干粉滅火系統(tǒng)在烷基鋁配置區(qū)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

卞廣山，何 姍

（1.青島伊科思技術(shù)工程有限公司，山東青島 266061；2.青島國(guó)際人才開發(fā)有限公司，山東青島 266000）

干粉滅火系統(tǒng)在烷基鋁配置區(qū)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

卞廣山1，何 姍2

（1.青島伊科思技術(shù)工程有限公司，山東青島 266061；2.青島國(guó)際人才開發(fā)有限公司，山東青島 266000）

烷基鋁的特殊屬性使得其滅火劑的選擇十分有限，傳統(tǒng)方法只能用干沙或蛭石粉等不燃材料進(jìn)行覆蓋或吸收，隨著消防技術(shù)的發(fā)展，超細(xì)干粉對(duì)于烷基鋁的滅火效果非常好。文章結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，介紹了超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的組成及工作原理，本次設(shè)計(jì)還對(duì)烷基鋁消防系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和完善，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：雙充氣穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)；設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)、機(jī)械三種啟動(dòng)方式；組合分配式干粉系統(tǒng)保護(hù)。

烷基鋁配置區(qū)；干粉滅火系統(tǒng)；火災(zāi)；報(bào)警

0 引言

作為重要的助催化劑，烷基鋁在石油化工行業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。聚乙烯 （PE）、聚丙烯 （PP）、順丁橡膠 （BR）和異戊橡膠 （IR）裝置中烷基鋁是不可缺少的基本材料。異戊橡膠 （IR）裝置催化劑配置單元，助催化劑有倍半乙基氯化鋁、三異丁基鋁。倍半乙基氯化鋁是一種無(wú)色或淺黃色液體，熔點(diǎn)-50℃，沸點(diǎn)204℃，閃點(diǎn)-18℃，在空氣中自燃，遇水爆炸。三異丁基鋁固態(tài)為白色塊狀或粉末，液態(tài)時(shí)呈無(wú)色透明狀，熔點(diǎn)-5.6℃，沸點(diǎn)114℃，與空氣接觸即著火，遇含氧化物 （如水等） 會(huì)強(qiáng)烈燃燒或爆炸，并生成一種帶刺激性氣味的氧化物，此氣體對(duì)人的氣管和肺部均有不良影響。烷基鋁特殊的化學(xué)性質(zhì)決定了其配置貯存單元消防非常重要。

烷基鋁的特殊屬性，使得應(yīng)用于此類一級(jí)自燃物品的滅火劑十分有限，傳統(tǒng)方法只能用干沙或蛭石粉等不燃材料進(jìn)行覆蓋或吸收，滅火速度慢，效率低；由于火災(zāi)危險(xiǎn)性大，人員不便接近，人們往往面對(duì)這類火災(zāi)而無(wú)可奈何。隨著我國(guó)消防技術(shù)的發(fā)展，D類干粉滅火劑開始國(guó)產(chǎn)化，經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐驗(yàn)證，國(guó)產(chǎn)D類超細(xì)干粉對(duì)于此類火情的滅火效果非常好。本文結(jié)合異戊橡膠 （IR）裝置催化劑配置單元的消防設(shè)計(jì)，闡述D類超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的原理及應(yīng)用。

1 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的組成

1.1 貯存裝置

貯存裝置一般由超細(xì)干粉貯存容器、超細(xì)干粉釋放裝置、安全泄放裝置、貯氣瓶組、容器閥、集流管、減壓閥、信號(hào)反饋裝置及控制裝置等組成。貯存裝置宜設(shè)在專用的貯存裝置間內(nèi)。在本裝置中我們采用的是局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)，采取防濕、防凍、防火措施后，貯存裝置設(shè)在固定的安全圍欄內(nèi)。

1.2 選擇閥和噴頭

在組合分配系統(tǒng)中，每個(gè)防護(hù)區(qū)或保護(hù)對(duì)象應(yīng)設(shè)一個(gè)選擇閥。選擇閥的位置宜靠近超細(xì)干粉貯存容器，并便于手動(dòng)操作，方便檢查和維護(hù)。由于滅火劑在管路系統(tǒng)中呈現(xiàn)氣固二相流，選擇閥應(yīng)采用具備手動(dòng)、自動(dòng)控制雙重功能的快開型閥門，以避免滅火劑與驅(qū)動(dòng)氣體明顯分離，防止滅火劑被截留。當(dāng)噴頭設(shè)置在粉塵、油霧等場(chǎng)所，應(yīng)有防護(hù)罩，防止噴孔堵塞。

