電力工程總圖布置中消防設計常見問題分析

塔 拉，蘇 擘，額爾敦畢力格，樊洛岑，宗知源

(1. 內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 0100102. 內蒙古中實工程招標咨詢有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

消防設計是電力工程總圖布置的重點內容之一，主要涉及建(構)筑物火災危險性和耐火等級、防火間距、消防救援場地等內容。目前電力工程總圖布置消防設計主要依循的規范有GB 50016—2014《建筑設計防火規范 (2018年版)》(以下簡稱《建筑防火規2018》)、GB 50229—2019《火力發電廠與變電站設計防火標準》(以下簡稱《火變防火規2019》)、 DL/T 5032—2018《火力發電廠總圖運輸設計規范》(以下簡稱《火電總規2018》)等。

實際設計過程中，由于對規范、工藝的理解偏差或規范中無確切的說明，會出現執行不一致或存在爭議的情況?；诖?，本文從規范和工藝原理對常見的電力工程總圖布置消防設計疑點進行分析，總結其合理解決途徑和方法。

1 除塵器室與鍋爐房間距

在嚴寒地區考慮冬季采暖，對除塵器和鍋爐一般均進行封閉設計。隨著消防審查和驗收的規范化和嚴格化，除塵器室和鍋爐房之間的間距成了火力發電廠總圖布置消防設計中的爭議點。工藝角度上其間距滿足煙道直線段要求即可，間距小可節省煙道材料，而總圖布置需要滿足防火間距要求。所以爭議主要有三點：①間距是否受消防規范限制；②設置間距是否有實際作用；③間距取值問題。

1.1 間距是否受消防規范限制

間距不受消防規范限制的觀點認為除塵器是設備，防火間距針對建構筑物而定，設備不受其約束。北方嚴寒地區的除塵器設備下部設置有除塵器間，其內一般布置有灰斗、倉泵、風機、加熱器、儲氣罐等設備和構筑物，墻體設置窗戶、通行門、檢修門。GB/T 50504—2009《民用建筑設計術語標準》[1]2.1.4條中對建筑物定義為用建筑材料構筑的空間和實體，供人們居住和進行各種活動的場所?！痘鹱兎阑鹨?019》3.0.1條和《火電總規2018》5.7.1條中均對除塵構筑物火災危險性和最低耐火等級分別定義為丁類、二級，實際工程中除塵器間的建筑設計也是按此規定進行設計。所以除塵器間屬于建筑物，受消防規范限制是無容置疑的。

1.2 設置間距是否有實際作用

設置間距無實際作用的觀點認為除塵器室和鍋爐房之間有煙道連接，一旦一方發生火災，火焰通過煙道傳到另一方，所以設置間距無實際意義。根據《火變防火規2019》6.3.2條，除塵器室和鍋爐房之間煙道均需要設置煙溫測溫、超溫報警、噴水降溫、關斷門等保護裝置[2]，且煙道為封閉結構，所以爐膛內火焰通過煙道傳到另一方的假設是不成立，即設置間距有實際消防作用。

1.3 間距取值問題

間距取值是否按高層廠房與其他廠房之間間距執行問題。鍋爐房屬于高層廠房，根據《火變防火規2019》3.0.1條和《火電總規2018》5.7.1條規定火災危險性和最低耐火等級分別為丁類、二級。所以根據《建筑防火規2018》3.4.1條、《火變防火規2019》4.0.15條和《火電總規2018》5.7.3條鍋爐房和除塵器間防火間距應為13 m。

根據《建筑防火規2018》表3.4.1注3和《火電總規2018》5.7.3-5條規定，當鍋爐房除塵器一側外墻為防火墻且開口部位設置甲級防火門、防火窗或者除塵器間鍋爐房一側設置無開口防火墻且其屋頂耐火等級≥1 h時，其間距最小可壓縮到4 m。但鍋爐房和除塵器間外墻封閉一般采用金屬巖棉夾芯板材料，厚度一般為80～100 mm，根據《建筑防火規2018》表3.2.1、3.2.12條、附表1的規定，其燃燒性能為不燃性、耐火極限最大能達到0.8 h，無法達到防火墻作用。600 MW等級機組鍋爐房尾部間高度約65 m、除塵器間高度約8 m，其外墻做成防火墻造價過大，相比所節省的煙道材料無法對比，代價過大且實施可能性較小。外墻為金屬巖棉夾芯板材料的鍋爐房和除塵器間門窗面積和位置符合《建筑防火規2018》表3.4.1注2、《火電總規2018》5.7.3-2條規定時，其間距為13×(1-0.25)=9.75 m，但根據實際工程案例來看，鍋爐房和除塵器間門窗面積和位置很難達到上述規定。

