中試廠房火災危險性的判定與探討

張小濤

（北京市低碳與清潔能源研究院，北京 102211)

0 引言

習近平總書記多次強調(diào)指出：“科技創(chuàng)新絕不僅僅是實驗室里的研究，而是必須將科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為推動經(jīng)濟社會發(fā)展的現(xiàn)實動力?！敝性囋诳萍汲晒D(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化鏈條中起著承上啟下的作用，是科技成果通向工業(yè)產(chǎn)業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)，其中中試廠房作為中試試驗的重要載體，是連通科研與生產(chǎn)結(jié)合的重要橋梁和紐帶，是科技成果盡快實現(xiàn)成熟和產(chǎn)業(yè)化推廣的重要保證。

1 中試廠房概況

某研究院科研中試廠房，采用鋼結(jié)構(gòu)主體框架，凈空高度18 m，總面積4 500 m2。整個試驗廠房自北向南分為四個平臺:北區(qū)北側(cè)（10401 平臺）、北區(qū)南側(cè)（10402 平臺）、南區(qū)北側(cè)（10403 平臺）、南區(qū)南側(cè)（10404 平臺）； 四個鋼結(jié)構(gòu)框架總占地面積1 342 m2，總建筑面積4 025 m2。10401、10402、10403 框架均為三層框架，各層均高為5 m；10404 框架為四層框架，一至三層分別為中央控制室、實驗室、電氣間和儀表間，各層高為5 m，四層為設備層。南北兩個區(qū)域由中間防爆墻分開：北區(qū)布置使用易燃易爆、有毒有害介質(zhì)的試驗設備；南區(qū)布置普通試驗設備。詳見圖1。

2 廠房試驗裝置布置情況

該中試廠房內(nèi)獨立的試驗裝置為成套技術，采用成套技術商技術及裝備。

10401 平臺為微型反應區(qū)，位于中試廠房北區(qū)，一層從東向西依次為費托催化劑評價裝置，色譜間、預留空置區(qū)；二層中部為草酸酯/醋酸加氫固定床微反裝置；三層依次為多功能萃取耦合試驗裝置、四通道固定床微反裝置、四通道流化床微反裝置、煤直接液化反應熱測試裝置、3L 煤基油品加氫中試裝置、100 mL 煤基油品加氫裝置、100 mL 費托油加氫實驗裝置、1 500 mL 費托油加氫中試裝置。

10402 平臺為中試裝置區(qū)，位于104 中試樓北區(qū)，一層從東向西依次為MTO 循環(huán)流化床裝置，固體熱載體熱解裝置（SPU2）(1—3 層)、氣體熱載體熱解裝置（SPU1）、多相流試驗塔（1-3 層）；3 層西面為費托催化劑流化床還原反應器。

10403 平臺，位于中試廠房南區(qū)。一層東側(cè)為機械加工區(qū)域，包括鏜床、銑床各1 臺，鉆床、車床各2 臺。從東向西依次為35L 密煉單螺桿擠出機、AK36平行雙螺桿擠出機、滾塑機、注塑機、長纖擠出浸漬復合設備、高溫熱壓爐、高溫石墨化爐、壓力機、振篩機。西側(cè)為超濾反滲透結(jié)晶裝置、電滲析裝置、降硬實驗裝置、石灰沉降硬裝置，二層為行星式球磨機、噴霧干燥塔、混料機。羅茨風機、發(fā)料罐、有機玻璃氣化爐噴嘴和筒體、噴霧干燥器、5L 水熱晶化釜、費托合成磁助鼓泡床反應器，水熱老化裝置，三層為長期靜液壓測試儀器、五層共擠管機。

10404 平臺，位于中試廠房南區(qū)，主要是控制室、配電室和實驗室。

3 廠房火災危險性判定

該中試廠房南區(qū)布置普通試驗設備，不涉及甲乙丙類物質(zhì)，判定該中試廠房南區(qū)的火災危險性為丁類火災危險性標準[1-2]。

該中試廠房北區(qū)長寬為29.9 m×72.6 m，凈高18 m，布置有易燃易爆、有毒有害介質(zhì)的試驗設備，試驗過程中涉及氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氬氣、氦氣等氣體及丙烯、己烷、己烯、丁烯、甲醇、石腦油、癸烷、FT 蠟、潤滑油、重柴油、二甲基吡咯烷酮、正16 烷等液體，甲乙丙類量匯總見表1。

表1 中試廠房北區(qū)甲乙丙類物質(zhì)

遵照GB 50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》（2018年版），按照3.1 火災危險性分類進行計算判別。該中試廠房北區(qū)容積為分割后獨立空間的容積，經(jīng)計算為29.972.618=39 073m3，扣除廠房內(nèi)已有設備設施體積573 m3，為38 500 m3。對于甲乙類物品總質(zhì)量，將所有甲乙類物質(zhì)統(tǒng)計計算，甲乙類氣體按甲類氣體進行合并統(tǒng)計總量為23.89 Nm3（體積之和，液化烴類液體計入氣體總量），單位體積濃度限值計算為0.6 L/m3；甲乙類液體按甲類液體進行合并統(tǒng)計，經(jīng)統(tǒng)計總體積72.3 L，計算比例為0.001 9 L/m3。

