浅谈明火地点与燃气锅炉爆炸危险区域的划分

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1、浅谈明火地点与燃气锅炉爆炸危险区域的划分 作者：赵书林 我国常规火电面临能耗高、效率低、污染大三大问题。燃气锅炉发电具有高发电效率、 环保节能、清洁廉价、可以组成多联产系统等优点。目前，我国燃气锅炉发电快速增长， 常见的有天然气发电和冶金煤气发电。冶金煤气是冶金企业的副产品，主要有焦炉煤气、 高炉煤气、转炉煤气等。 分析燃气锅炉事故的原因，有两种可能，即锅炉本体爆炸和锅炉 附近易燃气体达到爆炸下限而发生爆炸。本文仅对明火地点与燃气锅炉爆炸危险区域划分 问题进行粗浅探讨。 一、燃气锅炉释放源一、燃气锅炉释放源 1.释放源 根据 GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范附录一名

2、词解释，释 放源是指可能释放出形成爆炸性混合物的物质所在的位置或地点。 2.燃气锅炉存在释放源 燃气锅炉燃气管道干管和支管与设备连接处，即安全隔断、控制、调节、测量等部件 及其连接部位存在释放源。如阀门密封处，法兰、连接件和管道接头，放散管、取样口、 吹扫口，压力、温度等传感器与燃气管道连接处等。 二、使用明火地点附近可划分为非爆炸危险区域二、使用明火地点附近可划分为非爆炸危险区域 1.非爆炸危险区域条件 根据 GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范第 2.2.2 条规定：符 合下列条件之一时，可划为非爆炸危险区域：在生产过程中使用明火的设备附近，或炽热 部件的表面温度超

3、过区域内易燃物质引燃温度的设备附近。 2.明火地点 根据 GB 50016-2006建筑设计防火规范第 2.0.15 条明确，明火地点为室内外有 外露火焰或赤热表面的固定地点(民用建筑内的灶具、电磁炉等除外)。 笔者认为，“固定”有“不变动或不移动的”意思，故建规给定的“明火地点”的术语可理解 为以下两种表现形式： 第一、有稳定的、持续的外露火焰; 第二、有稳定的、持续的赤热表面，且其表面温度超过燃气引燃温度。 3.常见燃气锅炉燃气引燃温度举例 天然气 550 焦炉煤气 450-650 高炉煤气 550-650 转炉煤气 550-630 也就是说，构成明火地点的赤热表面的固定地点其表面温度起码

4、应超过燃气引燃温度 450-650。 三、加大防火间距判据的明火设备三、加大防火间距判据的明火设备 1.明火设备 GB 50160-2008石油化工企业设计防火规范为确定设备、建筑物平面布置的防火 间距，提出来“明火设备”的概念，即第 2.0.8 条：明火设备是指燃烧室与大气连通，非正常 情况下有火焰外露的加热设备和废气焚烧设备。“明火设备”与其他设备、建筑物的防火间 距，要比“控制室、机柜间、变配电所、化验室、办公室”等产生明火及火花的地点，与其 他设备、建筑物的防火间距要求更严格。该规范条文说明明确，明火设备主要指明火加热 炉、废气焚烧炉、乙烯裂解炉等。 2.明火地点和明火设备的异同 明火

5、地点和明火设备相同点是都存在外露火焰。 明火地点和明火设备不同点是，明火地点有稳定的、持续的外露火焰，明火设备只有 在非正常情况下才有火焰外露。 3.燃气锅炉可看做加大防火间距判据的明火设备 燃烧锅炉在非正常情况下可能有火焰外露，或炽热部件的表面温度超过区域内易燃物 质引燃温度，可看做加大防火间距判据的明火设备。 四、明火地点附近可划分为非防爆区域的原理探讨四、明火地点附近可划分为非防爆区域的原理探讨 笔者根据物理、化学原理，结合学习国家标准 GB3836.14-2000 爆炸性气体环境用 电气设备 第 14 部分：危险场所分类的体会，对明火地点附近可划分为非防爆区域的原 理进行浅显探讨。 1