《火變防火規2019》4.0.3條中規定：“…單機容量為300 MW及以上機組，在爐后與除塵器之間應設置單車車道…”[2]，《建筑防火規2018》7.1.8-4條中規定：“消防車道靠建筑外墻一側的邊緣距建筑外墻不宜小于5 m”[3]，并且鍋爐房和除塵器間間距寬松有利于爐后地下管網的布置。綜合上述，鍋爐房和除塵器之間的防火間距盡量取值13 m。

2 尿素車間火災危險性

隨著《國家能源局綜合司關于加強電力行業?；穬Υ娴劝踩婪豆ぷ鞯耐ㄖ?國能綜通安全〔2020〕85號)的出臺，除了少部分與化工園區較近的電廠采用氨水外，大部分新建電廠均采用尿素作為脫硝還原劑，采用液氨的在運行電廠也逐步開始改造成用尿素作為還原劑?！痘痣娍傄?018》表5.7.1-2中對尿素儲存和制備間火災危險性和最低耐火等級分別為丙類、二級，并在其注3中規定：“尿素儲存和制備間采用水解時應為乙類”[4]。尿素儲存和制備間采用水解工藝時，其火災危險性定義為乙類的原因為氨氣，氨氣為乙類火災危險性氣體，且《建筑防火規2018》3.1.2條文解釋表1、《火變防火規2019》表3.0.1、《火電總規2018》表5.7.1-2中對氨壓縮機房、氨氣化間火災危險性均定義為乙類。一般情況下按此規定執行是正確的，但有些情況下需要特殊考慮。

2.1 尿素分解反應器布置位置及特點

目前尿素熱解工藝中一般都采用熱風或高溫煙氣作為熱源(電加熱器能耗高)，所以從節能角度上考慮，尿素熱解反應器一般布置在鍋爐房；水解反應器及相關設備較大，不方便布置于鍋爐房，一般都布置在尿素儲存和制備間。所以采用熱解工藝時尿素儲存和制備間送至鍋爐房的是尿素溶液，水解工藝時尿素儲存和制備間送至鍋爐房的是氨氣。但因工程條件的不同，熱解反應器和水解反應器均可布置在尿素儲存和制備間或鍋爐房，特別是改造項目中此類情況并不罕見。另外，水解反應器布置在尿素儲存和制備間時其火災危險性也不能直接定為乙類。根據《建筑防火規2018》3.1.2條規定，當火災危險性較大的生產部分占本層或本防火分區建筑面積的比例小于5%時可按火災危險性較小的部分確定，并在其條文解釋表2中給定的氨氣生產部分與房間容積的比值小于5 L/m3(標準狀態)且最大總量小于50 m3(標準狀態)時可不考慮氨氣火災危險性[3]。

2.2 確定尿素車間火災危性的方法

當采用選擇性非催化還原(selective non-catalytic reduction，SNCR)工 藝 時， 尿素儲存和制備間火災危險性為丙類。當采用SCR(selective catalytic reduction，選擇性催化還原法)工藝時，若從尿素儲存和制備間出來的是尿素溶液時，尿素儲存和制備間火災危險性為丙類；若從尿素儲存和制備間出來的是氨氣，且氨氣制備空間小于《建筑防火規2018》3.1.2條和3.1.2條條文解釋表2中規定值時，尿素儲存和制備間火災危險性為丙類，反之為乙類。

