1、燃氣鍋爐燃料特性分析
隨著社會進步及經(jīng)濟發(fā)展的步伐，人類對能源的開發(fā)利用也有了新的認識，提高人類生活質量和改善生存環(huán)境的要求使得城鎮(zhèn)燃氣作為一種高效、清潔的燃料在人們的生產(chǎn)、生活中得到了廣泛的應用。城鎮(zhèn)燃氣通常分為天然氣、液化石油氣及人工煤氣三種，近年來以天然氣、人工煤氣為燃料的燃氣鍋爐房在高層建筑中?？捎鲆?，而液化石油氣因其比重較空氣大，以此為燃料的鍋爐房不得設在半地下和地下建筑構筑物內，故我們將對以天然氣、人工煤氣為燃料的鍋爐房進行分析。
1.1 天然氣成份分析，見表（一）
物質名稱
體積百分數(shù)%（V）
甲烷CH4
95.9494
乙烷C2H6
0.9075
丙烷C3H8
0.1367
硫化氫H2S
0.0002
二氧化碳CO2
3.000
注： 該成份表以在西北、華北地區(qū)廣泛使用的陜甘寧地區(qū)天然氣（氣田氣）為依據(jù)，四川地區(qū)的天然氣成份與上表基本相同。
1.2 人工煤氣成人分析
人工煤氣種類較多，成份變化很大，現(xiàn)以廣泛應用的焦爐煤氣為例列表如下。見表（二）。
物質名稱
體積百分數(shù)%（V）
氫氣H2
~60%
甲烷CH4
~25%
一氧化碳CO
~10%
其它
~5%
1.3 可燃單一氣體特性分析
根據(jù)表（一）、表（二）所示，燃氣中主要可燃成份為甲烷（CH4），乙烷（C2H6），丙烷（C3H8）氫氣（H2）一氧化碳（CO）等，各成份主要特性見表（三）
序
號
物質名稱
比重
爆炸極限
（體積%）
顏色氣味
溶水性
低位熱值
下限
上限
甲烷(CH4)
0.55
5.0
15.0
無色、微蔥臭
難溶于水
35.906MJ/m3
乙烷(C2H6)
1.04
3.2
15.5
無色、無臭
難溶于水
64.396MJ/m3
丙烷(C3H8)
1.56
2.1
9.5
無色
難溶于水
93.18MJ/m3
氫氣（H2）
0.07
4.0
75.6
無色、無臭
難溶于水
10.794MJ/m3
一氧化碳（CO）
0.97
12.5
74
無色、無臭
難溶于水
12.644MJ/m3
作為混合氣體，天然氣的爆炸極限體積百分數(shù)為下限4%，上限16%；人工煤氣的爆炸極限體積百分數(shù)為下限5.6%，上限30.4%
2、燃氣鍋爐房火災特點
2.1 燃氣鍋爐房火災形成主要有以下幾個方面因素：
a、輸氣管道、閥門等部件有燃氣泄漏并積聚至爆炸極限同時有火花或高溫條件。
b、鍋爐爐膛或煙道內因鍋爐點火、熄火、燃燒控制系統(tǒng)故障等因素導致的可燃氣體與空氣的混合物濃度達到爆炸極限并有足以點燃混合氣體的溫度。
c、鍋爐房內因施工或維修引發(fā)的可燃物燃燒。
d、電氣線路因短路或漏電導致的火災。
其中a、b兩條是燃氣鍋爐房所特有的火災危險，一旦形成此等條件極易引發(fā)快速燃燒或爆炸，將對人員及財產(chǎn)造成巨大的危害。故爾各鍋爐制造廠在燃燒器等部件的設計制造中采取了較多的保護措施，通常在以下諸方面設保護或控制：爐膛吹掃控制；自動點火控制；安全運行聯(lián)鎖保護；閥門密封性檢測保護；停爐或熄火保護。根據(jù)已有運行經(jīng)驗，鍋爐房常在點火、熄火、烘爐階段易發(fā)生因控制失效或操作不當引發(fā)的燃氣與空氣混合物爆事故，隨著技術進步與操作規(guī)范化的實現(xiàn)，由鍋爐燃燒系統(tǒng)引發(fā)的燃爆危險會被控制到盡量低的水平。
2.2 燃氣鍋爐火災的特點及應對措施
a、由于燃氣鍋爐的燃料為甲類火災危險物品，該物品具有易泄漏、易燃爆、危害大的特點，當有爐外燃氣泄漏時應采取有效的報警及通風措施，及時降低可燃氣體濃度至安全水平并排除隱患。
