石墨化陰極工程消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姜 忱, 孫曉旭

(沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110001)

作為蓄電池的重要材料之一,石墨化陰極項(xiàng)目逐漸在全國(guó)全面興起。隨著目前陰極項(xiàng)目設(shè)備和技術(shù)的不斷更新?lián)Q代,火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和滅火系統(tǒng)卻并無(wú)可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。石墨化陰極材料是鋰離子電池的主要組成部分,陰極材料性能的好壞直接影響到鋰離子電池的性能。負(fù)極材料主要原料為生石油焦、生針狀焦、煅燒石油焦、煅燒針狀焦及高溫瀝青,而輔助材料為坩堝、保溫料、電阻料、石英砂及炭黑等。

現(xiàn)在石墨化陰極項(xiàng)目消防系統(tǒng)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),很多車(chē)間的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)都具有主觀性,所以各自設(shè)計(jì)和應(yīng)用都千差萬(wàn)別的,系統(tǒng)分析每個(gè)車(chē)間的消防系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則就十分的必要。

我們以標(biāo)準(zhǔn)常用的5萬(wàn)噸鋰電陰極工程項(xiàng)目作為項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)模型,主要包括原料轉(zhuǎn)運(yùn)站、烘干車(chē)間、預(yù)處理車(chē)間、復(fù)合車(chē)間、預(yù)炭化車(chē)間、石墨化車(chē)間、炭化車(chē)間、成品處理車(chē)間及成品轉(zhuǎn)運(yùn)站等[1]。本文主要分析石墨化陰極項(xiàng)目中的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng),以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的廠(chǎng)房作為模版,分析各個(gè)獨(dú)立車(chē)間的危險(xiǎn)品和物資,最終確定所需要設(shè)置的消防系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)[2]。

1 轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)分析及解決方案

判斷車(chē)間的火災(zāi)報(bào)警形式主要取決于車(chē)間的原料和可燃物資的等級(jí),根據(jù)車(chē)間的大小形式判斷所采取的消防系統(tǒng)形式。主要材料的轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)間為原料轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)間和成品轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)間,負(fù)責(zé)主要車(chē)間的材料運(yùn)輸,下面就以原料轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行分析。

原料轉(zhuǎn)運(yùn)站貯存的物料主要有生石油焦、生針狀焦、煅燒石油焦、煅燒針狀焦及固體瀝青。所有原料均采用汽車(chē)運(yùn)輸,貯存方式為原料庫(kù)。生石油焦來(lái)料形式為散裝料,其他物料均為袋裝料[3]。

表1 原料轉(zhuǎn)運(yùn)站危險(xiǎn)物分析表

表1為按照最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)劃定的火災(zāi)危險(xiǎn)分類(lèi),由此判斷整個(gè)原料轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)間需要上滅火系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的皮帶廊是發(fā)生火災(zāi)的主要原因,故對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)站及皮帶廊的預(yù)警和滅火極為重要。

解決方案:

(1)車(chē)間室內(nèi)消火栓的設(shè)置保證同一平面有2支消防水槍的2股充實(shí)水柱同時(shí)到達(dá)任何部位。對(duì)于超壓的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)選用減壓穩(wěn)壓型消火栓,帶有用電設(shè)備的室內(nèi)消火栓選用水霧兩用水槍。

(2)所有車(chē)間的洞口和皮帶接口處設(shè)置水幕系統(tǒng),水幕接收兩側(cè)的報(bào)警信號(hào)作為觸發(fā)點(diǎn)進(jìn)行消防滅火。

(3)當(dāng)?shù)厣隙诽釞C(jī)超過(guò)18米時(shí)配備噴淋系統(tǒng),需要在每一層設(shè)置水噴淋系統(tǒng);不超過(guò)18米時(shí)可只配備火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

(4)原料轉(zhuǎn)運(yùn)站根據(jù)場(chǎng)所的不同,火災(zāi)探測(cè)器的選擇也不同。斗提間有粉塵危險(xiǎn),因此感煙探測(cè)器不適合使用感煙探測(cè)。斗提有開(kāi)洞,感溫探測(cè)很難布置,推薦選用火焰探測(cè)器。

