煤化工項目氣化單元消防設(shè)計

溫海東，李 寧

(1.航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730010；2.中鐵二局集團(tuán)建筑有限公司，四川 成都 610000)

在大中型煤化工項目中，氣化單元占總投資的很大一部分，作為生產(chǎn)區(qū)的核心裝置，其反應(yīng)溫度高，聯(lián)鎖控制復(fù)雜，反應(yīng)介質(zhì)危險性大，對關(guān)鍵部位的消防要求較高，在還沒有形成統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的情況下，各設(shè)計人員對氣化單元的消防設(shè)計參差不齊。本文以南方某煤制氫項目氣化單元為例，介紹了氣化單元的消防設(shè)計過程，闡述了消防設(shè)計中應(yīng)該注意的事項。

1 氣化單元概況

表1 各建筑火災(zāi)危險類別、高度及占地面積

該項目采用“HT-L”航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)上游氣體。根據(jù)總體院劃分，氣化單元由氣化裝置(氣化框架、渣水處理廠房)、配煤裝置(原煤筒倉，轉(zhuǎn)運站，破碎樓，輸煤棧橋)和輔助設(shè)施(氣化配電樓、氣化DCS機(jī)柜樓、配煤儀電樓)等組成，各建筑火災(zāi)危險類別及特征見表1。氣化單元各裝置用消防道路隔開，其中氣化框架位于西側(cè)，氣化配電樓和機(jī)柜樓位于東側(cè)，渣水處理廠房位于西南側(cè)，配煤裝置位于東北側(cè)，具體布置見圖1。

圖1 氣化單元平面布置Fig.1 Layout of gasification unit

2 氣化單元設(shè)置的消防設(shè)施

根據(jù)GB 50160-2008《石規(guī)》[1]、GB 50016-2014《建規(guī)》[2]和GB 50229-2006《火規(guī)》[3]相關(guān)規(guī)定及航天爐粉煤氣化工藝特點，氣化單元采用以水消防為主，其它消防為輔的設(shè)計方案。在氣化框架、渣水處理廠房、破碎樓、轉(zhuǎn)運站、原煤筒倉設(shè)置濕式消火栓給水系統(tǒng)，氣化框架煤倉間、輸煤棧橋、原煤筒倉設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)和水幕系統(tǒng)，氣化輔助設(shè)施設(shè)置移動式氣體滅火器。

氣化單元消防水來自廠區(qū)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，系統(tǒng)平常供水壓力為0.7MPa，消防時供水壓力為1.2 MPa。單元按發(fā)生一處火災(zāi)計，消防最大流量為305 L/s，火災(zāi)延續(xù)供水時間按3h計，一次消防用水量為3294 m3。

2.1 氣化框架消火栓給水系統(tǒng)

2.1.1 消防豎管的布置

GB 50160-2008《石規(guī)》規(guī)定：工藝裝置內(nèi)的甲、乙類設(shè)備的構(gòu)架平臺高出其所處地面15 m時，宜沿梯子敷設(shè)半固定式消防給水豎管，豎管供專職消防人員使用，由消防車供水或供泡沫混合液[1]。規(guī)范采用半固定式消防豎管布置主要是考慮到北方寒冷地區(qū)會凍壞消防管道，且能靈活供應(yīng)滅火介質(zhì)，而該項目在我國南方地區(qū)，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，最低溫度對管道無凍裂影響，且氣化框架高度為77.1 m，若布置為濕式固定式消防豎管，則能充分利用廠區(qū)穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，在非消防時氣化框架10層以下的各層消火栓均能達(dá)到最小用水壓力，消防時氣化框架每層均能滿足消防要求。相比半固定式消防豎管，固定式消防豎管的安全系數(shù)更高，設(shè)置更為合理。

2.1.2 給水形式

濕式消火栓系統(tǒng)可采用分區(qū)給水和直接給水兩種給水方式?！断?guī)》第6.2.1條規(guī)定，當(dāng)消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa時，消防供水應(yīng)采取分區(qū)供水[4]，由于室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)壓力大于1.2MPa，若采用普通消火栓，則氣化框架最低處消火栓栓口靜壓超過1.0MPa，消火栓系統(tǒng)需按高、中、低區(qū)進(jìn)行分區(qū)給水；然而現(xiàn)今生產(chǎn)的各消防管材、管件及減壓穩(wěn)壓型消火栓的公稱壓力均能滿足消防驗收要求，所以也可采用安裝減壓穩(wěn)壓型消火栓的直接給水方式。考慮到分區(qū)給水方式中減壓閥對消防水雜質(zhì)要求比較高，按照簡單可靠的消防原則，本項目氣化框架采用安裝減壓穩(wěn)壓型消火栓的直接給水方式。

2.1.3 消防水量

如圖1所示，在氣化框架東、西兩側(cè)各設(shè)置一門PS100型水霧兩用消防炮，一套SS150/80-1.6型地上式消火栓，室外消防用水量為100×2+15×3=245 L/s。各建筑室內(nèi)、外消火栓用水量如表2。