b、當鍋爐爐膛或煙道中因故障可能形成可燃氣體與空氣混合物的氣氛時，燃燒器及鍋爐控制系統(tǒng)應根據(jù)檢測結果依據(jù)預定程序實現(xiàn)斷氣、熄火、通風的保護措施。
c、當鍋爐房發(fā)生火災時，鍋爐熱力系統(tǒng)、燃氣輸送系統(tǒng)及建筑物、人員將面臨巨大的危險，此時應有可靠的火災報警及有效的滅火措施，保證鍋爐房內滅火或實現(xiàn)可控制燃燒以避免火災危害擴大。
3、燃氣鍋爐房消防系統(tǒng)控制方法
3.1 燃氣鍋爐房常采用的消防系統(tǒng)為水噴霧滅火系統(tǒng)和機械通風系統(tǒng)。
3.2 依據(jù)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95（2001年版）的要求，高層建筑內的燃氣鍋爐房應設置水噴霧滅火系統(tǒng)。水噴霧系統(tǒng)可用以撲救固體火災，閃點高于60℃的液體火災和電氣火災。并可用于可燃氣體和甲、乙、丙類液體的生產(chǎn)、儲存裝置或裝卸設施的防護冷卻。文獻4中對水噴霧的滅火機理有明確的描述，當水以細小的水霧滴噴射到正在燃燒的物質表面時產(chǎn)生以下作用：
a、表面冷卻。當水霧滴噴射到燃燒表面時，因換熱面積大而會吸收大量的熱迅速汽化，使燃燒物質表面溫度迅速降到物質熱分解所需要的溫度以下，使熱分解中斷，燃燒即中止。對于氣體火災，表面冷卻是無效的。
b、窒息。水霧滴受熱后汽化形成原體積1680倍的水蒸氣可使燃燒物質周圍空氣中的氧含量降低，燃燒將會因缺氧而受抑制或中斷。
c、乳化。只適用于不溶于水的可燃液體。
d、稀釋。只適用于水溶性液體火災。
由此可見在燃氣鍋爐房中水噴霧滅火的主要功能是窒息滅火和冷卻防護。
3.3 依據(jù)《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB50058-92的規(guī)定，燃氣鍋爐房內鍋爐間存在第二級釋放源，其爆炸危險區(qū)域屬于2區(qū)。該空間通常設防爆型機械通風裝置，當可燃氣體泄漏時，通風裝置應能使可燃氣體很快稀釋到爆炸下限值的25%以下。
3.4.1 鍋爐房火災自動報警及聯(lián)動控制是整個建筑物消防的一個組成部分?；馂奶綔y器可選用電子差定溫（或定溫）感溫探測器、感溫感煙復合探測器或閉式噴頭。聯(lián)動控制系統(tǒng)應具備下列功能：
a、選擇控制方式。
b、重復顯示保護對象狀態(tài)。
c、監(jiān)控消防水泵啟、停狀態(tài)。
d、監(jiān)控雨淋閥啟、閉狀態(tài)。
e、臨控主、備用電源自動切換。
聯(lián)動控制系統(tǒng)中水噴霧系統(tǒng)控制方式分為三種。第一種為自動控制。即當火災探測器探測到火情并被報警系統(tǒng)確認后，控制器打開水噴霧系統(tǒng)的電磁閥，此時雨淋閥在其入口水壓作用下開啟，雨淋閥的開啟信號返回至控制器，聯(lián)動啟動水噴霧泵進行滅火。當采用閉式噴頭作火災探測器時，傳動管的降壓動作導致雨淋閥開啟，雨淋閥的開啟信號返回至控制器聯(lián)動啟動水噴霧泵進行滅火。第二種方式為手動控制，包括遠距離機械、壓縮空氣、水壓力及消防控制室人為操作。其中消防控制室手動控制模式可以通過總線制手動控制電磁閥及水噴霧泵的啟、停，也可以通過多線制控制盤控制電磁閥及水噴霧泵的啟、停。第三種方式為應急操作。該方式即由人在現(xiàn)場操縱供水設備、雨淋閥組件等系統(tǒng)組件。同時規(guī)范規(guī)定，當自動控制響應時間大于60S時，可采用手動控制和應急操作方式。