(5)皮帶廊與建筑物連接的洞口處設(shè)水幕系統(tǒng),兩側(cè)設(shè)置感溫探測(cè)器聯(lián)動(dòng)報(bào)警,皮帶下方設(shè)置不可逆的定溫感溫電纜。

(6)需要配置滅火器的車(chē)間配置一定數(shù)量的手提式或推車(chē)式滅火器,滅火器配置的種類(lèi)和數(shù)量符合火災(zāi)種類(lèi)(A～E)以及建筑物的危險(xiǎn)等級(jí)要求。

2 生產(chǎn)系統(tǒng)分析及解決方案

石墨化陰極主要生產(chǎn)系統(tǒng)的車(chē)間為烘干車(chē)間、預(yù)處理車(chē)間、復(fù)合車(chē)間、預(yù)炭化車(chē)間、石墨化車(chē)間及炭化車(chē)間等,下面對(duì)幾個(gè)主要生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行分析。

2.1 烘干車(chē)間

烘干車(chē)間用于生石油焦和生針狀焦的烘干。為保證原料的水分含量,防止冬季原料在倉(cāng)內(nèi)無(wú)法下料,需設(shè)置烘干車(chē)間。烘干所采用的加熱介質(zhì)為天然氣。烘干機(jī)為回轉(zhuǎn)類(lèi)設(shè)備,生焦由高端進(jìn)入,隨著筒體的旋轉(zhuǎn),不斷沿著長(zhǎng)度方向向低端出口移動(dòng),同時(shí)生焦和筒體不斷的換熱,逐漸被加熱、去除其中的水分[4]。

進(jìn)入烘干機(jī)的生石油焦水分含量一般在8%～12%,生針狀焦水分含量一般在5%～8%,烘干后生焦出口溫度80℃,水分含量控制在3%以下。烘干后的生焦經(jīng)帶式輸送機(jī)送往烘干料倉(cāng)中貯存,再通過(guò)輸送設(shè)備送往預(yù)處理工序。生石油焦和生針狀焦分別設(shè)置2座500 t的貯倉(cāng)。

表2 烘干車(chē)間危險(xiǎn)物分析表

表2為按照最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)劃定的火災(zāi)危險(xiǎn)分類(lèi),由此判斷整個(gè)烘干車(chē)間需要上滅火系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

解決方案:

(1)車(chē)間室內(nèi)消火栓的設(shè)置保證同一平面有2支消防水槍的2股充實(shí)水柱同時(shí)到達(dá)任何部位。對(duì)于超壓的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)選用減壓穩(wěn)壓型消火栓,帶有用電設(shè)備的室內(nèi)消火栓選用水霧兩用水槍。

(2)地上斗提機(jī)只需配備火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),主廠(chǎng)房推薦選用火焰探測(cè)器和視頻成像探測(cè)器,能夠避免生產(chǎn)產(chǎn)生的惰性氣體帶來(lái)的消防誤報(bào)警。

(3)皮帶廊與建筑物連接的洞口處設(shè)水幕系統(tǒng),兩側(cè)設(shè)置感溫探測(cè)器聯(lián)動(dòng)報(bào)警,皮帶下方設(shè)置不可逆的定溫感溫電纜。

(4)如果建筑物有排煙天窗和風(fēng)機(jī)閥門(mén),需要在火災(zāi)發(fā)生時(shí)聯(lián)鎖開(kāi)啟天窗和閥門(mén),由探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)或手動(dòng)報(bào)警按鈕作為觸發(fā)開(kāi)關(guān)連鎖開(kāi)啟排煙天窗進(jìn)行消防排煙,火災(zāi)主機(jī)接收其反饋信號(hào)。

(5)需要配置滅火器的車(chē)間,配置一定數(shù)量的手提式或推車(chē)式滅火器。

2.2 石墨化車(chē)間

陰極材料石墨化的主要爐型有艾奇遜石墨化爐、串接石墨化爐及箱式石墨化爐。本項(xiàng)目選擇艾奇遜石墨化爐對(duì)包覆粉料進(jìn)行石墨化處理。石墨化工序主要生產(chǎn)過(guò)程為裝料、裝爐、通電石墨化、冷卻及出爐等工序。石墨化車(chē)間貼建輔料庫(kù),用于石墨化爐用坩堝、電阻料及保溫料的臨時(shí)儲(chǔ)存。