根據(jù)GB 50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》(2018版)，該廠房內(nèi)甲乙類物質(zhì)量兩項指標均小于甲類氣體和液體限值（氣體：單位體積限值為1 L/m3，總量限值25 Nm3；液體：單位體積濃度限值0.004 L/m3，總量限值為100 L），且小于乙類氣體和液體限值（氣體：單體體積濃度限值5 L/m3，總量限值50 Nm3；液體：單體體積濃度限值0.02 L/m3，總量限值為200 L），綜合目前廠房的使用情況和設計規(guī)范[1-3]，判定該中試廠房北區(qū)的火災危險性未達到甲類和乙類廠房火災危險性標準。

4 中試廠房火災危險性判定探討

廠房火災危險性判定是確定廠房類別的基礎，是后續(xù)平面布置、建筑設計、消防設計、運行管理、檢修維護等的先決條件。廠房的生產(chǎn)作業(yè)直接決定了其火災危險等級，同時，火災危險性的判定對中試廠房的投資成本、廠房的通用性以及火災發(fā)生的概率都有直接作用。判定過高，就會增加投資成本和占地面積、限制使用區(qū)域；判定過低，就會容易引起火災，帶來人身和設備安全風險；因此合理判定火災危險性類別至關重要。

中試廠房內(nèi)一般包含中試裝置或設備、公用工程設備、公用工程管網(wǎng)等，其中中試裝置和設備數(shù)量不等，存在規(guī)模小、運行時間不定、研究內(nèi)容和規(guī)模不斷在變化等情況，公用工程設備及管網(wǎng)也隨著中試裝置和設備的運行進行間斷性開啟，中試廠房具有科研、生產(chǎn)的雙重性質(zhì)。因此，在中試廠房進行火災危險性判別必須考慮中試廠房運行的實際情況，實事求是，不能生搬硬套規(guī)范，不搞一刀切，利用規(guī)范中適合中試廠房的條款進行判別。

4.1 關于中試廠房毗鄰氣瓶間的考慮

根據(jù)GB 50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》(2018版)1.02 條，規(guī)范使用范圍中明確規(guī)定，當有專門的國家標準時，宜從其規(guī)定，因此氣瓶間的設置宜根據(jù)相應的國家標準執(zhí)行。

根據(jù)GB 50177—2005《氫氣站設計規(guī)定》[4]，氫氣瓶儲存于獨立單層建筑物內(nèi)，供氫氣站內(nèi)氫氣實瓶數(shù)不超過60 瓶或占地面積不超過500 m2時，可與耐火等級不低于二級的用氫廠房或其他非明火作業(yè)的丁、戊類廠房毗連，其毗連的墻應為無門、窗、洞的防爆防護墻，并宜布置在靠廠房的外墻或端部。

因此，當氫氣氣瓶間與中試廠房設置防爆防護墻，且氣瓶間管道上加裝聯(lián)鎖切斷閥（與廠房內(nèi)所有可燃有毒報警器聯(lián)鎖，當其中任意1 個報警后切斷閥關閉）時，氣瓶間的氣量可不計算用氫廠房的物質(zhì)總量。

4.2 關于公用工程管道和裝置的氣體計算

當計算中試廠房甲乙丙物質(zhì)的量時，針對進入中試廠房的公用工程管網(wǎng)及連接設備的支管網(wǎng)、試驗裝置等，應該分別進行統(tǒng)計。公用工程管網(wǎng)應從氣瓶間出口連鎖切斷閥處算起，按照管道的壓力、溫度、氣體類型進行歸標計算；連接支管應從主管接口閥到連接設備的第一道閥門計算支管長度；成套試驗裝置要計算裝置內(nèi)物質(zhì)存儲（包括反應器、儲罐、原料精制罐、吸附罐等）的體積及相應的管道，按照存儲的壓力、溫度、氣體類型進行歸標計算。

4.3 關于設計規(guī)范的靈活應用

GB 50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》(2018 版)中明確規(guī)定了在一座廠房中存在甲、乙類等多種火災危險性生產(chǎn)時如何根據(jù)使用面積、使用量進行火災危險性判定的條例及使用說明。

因此中試廠房火災危險性判定時，一定要結(jié)合廠房的實際運行情況，既不能盲目保守，也不能斷章取義，充分吃透規(guī)范，利用規(guī)范中適合的條款進行判別。

5 結(jié)語

目前，高等院校和科研院所在開展中試研究工作時，需要建設中試廠房及基地，尤其是涉及到一些甲類（如氫氣、甲醇等）、乙類（如一氧化碳等）、丙類（如潤滑油等）物質(zhì)的中試廠房，如在高校和研究院建設，可能會存在影響周邊民建、用地審批困難、選址受限等問題；而到工業(yè)園區(qū)去建設中試廠房及基地，但這又會產(chǎn)生遠離研發(fā)單位、管理成本高、人員頻繁出差、分析測試難以滿足需求等一系列新問題，因此中試廠房的設置對科技成果轉(zhuǎn)化形成了一種瓶頸和制約；而中試廠房的設置最重要的就是由火災危險性而確定的廠房類別。

因此，如何在滿足國家規(guī)定及設計規(guī)范的基礎上，充分發(fā)揮設計的靈活性，如何創(chuàng)造性地解決制約科技成果轉(zhuǎn)化中的中試廠房設計及選址問題是一個很有意義的課題。在此，筆者針對高等院校和科研院所的中試廠房，就如何進行火災危險性判定進行了論述和探討，為高校和研究院所開展中試廠房的設計、建設與運行管理提供一定的借鑒。