含鈉廠房的消防設(shè)計

□胡 朝 焦保良

某工藝設(shè)施的試驗裝置采用鈉作為工藝介質(zhì)，液態(tài)鈉在試驗裝置、凈化罐、管道內(nèi);試驗裝置在運行過程持續(xù)發(fā)熱，由循環(huán)水冷卻系統(tǒng)將熱量導(dǎo)出。由于鈉特殊的物理化學(xué)特性，事故情況下容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸危險，需對工藝設(shè)施采取完善的消防設(shè)計，降低火災(zāi)、爆炸危險。

一、工藝設(shè)施概況

某項目建設(shè)一棟建筑面積約7，000m2，內(nèi)含多個研究試驗設(shè)施和普通辦公區(qū)的綜合廠房，研究試驗設(shè)施建筑面積約4，000m2，普通區(qū)面積約3，000m2。在廠房東側(cè)的研究試驗設(shè)施內(nèi)設(shè)有建筑面積150 m2的試驗大廳。大廳內(nèi)設(shè)有有含鈉試驗裝置，見圖1。

該研究試驗設(shè)施包括電氣、控制等輔助房間和試驗大廳，北側(cè)和西側(cè)區(qū)域為建筑物內(nèi)其他設(shè)施。大廳頂部設(shè)有1臺電動雙梁起重機(jī)，軌頂標(biāo)高12m，大廳內(nèi)設(shè)有1套工藝試驗裝置，試驗裝置的輔助系統(tǒng)有鈉回路系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等。鈉回路系統(tǒng)含鈉約100kg，主要儲存在位于儲鈉罐坑的鈉凈化罐內(nèi)，通過泵和管道在試驗裝置和鈉凈化罐內(nèi)密閉循環(huán)。試驗裝置運行過程中，循環(huán)冷卻水通過試驗裝置將熱量帶走。

圖1 試驗大廳工藝布局示意圖

二、火災(zāi)危險性分析

(一)鈉的物理化學(xué)性質(zhì)。鈉具有低熔點、高沸點的特點，具有很強的化學(xué)特性。鈉使用過程中需考慮鈉火和鈉水反應(yīng)的危險。

1.鈉與氧的反應(yīng)。在室溫下，鈉與氧迅速反應(yīng)，可生成氧化鈉，當(dāng)氧過量時可生成過氧化鈉。當(dāng)鈉溫度高于125℃時，在空氣中與氧反應(yīng)而發(fā)生燃燒，生成氧化鈉煙霧。氧化鈉煙霧是強堿性氧化物，對人的呼吸道、眼粘膜產(chǎn)生強烈刺激。

2.鈉水反應(yīng)。鈉與水或水蒸氣生成氫氧化鈉和氫氣，氫氣屬于易燃易爆氣體。

(二)試驗大廳火災(zāi)危險性。試驗大廳為整棟廠房的局部區(qū)域，廠房其他區(qū)域為普通的研究試驗場所和辦公區(qū)，有火災(zāi)爆炸危險的試驗大廳占本層面積少于5%，根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2006第3.1.2條，廠房整體火災(zāi)危險分類按廠房主體區(qū)域火災(zāi)危險性確定為丁類廠房。

試驗大廳內(nèi)存儲使用較大量的鈉，鈉封閉在管道和設(shè)備內(nèi)，不與空氣接觸;試驗裝置采用水冷卻。在發(fā)生鈉泄漏的情況下，極容易發(fā)生鈉火事故;在鈉、水泄漏情況下會產(chǎn)生氫氣，具有爆炸危險;因此，試驗大廳存在較大的火災(zāi)、爆炸危險，試驗大廳區(qū)域火災(zāi)危險性為甲類。

三、消防設(shè)計

(一)概述。針對鈉的物理化學(xué)性質(zhì)和工程的實際情況，應(yīng)保守考慮鈉火和鈉水危險性及事故后果，從廠房和工藝布置、管路設(shè)計、火災(zāi)探測、電氣設(shè)備選型、建筑結(jié)構(gòu)以及火災(zāi)后的滅火措施等方面考慮安全、合理、經(jīng)濟(jì)的消防措施。

(二)廠房布置。根據(jù)廠房研究試驗情況確定廠房的火災(zāi)危險性為丁類，與周圍建筑物的間距要求應(yīng)滿足規(guī)范要求。同時，試驗大廳為局部甲類，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離其他建筑物布置。本工程試驗大廳東側(cè)和南側(cè)有廠區(qū)現(xiàn)有的廠房，均為多層耐火等級三級的丁類廠房。試驗大廳外墻距離鄰近建筑物距離均大于14m，滿足國家規(guī)范防火間距的要求。試驗大廳南側(cè)和東側(cè)設(shè)有廠房的環(huán)形道路，滿足消防需要;南側(cè)和東側(cè)道路不是廠區(qū)主要道路，通行人員少，在發(fā)生火災(zāi)危險情況下，對廠房人員影響較小。

