王桂芳

(包头市消防支队，内蒙古 包头 014030)

煤制烯烃项目中气化高层厂房消防设计问题探讨

王桂芳

(包头市消防支队，内蒙古 包头 014030)

煤制烯烃项目中气化工段是核心工艺，气化厂房属于甲类生产厂房。在我国北方寒冷地区，受气候条件的限制以及现实生产工艺的需求，必须采用封闭式高层厂房，这与我国现行的消防技术标准相冲突。以包头市煤制烯烃项目为例，通过对气化厂房火灾危险性的分析，对气化厂房建设为封闭式高层厂房的可行性以及相关的消防设计问题进行探讨。

煤制烯烃；气化高层厂房；消防设计

煤制烯烃项目中气化厂房的工艺以水煤浆和纯氧为原料，采用气流床反应，在高温、高压、非催化条件下，进行部分氧化反应，生成一氧化碳和氢气为有效成分的粗合气体。由于粗合气体中一氧化碳和氢气的含量分别达到18.39%和15.34%，爆炸极限为8.25%～74%，火灾危险性为甲类。在我国南方地区，煤气化装置被设计放置在煤气化框架上，框架四周敞开。在北方寒冷地区，由于工艺操作竖向生产的要求，必须采用完全封闭的厂房。以包头市煤制烯烃项目气化厂房为例，该厂房位于厂区的西部南侧，设置了8台气化炉。气化厂房主体共10层，为钢筋混凝土框架结构，建筑高度63.2 m，占地面积为5 456 m2。按照《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)第3.3.1条规定，甲类生产厂房除生产必须采用多层外，宜采用单层，不应建造高层厂房；第3.6.1条规定，有爆炸危险的甲乙类厂房宜独立设置，并宜采用敞开或半敞开结构。

一、气化厂房的火灾危险性分析

气化厂房以及工艺设备存在的主要危险物质为合成气体和高压纯氧。气化厂房生产的合成气体为一种粗煤气，经测算，合成气的分子当量为19.6，爆炸极限范围为8.25%～74%，爆炸极限范围宽。合成气体的爆炸危险度为7.97，H2、CO的爆炸危险度分别为17.07和4.94，因此，合成气体一旦泄漏发生爆炸事故，其爆炸危险性相对较大。爆炸极限受合成气的温度、压力等因素的影响，爆炸性混合物的初始温度越高，爆炸极限范围越宽,初始压力增大，爆炸范围也扩大。由于合成气体生成的温度在1 300 ℃以上，压力为6.5 MPa，管道运输在200 ℃以上，因此爆炸范围明显扩大，混合气体的火灾爆炸危险性增大。高压纯氧具有强烈的助燃作用，可使可燃物的最低点火能量降低，增大了可燃物的范围，一旦发生泄漏，将大大提高可燃物和设备装置系统的火灾危险性。气化厂房装置区内的工艺设备、电气设备、工艺管道以及金属平台可能积聚静电，引起火灾爆炸。在生产、储存、设备检修中发生泄漏，可能聚集在厂房框架的死角，泄漏的易燃气体与空气形成爆炸性混合气体，遇到各种静电火花，极易引起火灾事故。设备管道出现跑冒滴漏等现象，地沟、电缆沟等低凹处和空气不流通的地方极易积聚易燃气体，遇到火源发生火灾爆炸事故。

二、气化厂房的火灾危害性分析

气化厂房工艺过程高温、高压，存在CO、H2等易燃易爆危险气体，与传统的单层或多层甲类厂房相比，由于生产规模大，设备高，一旦发生燃烧、爆炸，破坏力强，影响范围大。气化厂房的火灾危害性主要存在两种情况：一是易燃易爆化学气体管道泄漏没有被点燃，形成扩散蒸气云，发生爆炸事故。以H2为例，假定管壁内部光滑，考虑泄漏管径20%，泄漏孔面积为78.52 cm2，最大平均持续泄漏流速为0.95 kg·s-1，利用ALOHA进行泄漏模拟分析，得出数据显示，蒸气云被引燃发生爆炸，破坏范围在60～100 m范围之内。二是合成气体在泄漏后立即被点燃，以H2为例，假定条件与上述情况相同，根据ALOHA进行泄漏模拟分析，得出数据显示，60 s之内严重死亡致命区域在18 m之内，二度严重烧伤区域在25 m之内，感觉疼痛区域在41 m之内。

