城镇燃气可燃气体探测器与事故通风设施设计探讨

2023-02-02广州燃气集团有限公司陈晓明

上海煤气 2023年5期

广州燃气集团有限公司陈晓明许晓

随着社会生产力的不断发展和人民生活水平的不断提高，城镇燃气行业得到快速发展，与之相关的不安全事件也愈加频繁。湖北十堰燃气爆炸事故以来，燃气安全更受到社会各方的重点关注，餐饮等公共场所的燃气安全风险和重大隐患排查也被列为重点之一。作为安全生产技术的重要提升手段，可燃气体探测器和事故通风系统在城镇燃气中得到广泛应用。本文将着重探讨这两类仪器在城镇管道天然气场景中的选型应用、设计要点以及安全管理要求，以提升天然气使用的安全性。

1 可燃气体探测器

可燃气体探测器是重要的燃气安全设备。可燃气体探测器的工作原理是通过气体传感器探测周围环境中燃气(主要是甲烷)的浓度，当测出的浓度值超过设定值时，探测器会发出声光报警信号，同时连锁启动事故通风设施。目前，可燃气体探测器检测目标是环境中甲烷的浓度，一般设置为二级报警，低限报警设定值为燃气爆炸下限浓度LEL 的5%～25%，自动连锁启动声光报警及事故通风设施；高限报警设定值为燃气爆炸下限LEL 的50%，启动二级报警，切断管道进口处电磁阀，进而停止燃气供应以防止进一步泄漏。

1.1 可燃气体探测器工作原理

可燃气体探测器主要组成部分包括传感器、控制电路、显示器、声光报警单元和供电模块。探测器中最核心的元器件为传感器，主要作用是检测扩散在空气中的可燃气体浓度。传感器的精度、准确度、可重复性将直接影响整个探测器的探测灵敏度、精准度与使用寿命。传感器根据工作原理的不同，分为催化燃烧式、半导体式、红外式等。

目前国内燃气行业常用的可燃气体探测器反应原理及性能对比见表1[1]。

表1 常用可燃气体探测器反应原理及性能对比[1]

1.2 可燃气体探测器选型

如何对传感器进行合理选型是整个可燃气体报警系统设计的核心。根据表1 的分类对比，通常按以下原则进行选型：只需一级报警，对泄漏量无定量检测要求的场合(如居民家庭)，从经济性考虑建议采用半导体式可燃气体探测器；需要二级报警，对泄漏量有定量检测要求的场合，建议采用催化燃烧式可燃气体探测器；对于精密性要求较高的场合，建议采用红外式可燃气体探测器。

以下介绍两种特殊类型用户的可燃气体探测器选型原则。

(1)非居民户餐饮厨房可燃气体探测器选型。近年来，全国各地燃气不安全事故频发，其中非居民户餐饮(工、商业餐饮)等公共场所的安全引起了政府部门以及社会各方的重视。为了做好餐饮企业燃气安全精细化管理，广东省住房和城乡建设厅印发了《广东省餐饮场所可燃气体报警装置安装使用工作指引(试行)》(粤城建函〔2022〕287 号)。该文件中将餐饮场所分为两大类，分别为小型餐饮厨房和非小型餐饮厨房，并规定不同的类型的餐饮行业需采用不同类型的探测器，其中关于两种天然气餐饮用户探测器的具体选型要求见表2。

表2 餐饮厨房可燃气体探测器分类和选型

随后广州市燃气事务中心出台的《广州市管道天然气餐饮场所可燃气体报警装置安装、使用和维护指引(试行)》中，根据非小型餐饮场所的面积大小在广东省工作指引基础上做了进一步的细分，对可燃气体探测器的选型做了进一步明确规定：当餐饮场所面积＜80 m2时，可安装独立燃气报警装置和集中燃气报警装置；当餐饮场所面积≥80 m2时，只可安装集中燃气报警装置。两份指引文件依据热负荷和场所面积大小对餐饮用户进行分类管理，大大降低了小型餐饮用户投入，也为全面推进餐饮燃气使用单位安装可燃气体探测器，保障用户用气安全提供了强有力的支撑。

