燃气锅炉房的水喷雾灭火设计
1、燃气锅炉的火灾危险性
随着城市的发展，众多高层民用建筑的兴起，用于高层民用建筑附属设施的场地越来越少，燃煤锅炉房已无法满足人们对于场地、环境、安全、自动化控制方面的要求。所以，有很多工程已经采用了燃油、燃气锅炉，并设在建筑物内部。目前，在燃油、燃气锅炉中，燃油锅炉较多。在大中城市中，燃气锅炉是发展方向。
燃气是一种优质、高效、清洁的环保型锅炉燃料。燃气锅炉所用的燃气，主要是指天然气或人工煤气。天然气的组份往往不是固定不变的，产地不同组份也不同，但都是以甲烷为主，北京目前正在推广的是陕甘宁长庆气田的天然气，甲烷的含量为98%。人工煤气的组份与制取工艺有关，北京的炼焦煤气的氢气的含量为59.2%、甲烷的含量为23.4%。甲烷和氢气都是高度易燃易爆的气体。在《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)附录四中，列出了天然气爆炸下限为4%，人工煤气爆炸下限为6.2%，都属于甲类可燃性气体。
鉴于燃油、燃气锅炉房的火灾及爆炸危险性，《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045)规定，宜将燃油、燃气锅炉放在高层建筑内部，而且对其设置位置及容量做了严格限制。在“高规”97修订版中，补充规定了高层民用建筑内的燃油、燃气锅炉房应设置水喷雾灭火系统。
2、燃气锅炉的消防
燃气锅炉事故的根本原因，是在炉膛或烟道内有爆炸性混合气体存在，并达到爆炸极限，被炉火或锅炉本身的高温相燃而发生炉膛爆炸。事故的起因，多数是锅炉点火操作不当造成的，也有由于自动控制失灵，或在运行中，由于燃烧器前燃压力或风压波动矿大引起脱火或回火。为减轻爆炸对炉膛和烟道在混合气体时的破坏程度，在锅炉的这两上部位都设防爆门。在发生气体爆炸时，防爆门将因炉膛内或烟道内压力骤然升高而开启，或破裂泻出高压气体，从而减轻爆炸的破坏程度。这时锅炉需要暴露防护，水喷雾可起到降温冷却的作用。
另外，燃气锅炉由于泄爆或某些意外原因引起燃气泄漏，在燃气浓度到爆炸下限以前也需要水喷雾灭火系统的保护。利用水喷雾的混合稀释作用，使燃气的浓度降低，可起到防火的效果。
关于水喷雾灭火系统的作用，在NFPA15(美国的水喷雾灭火系统规范)96版中规定了四种，灭火、控火、暴露防护和防火，或者上述情况的组合。《水喷雾灭火系统设计规范》(GB50219-95)(下文简称“水雾规”)和 NFPA15都提到水喷雾灭火系统可用于扑求可燃气体火灾。所以，水喷雾灭火系统用于燃气锅炉房的消防是恰当的，其作用就是暴露防护和防火为主要目的。
3、设计参数
“水雾规”的颁布早于高规97增订版，没有规定燃油、燃气锅炉的设计喷水强度，而该参数又是系统设计最主要的依据，这就给设计带来了难度。我们参阅了NFPA15，关于设计喷水强度的数值是，用于扑灭一般可燃固体或液体灭火的喷水强度不小于6.1L/min.m2∽20.4L/min.m2 (0.15gpm/ft2∽0.5gpm/ft2),控火的喷水强度不小于20.4/min.m2(0.50gpm/ft2)，暴露防护的喷水强度不小于10.2L/min.m2(0.25gpm/ft2)，防水的最小喷水强度要根据被保护物质的经验或试验数据而定。上述数据对于我们的设计具有参考价值，我们认为，对于暴露防护和防火为重点的燃气锅炉房的消防，设计喷水强度取10.2L/min.m2∽20.2L/min.m2较为合适。
另一个参数是作用面积。水喷雾灭火系统是局部应用系统，作用面积应取被保护对象的外表面尺寸。保护对象外形不规则时，应按包容对象的最小规则形体的外表面积确定，设计中可按燃气锅炉产品样本提供的外形尺寸取值。
系统的作用时间，尤其是水喷雾灭火系统设计流量较大时，它的取值影响储水池的储水量。“水雾规”中扑救的防冷却对象主要是室外可燃气体的生产、运输、装卸、储存设施和灌瓶间、瓶库等场所，防护时间为6.0h。室内机房不同于上述场所，在自动关闭速断阀的情况下，切断了燃气的来源，整个灭火时间会缩短，不可能按6.0h自动喷洒系统作用时间也只有1.0h。水雾规中液体、固体火灾这一项灭火时间分别为0.5h、1.0h。NFPA15。对于灭火、控火、暴露防护和防火四种消防形式,都没有给定具体系统作用时间，只是提出功能上的要求。我们认为，设计中可根据系统的大小和工程的具体情况，在0.5h∽1.0h取值。
4、系统控制