假定石墨化車(chē)間設(shè)置3組石墨化爐,每組石墨化爐10臺(tái),配套建設(shè)有整流裝置、保溫料和電阻料處理、煙氣凈化及循環(huán)水等。石墨化工序主要生產(chǎn)過(guò)程為裝料、裝爐、通電石墨化、冷卻及出爐等工序。石墨化車(chē)間是陰極項(xiàng)目最重要的生產(chǎn)車(chē)間,其中需要設(shè)置輔料處理車(chē)間、整流室、變電所、化驗(yàn)室及辦公區(qū)等[5]。

表3 石墨化車(chē)間危險(xiǎn)物分析表

表3為按照最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)劃定的火災(zāi)危險(xiǎn)分類(lèi),由此判斷整個(gè)石墨化車(chē)間需要消火栓系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

解決方案:

(1)車(chē)間室內(nèi)消火栓的設(shè)置保證同一平面有2支消防水槍的2股充實(shí)水柱同時(shí)到達(dá)任何部位。

(2)整個(gè)車(chē)間都需要設(shè)置消火栓報(bào)警按鈕,由于石墨化車(chē)間加熱的溫度很高,所以并不需要設(shè)置電磁閥。對(duì)于超壓的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)選用減壓穩(wěn)壓型消火栓,帶有用電設(shè)備的室內(nèi)消火栓選用水霧兩用水槍。

(3)車(chē)間內(nèi)由于面積大需要配備火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),火災(zāi)發(fā)生時(shí)需要排風(fēng)聯(lián)動(dòng)電動(dòng)開(kāi)窗機(jī)進(jìn)行排煙。車(chē)間內(nèi)需要設(shè)置消防控制室,消防室內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警器,該消防控制室可根據(jù)廠(chǎng)區(qū)車(chē)間的需要,確定是否為全廠(chǎng)消防控制室。

(4)石墨化車(chē)間內(nèi)配備火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),石墨化車(chē)間內(nèi)主廠(chǎng)房推薦選用火焰探測(cè)器,規(guī)范要求超過(guò)12米的高大車(chē)間廠(chǎng)房?jī)?nèi)需要設(shè)置兩種報(bào)警器,推薦視頻識(shí)別報(bào)警器配合火焰報(bào)警器使用。需要注意的是,石墨化車(chē)間有高溫的場(chǎng)所,所以在設(shè)置時(shí)要避開(kāi)高溫區(qū),以免發(fā)生誤報(bào)警。

2.3 炭化車(chē)間

在生產(chǎn)高端產(chǎn)品時(shí),石墨化后的負(fù)極材料需送入到炭化車(chē)間與瀝青粉混合整形,修整表面缺陷,提高產(chǎn)品質(zhì)量。把負(fù)極材料送入炭化爐進(jìn)行高溫處理,使其炭化的過(guò)程的車(chē)間就是所謂的炭化車(chē)間。陰極材料在回車(chē)線(xiàn)上通過(guò)自動(dòng)裝填機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝填,裝好的匣缽?fù)ㄟ^(guò)入爐移載機(jī)構(gòu)送入2臺(tái)軌道窯內(nèi),爐體由多個(gè)窯節(jié)組成,窯節(jié)采用折彎加焊接結(jié)構(gòu),底部設(shè)置有耐高溫輥道輸送系統(tǒng),匣缽在外部驅(qū)動(dòng)裝置的牽引下移動(dòng),依次經(jīng)過(guò)升溫區(qū)、高溫區(qū)及冷卻區(qū),最終完成高溫炭化的過(guò)程。

表4為按照最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)劃定的火災(zāi)危險(xiǎn)分類(lèi),由此判斷整個(gè)炭化車(chē)間需要消火栓系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

表4 炭化車(chē)間危險(xiǎn)物分析表

解決方案:

