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浅谈煤化工火灾消防存在的问题和应对策略

文档作者：黄习兵文档来源：中石化宁波工程有限公司		点击数：	更新时间： 2025年05月12日
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2014年4月第37卷第2期囊象舷Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryApr．2014V01．37 No．2浅谈煤化工火灾消防存在的问题和应对策略黄习兵(中石化宁波工程有限公司，浙江宁波315103)摘要：分析煤化工的消防特点、目前使用的标准及消防设计，认为目前使用的标准不够明确，消防设计没有针对煤化工的特点，根据煤化工特点和目前消防设计的不足．提出了针对煤化工消防设计的建议策略。关键词：煤化工煤气化火灾消防目前煤化工行业主流的煤气化技术为气流床气化技术，典型代表如壳牌粉煤气化、GE、华理的水煤浆气化等。在生产特定产品时可能会采用碎煤加压气化．如生产天然气时．采用BGL气化技术等。该文着重于气流床气化的消防设计．由于气流床气化装置在生产过程中使用的原料、燃料、辅助材料及产生的中间产品、最终产品均具有不同程度燃爆危险性．因此在生产中如何预防和避免火灾事故的发生．是装置长周期运转的保障。1气流床气化装置特点1．1物料特性气流床气化装置在生产过程中主要危险物料有：煤粉／水煤浆、氢气、一氧化碳、硫化氢、天然气等．其爆炸危险性如表l所示。表1主要爆炸危险性物料特性[1-2物料名称爆炸危险类别爆炸极限．闪点／自燃点／火灾危险组别 类别 ％ oC ℃ 类别1．2装置布置特点煤气化装置处理物料为固体．在设备布置上要求尽量紧凑，且满足一定的位置要求；另外，煤气化装置工艺复杂，设备种类、数量较多，设备的体积较大。以上这些原因导致气化框架上设备与管道密集、框架高、占地面积大。气流床气化框架高度相对较高．一般水煤浆气化框架高度在55 m左右．粉煤气化由于加压输送要求，框架高度一般在82～100 m。同时．单个框架的占地面积在2 000m2以上。1．3装置发展趋势煤化工现在朝着大型化发展．如大型SNG、煤制烯烃、煤制油等项目，动辄数台气化炉，为节省占地和投资．一般采用联合框架。同时为满足如此大规模气化需求．需要配套设置大型筒仓或圆形料场来进行煤的储存。这些大规模气化框架和原煤储运设施，无疑使消防难度增大。2 目前气化装置消防的通常做法2．1框架采用防火设计通常煤气化框架厂房按1级耐火等级1级设防．承重钢构除锈后(除锈等级St3)刷户外型防火涂料．防火涂层厚度根据其构件的耐火极限确定。2．2安全疏散设备煤气化框架一般设有3个以上疏散楼梯。同时设置1部防爆电梯．可直达气化框架顶部楼面。2．3消防系统设计目前煤气化装置一般采用如下消防措施：1 1煤气化框架四周布置有室外消火栓和消防收稿日期：2013—12—10；收到修改稿日期：2014—03—06。作者简介：黄习兵，男，1980年出生，工程师，注册化丁工程师，硕士．2006年天津大学化学工程专业毕业．在中石化宁波工程有限公司从事化工设计工作。联系电话：0574—87974813，E—mail：huangxb．snec@sinopec．com。万方数据第2期 黄习兵．浅谈煤化工火灾消防存在的问题和应对策略 85水炮．室外消防水系统为稳高压系统，设计压力为0．8。1．2MPa。室外消火栓采用SSl50／80—1．6室外加长防冻型．室外消防水炮采用PS40室外防冻型．配备快速开关白泄式炮座。2)煤气化框架平台内设置半固定式消防竖管及室内消火栓系统，系统分为高区和低区．50．0m及以上平面为高区，其余部分为低区。低区消防给水直接引自室外稳高压消防水系统．高区消防水系统由室外稳高压消防水系统和增压水泵联合供水。3)每层楼面均设有可燃气体探测器、自动报警、手提式灭火器、电视安全监视系统、手动报警按钮和消火栓启动按钮等．在框架的电梯前室设置感烟探测器和消防联动设施。4)框架混凝土楼面采用防火花混凝土地面，钢结构及设备均需按防火规范要求设计防火涂料．其耐火极限应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》的有关规定。5)设备和管道的保温层均采用非燃烧型材料。6)设备和管道根据其内部物料的火灾危险性和操作条件，设置相应的检测仪表、报警讯号、自动联锁保护系统或紧急停车等措施。7)对于可燃气体设备．紧急情况下可通过安全泄压阀或调节阀将设备内的可燃气体排入火炬系统．同时通过DCS自动控制系统．停止向设备内输送可燃介质．改向设备内输入蒸汽或氮气．以起到迅速灭火及降温的作用。8)筒仓和圆形料场一般采用惰化、监控、喷淋相结合的手段来预防火灾发生。