具體設計工作中總圖專業應與工藝專業和建筑專業緊密配合，合理確定尿素儲存和制備間火災危險性。

3 臟凈油箱與其他建筑物間距

火力發電廠臟凈油箱是主廠房主油箱(儲存汽輪機和發動機潤滑油箱，其閃點一般不小于180℃)，檢修時用于臨時儲存和過濾主油箱油的裝置，一般露天布置在汽機房A列外，1000 MW級機組的容量約100 m3。《火電總規2018》[4]5.7.3-17條中規定：“A列外露天儲油箱防火間距宜按變壓器防火間距執行…”，那么根據《火電總規2018》5.7.3-7條規定和《火變防火規2019》4.0.9條規定，不采取特殊措施情況下臟凈油箱與其他建筑物間距為10 m。實際上，不采取特殊措施情況下，當布置空間較為緊張時，根據《建筑防火規2018》相關規定可以進一步壓縮此間距?！督ㄖ阑鹨?018》 表4.2.1注4中規定：“…閃點大于120℃的液體儲罐區與其他建筑的防火間距，可按本表的規定減少25%” ，此規定結合表4.2.1所規定的防火間距，可推導出臟凈油箱與其他建筑物防火間距：12 m×(1-0.25)=9 m。

4 防火墻壓縮防火間距問題

《建筑防火規2018》表3.4.1注2、《火電總規2018》5.7.3-1條中均規定：“…相鄰兩座高度相同的一、二級耐火等級建筑中相鄰任一側外墻為防火墻且屋頂的耐火極限不低于1 h時，其防火間距不限，但甲類廠房之間不應小于4 m。” 實際工程中常遇到類似如圖1所示的情況，即建筑高度相同、屋頂的耐火極限≥1 h的一、二級耐火等級廠房A建筑和B建筑之間間距d＜防火間距D，且A建筑墻因條件限制無法做成防火墻。根據《建筑防火規2018》表3.4.1注2和《火電總規2018》5.7.3-1條規定，可以把B建筑的墻做防火墻來解決兩座建筑之間不滿足防火間距的問題。爭議點在于B建筑靠A建筑側整面墻均做成防火墻還是只對A建筑正對面部分做防火墻。

圖1 間距不滿足防火要求的建筑高度相同兩座建筑 布置情況

根據《建筑防火規2018》2.1.21條中對防火間距的定義為：“防止著火建筑在一定時間內引燃相鄰建筑，便于消防撲救的間隔距離?！睆亩x上看，防火間距首先是為了防止著火建筑在一定時間內引燃相鄰建筑而設置。而防火墻是有效防止著本建筑火災引燃相鄰建筑或相鄰建筑火災引燃本建筑的措施。所以，對B建筑的防火墻范圍在A建筑正對面部分基礎上應擴展至防火間距D所影響范圍，如圖2所示。此處理方法符合《建筑防火規2018》3.4.5-1條規定的原則。

圖2 壓縮防火間距的防火墻范圍示意圖

5 屋外配電裝置區附近布置制(供)氫站問題

氫站布置于屋外配電裝置區附近，滿足了制(供)氫站布置的兩個關鍵因素：①氫氣屬于易燃易爆甲類氣體，宜布置在廠區邊緣地帶；②氫氣在火力發電廠中用于發電機冷卻，制( 供)氫站布置在汽機房較近位置有利于縮短氫氣管道。

根據GB 50177—2005《氫氣站設計規范》[5]3.0.1-1條和《火電總規2018》5.3.1-1條規定，制(供)氫站布置應遠離有明火或散發火花的地點?！督ㄖ阑鹨?018》2.1.9條中對散發火花地點定義為：“有飛火的煙囪或進行室外砂輪、電焊、氣焊、氣割等作業的固定地點?！?很多設計人員根據此定義認為屋外配電裝置不屬于散發火花地點。實際上屋外配電裝置區內有多個帶油設備，且隔離開關、斷路器、母線處經常閃火花，即常說的“電弧”，其火花強度相比砂輪、電焊、氣焊、氣割等作業的火花強度有過之而無不及，可見屋外配電裝置屬于散發火花地點。所以有條件時盡量避免在屋外配電裝置區附近布置制(供)氫站，因條件受限無法避免時，滿足制(供)氫站與屋外配電裝置之間距離要求的同時，處理好制(供)氫站、屋外配電裝置、風向三者的關系。

