建筑物內燃氣鍋爐房電氣設計要點分析

耿悅 許桂敏

長安大學電子與控制工程學院 陜西 西安 710064

1 概述

近年來，隨著我國環境污染治理、能源結構調整的力度不斷加大，以及油氣產量的快速增加，燃氣得到廣泛應用。燃氣鍋爐房因具有污染排放少、噪聲低、占地面積小等諸多優點，在我國北方廣大地區越來越多地被用于提供暖氣及生活熱水。

鍋爐房的燃料主要有天然氣、煤氣、液化石油氣等，目前在一些工業與民用建筑中設置的鍋爐房中，以天然氣為燃料的居多。無論哪種燃氣，都屬于易燃易爆氣體，在達到一定濃度時，很小能量的電火花或電弧就可能引起爆炸。因此做好燃氣鍋爐房的設計，特別是電氣系統的設計，對于鍋爐房的安全運行和環境保護都顯得尤為重要。本文以某建筑物地下車庫內改建的天然氣鍋爐房為例，對其電氣系統設計要點進行詳細介紹與分析。

2 工程概況

該燃氣鍋爐房位于某民用建筑的地下車庫內，配電平面布置如圖1所示。燃料為相對密度小于0.75的天然氣，天然氣總閥門設置在鍋爐房左上側門外；共設有4臺燃氣鍋爐（自帶控制箱，三相），功率為12kW/臺；1臺事故排風機（三相），功率為8/2.8kW；1臺排污泵（三相），功率為2.2kW。其中，排風機和排污泵的控制箱設置在值班室內。

圖1 燃氣鍋爐房配電及等電位聯結平面圖

3 爆炸危險區域劃分

根據GB 50041-2020《鍋爐房設計標準》和GB 50058-2014《爆炸危險環境電力裝置設計規范》的相關要求，燃氣鍋爐爆炸危險環境的危險區域劃分以及區域范圍應根據釋放源的級別和位置、可燃物質的性質、通風條件、障礙物等情況綜合確定。對于鍋爐房，釋放源可能出現在鍋爐爐膛、煙道、燃氣管道的閥門密封處、燃氣管道的法蘭、連接件和管道接頭處等地方。因此，根據工藝專業要求，以上釋放源按可燃物質的釋放頻率和持續時間長短定為二級釋放源。此外，為了最大限度地消除事故隱患，將鍋爐房內區域劃分為2區，值班室和走廊區域均為非爆炸危險環境。

4 電氣系統設計要點

4.1 供配電系統

燃氣鍋爐房非正常斷電可能會造成鍋水汽化和熱水供熱系統的水擊，影響供熱設備運行，在造成較大經濟損失的同時，也會損害使用者的權益。因此，對規模較大、供電條件方便且電力資源豐富的鍋爐房用電設備宜按二級負荷進行配電。

綜合考慮多方面因素，將該鍋爐房用電設備定為二級負荷，采用兩回路供電，其中正常電源引自小區低壓配電室，備用電源引自柴油發電機組?？偱潆娤銩P01-GLF的計算功率為65kW，計算電流為112A，上級開關電流整定值設為160A，兩回路YJV-3×70+2×35低壓電纜由配電室低壓柜沿車庫橋架引來，如圖2所示。該總配電箱明裝于非爆炸危險環境的值班室，同時在值班室內設置事故排風機和排污泵的控制箱，用于鍋爐房內軸流風機和水泵的配電?？偱潆娤涑鲜?路出線回路外，還設計包括值班室照明、走廊照明、鍋爐房內照明、值班室普通插座、鍋爐房普通插座、鍋爐房動力插座、燃氣鍋爐自帶控制箱以及天然氣總閥門在內的11個出線回路。

圖2 燃氣鍋爐房配電箱系統圖

4.2 照明系統

由于天然氣一般會積聚在房間的屋頂附近，因此，鍋爐房屋頂的照明燈具和開關選用防爆型。其中，鍋爐房地面上人工照明標準照度值、顯色指數及功率密度值應符合現行國家標準GB 50034-2013《建筑照明設計標準》的相關要求。