3.4.2 當燃氣鍋爐房內發(fā)生燃氣泄漏時，在可能形成爆炸性氣體混合物的區(qū)域可設置可燃氣體報警及機械通風裝置。燃氣鍋爐房內常用的氣體檢測器為高、低兩級設定的開關量檢測器，它與多點報警控制器配套使用實現(xiàn)報警及聯(lián)動控制。當可燃氣體濃度達到爆炸下限值的25%時發(fā)出報警并聯(lián)動開啟通風機；當可燃氣體濃度達到爆炸下限的50%時，應發(fā)出報警并切斷燃氣總閥或關斷鍋爐房內工藝用電電源。
4、工程實踐中應注意的問題
4.1 在文獻7中，作者提出了當可燃氣體濃度達到爆炸下限50%時應啟動水噴霧系統(tǒng)，此控制條件在當前的工程設計中還常有設計人員提出。通過前面對水噴霧滅火機理的分析可以看出非火災情況下，水噴霧系統(tǒng)對可燃氣體的濃度降低并無效果。所以對燃氣鍋爐房消防系統(tǒng)的控制應根據(jù)火災危險程度予以區(qū)別：當有可燃氣體泄漏時應開啟通風系統(tǒng)或關斷燃氣供應及減少電氣火花危險，據(jù)此達到降低火災危險的目的，水噴霧系統(tǒng)不應啟動；當火災形成時及時開啟水噴霧滅火系統(tǒng)以達到滅火及冷卻保護的目的，此時也應及時自動或人工切斷燃氣供應。
4.2 個別工程對水噴霧系統(tǒng)中電磁閥的手動控制有遺漏：消防控制系統(tǒng)在多線控制模式下無法開啟電磁閥。
4.3 可燃氣體報警器的報警及控制狀態(tài)（無源接點）應通過輸入模塊接至火災報警控制器，這樣有利于消防控制室對鍋爐房狀態(tài)的監(jiān)視。
4.4 在燃氣泄漏時如要關斷鍋爐系統(tǒng)供電時，應持慎重態(tài)度。對于強制循環(huán)的熱水鍋爐在突然停電時，鍋爐水易因汽化而產(chǎn)生嚴重事故。
5、結束語
水噴霧滅火系統(tǒng)作為一種有效的消防措施應用日趨廣泛，在不同場所的設置及控制也有值得深入學習探討的必要，本文限于水平，有不當之處敬請指正。
隨著社會進步及經(jīng)濟發(fā)展的步伐，人類對能源的開發(fā)利用也有了新的認識，提高人類生活質量和改善生存環(huán)境的要求使得城鎮(zhèn)燃氣作為一種高效、清潔的燃料在人們的生產(chǎn)、生活中得到了廣泛的應用。城鎮(zhèn)燃氣通常分為天然氣、液化石油氣及人工煤氣三種，近年來以天然氣、人工煤氣為燃料的燃氣鍋爐房在高層建筑中?？捎鲆?，而液化石油氣因其比重較空氣大，以此為燃料的鍋爐房不得設在半地下和地下建筑構筑物內，故我們將對以天然氣、人工煤氣為燃料的鍋爐房進行分析。
1.1 天然氣成份分析，見表（一）
物質名稱
體積百分數(shù)%（V）
甲烷CH4
95.9494
乙烷C2H6
0.9075
丙烷C3H8
0.1367
硫化氫H2S
0.0002
二氧化碳CO2
3.000
注： 該成份表以在西北、華北地區(qū)廣泛使用的陜甘寧地區(qū)天然氣（氣田氣）為依據(jù)，四川地區(qū)的天然氣成份與上表基本相同。
1.2 人工煤氣成人分析
人工煤氣種類較多，成份變化很大，現(xiàn)以廣泛應用的焦爐煤氣為例列表如下。見表（二）。
物質名稱
體積百分數(shù)%（V）
氫氣H2
~60%
甲烷CH4
~25%
一氧化碳CO
~10%
其它
~5%
1.3 可燃單一氣體特性分析
根據(jù)表（一）、表（二）所示，燃氣中主要可燃成份為甲烷（CH4），乙烷（C2H6），丙烷（C3H8）氫氣（H2）一氧化碳（CO）等，各成份主要特性見表（三）
序
號
物質名稱
比重
爆炸極限
（體積%）
顏色氣味
溶水性
低位熱值
下限
上限
甲烷(CH4)
0.55
5.0
15.0
無色、微蔥臭
難溶于水
35.906MJ/m3
乙烷(C2H6)
1.04
3.2
15.5
無色、無臭
難溶于水
64.396MJ/m3