6、.自然对流和扩散现象 自然对流是指没有外界驱动力但流体(以下仅讨论气体)依然存在运动的情况，引起气 体这种运动的内在力量是温度差(温度梯度)或者(组分的)浓度差。 自然对流的机理，是由于气体存在着温度差，使得各部分气体的密度不同，温度高的 气体密度小，必然上升;温度低的气体密度大，必然下降，从而引起气体的流动。 扩散现象是指由于气体中某种分子的数密度的空间分布不均匀，使该种气体分子从数 密度较大区域自发地迁移到数密度较小的区域的现象。扩散有互扩散、自扩散、热扩散、 热流逸及强制扩散等形式。 气体的扩散与浓度有关。气体分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布。扩 散的速率与物质的浓度梯度成正

7、比。 气体的扩散与温度差有关。法国人索里特 1879 年就发现物质两端的温度差可引起扩 散流。 2.明火地点的自然对流、自然通风 明火地点(有外露火焰或赤热表面的地点)由于温度差(温度梯度)引起自然对流。 明火地点由于风和自然对流作用造成的空气流动，形成自然通风。也就是说形成空气 流通和新鲜空气与原来空气置换。 明火地点在露天场所自然通风通常可以消散场所中出现的爆炸性环境。 明火地点自然通风在某些户内场所(例如在墙壁上和或房顶有开口的建筑物)也可能有 效。 3.易燃气体分子遇火焰或赤热表面燃烧 明火地点附近在自然通风过程中，空气中含有少量易燃气体分子(浓度低于爆炸下限) 流动至火焰或赤热表面时

8、，会发生燃烧而“湮灭”，进一步降低了空气中易燃气体浓度含量。 4.明火地点附近可形成非爆炸危险区域 明火地点附近可形成非爆炸危险区域。是否形成非爆炸危险区域，取决于释放源的释 放频繁程度和持续时间长短(释放速率)和通风速率。通风速率大小取决于明火地点温度差 (温度梯度)的大小。对应一定的释放速率，温度差(温度梯度)愈大，自然对流作用愈强烈， 自然通风效果愈佳，通风速率就愈大，就愈有可能形成非爆炸危险区域，爆炸危险区域的 范围就愈小。 通风速率大于释放源释放速率时，释放到大气中的易燃性气体可以通过逸散或扩散的 方法在空气中稀释直到其浓度低于爆炸下限为止，形成非爆炸危险区域。 户外场所，一般通风良

9、好，若仅存在第二级释放源，明火地点附近可形成一定范围的 非爆炸危险区域。至于明火地点附近到底多远距离可形成非爆炸危险区域，GB 50058- 1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范没有给出具体数值。 笔者认为，明火地点附近可否形成非爆炸危险区域，与具体工程实例的通风速率和释 放源释放速率有关，与即时环境状况密切相关。可依据国家标准 GB3836.14-2000 爆炸 性气体环境用电气设备 第 14 部分：危险场所分类的原理，根据通风等级通风有效性和 释放等级确定区域类型，但这些计算并不用于确定区域的范围。 笔者尚未见到现行国家标准对确定非爆炸危险区域的范围的相关规定。仅见石油化工 电力行业

10、标准，对在生产过程中使用明火的设备或炽热部件的表面温度超过区域内易燃物 质引燃温度的设备附近，有非爆炸危险区域的范围的界定。 若释放源释放速率大于通风速率时，无论户内、户外，都不会形成持续稳定的非爆炸 危险区域。 5.爆炸性气体混合物进入明火地点必然会发生爆燃或爆炸 必须强调指出，爆炸性气体混合物一旦进入明火地点，必然会发生爆燃或爆炸。明火 不能防止爆炸的发生。只是自然对流形成的自然通风，通常可以消散明火地点附近出现的 爆炸性混合气体。所以，使用燃气的明火地点或明火设备周围，必须按照相关标准规范安 装可燃气体探测器，以防止可燃气体进入而引起火灾和爆炸。 五、燃气锅炉附近一般不属于作为排除爆炸危

11、险区域判据的明火地点五、燃气锅炉附近一般不属于作为排除爆炸危险区域判据的明火地点 1.燃气锅炉附近不存在稳定的或持续的外露火焰 第一，炉膛是锅炉设备的燃烧室，由燃烧设备、炉墙、炉拱和钢架等部分组成。炉膛 是一个四周用砖墙砌成(或用混凝土浇成)的里面装有管子的长方形相对密闭空间，炉膛与 炉外连通的仅有点火孔、看火孔、人孔、防爆门等。这些与炉外连通的孔均设有炉门，正 常情况封闭或关闭。故燃气锅炉附近不存在稳定的或持续的外露火焰。 第二，负压燃烧锅炉正常运行不存在外露火焰。为防止炉前端炉门等处向外喷火，负 压燃烧锅炉正常运行时炉膛保持 20-30pa 负压。故正常运行时，燃气锅炉附近不存在外露 火焰