為便于運維人員的檢查，在鍋爐房設備操作地點，水位、壓力、溫度、流量等測量儀表對照度要求較高的部位設置局部照明。當這些局部照明的燈具安裝高度低于2.5m時，設置防止電擊措施或采用不超過36V的低電壓，以確保人身安全。此外，在這些區域以及其他主要操作的地點和通道處設置事故照明。

4.3 防雷與接地系統

本工程中鍋爐房為金屬煙囪，按照三類防雷建筑物設計，利用金屬煙囪作為接閃器和引下線，其下端與建筑物基礎鋼筋網可靠焊接，形成可靠的電氣通路，如圖1所示。為防止直擊雷及電磁感應影響燃氣鍋爐房的正常運轉，在總配電箱內裝設Ⅰ級試驗的電涌保護器。

接地方面，本工程利用建筑物自身貫通鋼筋網形成統一的接地極，由于與建筑物的功能性和保護性接地共用接地裝置，所以接地電阻小于1。煙囪底部至少有兩點與接地體可靠焊接。管道法蘭、閥門等的連接處設金屬跨接線。在值班室內設置等電位聯結箱并與接地體相連，在鍋爐房內設置等電位聯結，總配電箱、控制箱、進出建筑物的燃氣管道與等電位聯結線相連。低壓配電采用TN-S接地系統，避免因中性線通過電流而導致的火花爆炸危險。

此外，為避免天然氣輸運過程中與管道內壁摩擦出現靜電放電，將鍋爐房內一切電氣設備的金屬外殼進行可靠接地。

4.4 消防聯動系統

根據GB 50041-2020《鍋爐房設計標準》相關要求：非獨立鍋爐房應設置火災探測器和自動報警裝置。同時，根據GB 50116-2013《火災自動報警系統設計規范》規定，分別在鍋爐房和值班室設置感溫和感煙型探測器，并且在值班室內設置消防電話和聲光警報裝置；所有信號線、電源線和電話線通過消防線槽由車庫消防控制室引至值班室內的壁掛式火災自動報警接線箱。消防平面圖如圖3所示。

圖3 燃氣鍋爐房消防平面圖

針對燃氣鍋爐房內可能散發的天然氣，在消防聯動系統中設置可燃氣體檢測報警系統。該系統包括可燃氣體報警控制器和可燃氣體探測器。當檢測到可燃氣體濃度達到爆炸極限下限的25%時，控制器發出聲光報警信號并指令事故排風機啟動（當氣體濃度降低到警報可以解除時，排風機繼續工作5min后停止）；當可燃氣體濃度達到爆炸極限下限的50%時，控制器繼續發出聲光報警信號，同時發送控制信號至燃氣管道總閥門電磁閥切斷進氣源，并控制鍋爐房設備停止運行。

4.5 設備選型與線路敷設

根據GB 50058-2014《爆炸危險環境電力裝置設計規范》相關規定，爆炸危險區域內電氣設備的保護級別選擇Ga、Gb或Gc。此外，鍋爐房中的燈具、插座、開關、按鈕、水泵、風機、消防探測器、燃氣管道電磁閥和測量儀表等設備均選擇隔爆型，防爆等級為ExdⅡBT4。對于其它劃定在爆炸危險區域2區之外的電氣設備，選用非防爆型。

鍋爐本體和燃氣管道上用電設備的電纜嚴格按照防爆要求進行敷設，爆炸性氣體環境中的電纜嚴禁設置沒有防爆結構防護的中間接頭。電纜在穿越防爆墻、爆炸區域與非爆炸區域隔墻或樓板處的孔洞時，均采用非可燃材料進行防爆隔離密封。此外，對于引入或引出爆炸危險環境電纜的載流量，不應小于斷路器長延時過電流脫扣器整定電流值的1.25倍。

結束語

本文依據燃氣鍋爐房相關現行標準和規范，詳細分析了某地下室內天然氣鍋爐房供配電、照明、防雷接地、消防聯動控制、設備選型和線路敷設等電氣系統的設計要點，這對于更加科學、經濟地進行燃氣鍋爐房電氣設計具有一定的借鑒作用。