1.3 管道及附件

管道及附件的選材，應(yīng)考慮系統(tǒng)能承受最高環(huán)境溫度下的工作壓力。為防止銹蝕和減少阻力損失，管道和附件要嚴(yán)格做好防腐處理。管路布置時(shí)盡量對(duì)稱分流，保證氣固二相流流量分配均勻，以保證滅火效果。

2 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的工作原理

高壓惰性氣體通過高壓減壓器減壓后輸入干粉貯存容器，與容器內(nèi)干粉滅火劑按比例混合，再由動(dòng)力氣體攜帶干粉滅火劑，經(jīng)過干粉釋放閥、區(qū)域分配閥、系統(tǒng)管網(wǎng)，最后經(jīng)噴放器，撲向火源，在極短的額定時(shí)間內(nèi)達(dá)到滅火目的。工作原理及控制動(dòng)作程序如圖1所示。

在滅火過程中，粉霧與火焰接觸，發(fā)生一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，從而阻斷火焰燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其具體作用主要有三種：

（1）對(duì)有焰燃燒的化學(xué)抑制作用。（2）對(duì)表面燃燒物的窒息作用。（3）對(duì)熱輻射的遮隔、冷卻作用。

3 充氣穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

傳統(tǒng)的干粉滅火系統(tǒng)裝備一般采用下充氣穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)，噴射強(qiáng)度的變化類似于如圖2所示的干粉貯存罐內(nèi)部氣粉混合比的變化。

動(dòng)力氣體從干粉貯存罐下方?jīng)_入增壓，與沉積的干粉混合、攪拌，當(dāng)壓力達(dá)到額定壓力值時(shí)，干粉系統(tǒng)開始噴射。噴射強(qiáng)度在初期較大，隨著時(shí)間的推移，在靠近出粉口處藥劑濃度稀釋，噴射強(qiáng)度迅速下降，干粉系統(tǒng)的滅火效能也隨之下降。這種結(jié)構(gòu)不利于控制初期火災(zāi)，滅火效果較差。

改進(jìn)后的雙充氣穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)克服了上述弊病，系統(tǒng)噴射的氣粉混合比較穩(wěn)定，顯著提高了滅火效果。雙充氣穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的干粉貯存罐內(nèi)氣粉混合比的變化如圖3所示。

雙充氣穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，動(dòng)力氣體向干粉貯存罐內(nèi)充氣增壓，動(dòng)力氣體與干粉滅火劑按比例充分混合，當(dāng)壓力值達(dá)到額定壓力時(shí)，系統(tǒng)干粉閥開啟，同時(shí)切換充氣增壓閥，停止下充氣，干粉貯存罐上方開始補(bǔ)氣。后續(xù)補(bǔ)充的氮?dú)鈱⒒旌虾玫臍夥刍旌衔镙斔椭料到y(tǒng)管網(wǎng)，不會(huì)迅速稀釋干粉氣體混合物的濃度。雙充氣穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)的滅火系統(tǒng)在一定時(shí)間段內(nèi)噴射強(qiáng)度很高，能很快控制火勢(shì)，將大火撲滅。噴射強(qiáng)度曲線如圖4所示。

4 控制與操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）烷基鋁配置區(qū)雖然占地比較小，但由于其非常特殊的化學(xué)性質(zhì)，決定了本防護(hù)區(qū)是消防保護(hù)的重點(diǎn)部位。本滅火系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和機(jī)械應(yīng)急操作三種啟動(dòng)方式，確保在任何情況下都能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情和撲救火災(zāi)。

（2）設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，滅火系統(tǒng)的自動(dòng)控制應(yīng)在收到兩個(gè)獨(dú)立的火災(zāi)探測(cè)信號(hào)后才能啟動(dòng)，并應(yīng)延遲噴放，延遲時(shí)間不應(yīng)大于30 s，且不得小于超細(xì)干粉貯存容器的增壓時(shí)間。為了提高系統(tǒng)的可靠性，最大限度地避免由于探測(cè)器誤報(bào)引起滅火系統(tǒng)誤動(dòng)作，從而帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失，復(fù)合探測(cè)和延遲噴放在系統(tǒng)控制中非常重要。

（3）手動(dòng)緊急停止裝置與手動(dòng)啟動(dòng)裝置組合，可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)啟動(dòng)后的延遲時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)不需要或不能實(shí)施噴放滅火劑的情況時(shí)中止系統(tǒng)。在以下情況手動(dòng)緊急停止裝置與手動(dòng)啟動(dòng)裝置組合使用：誤操作按下了啟動(dòng)按鈕；火情可改用其他簡(jiǎn)易滅火手段；區(qū)域內(nèi)還有人員尚未安全撤離。