12、。 2.燃气锅炉外部未经证实不能确认存在作为排除爆炸危险区域判据的超过易燃物质引 燃温度的赤热表面 因为炉膛温度很高，最里面的墙使用能耐高温的耐火砖，为了高温炉膛保温，防止热 量散失，耐火砖外面采用保温砖。与高温火焰接触的一层采用耐火混凝土，耐火耐火混凝 土外面再浇一层保温混凝土，再外面用硅石保温砖。 炉墙等采用绝热性能良好的材料筑成并有效保温，且具有相当的厚度，可最大限度防 止炉墙、构架、管道、门孔向周围环境散热造成的热损失，提高锅炉效率。故燃气锅炉外 部，未经证实不能确认存在稳定的、持续的、超过易燃物质引燃温度的赤热表面。 六、燃气锅炉附近通常应划分为爆炸危险区域并按电气防爆设计六、燃气锅

13、炉附近通常应划分为爆炸危险区域并按电气防爆设计 1.燃气锅炉附近通常划分为爆炸危险区域的理由 燃气锅炉附近不存在稳定的或持续的外露火焰;燃气锅炉外部未经证实不能确认存在作 为排除爆炸危险区域判据的超过易燃物质引燃温度的赤热表面。与明火地点(有外露火焰或 赤热表面)相比，温度差(温度梯度)较小，自然对流作用较弱，自然通风效果较差，通风速 率就较小，一般不应划分为非爆炸危险区域，而通常应划分为爆炸危险区域。 即时有充足的判据，参照石油化工行业标准，确认使用明火的设备(有稳定的、持续的 外露火焰)附近或(有稳定的、持续的)炽热部件的表面温度超过区域内易燃物质引燃温度的 设备附近为非爆炸危险区域，但该

14、区域亦仅为设备周围 1.5m 范围，设备 1.5m 范围以远仍 应根据释放源级别和通风情况综合判断划分爆炸危险区域。 2.爆炸危险区域划分的步骤 爆炸性气体环境危险区域的划分的应按 GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装 置设计规范规定的步骤进行。 一是对释放源级别进行辨识。按易燃物质的释放频繁程度和持续时间长短分级，是连 续级释放源，还是第一级释放源或第二级释放源。燃气锅炉存在释放源一般属于第二级释 放源，即预计在正常运行下不会释放，即使释放也仅是偶尔短时释放的释放源。 二是对通风条件进行判断。燃气锅炉发电一般露天布置，通风良好。 三是按释放源级别划分区域的等级，并根据通风条件调

15、整区域划分。燃气锅炉爆炸危 险区域，大多数情况属于 2 区。在设计时应采取合理措施，消除 0 区，避免 1 区。存在第 二级释放源区域可划为 2 区。对于燃气重于空气的(如高炉煤气、转炉煤气等)，爆炸危险 区域的范围还应划分附加 2 区。 四是确定爆炸区域的范围。对于燃气重于空气(如高炉煤气、转炉煤气等)、通风良好 且为第二级释放源，其爆炸危险区域按 GB50028-1992 第 2.3.3 条进行范围划分。对于燃 气轻于空气(如天然气、焦炉煤气、炭黑尾气等)、通风良好且为第二级释放源，其爆炸危 险区域按 GB50028-1992 第 2.3.7 条进行范围划分。 3.爆炸危险区域内的电气装置应符合防爆要求 燃气锅炉爆炸危险区域内的电气装置，如配套辅机设备、电气控制箱柜、消防控制箱、 照明、传感器、接线及接线盒等的设计安装必须符合相关标准规范防爆要求。 七、结论七、结论 明火地点为有稳定的、持续的外露火焰，或者有稳定的、持续的赤热表面，且其表面 温度超过燃气引燃温度的地点;使用明火地点附近可划分为非爆炸危险区域;燃气锅炉附近 一般不属于作为排除爆炸危险区域判据的明火地点;燃气锅炉附近通常应划分为爆炸危险区 域并按电气防爆设计。