水喷雾灭火系统应设自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式。水喷雾灭火系统实质是一种雨淋系统，只是开式喷头换成了水雾喷头，控制方式都相同。对于燃气锅炉房的水喷雾灭火系统，有三种常用的自动方式，可燃气体浓度探测器电动启动，火灾探测器电动启动，湿式先导管传 动水力启动。根据燃气锅炉房火灾的特点，水喷雾灭火系统的自动启动方式宜同时设两种，其中可燃气体浓度探测器电动启动必须设置，而感温控测器电动启动和湿式先导管传动水力启动可选其中一种。
可燃气体浓度探测器启动方式，当可燃气体浓度探测器探测到某处燃气浓度达到爆炸下线的25%时，开排风机，同时声光报警;当浓度达到爆炸下线的50%时，燃气速断阀动作，切断燃气供给，打开雨阀上的电磁阀，启动水喷雾灭火系统。
火灾探测器启动方式，当一个火灾探测器动作时，声光发出报警;两个火灾探测器同时动作时，打开雨阀上的电磁阀，启动水喷雾灭火系统。
湿式先导管传动水力启动方式，当湿式先导管上的闭式喷头动作后，自动打开雨淋阀，启动水喷雾灭火系统。
除自动控制外，系统还应设置远距离手动启动装置，它是不同于系统控制阀本身所带的紧急手动阀。手动启动装置是指手动按钮或湿式先导宇航局传动管上的快开阀。远距离手动启动装置要设在醒目、在紧急情况下易于接近的地方，准确标识出所控制的系统。如果雨淋阀本身所带的紧急手动阀能满足远距离手动启动装置的设置要求，远距离手动启动装置也可不设。
5、设计中应注意的问题
作为安全措施，燃气锅炉房内必须设置可燃气体浓度探测器，每台锅炉的燃烧器的燃气供上都有燃气速断阀。燃气速断阀可由锅炉自动控制系统控制，还应与可燃气体浓度探测器联动，紧急情况下可自动切断气来源。
可燃气体浓度探测器的设置位置，应考虑到可燃气体的浓度，与被保护设备可能发生泄漏的点的距离，并且应便于试验、校准和维护。
系统控制阀设置位置就尽可能靠近被保护区，并在紧急时刻就能进行操作。同时要考虑的因素包括：火场的热辐射，爆炸的危险性，排水设施，冰冻和机械损伤，可操作性和系统释放的时间。
关于系统的最大设计流量，即使在NFPA15没有规定具体数字，只是提出原则性的要求，即一个系统应限制其设计流量，使之小到易于实现。“水雾规”建议，当保护面积较大或保护对象较多时，系统宜设多套雨淋阀，并利用雨淋阀控制同时喷雾的水雾喷头数量。
考虑到供水系统的可靠性和二次水灾等其他因素，我们认为，对于室内燃气锅炉房的水喷雾灭火系统，系统设计流量不宜超过10L/S。水喷雾灭火系统属于局部应用系统，重点就放在发生危险的锅炉，对于大型燃气锅炉房，宜设多套雨淋阀，分别控制，以减小系统流量，避免二次水灾。
由于燃气锅炉房属于独立的防火单元，如按一次火灾计算，即水喷雾系统与自动喷淋系统不同时作用，两者可以共用一套供水系统，供水能力上应能满足任一系统单独作用时闭式喷头或水雾喷头的水力要求。水喷雾系统部分按照水喷雾系统设计和安装，自动喷淋系统部分按照自动喷淋系统设计和安装。由于国家没有颁布水喷雾灭火系统的施工及验收规范，工程中应结合该系统的特点，参照现行的《自动喷酒系统施工及验收规范》执行。
除本文中提到的一些问题外，水雾喷头的布置要求，系统排水管的位置及规格，过滤器的设置，保护区地面排水及系统的水利计算等，参考文献中都有论述，这里就不赘述了。
6、工程实例
某工程的燃气锅炉房，设有三台立式燃气锅炉。水喷雾灭火系统与自动喷淋系统合用一组消防泵。自动喷淋系统的流量和压力都大于水喷雾灭火系统，按前者选择水泵，后者根据水喷雾系统的工作压力，用减压阀减压。水力计算按特性系数法。设计图及水雾喷头的参数见附图。
设计参数：燃气锅炉的总保护面积为99.5 m2，设计喷水强度为10.2L/min.m2，水雾喷头的设计工作压力为0.3MPa，系统的设计工作压力为0.4MPa。
7、结束语
水喷雾灭火系统是一种经济、有效、符合环保的灭火方法，用于燃气锅炉房的消防时，比气体灭火系统具有明显的优越性。对于高层民用建筑内部的燃气锅炉房的水喷雾灭火系统，有关规范中没有专门的条款可查讯，需要我们在设计中应参照执行，并且不断地总结。限水平，文中所述有些观点有待推敲，希望能起到抛砖引玉的作用。
参考文献：
1、NFPA15.Standard for Water Spray Fixed System for Fire Protection.1996 Edition.American
2、黄晓家，燃油燃气锅炉房和柴油发电机房水喷雾灭火系统设计。北京：给水排水1999增刊
3、颜景秀，水喷雾灭火系统。北京：北京市土建学会建筑给水排水委员会、全国消防给水技术研究会，1998
4、燃油燃气锅炉房设计手册编写组，燃油燃气锅炉房设计手册。北京：机械工业出版。1998
5、煤气设计手册编写组，煤气设计手册。北京：中国建筑工业出版，1983
6、陈耀宗、姜文源等。建筑给水排水设计手册。北京：中国计划出版社。199 4