丙烷(C3H8)
1.56
2.1
9.5
無色
難溶于水
93.18MJ/m3
氫氣（H2）
0.07
4.0
75.6
無色、無臭
難溶于水
10.794MJ/m3
一氧化碳（CO）
0.97
12.5
74
無色、無臭
難溶于水
12.644MJ/m3
作為混合氣體，天然氣的爆炸極限體積百分數(shù)為下限4%，上限16%；人工煤氣的爆炸極限體積百分數(shù)為下限5.6%，上限30.4%
2、燃氣鍋爐房火災特點
2.1 燃氣鍋爐房火災形成主要有以下幾個方面因素：
a、輸氣管道、閥門等部件有燃氣泄漏并積聚至爆炸極限同時有火花或高溫條件。
b、鍋爐爐膛或煙道內因鍋爐點火、熄火、燃燒控制系統(tǒng)故障等因素導致的可燃氣體與空氣的混合物濃度達到爆炸極限并有足以點燃混合氣體的溫度。
c、鍋爐房內因施工或維修引發(fā)的可燃物燃燒。
d、電氣線路因短路或漏電導致的火災。
其中a、b兩條是燃氣鍋爐房所特有的火災危險，一旦形成此等條件極易引發(fā)快速燃燒或爆炸，將對人員及財產(chǎn)造成巨大的危害。故爾各鍋爐制造廠在燃燒器等部件的設計制造中采取了較多的保護措施，通常在以下諸方面設保護或控制：爐膛吹掃控制；自動點火控制；安全運行聯(lián)鎖保護；閥門密封性檢測保護；停爐或熄火保護。根據(jù)已有運行經(jīng)驗，鍋爐房常在點火、熄火、烘爐階段易發(fā)生因控制失效或操作不當引發(fā)的燃氣與空氣混合物爆事故，隨著技術進步與操作規(guī)范化的實現(xiàn)，由鍋爐燃燒系統(tǒng)引發(fā)的燃爆危險會被控制到盡量低的水平。
2.2 燃氣鍋爐火災的特點及應對措施
a、由于燃氣鍋爐的燃料為甲類火災危險物品，該物品具有易泄漏、易燃爆、危害大的特點，當有爐外燃氣泄漏時應采取有效的報警及通風措施，及時降低可燃氣體濃度至安全水平并排除隱患。
b、當鍋爐爐膛或煙道中因故障可能形成可燃氣體與空氣混合物的氣氛時，燃燒器及鍋爐控制系統(tǒng)應根據(jù)檢測結果依據(jù)預定程序實現(xiàn)斷氣、熄火、通風的保護措施。
c、當鍋爐房發(fā)生火災時，鍋爐熱力系統(tǒng)、燃氣輸送系統(tǒng)及建筑物、人員將面臨巨大的危險，此時應有可靠的火災報警及有效的滅火措施，保證鍋爐房內滅火或實現(xiàn)可控制燃燒以避免火災危害擴大。
3、燃氣鍋爐房消防系統(tǒng)控制方法
3.1 燃氣鍋爐房常采用的消防系統(tǒng)為水噴霧滅火系統(tǒng)和機械通風系統(tǒng)。
3.2 依據(jù)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95（2001年版）的要求，高層建筑內的燃氣鍋爐房應設置水噴霧滅火系統(tǒng)。水噴霧系統(tǒng)可用以撲救固體火災，閃點高于60℃的液體火災和電氣火災。并可用于可燃氣體和甲、乙、丙類液體的生產(chǎn)、儲存裝置或裝卸設施的防護冷卻。文獻4中對水噴霧的滅火機理有明確的描述，當水以細小的水霧滴噴射到正在燃燒的物質表面時產(chǎn)生以下作用：
a、表面冷卻。當水霧滴噴射到燃燒表面時，因換熱面積大而會吸收大量的熱迅速汽化，使燃燒物質表面溫度迅速降到物質熱分解所需要的溫度以下，使熱分解中斷，燃燒即中止。對于氣體火災，表面冷卻是無效的。
b、窒息。水霧滴受熱后汽化形成原體積1680倍的水蒸氣可使燃燒物質周圍空氣中的氧含量降低，燃燒將會因缺氧而受抑制或中斷。
c、乳化。只適用于不溶于水的可燃液體。
d、稀釋。只適用于水溶性液體火災。
由此可見在燃氣鍋爐房中水噴霧滅火的主要功能是窒息滅火和冷卻防護。
