浅谈明火地点与燃气锅炉爆炸危险区域的划分
Revised by Chen Zhen in 2021
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
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
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
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
笔者根据物理、化学原理，结合学习国家标准《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.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，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《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。