GB 50177—2005《氫 氣 站 設 計 規 范》 3.0.1-1條中規定制(供)氫站“宜布置在工廠常年最小頻率風向的下風側，…”。氫氣屬于易燃易爆甲類氣體，其發生泄漏或散發后應避免吹向或聚集主要保護對象和火花點，應設法盡快疏散或吹向空曠地帶，而按上述規定執行后其效果適得其反?！痘痣娍傄?018》5.3.1-1條中規定制(供)氫站“宜布置在主要生產設備區全年最小頻率風向的上風側，…”，此條規定符合把泄漏或散發的氫氣疏散或吹向空曠地帶的原則。所以當屋外配電裝置區附近布置制(供)氫站時，盡量制(供)氫站布置在屋外配電裝置區全年最小頻率風向的上風側。

6 其他常見問題

6.1 個別規范條款的解讀

1) 成組布置的適用范圍

成組布置是壓縮建構筑物之間間距的常用

火力發電廠廠區總平面布置中常見制(供)方法，《建筑防火規2018》3.4.8條、《火電總規2018》5.7.3-6條均規定了有關成組布置的要求。根據規定，采用成組布置有兩個前提條件：一是非高層廠房；二是非甲類廠房。實際工作中，遇到防火間距不滿足規范要求時，設計人員經常試圖采用成組布置措施進行布置或解釋總平面布置的合理性，而忽略了成組布置的重要兩個前提條件。另外，對面積方面的要求也容易忽略或混淆。根據《建筑防火規2018》3.4.8條 規定，面積應同時符合以下兩個條件：一是組內廠房占地面積之和＜10000 m2；二是組內廠房占地面積之和＜防火分區允許建筑面積，這里需要注意的前者是占地面積、后者是建筑面積?！痘痣娍傄?018》5.7.3-6條中直接給定了占地面積，總圖設計人員執行起來較為 方便。

2) 消防車登高操作場地的服務對象

消防車登高操作場地是《建筑防火規2018》中提出的較為重要的概念，其7.2.1條、7.2.3條中均規定了有關消防車登高操作場地的要求。根據規定，消防車登高操作場地的服務對象為高層建筑，且對應范圍內應設置直通室外的樓梯或直通樓梯間的入口。實際設計過程中，設計人員可能犯的錯誤主要有兩種，一種為非高層建筑也考慮設置消防車登高操作場，另一種為高層建筑周圍按規定設置消防車登高操作場，但其對應范圍內無直通室外的樓梯或直通樓梯間的入口。

建筑物登高面范圍的理解也經常發生爭議?！督ㄖ阑鹨?018》7.2.1條中規定：“建筑物高度不大于50 m的建筑，連續布置消防車登高操作場地確有困難時，可間隔布置，但間隔距離不宜大于30 m…”[3]。另外，上海市消防局《關于高層建筑消防撲救場地設計若干問題的處理意見》(滬消(防)字[2001]65號)一文中提到：“…消防登高場地…最外一點到建筑登高面邊緣的水平距離不應大于15 m”。兩份文件中的30 m和15 m關聯在于“消防車的作業角度”，消防車作業角度形成了其工作范圍，根據實戰經驗，一般情況下消防車登高操作場地長度方向外擴15m的范圍均包含在消防登高車有效工作范圍內，所以兩側消防車登高操作場地外擴的15 m范圍正好補充了其30 m間隔的空白地帶，15 m×2=30 m。所以當建筑高度≤50 m時，在消防車登高操作場地長度方向兩側擴15 m界限正對應的建筑物范圍可認為與消防車登高操作場地相對應的建筑物登高面范圍。

3) 1.5倍塔高的避讓距離

架空電力線避讓1.5倍塔高是電力工程總圖布置時常見的情況，有關此規定設計人員常犯的錯誤為只要架空電力線均避讓了1.5倍塔高。根據《建筑防火規2018》10.2.1條規定，架空電力線避讓水平距離為1.5倍塔高的對應建構筑物為以下五種：①甲、乙類廠房(倉庫)； ②可燃材料堆垛；③甲、乙類液體儲罐；④液化石油氣儲罐；⑤可燃、助燃氣體儲罐。所以除上述五種類型的建構筑物外，不受1.5倍塔高限制，應根據《建筑防火規2018》10.2.1條規定或其他相關規定進一步優化避讓空間。《建筑防火規2018》10.2.1條規定主要考慮架空電力線在倒桿斷線時的危害范圍，在實際設計過程中還應考慮建構筑物發生事故時是否危及架空電力線的安全運行。比如，《建筑防火規2018》10.2.1條規定就是考慮了液化石油氣儲罐(區)發生事故時對架空電力線的影響。