三、气化厂房本质安全措施分析

气化厂房本质安全主要通过工艺安全措施来保证，工艺防火、防爆措施是最大限度减小事故发生的可能性以及危害性的主要手段。在气化厂房中，全部选用防爆电气，设置了防雷、防静电等措施来控制点火源；同时，厂房内还通过设置DCS系统和各种生产参数的监测系统保证及时发现事故，并设置了ESD系统、安全连锁、止回阀和紧急切断阀等紧急处理措施。这些措施在完好的情况下，能够保证气化厂房在正常生产过程中不发生火灾爆炸事故，即使在设备发生故障的情况下也能够及时发现并进行处理，避免事故的进一步发展。

四、消防设计中的问题探讨

(一)平面布局

以包头市煤制烯烃项目气化厂房为例，火灾危险性类别为甲类，共10层，建筑高度为63.2 m，为甲类高层厂房。在《建筑设计防火规范》中，未对高层甲类厂房防火间距做出规定。参照对气化厂房火灾危害性的分析以及《建筑设计防火规范》对高层厂房防火间距的有关规定，确定气化厂房与四周建筑厂房的防火间距最少不低于25 m，对有人操作的厂房、变电站等防火间距不少于90 m。两个生产框架之间的防火间距则控制在13 m。气化厂房与周围建筑的防火间距较大，有利于降低气化厂房发生火灾事故时，对周围厂房或者设备、人员造成的影响。同时，在气化厂房周围设置环形消防车道，并将连续2个外立面作为消防扑救面，在每层均开设外窗。在厂房内设置两部消防电梯，为扑救厂房高层部位的火灾提供了较好的外部消防救援条件。

(二)防火分区划分

气化厂房按照一级耐火等级设计，建筑主体的钢构件均刷防火涂料进行保护。在防火分区的划分标准上，参照《建筑设计防火规范》中对乙类高层厂房防火分区的划分标准，每个防火分区的面积不超过2 000 m2。按照每层划分防火分区，有利于降低火灾的危害，同时利于人员疏散和消防扑救。厂房因为生产工艺的要求，有设备和管道穿越楼板，为满足设备随着温度变化而变形的需要，仍然存在一些缝隙。这些缝隙可能成为可燃气体和火灾时产生的烟气扩散的途径，降低了防火分区竖向分隔的效果。因此，在划分防火分区时，要注意对穿越厂房楼板的部位采取防火分隔和封堵措施，尽量降低火灾竖向蔓延的可能性。

(三)消防安全疏散

气化厂房的整个生产过程中均为自动化管理，厂房内部设置固定工作岗位，平时现场巡检为2人。中央控制室不设置在气化厂房内，操作人员在控制室内进行全程远程监控。按照《建筑设计防火规范》第3.7.6条的规定，气化厂房设置了2部封闭楼梯和2部室外楼梯。在疏散距离的消防设计中，参照甲类多层厂房安全疏散距离不应大于25 m的要求执行。因此，即使厂房发生火灾事故，也不会对生产人员造成较大的影响。

(四)消防通风系统

由于气化厂房主体采用全封闭的形式，需要采取合理的通风措施，使空气对流，以降低有毒、有害、易燃易爆危险物质的浓度。气化厂房的设备内有甲类危险物质CO、H2，均属于防爆区域，在风机的选择中，应选用防爆等级为dⅡCT1的防爆型产品。根据国家有关规定，事故通风换气次数确定为15次·h-1。在风机的设置中，以防火分区为单位，防火分区内上下区域均设置轴流风机，同时，在每个防火分区上部梁板可能产生气体积聚的空间，设计通风口，保证在所有高度大于100 mm的梁间均设置通风口。由于每层楼板上设备和管道的穿越处留有缝隙，会成为可燃气体扩散的通道，因此，在消防设计中，当发生易燃易爆气体泄漏时，整个气化厂房的事故通风系统应全部开启。