(三)設(shè)備布置。試驗大廳內(nèi)的試驗裝置、鈉回路系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和測量系統(tǒng)等應(yīng)在滿足工藝研究試驗的前提下考慮分區(qū)布置，降低火災(zāi)危險性。試驗裝置設(shè)于大廳中央，鈉回路系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分別布置在試驗裝置的兩側(cè)。在試驗裝置左側(cè)設(shè)儲鈉罐坑，鈉回路系統(tǒng)的凈化罐、鈉循環(huán)泵和大部分閥門布置于坑內(nèi)。在試驗裝置停運期間鈉可以全部回流至鈉儲罐內(nèi);在事故工況下鈉集中于坑內(nèi)，可避免火災(zāi)迅速蔓延。循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括冷卻塔、冷卻泵、閥門和管道。冷卻塔設(shè)于室外，室外標(biāo)高低于室內(nèi)，在冷卻塔泄漏時冷卻水對廠房沒有影響。大廳內(nèi)東北角設(shè)水泵間，循環(huán)泵和大部分閥門布置于水泵間，水泵間入口設(shè)門檻、房間內(nèi)設(shè)地漏，在閥門和泵泄漏情況下，避免水流入試驗大廳。

(四)管道和閥門。管道和閥門的設(shè)計對鈉和水的泄露起著關(guān)鍵作用，設(shè)計中主要考慮:一是物料管道(包括鈉、水等)管道均采用無縫不銹鋼管道，管道之間采用焊接方式;二是鈉回路系統(tǒng)選用較好密封性能的電磁閥;三是與鈉凈化罐底部出口管道設(shè)兩道閥門;四是管道布置時考慮在檢修時能將物料全部排空;五是考慮廠房內(nèi)其他物項對管路可能造成的損壞，設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)措施。

(五)煙霧和氫探測。鈉火反應(yīng)時產(chǎn)生大量的煙霧，為及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，在大廳內(nèi)設(shè)感煙探測器系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由感煙探測器和聲光報警器組成，聲光報警信號在廠房消防控制室顯示。鈉水反應(yīng)時產(chǎn)生氫氣，為及時探測氫氣濃度，在大廳設(shè)置氫氣探測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由探測器和控制器組成，當(dāng)氫氣濃度超過爆炸下限25%時，位于消防控制室的可燃性氣體探測控制器發(fā)出聲光報警，并輸出控制信號至電氣配電箱，用于啟動風(fēng)機(jī)進(jìn)行房間排風(fēng)。

(六)電氣設(shè)備。該設(shè)施主要的配電柜、控制柜設(shè)于輔助房間內(nèi)，試驗大廳主要有吊車、泵、電動閥門、測量儀表及照明等用電設(shè)備?？紤]到氫氣積聚于房間頂部，照明采用防爆燈具，吊車在試驗裝置運行過程中斷電停止使用不需特殊考慮。大廳空間較大，泵、閥門、測量儀表等均布置于大廳內(nèi)地面區(qū)域，為降低投資，可不考慮這部分用電設(shè)備的防爆要求。

(七)建筑結(jié)構(gòu)。整棟研究試驗廠房為重要的研究試驗設(shè)施，試驗大廳僅為廠房的局部區(qū)域。廠房存在極低可能的爆炸危險，應(yīng)盡可能降低爆炸產(chǎn)生的危害，外墻采用彩鋼板材質(zhì)并設(shè)大面積玻璃作為泄壓面積，泄壓面積大于10×0.11×V2/3滿足防火規(guī)范要求。試驗大廳與其他區(qū)域隔墻采用防爆墻避免爆炸對廠房其他區(qū)域的危害;試驗大廳地面采用不發(fā)火環(huán)氧砂漿地面降低火災(zāi)危險性。

(八)滅火裝置。廠房主要的火災(zāi)源為鈉火，廠房配置移動式膨脹石墨滅火器、膨脹石墨箱及消防鏟。發(fā)生火災(zāi)時對準(zhǔn)火源噴撒膨脹石墨滅火劑，能夠有效地抑制火災(zāi)的進(jìn)一步擴(kuò)展，并迅速恢復(fù)房間內(nèi)的能見度，有利于操作人員采取進(jìn)一步防護(hù)措施。滅火器放置于大廳入口處滅火器箱內(nèi)，應(yīng)穩(wěn)固設(shè)置，銘牌朝外，其底部距所在地面的高度不宜小于0.15m，并應(yīng)定期進(jìn)行檢查和必要維護(hù)。

四、結(jié)語

為確保廠房的安全可靠和安全投入的經(jīng)濟(jì)合理性，含鈉廠房的消防設(shè)施和日常消防管理均應(yīng)基于考慮鈉特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，從廠房和工藝實際情況對鈉火、鈉水(產(chǎn)氫)的危險性進(jìn)行具體分析研究，采取必要的、經(jīng)濟(jì)的消防措施。

［1］邱仁森.鈉技術(shù)和液金屬鈉回路［M］.北京:科學(xué)出版社，1987

［2］GB50016-2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》［M］.北京:中國計劃出版社，2006