6.2 設備和預制倉防火設計

規范一般規定工藝設備間距由工藝布置需要確定，從而設計人員認為設備不受防火設計規范限制?！督ㄖ阑鹨?018》3.4.6條規定：“廠房外附設化學易燃物品的設備，其外壁與相鄰廠房室外附設設備的外壁或相鄰廠房外墻的防火間距，不應小于本規范第 3.4.1 條的規定。用不燃材料制作的室外設備，可按一、二級耐火等級建筑確定。” 此規定明確了易燃物品設備的防火間距要求，并規定了其耐火等級。所以設備是否受防火設計規范限制主要看其介質的危險性，而不能只考慮設備受不受防火設計規范限制。

預制艙是由預制艙體、二次設備屏柜或機架、艙體輔助設施等組成，在工廠內完成制作、組裝、配線、調試等工作，并作為一個整體運輸至工程現場，就位于安裝基礎上。目前風力發電工程動態無功設施、35 kV控制室等場合經常采用預制艙。預制艙屬于完整的建筑構造，一般只用于建筑物，而對于構筑物，一般預制時不能形成完整的艙體結構，只是整體的一部分，不能稱預制艙，如預制水塔、煙囪、管廊、沉井等。另外預制艙技術規范書中對預制艙體的火災危險性及耐火等級均按防火規范規定提出相應要求。所以預制艙不受防火設計規范限制的觀點不對的。

6.3 防火間距計算起點

有關防火間距計算方法，在《建筑防火 規2018》附 錄B、《火 電 總 規2018》附錄A中均有相似規定。其中重要的一條規定是：“…當外墻有凸出的可燃或難燃構件時，應從其凸出部分外緣算起?！蹦敲赐鈷鞓翘?、室外疏散樓梯、敞開式外廊、陽臺、窗臺、雨棚等構件的結構采用不燃性材料時是否要納入防火間距計算成為了爭議點。在實際消防審查和驗收工作來看，不納入防火間距計算的建筑凸出構件必須同時滿足以下幾個要素：1)凸出構件必須是不燃性構件； 2)凸出構件不能有人停留或通行。3)凸出構件不應具備放置臨時物品的條件；4)凸出構件不得影響消防車道、消防車登高操作場的設置，不得影響應急救援。

6.4 防火間距和安全間距的關系

工程總圖布置中設計人員經常把防火間距和安全間距混淆討論。防火間距是為了防止著火建筑在一定時間內引燃相鄰建筑，便于消防撲救的間隔距離，主要考慮火災和爆炸兩個因素。安全間距是為了各設施之間確保安全運行而設置的最小距離，其考慮因素相對較多，主要考慮的因素有火災、爆炸、碰撞、滑坡、帶電、噪聲、灰塵、腐蝕、高低溫、震動、輻射、陰影、效率、施工、運行等。比如，冷卻塔和主廠房間距主要考慮了冷卻塔的通風效率、主廠房和冷卻塔的施工檢修空間等因素；各類設施和道路之間距離主要考慮出行方便、避免碰撞、防火救援等因素。一般情況下各類防火規范指定的是防火間距，而各類總圖設計規范指定的是安全間距。防火間距是安全間距的重要依據和組成，從隸屬關系來講安全間距包含了防火間距?？倛D設計人員進行工程總平面布置時不能只關注防火間距，應全方位考慮各類安全因素，使總平面布置更具有合理性。

7 結語

消防設計是電力工程總圖布置中的重要內容之一。因各設計人員的解讀差異、各類規范的規定和描述的差別、各類規范錯綜復雜的從屬關系、各類工程工藝條件的不同以及規范中的無明確規定等原因，造成了電力工程總圖布置中的各類消防設計的爭議。對各類問題進行解析，提出了解決問題的理論和規范依據，并總結了關鍵注意事項。