3.3 依據(jù)《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB50058-92的規(guī)定，燃氣鍋爐房內鍋爐間存在第二級釋放源，其爆炸危險區(qū)域屬于2區(qū)。該空間通常設防爆型機械通風裝置，當可燃氣體泄漏時，通風裝置應能使可燃氣體很快稀釋到爆炸下限值的25%以下。
3.4.1 鍋爐房火災自動報警及聯(lián)動控制是整個建筑物消防的一個組成部分?；馂奶綔y器可選用電子差定溫（或定溫）感溫探測器、感溫感煙復合探測器或閉式噴頭。聯(lián)動控制系統(tǒng)應具備下列功能：
a、選擇控制方式。
b、重復顯示保護對象狀態(tài)。
c、監(jiān)控消防水泵啟、停狀態(tài)。
d、監(jiān)控雨淋閥啟、閉狀態(tài)。
e、臨控主、備用電源自動切換。
聯(lián)動控制系統(tǒng)中水噴霧系統(tǒng)控制方式分為三種。第一種為自動控制。即當火災探測器探測到火情并被報警系統(tǒng)確認后，控制器打開水噴霧系統(tǒng)的電磁閥，此時雨淋閥在其入口水壓作用下開啟，雨淋閥的開啟信號返回至控制器，聯(lián)動啟動水噴霧泵進行滅火。當采用閉式噴頭作火災探測器時，傳動管的降壓動作導致雨淋閥開啟，雨淋閥的開啟信號返回至控制器聯(lián)動啟動水噴霧泵進行滅火。第二種方式為手動控制，包括遠距離機械、壓縮空氣、水壓力及消防控制室人為操作。其中消防控制室手動控制模式可以通過總線制手動控制電磁閥及水噴霧泵的啟、停，也可以通過多線制控制盤控制電磁閥及水噴霧泵的啟、停。第三種方式為應急操作。該方式即由人在現(xiàn)場操縱供水設備、雨淋閥組件等系統(tǒng)組件。同時規(guī)范規(guī)定，當自動控制響應時間大于60S時，可采用手動控制和應急操作方式。
3.4.2 當燃氣鍋爐房內發(fā)生燃氣泄漏時，在可能形成爆炸性氣體混合物的區(qū)域可設置可燃氣體報警及機械通風裝置。燃氣鍋爐房內常用的氣體檢測器為高、低兩級設定的開關量檢測器，它與多點報警控制器配套使用實現(xiàn)報警及聯(lián)動控制。當可燃氣體濃度達到爆炸下限值的25%時發(fā)出報警并聯(lián)動開啟通風機；當可燃氣體濃度達到爆炸下限的50%時，應發(fā)出報警并切斷燃氣總閥或關斷鍋爐房內工藝用電電源。
4、工程實踐中應注意的問題
4.1 在文獻7中，作者提出了當可燃氣體濃度達到爆炸下限50%時應啟動水噴霧系統(tǒng)，此控制條件在當前的工程設計中還常有設計人員提出。通過前面對水噴霧滅火機理的分析可以看出非火災情況下，水噴霧系統(tǒng)對可燃氣體的濃度降低并無效果。所以對燃氣鍋爐房消防系統(tǒng)的控制應根據(jù)火災危險程度予以區(qū)別：當有可燃氣體泄漏時應開啟通風系統(tǒng)或關斷燃氣供應及減少電氣火花危險，據(jù)此達到降低火災危險的目的，水噴霧系統(tǒng)不應啟動；當火災形成時及時開啟水噴霧滅火系統(tǒng)以達到滅火及冷卻保護的目的，此時也應及時自動或人工切斷燃氣供應。
4.2 個別工程對水噴霧系統(tǒng)中電磁閥的手動控制有遺漏：消防控制系統(tǒng)在多線控制模式下無法開啟電磁閥。
4.3 可燃氣體報警器的報警及控制狀態(tài)（無源接點）應通過輸入模塊接至火災報警控制器，這樣有利于消防控制室對鍋爐房狀態(tài)的監(jiān)視。
4.4 在燃氣泄漏時如要關斷鍋爐系統(tǒng)供電時，應持慎重態(tài)度。對于強制循環(huán)的熱水鍋爐在突然停電時，鍋爐水易因汽化而產(chǎn)生嚴重事故。
5、結束語
水噴霧滅火系統(tǒng)作為一種有效的消防措施應用日趨廣泛，在不同場所的設置及控制也有值得深入學習探討的必要，本文限于水平，有不當之處敬請指正。