(五)自动消防设施

由于气化厂房为甲类厂房，合成气的主要成分为CO、H2，按照《建筑设计防火规范》的要求，应当设置可燃气体报警装置。在报警装置的选择上，由于氢气密度小，容易在合成气中分离，爆炸危险性大，因此，应当设置探测H2的可燃气体探测装置，同时，设置有毒气体的探测装置，监测CO的泄漏情况。两种探测器的设置，要尽量与生产过程中可能发生易燃气体、有毒气体泄漏、聚集的位置一致，探测器与事故通风连锁，在探测到泄漏的第一时间，要启动事故通风。生产装置设置的可燃气体或有毒气体监测报警系统的在线检测信号应送至全厂性消防控制中心，对气体监测报警系统进行显示和报警；同时将信号送至中央控制室的DCS系统操作站进行显示和报警。厂房内均应按照规范要求，设置防爆型手动报警装置。在灭火设施的设置中，除了设置室外消火栓外，根据《石油化工企业设计防火规范》(GB 50160-2008)第8.6.1条的规定，设置室外消防水炮。同时，根据《固定消防炮灭火系统设计规范》(GB 50338-2003)的要求，消防水炮的额定流量不宜小于30 L·s-1，灭火用水连续供给时间不小于2 h。在室内消火栓的设置中，由于气化厂房存在易燃易爆气体火灾的危险，因此，室内消火栓的水枪应采用直流、水雾两用型。当厂房内发生可燃气体泄漏时，可利用水雾稀释可燃气体浓度，降低可燃气体聚集并达到爆炸下限的可能。同时，水雾的冷却窒息效果在一定程度上可以起到限制气体火灾的影响范围等作用。

五、结束语

通过对高层封闭气化厂房的火灾危险性、危害性分析，从控制生产的温度和压力，控制点火源，防止爆炸性混合物形成，保证安全疏散，设置泄压、报警、灭火设施入手，强化生产本质安全、强化消防安全，保证事故能够早期发现、早期处理，将事故控制在初级阶段，并限制火灾爆炸规模和影响范围，确保人员在发生事故时安全疏散，基本上可保证甲类封闭高层厂房的消防安全，采用封闭式高层厂房是可行的。在厂房的使用过程中，要制定严格的安全生产管理制度和消防应急预案，并加强演练。要定期对员工进行消防安全教育和培训，提高消防安全意识，提高整体抗御火灾的能力。

[1] GB 50016-2006,建筑设计防火规范[S].

[2] GB 50160-2008,石油化工企业设计防火规范[S].

[3] GB 50338-2003,固定消防炮灭火系统设计规范[S].

(责任编辑 李 蕾)

The Research on the Fire Protection Design of a High Rise Gasification Plant in Coal-to-olefins Project

WANG Guifang

(BaotouMunicipalFireBrigade,InnerMongoliaAutonomousRegion014030,China)

Gasification process is commonly regarded as the key process in the coal-to-olefins project and gasification plants are categorized as Class A plants. In North China, all the gasification plants were designed as enclosed high rise plants due to the constraints of cold weather and current technical requirements. It causes a serious contradiction between the status quo of a technical standard and specified fire protection criteria. This paper takes the CTO project in Baotou city as an example, verifies the feasibility of enclosed high rise gasification plants in CTO project and discusses the related issues in the fire protection designs.

coal-to-olefins; high rise gasification plant; fire protection design

2015-03-03

王桂芳(1971— )，女，山西大同人，高级工程师。

TU972+.4

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1008-2077(2015)06-0062-03