需要系統(tǒng)再次啟動(dòng)時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的再次啟動(dòng)。

5 組合分配式干粉系統(tǒng)保護(hù)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

5.1 干粉滅火劑用量的確定

根據(jù)催化劑配置區(qū)設(shè)備布置及工藝要求，本次設(shè)計(jì)將整個(gè)配置區(qū)按照一個(gè)完整的保護(hù)對(duì)象考慮，采用一套組合分配式干粉系統(tǒng)保護(hù)，干粉滅火系統(tǒng)劃分了3個(gè)保護(hù)分區(qū)。干粉滅火劑用量按經(jīng)驗(yàn)公式估算：

式中M——所需的干粉滅火劑的質(zhì)量/kg；

n——設(shè)計(jì)基本系數(shù)（包括安全系數(shù)、風(fēng)散系數(shù)等），取2；

k——干粉滅火劑基本用量，取2kg/m2；

s——保護(hù)區(qū)面積/m2。

干粉滅火劑用量按照同一時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生火災(zāi)最大保護(hù)面積計(jì)算，當(dāng)任何一個(gè)保護(hù)區(qū)有火情時(shí)，系統(tǒng)只對(duì)出現(xiàn)火情的區(qū)域進(jìn)行干粉噴放。

5.2 組合分配系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

組合分配系統(tǒng)在節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用方面有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)。由于D類超細(xì)滅火劑的工藝制作要求較高，造價(jià)相對(duì)普通干粉也高，組合分配系統(tǒng)滅火劑用量?jī)H按被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)最大保護(hù)面積計(jì)算，不必像獨(dú)立干粉系統(tǒng)每個(gè)保護(hù)區(qū)都需設(shè)置干粉罐，通過區(qū)域選擇閥達(dá)到只針對(duì)有火情的保護(hù)區(qū)進(jìn)行干粉噴放，節(jié)約干粉，不額外增加二次事故，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。因此，在需要配置超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的裝置中，組合分配式系統(tǒng)是在滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下，設(shè)計(jì)人員優(yōu)先考慮的高效系統(tǒng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)消防技術(shù)不斷推陳出新，D類滅火劑的國(guó)產(chǎn)化，超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)解決了烷基鋁類火災(zāi)消防系統(tǒng)依靠進(jìn)口、消防方案單一的難題。超細(xì)干粉滅火技術(shù)因?yàn)槌杀镜汀⒕G色環(huán)保、無(wú)毒無(wú)害、滅火效率高等特點(diǎn)，已引起國(guó)內(nèi)消防企業(yè)、設(shè)計(jì)院的重視，充分展示出其在烷基鋁等消防難點(diǎn)場(chǎng)所的應(yīng)用前景。

[1]GB 50160-2008，石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[2]GB 50347-2004，干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]DB 37/T 1317-2009，超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4]NFPA 17-2002，干粉滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]VdS 2111-1985，干粉滅火裝置規(guī)范·設(shè)計(jì)與安裝[S].

[6]MINIMAX D Pulver-2005，D類滅火干粉的技術(shù)要求[S].

Design and Application of Dry Powder Fire Extinguishing System for Alkyl Aluminum Stora Zone

BIAN Guang-shan（Qingdao Yikeshi Technical Engineering Co.,Ltd.,Qingdao 266061,China），HE Shan

Selecting extinguishing agents for alkyl aluminum is limited because of its special property.Traditionally,noncombustible materials such as dry sand and vermiculite powder are used to cover fire.With the development of fire extinguishing technology,superfine dry powder is found to be a very effective extinguishing agent for alkyl aluminum.Combined with engineering design practice,this paper introduces the composition and working principle of the superfine dry powder extinguishing system and its optimization in three aspects,i.e.dual gas-filling pressure stabilized structure,three start-up modes （automatic,manual and mechanical）and combined distribution-type dry powder system protection.

alkyl aluminum storage zone;dry powder extinguishing system;fire;giving an alarm

X928.7

B

1001－2206（2011）05－0019－03

卞廣山 （1981-），男，山東臨沂人，助理工程師，2005年畢業(yè)于萊陽(yáng)農(nóng)學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事石油化工設(shè)備、裝置的設(shè)計(jì)、安裝工作。

2011-07-20