

根据《建筑防火规2018》2.1.21条中对防火间距的定义为：“防止着火建筑在一定时间内引燃相邻建筑，便于消防扑救的间隔距离。”从定义上看，防火间距首先是为了防止着火建筑在一定时间内引燃相邻建筑而设置。而防火墙是有效防止着本建筑火灾引燃相邻建筑或相邻建筑火灾引燃本建筑的措施。所以，对B建筑的防火墙范围在A建筑正对面部分基础上应扩展至防火间距D所影响范围，如图2所示。此处理方法符合《建筑防火规2018》3.4.5-1条规定的原则。

图2 压缩防火间距的防火墙范围示意图

5 屋外配电装置区附近布置制(供)氢站问题

氢站布置于屋外配电装置区附近，满足了制(供)氢站布置的两个关键因素：①氢气属于易燃易爆甲类气体，宜布置在厂区边缘地带；②氢气在火力发电厂中用于发电机冷却，制( 供)氢站布置在汽机房较近位置有利于缩短氢气管道。

根据GB 50177—2005《氢气站设计规范》[5]3.0.1-1条和《火电总规2018》5.3.1-1条规定，制(供)氢站布置应远离有明火或散发火花的地点。《建筑防火规2018》2.1.9条中对散发火花地点定义为：“有飞火的烟囱或进行室外砂轮、电焊、气焊、气割等作业的固定地点。” 很多设计人员根据此定义认为屋外配电装置不属于散发火花地点。实际上屋外配电装置区内有多个带油设备，且隔离开关、断路器、母线处经常闪火花，即常说的“电弧”，其火花强度相比砂轮、电焊、气焊、气割等作业的火花强度有过之而无不及，可见屋外配电装置属于散发火花地点。所以有条件时尽量避免在屋外配电装置区附近布置制(供)氢站，因条件受限无法避免时，满足制(供)氢站与屋外配电装置之间距离要求的同时，处理好制(供)氢站、屋外配电装置、风向三者的关系。

GB 50177—2005《氢气站设计规范》 3.0.1-1条中规定制(供)氢站“宜布置在工厂常年最小频率风向的下风侧，…”。氢气属于易燃易爆甲类气体，其发生泄漏或散发后应避免吹向或聚集主要保护对象和火花点，应设法尽快疏散或吹向空旷地带，而按上述规定执行后其效果适得其反。《火电总规2018》5.3.1-1条中规定制(供)氢站“宜布置在主要生产设备区全年最小频率风向的上风侧，…”，此条规定符合把泄漏或散发的氢气疏散或吹向空旷地带的原则。所以当屋外配电装置区附近布置制(供)氢站时，尽量制(供)氢站布置在屋外配电装置区全年最小频率风向的上风侧。

6 其他常见问题

6.1 个别规范条款的解读

1) 成组布置的适用范围

成组布置是压缩建构筑物之间间距的常用

火力发电厂厂区总平面布置中常见制(供)方法，《建筑防火规2018》3.4.8条、《火电总规2018》5.7.3-6条均规定了有关成组布置的要求。根据规定，采用成组布置有两个前提条件：一是非高层厂房；二是非甲类厂房。实际工作中，遇到防火间距不满足规范要求时，设计人员经常试图采用成组布置措施进行布置或解释总平面布置的合理性，而忽略了成组布置的重要两个前提条件。另外，对面积方面的要求也容易忽略或混淆。根据《建筑防火规2018》3.4.8条规定，面积应同时符合以下两个条件：一是组内厂房占地面积之和＜10000 m2；二是组内厂房占地面积之和＜防火分区允许建筑面积，这里需要注意的前者是占地面积、后者是建筑面积。《火电总规2018》5.7.3-6条中直接给定了占地面积，总图设计人员执行起来较为方便。

2) 消防车登高操作场地的服务对象

消防车登高操作场地是《建筑防火规2018》中提出的较为重要的概念，其7.2.1条、7.2.3条中均规定了有关消防车登高操作场地的要求。根据规定，消防车登高操作场地的服务对象为高层建筑，且对应范围内应设置直通室外的楼梯或直通楼梯间的入口。实际设计过程中，设计人员可能犯的错误主要有两种，一种为非高层建筑也考虑设置消防车登高操作场，另一种为高层建筑周围按规定设置消防车登高操作场，但其对应范围内无直通室外的楼梯或直通楼梯间的入口。