表2 建筑室內(nèi)、外消火栓用水量

2.2 輸煤棧橋水噴霧滅火系統(tǒng)

水噴霧滅火系統(tǒng)因比表面積大，單位時間吸收熱量多等諸多優(yōu)勢被運用于封閉式鋼結(jié)構(gòu)建筑的運煤系統(tǒng)[3]。此處以寬6.6 m，高3.2 m，長90.4 m的2#雙皮帶輸煤棧橋為例，分析了水噴霧滅火系統(tǒng)的噴頭布置、消防水量及水力計算。

2.2.1 噴頭布置

圖2 水噴霧滅火系統(tǒng)噴頭布置示意圖

Fig.2 Installation diagram of spray nozzle for water spray fire protection system

如圖2所示，寬度為1000 mm單皮帶采用ZSTWB/SL-S225-40-90型水霧噴頭，噴霧角90°，流量系數(shù)為18.9，噴頭距棧橋地面2650 mm，距輸煤皮帶1500 mm，采用2 m×3 m矩形布置，經(jīng)核算間距小于1.4倍水霧錐底圓半徑。

2.2.2 消防水量計算

按上述間距，該輸煤棧橋共設(shè)置了90個水霧噴頭，棧橋保護(hù)面積S=2×90.4=180.8 m2，噴霧強度q=10 L/(min·m2)，消防需用水量為Q需=q×S=1808 L/min。當(dāng)噴頭最小壓力等于0.35 MPa時，水霧噴頭最小設(shè)計流量Q噴頭=18.9×(10×0.35)0.5=35.35 L/min，輸煤棧橋的消防設(shè)計水量Q設(shè)=Q噴頭×噴頭數(shù)量=35.35×90=3181.5 L/min，安全系數(shù)為1.75，完全大于規(guī)定值(k≥1.05)。

2.2.3 水力計算

根據(jù)GB 50219-2014《水噴霧》第3.1.3條，最不利點噴頭設(shè)計壓力至少為0．35MPa[5]。經(jīng)計算，最不利點到雨淋閥組前所需的最小壓力約為0.65 MPa，穩(wěn)高壓消防管網(wǎng)到雨淋閥組前的供水壓力約為0.9MPa，需在雨淋閥組前設(shè)置減壓孔板。

3 消防設(shè)計需注意的問題

(1)消防最大用水量的確定。消防最大用水量不是各系統(tǒng)最大用水量之和，而是某一處火災(zāi)發(fā)生時同時啟用的滅火系統(tǒng)用水量之和的最大值。例如，在氣化單元中，最大消防用水量應(yīng)為氣化框架煤倉間處的消火栓用水量、水噴霧用水量和水幕用水量同時開啟之和，而不是氣化框架消火栓最大用水量、輸煤棧橋水噴霧滅火系統(tǒng)最大用水量和原煤筒倉水幕系統(tǒng)最大用水量之和。

(2)減壓方式的選擇。建筑室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)常用的減壓方式有減壓孔板、減壓閥和減壓穩(wěn)壓型消火栓。減壓孔板構(gòu)造簡單，價格低廉，但計算復(fù)雜，且不適用于濕式系統(tǒng)；減壓閥安裝簡便，操作靈活，但對消防水質(zhì)要求較高；減壓穩(wěn)壓消火栓能夠自動調(diào)整壓力，缺點是價格昂貴，安裝數(shù)量多。若無特殊要求，消火栓給水系統(tǒng)優(yōu)先選擇減壓穩(wěn)壓型消火栓。

(3)氣體滅火系統(tǒng)的設(shè)置?！妒?guī)》規(guī)定能及時向有人場所報警的變配電所、機(jī)柜間和電纜夾層等電氣場所不宜設(shè)置固定氣體滅火系統(tǒng)[1]，而《建規(guī)》要求對一些發(fā)生火災(zāi)時將嚴(yán)重影響生產(chǎn)和生活的關(guān)鍵設(shè)備場所，必須設(shè)置固定滅火氣體系統(tǒng)[2]，此處相互矛盾，原則上按《石規(guī)》要求不設(shè)置，但有些地方消防部門會要求設(shè)置。因此，在設(shè)計氣化單元輔助設(shè)施的氣體滅火

系統(tǒng)時，應(yīng)以當(dāng)?shù)叵啦块T的具體要求為準(zhǔn)。

4 結(jié)語

氣化單元工藝復(fù)雜，高壓設(shè)備多，CO、H2、CH4、O2、粉煤等介質(zhì)危險性大，一旦發(fā)生火災(zāi)，將會產(chǎn)生特別嚴(yán)重的安全事故，除了加強工藝本質(zhì)安全外，合理設(shè)置消火栓給水系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)及氣體滅火系統(tǒng)，才能保證氣化單元的安全運行。

[1]中國石油化工集團(tuán)公司. GB 50160-2008 石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2008.

[2]公安部. GB 50016-2014 建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[3]建設(shè)部. GB 50229-2006 火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2007.

[4]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50974-2014 消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[5]公安部天津消防研究所. GB 50219-2014 水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[6]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50140-2005 建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2005.