煤化工項目氣化單元消防設計

溫海東，李 寧

(1.航天長征化學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，作為生產區的核心裝置，其反應溫度高，聯鎖控制復雜，反應介質危險性大，對關鍵部位的消防要求較高，在還沒有形成統一行業標準規范的情況下，各設計人員對氣化單元的消防設計參差不齊。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計過程，闡述了消防設計中應該注意的事項。

1 氣化單元概況

表1 各建筑火災危險類別、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生產上游氣體。根據總體院劃分，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，轉運站，破碎樓，輸煤棧橋)和輔助設施(氣化配電樓、氣化DCS機柜樓、配煤儀電樓)等組成，各建筑火災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，氣化配電樓和機柜樓位于東側，渣水處理廠房位于西南側，配煤裝置位于東北側，具體布置見圖1。

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

2 氣化單元設置的消防設施

根據GB 50160-2008《石規》[1]、GB 50016-2014《建規》[2]和GB 50229-2006《火規》[3]相關規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，其它消防為輔的設計方案。在氣化框架、渣水處理廠房、破碎樓、轉運站、原煤筒倉設置濕式消火栓給水系統，氣化框架煤倉間、輸煤棧橋、原煤筒倉設置水噴霧滅火系統和水幕系統，氣化輔助設施設置移動式氣體滅火器。

氣化單元消防水來自廠區穩高壓消防給水系統，系統平常供水壓力為0.7MPa，消防時供水壓力為1.2 MPa。單元按發生一處火災計，消防最大流量為305 L/s，火災延續供水時間按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

2.1.1 消防豎管的布置

GB 50160-2008《石規》規定：工藝裝置內的甲、乙類設備的構架平臺高出其所處地面15 m時，宜沿梯子敷設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會凍壞消防管道，且能靈活供應滅火介質，而該項目在我國南方地區，根據當地氣象資料，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，則能充分利用廠區穩高壓消防給水系統，在非消防時氣化框架10層以下的各層消火栓均能達到最小用水壓力，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更高，設置更為合理。

2.1.2 給水形式

濕式消火栓系統可采用分區給水和直接給水兩種給水方式?！断帯返?.2.1條規定，當消火栓栓口處靜壓大于1.0MPa時，消防供水應采取分區供水[4]，由于室內消火栓給水系統壓力大于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，消火栓系統需按高、中、低區進行分區給水；然而現今生產的各消防管材、管件及減壓穩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壓型消火栓的直接給水方式?？紤]到分區給水方式中減壓閥對消防水雜質要求比較高，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、西兩側各設置一門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、外消火栓用水量如表2。

表2 建筑室內、外消火栓用水量

2.2 輸煤棧橋水噴霧滅火系統

水噴霧滅火系統因比表面積大，單位時間吸收熱量多等諸多優勢被運用于封閉式鋼結構建筑的運煤系統[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，該輸煤棧橋共設置了90個水霧噴頭，棧橋保護面積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。當噴頭最小壓力等于0.35 MPa時，水霧噴頭最小設計流量Q噴頭=18.9×(10×0.35)0.5=35.35 L/min，輸煤棧橋的消防設計水量Q設=Q噴頭×噴頭數量=35.35×90=3181.5 L/min，安全系數為1.75，完全大于規定值(k≥1.05)。

2.2.3 水力計算

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

3 消防設計需注意的問題

(1)消防最大用水量的確定。消防最大用水量不是各系統最大用水量之和，而是某一處火災發生時同時啟用的滅火系統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最大用水量和原煤筒倉水幕系統最大用水量之和。

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

(3)氣體滅火系統的設置?！妒帯芬幎芗皶r向有人場所報警的變配電所、機柜間和電纜夾層等電氣場所不宜設置固定氣體滅火系統[1]，而《建規》要求對一些發生火災時將嚴重影響生產和生活的關鍵設備場所，必須設置固定滅火氣體系統[2]，此處相互矛盾，原則上按《石規》要求不設置，但有些地方消防部門會要求設置。因此，在設計氣化單元輔助設施的氣體滅火

系統時，應以當地消防部門的具體要求為準。

4 結語

氣化單元工藝復雜，高壓設備多，CO、H2、CH4、O2、粉煤等介質危險性大，一旦發生火災，將會產生特別嚴重的安全事故，除了加強工藝本質安全外，合理設置消火栓給水系統、水噴霧滅火系統、水幕系統及氣體滅火系統，才能保證氣化單元的安全運行。

[1]中國石油化工集團公司. GB 50160-2008 石油化工企業設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2008.

[2]公安部. GB 50016-2014 建筑設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[3]建設部. GB 50229-2006 火力發電廠與變電站設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2007.

[4]住房和城鄉建設部. GB 50974-2014 消防給水及消火栓系統技術規范[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 水噴霧滅火系統技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[6]住房和城鄉建設部. GB 50140-2005 建筑滅火器配置設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2005.