建筑物登高面范围的理解也经常发生争议。《建筑防火规2018》7.2.1条中规定：“建筑物高度不大于50 m的建筑，连续布置消防车登高操作场地确有困难时，可间隔布置，但间隔距离不宜大于30 m…”[3]。另外，上海市消防局《关于高层建筑消防扑救场地设计若干问题的处理意见》(沪消(防)字[2001]65号)一文中提到：“…消防登高场地…最外一点到建筑登高面边缘的水平距离不应大于15 m”。两份文件中的30 m和15 m关联在于“消防车的作业角度”，消防车作业角度形成了其工作范围，根据实战经验，一般情况下消防车登高操作场地长度方向外扩15m的范围均包含在消防登高车有效工作范围内，所以两侧消防车登高操作场地外扩的15 m范围正好补充了其30 m间隔的空白地带，15 m×2=30 m。所以当建筑高度≤50 m时，在消防车登高操作场地长度方向两侧扩15 m界限正对应的建筑物范围可认为与消防车登高操作场地相对应的建筑物登高面范围。

3) 1.5倍塔高的避让距离

架空电力线避让1.5倍塔高是电力工程总图布置时常见的情况，有关此规定设计人员常犯的错误为只要架空电力线均避让了1.5倍塔高。根据《建筑防火规2018》10.2.1条规定，架空电力线避让水平距离为1.5倍塔高的对应建构筑物为以下五种：①甲、乙类厂房(仓库)； ②可燃材料堆垛；③甲、乙类液体储罐；④液化石油气储罐；⑤可燃、助燃气体储罐。所以除上述五种类型的建构筑物外，不受1.5倍塔高限制，应根据《建筑防火规2018》10.2.1条规定或其他相关规定进一步优化避让空间。《建筑防火规2018》10.2.1条规定主要考虑架空电力线在倒杆断线时的危害范围，在实际设计过程中还应考虑建构筑物发生事故时是否危及架空电力线的安全运行。比如，《建筑防火规2018》10.2.1条规定就是考虑了液化石油气储罐(区)发生事故时对架空电力线的影响。

6.2 设备和预制仓防火设计

规范一般规定工艺设备间距由工艺布置需要确定，从而设计人员认为设备不受防火设计规范限制。《建筑防火规2018》3.4.6条规定：“厂房外附设化学易燃物品的设备，其外壁与相邻厂房室外附设设备的外壁或相邻厂房外墙的防火间距，不应小于本规范第 3.4.1 条的规定。用不燃材料制作的室外设备，可按一、二级耐火等级建筑确定。” 此规定明确了易燃物品设备的防火间距要求，并规定了其耐火等级。所以设备是否受防火设计规范限制主要看其介质的危险性，而不能只考虑设备受不受防火设计规范限制。

预制舱是由预制舱体、二次设备屏柜或机架、舱体辅助设施等组成，在工厂内完成制作、组装、配线、调试等工作，并作为一个整体运输至工程现场，就位于安装基础上。目前风力发电工程动态无功设施、35 kV控制室等场合经常采用预制舱。预制舱属于完整的建筑构造，一般只用于建筑物，而对于构筑物，一般预制时不能形成完整的舱体结构，只是整体的一部分，不能称预制舱，如预制水塔、烟囱、管廊、沉井等。另外预制舱技术规范书中对预制舱体的火灾危险性及耐火等级均按防火规范规定提出相应要求。所以预制舱不受防火设计规范限制的观点不对的。

6.3 防火间距计算起点

有关防火间距计算方法，在《建筑防火规2018》附录B、《火电总规2018》附录A中均有相似规定。其中重要的一条规定是：“…当外墙有凸出的可燃或难燃构件时，应从其凸出部分外缘算起。”那么外挂楼梯、室外疏散楼梯、敞开式外廊、阳台、窗台、雨棚等构件的结构采用不燃性材料时是否要纳入防火间距计算成为了争议点。在实际消防审查和验收工作来看，不纳入防火间距计算的建筑凸出构件必须同时满足以下几个要素：1)凸出构件必须是不燃性构件； 2)凸出构件不能有人停留或通行。3)凸出构件不应具备放置临时物品的条件；4)凸出构件不得影响消防车道、消防车登高操作场的设置，不得影响应急救援。

6.4 防火间距和安全间距的关系

工程总图布置中设计人员经常把防火间距和安全间距混淆讨论。防火间距是为了防止着火建筑在一定时间内引燃相邻建筑，便于消防扑救的间隔距离，主要考虑火灾和爆炸两个因素。安全间距是为了各设施之间确保安全运行而设置的最小距离，其考虑因素相对较多，主要考虑的因素有火灾、爆炸、碰撞、滑坡、带电、噪声、灰尘、腐蚀、高低温、震动、辐射、阴影、效率、施工、运行等。比如，冷却塔和主厂房间距主要考虑了冷却塔的通风效率、主厂房和冷却塔的施工检修空间等因素；各类设施和道路之间距离主要考虑出行方便、避免碰撞、防火救援等因素。一般情况下各类防火规范指定的是防火间距，而各类总图设计规范指定的是安全间距。防火间距是安全间距的重要依据和组成，从隶属关系来讲安全间距包含了防火间距。总图设计人员进行工程总平面布置时不能只关注防火间距，应全方位考虑各类安全因素，使总平面布置更具有合理性。