建筑物内燃气锅炉房电气设计要点分析

耿悦 许桂敏

长安大学电子与控制工程学院 陕西 西安 710064

1 概述

近年来，随着我国环境污染治理、能源结构调整的力度不断加大，以及油气产量的快速增加，燃气得到广泛应用。燃气锅炉房因具有污染排放少、噪声低、占地面积小等诸多优点，在我国北方广大地区越来越多地被用于提供暖气及生活热水。

锅炉房的燃料主要有天然气、煤气、液化石油气等，目前在一些工业与民用建筑中设置的锅炉房中，以天然气为燃料的居多。无论哪种燃气，都属于易燃易爆气体，在达到一定浓度时，很小能量的电火花或电弧就可能引起爆炸。因此做好燃气锅炉房的设计，特别是电气系统的设计，对于锅炉房的安全运行和环境保护都显得尤为重要。本文以某建筑物地下车库内改建的天然气锅炉房为例，对其电气系统设计要点进行详细介绍与分析。

2 工程概况

该燃气锅炉房位于某民用建筑的地下车库内，配电平面布置如图1所示。燃料为相对密度小于0.75的天然气，天然气总阀门设置在锅炉房左上侧门外；共设有4台燃气锅炉（自带控制箱，三相），功率为12kW/台；1台事故排风机（三相），功率为8/2.8kW；1台排污泵（三相），功率为2.2kW。其中，排风机和排污泵的控制箱设置在值班室内。

图1 燃气锅炉房配电及等电位联结平面图

3 爆炸危险区域划分

根据GB 50041-2020《锅炉房设计标准》和GB 50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》的相关要求，燃气锅炉爆炸危险环境的危险区域划分以及区域范围应根据释放源的级别和位置、可燃物质的性质、通风条件、障碍物等情况综合确定。对于锅炉房，释放源可能出现在锅炉炉膛、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地方。因此，根据工艺专业要求，以上释放源按可燃物质的释放频率和持续时间长短定为二级释放源。此外，为了最大限度地消除事故隐患，将锅炉房内区域划分为2区，值班室和走廊区域均为非爆炸危险环境。

4 电气系统设计要点

4.1 供配电系统

燃气锅炉房非正常断电可能会造成锅水汽化和热水供热系统的水击，影响供热设备运行，在造成较大经济损失的同时，也会损害使用者的权益。因此，对规模较大、供电条件方便且电力资源丰富的锅炉房用电设备宜按二级负荷进行配电。

综合考虑多方面因素，将该锅炉房用电设备定为二级负荷，采用两回路供电，其中正常电源引自小区低压配电室，备用电源引自柴油发电机组。总配电箱AP01-GLF的计算功率为65kW，计算电流为112A，上级开关电流整定值设为160A，两回路YJV-3×70+2×35低压电缆由配电室低压柜沿车库桥架引来，如图2所示。该总配电箱明装于非爆炸危险环境的值班室，同时在值班室内设置事故排风机和排污泵的控制箱，用于锅炉房内轴流风机和水泵的配电。总配电箱除上述2路出线回路外，还设计包括值班室照明、走廊照明、锅炉房内照明、值班室普通插座、锅炉房普通插座、锅炉房动力插座、燃气锅炉自带控制箱以及天然气总阀门在内的11个出线回路。

图2 燃气锅炉房配电箱系统图

4.2 照明系统

由于天然气一般会积聚在房间的屋顶附近，因此，锅炉房屋顶的照明灯具和开关选用防爆型。其中，锅炉房地面上人工照明标准照度值、显色指数及功率密度值应符合现行国家标准GB 50034-2013《建筑照明设计标准》的相关要求。

为便于运维人员的检查，在锅炉房设备操作地点，水位、压力、温度、流量等测量仪表对照度要求较高的部位设置局部照明。当这些局部照明的灯具安装高度低于2.5m时，设置防止电击措施或采用不超过36V的低电压，以确保人身安全。此外，在这些区域以及其他主要操作的地点和通道处设置事故照明。

4.3 防雷与接地系统

本工程中锅炉房为金属烟囱，按照三类防雷建筑物设计，利用金属烟囱作为接闪器和引下线，其下端与建筑物基础钢筋网可靠焊接，形成可靠的电气通路，如图1所示。为防止直击雷及电磁感应影响燃气锅炉房的正常运转，在总配电箱内装设Ⅰ级试验的电涌保护器。

接地方面，本工程利用建筑物自身贯通钢筋网形成统一的接地极，由于与建筑物的功能性和保护性接地共用接地装置，所以接地电阻小于1。烟囱底部至少有两点与接地体可靠焊接。管道法兰、阀门等的连接处设金属跨接线。在值班室内设置等电位联结箱并与接地体相连，在锅炉房内设置等电位联结，总配电箱、控制箱、进出建筑物的燃气管道与等电位联结线相连。低压配电采用TN-S接地系统，避免因中性线通过电流而导致的火花爆炸危险。

此外，为避免天然气输运过程中与管道内壁摩擦出现静电放电，将锅炉房内一切电气设备的金属外壳进行可靠接地。

4.4 消防联动系统

根据GB 50041-2020《锅炉房设计标准》相关要求：非独立锅炉房应设置火灾探测器和自动报警装置。同时，根据GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》规定，分别在锅炉房和值班室设置感温和感烟型探测器，并且在值班室内设置消防电话和声光警报装置；所有信号线、电源线和电话线通过消防线槽由车库消防控制室引至值班室内的壁挂式火灾自动报警接线箱。消防平面图如图3所示。

图3 燃气锅炉房消防平面图

针对燃气锅炉房内可能散发的天然气，在消防联动系统中设置可燃气体检测报警系统。该系统包括可燃气体报警控制器和可燃气体探测器。当检测到可燃气体浓度达到爆炸极限下限的25%时，控制器发出声光报警信号并指令事故排风机启动（当气体浓度降低到警报可以解除时，排风机继续工作5min后停止）；当可燃气体浓度达到爆炸极限下限的50%时，控制器继续发出声光报警信号，同时发送控制信号至燃气管道总阀门电磁阀切断进气源，并控制锅炉房设备停止运行。

4.5 设备选型与线路敷设

根据GB 50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》相关规定，爆炸危险区域内电气设备的保护级别选择Ga、Gb或Gc。此外，锅炉房中的灯具、插座、开关、按钮、水泵、风机、消防探测器、燃气管道电磁阀和测量仪表等设备均选择隔爆型，防爆等级为ExdⅡBT4。对于其它划定在爆炸危险区域2区之外的电气设备，选用非防爆型。

锅炉本体和燃气管道上用电设备的电缆严格按照防爆要求进行敷设，爆炸性气体环境中的电缆严禁设置没有防爆结构防护的中间接头。电缆在穿越防爆墙、爆炸区域与非爆炸区域隔墙或楼板处的孔洞时，均采用非可燃材料进行防爆隔离密封。此外，对于引入或引出爆炸危险环境电缆的载流量，不应小于断路器长延时过电流脱扣器整定电流值的1.25倍。

结束语

本文依据燃气锅炉房相关现行标准和规范，详细分析了某地下室内天然气锅炉房供配电、照明、防雷接地、消防联动控制、设备选型和线路敷设等电气系统的设计要点，这对于更加科学、经济地进行燃气锅炉房电气设计具有一定的借鉴作用。