(1)車(chē)間室內(nèi)消火栓的設(shè)置保證同一平面有2支消防水槍的2股充實(shí)水柱同時(shí)到達(dá)任何部位。

(2)整個(gè)車(chē)間都需要設(shè)置消火栓報(bào)警按鈕,由于石墨化車(chē)間加熱的溫度很高,因此并不需要設(shè)置電磁閥。對(duì)于超壓的室內(nèi)消火栓系統(tǒng),選用減壓穩(wěn)壓型消火栓,帶有用電設(shè)備的室內(nèi)消火栓選用水霧兩用水槍。

(3)車(chē)間內(nèi)由于面積大需要配備火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),火災(zāi)發(fā)生時(shí)需要排風(fēng)聯(lián)動(dòng)電動(dòng)開(kāi)窗機(jī)進(jìn)行排煙。車(chē)間內(nèi)需要設(shè)置消防控制室,消防室內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警器。該消防控制室可根據(jù)廠(chǎng)區(qū)車(chē)間的需要,確定是否為全廠(chǎng)消防控制室。如過(guò)需要,區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制室需連接至全廠(chǎng)火災(zāi)報(bào)警控制器。

(4)炭化車(chē)間內(nèi)配備火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),炭化車(chē)間內(nèi)主廠(chǎng)房推薦選用火焰探測(cè)器,規(guī)范要求超過(guò)12米的高大車(chē)間廠(chǎng)房?jī)?nèi)需要設(shè)置兩種報(bào)警器,推薦視頻識(shí)別報(bào)警器配合火焰報(bào)警器使用。

(5)需要配置滅火器的車(chē)間,配置一定數(shù)量的手提式或推車(chē)式滅火器。

3 全廠(chǎng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)組成

石墨化陰極項(xiàng)目基本推薦采用的方式是集中報(bào)警系統(tǒng),石墨化車(chē)間的控制中心設(shè)置集中火災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制器,顯示全廠(chǎng)的火災(zāi)情況。炭化車(chē)間和成品處理車(chē)間等分別設(shè)置區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器,監(jiān)視全廠(chǎng)配電室、封閉皮帶、有關(guān)車(chē)間變配電室及控制室的火警情況[6]。各個(gè)車(chē)間的消防系統(tǒng)關(guān)系,參見(jiàn)圖1。

圖1 全廠(chǎng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)圖

火災(zāi)滅火需要的消防給水由地下井水抽取接入廠(chǎng)區(qū)供水加壓泵房?jī)?chǔ)水池中,經(jīng)供水加壓泵房消防水泵加壓后,送入廠(chǎng)區(qū)內(nèi)各個(gè)設(shè)置消防設(shè)施的車(chē)間。消防人員可通過(guò)火警電話(huà)與消防控制中心聯(lián)系。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展,石墨化陰極技術(shù)也在不斷進(jìn)步,現(xiàn)代化工廠(chǎng)逐漸向高度集中化和多元化廠(chǎng)房不斷推進(jìn)。

(1)面對(duì)復(fù)雜的車(chē)間環(huán)境,消防系統(tǒng)也在不斷進(jìn)步和演化。首先需要對(duì)危險(xiǎn)物進(jìn)行分析并判斷其火災(zāi)危害,從而進(jìn)行消防規(guī)劃。

(2)主要的生產(chǎn)車(chē)間配置適合的消防報(bào)警器,使其能夠快速地發(fā)現(xiàn)著火源,并且在生產(chǎn)中不會(huì)因?yàn)檎Ｉa(chǎn)的煙氣和惰性氣體造成消防的誤報(bào)警。

(3)火災(zāi)消防系統(tǒng)是一個(gè)多專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)工程,各個(gè)環(huán)節(jié)缺一不可,各個(gè)設(shè)備需要聯(lián)鎖和相互控制,在實(shí)施前需要對(duì)全廠(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃[7]。

(4)結(jié)合石墨化陰極的標(biāo)準(zhǔn)廠(chǎng)房,可為消防系統(tǒng)的整體規(guī)劃和實(shí)施方案提供參考依據(jù)。