(2)特殊商业户可燃气体探测器选型参考。对非居民非餐饮非工业的特殊商业用户，如发廊这一类用户(尤其是小型发廊)，使用的燃具主要为家用燃气热水器且对价格敏感程度高。可燃气体探测器的购买以及每年的探测器检定费用单位支出，会对该类价格敏感型的这种特殊商业户造成安装意愿低且抵触情绪大的影响。为此，在保障安全的底线之上，需对这一类用户进行分类管理。

第一种情况是燃气热水器且热水器出口端之前都在自然通风良好的开放式环境中(如阳台、户外等非密闭环境)的用户。这类用户不需要安装可燃气体探测器。燃气用户加装探测器的初衷是避免密闭空间内燃气集聚后可能发生爆燃，而这种情况下可能发生燃气泄漏的部位都在自然通风良好的开放式环境下，燃气泄漏后随风逸散，发生燃气聚集的可能性极低，且燃气中的加臭剂也能帮用户发现险情，避免不安全事件的发生。

第二种情况是燃气热水器安装在在室内密闭空间。这类用户安装可燃气体探测器的原则可参照表1。其中对于单个燃烧器额定热负荷超过46 kW的热水器或额定热负荷总量超过139 kW 的发廊用户，人流量大且热水供应要求高，从价格敏感度和用气需求量来说，安装报警装置具备一定的可操作性和必要性。

1.3 规范集气罩设计安装标准

按照CJJ/T 146－2011《城镇燃气报警控制系统技术规程》3.3.3 的要求，当气源为相对密度＜1 的燃气且释放源距顶棚垂直距离超过4 m 时，应设置集气罩或者分层设置探测器。集气罩的作用是将泄漏的燃气聚集在探测器周围以达到快速检测燃气泄漏的目的，缩短报警时间，尽早排除泄漏险情，避免大量燃气泄漏，防止不安全事故扩大化。上述规范对安装距离、集气罩的面积和裙边高度都做了规定，但是实际操作仍存在不同方案，具体情况如图1所示。

图1 扩散模型设置分类

设计方案1 是分层设计和布置可燃气体探测器，该方案中设备购买和日常维保费用高，投资造价高；设计方案2～4 是通过加装集气罩以降低相关费用，与方案1 的主要区别是探测器的安装位置。从集气罩的作用来看，方案2～4 具有一定的可行性。但就探测器后期年检及使用寿命而言，方案3和方案4 的软管将探测器上的指示灯遮盖，对后期年检造成不便。此外，安装软管可能造成厨房烟气或其他燃烧废气、毒气等聚集在探测器周围，高浓度的有害烟气容易造成传感器失效，进而降低设备的灵敏性，缩短使用寿命。

因此，对于层高超过4 m 的用户，在条件允许情况下，建议优先实施设计方案1。在节约成本的考虑下，建议实施设计方案2。

2 事故通风设施设计

当环境中可能有大量有毒气体或有燃烧、爆炸危险的气体、粉尘或气溶胶物质产生时，为了避免对工作人员造成伤害和防止事故进一步扩大，必须设有事故通风系统。随着燃气安全要求的升级，事故通风系统也逐渐被人所熟知。为此，根据燃气相关规范要求，对事故通风系统进行梳理，具体设计要求见表3。

表3 事故通风设施设计要求

以上规范主要对事故通风设施的设计做出了明确要求，而作为安全措施之一，规范要求天然气管道敷设在地下室、半地下室或通风不良场所时，应设置可燃气体探测器系统和事故通风设施，且燃气事故通风系统必须为防爆设施，即事故通风设施的验收成了重中之重。为进一步做好事故通风设施管理，结合表3 中提及的4 个规范和GB 50243－2016《通风与空调工程施工质量验收规范》的要求，建议现场核验系统以下信息：一是风机是否有防爆标志；二是现场测试风机是否与报警器联动；三是排风量是否按照设计图纸要求设置；四是风机传动装置的外露部位以及直通大气的进出口是否装设防护罩(网)或采取其他安全设施；五是确保燃气管道和电缆线管没有穿过风管和沿风管外壁敷设；六是风管的百叶口是否高于燃气管道。上述均合格后方可进行下一验收环节。