惰化系统即在筒仓适当位置设置惰性气体(如N：)管，从不同角度充人，惰化筒仓环境；监测系统即合理设置安全检测系统(温度、CO、粉尘等检测)，及时掌握筒仓信息和发现危险：喷淋装置即在仓顶面或底面设置喷淋水装置，以起到抑尘和消防作用。除此之外．在筒仓和圆形料场外设置室外消火栓和消防水炮。3目前消防措施的不足之处3．1消防设计依据的标准规范不明确虽然已有规范对20世纪80年代以前常用气化工艺作了明确规定．但是对Lurgi炉以及其他新型煤气化工艺(如气流床气化工艺)的装置分类仍是空白．目前只能参照《建筑设计防火设计规范》进行分类。但在执行《建筑设计防火设计规范》时，其分类依据均为纯物质的特性，而煤气化装置中主要产品为合成气(氢气、一氧化碳等多种物质混合物)，而天然气仅为辅助物料，既非原料也非产品．因此，没有直接依据来进行装置分类。有一种观点认为．可以参照《压力管道规范工业管道》实施指南中提供的混合物毒性或可燃性计算方法来计算合成气的特性．以确定气化装置的分类。但对于混合物的特性是否按此执行．《压力管道规范工业管道总则》第4．4条又给业主和设计者一定的灵活性(原条文为：“当输送毒性或可燃性不同的混合介质时．应按其危害程度及其含量，由业主或设计者确定压力管道等级”引)。综上原因，在进行气化装置分类时．容易因人而异。同时．也没有一个包含煤化工装置的消防设计规范．在实际中只能分装置来参照其他行业的标准规范。煤储运系统现行设计时，参照《火力发电厂与变电站设计防火规范》，而煤气化装置目前参照《石油化工企业设计防火规范》进行消防设计。但煤气化装置严格上讲不属于石油化工．与石油化工装置存在一定的区别．因此．在套用该规范时。容易出现设计针对性不强、不适用等情况。3．2高层建筑消防存在隐患如前文所述．新型气化技术的框架均在50m以上．而高层框架建筑的消防给水一般都是由厂区稳高压消防给水系统供应．需要稳高压消防水系统的设计压力在1．0MPa以上．在设计时一般采用分区供水方案．导致在没有高位水箱的情况下很难保证灭火要求。室外消防水炮基本无法保护高层建筑．当气化高层平面发生火灾时．只能依赖消防竖管和室内消火栓．需要消防人员到达着火平面进行灭火作业．不仅救援到达时间长．且消防人员的作业环境很危险。3．3 消防设计没有针对气化装置特点煤气化装置不存在可燃液体．除备煤和加压输送系统存在固体煤粉可发生持续性火灾外．其他区域只存在可燃气体．而不存在燃烧源。即除备煤和加压输送系统外．其他区域存在爆炸危险性．而不会发生持续性火灾。目前煤气化装置的消防设计都为套用《石油化工企业设计防火规范》，并没有针对煤气化装置特点进行设计．针对全气化装置进行消防．虽面面俱到，但难保重点。万方数据Z么磁 2014年第37卷4建议的应对策略4．1建立健全标准规范如前文所述，由于目前没有针对煤化工装置的防火规范．在进行煤化工装置消防设计时只能参照、套用其他标准．因而煤化工消防设计因人而异。不同项目有不同的做法。在消防实施验收时．亦无可依据的标准规范．验收标准因验收人员的经验和观点，对消防设计有不同的验收标准。由于标准规范的不明确，可能导致煤化工装置消防存在隐患。4．2应针对煤气化装置特点进行消防设计1)针对煤气化框架高的特点．在消防设计时应设置高位水箱．以确保稳高压消防水的可靠性。2)由于煤气化装置内没有可燃液体，不需要接泡沫灭火剂．因此可采用固定式消防竖管．以省去连接水管的时间。3)粉煤气化装置内的主要持续可燃源为固体煤．火灾面积不会蔓延．因此应重点防护可能发生火灾的设备。对全装置进行消防设计，反而导致对需要重点防护的对象防护不够。另外，应对重点的防护对象采取特殊消防措施．而不必依赖于消防水系统．从而减少消防水系统设计难度，使消防水系统为其他区域更好的服务。煤气化装置中可能发生持续性火灾的设备如表2所示。表2可能发生持续性火灾的设备一栏从表2可以看出．仅有磨煤机和煤浆槽布置在地面．可依赖于消防炮对其进行灭火作业。其他设备均超出24m，且位置较隐蔽。一旦发生火灾。地面消火栓、消防水炮均不能完全保护，只能依靠消防竖管和室内消防系统对其进行灭火作业．消防人员需在着火平面进行消防作业．危险性较大。根据《石油化工企业设计防火规范》第7，3．23条规定：“工艺装置内固定水炮不能有效保护的特殊危险设备及场所，宜采用水喷淋、水喷雾系统”[4]。因此对于这些布置在较高位置的设备可配置水喷淋系统或智能消防水炮系统。由于这些设备周围管道较为密集．框架空间紧张，水喷淋系统和智能消防水炮系统安装难度较大。即使安装上，由于周围其他设备、管道的影响，其作用也将大为减弱。另外．在火灾扑灭后．设备管道内潮湿的煤粉也难以清理，也加大了这些煤粉的再次利用难度。另一种可借鉴的消防系统为二氧化碳灭火系统。该系统有较为成熟的设计规范《二氧化碳灭火系统设计规范》。使用该系统的优点：首先，上述煤气化装置的设备均配有惰性气体(二氧化碳／氮气)保护系统．增加设置二氧化碳灭火系统难度较小，投资也相应较低，容易实施；其次，灭火后，对生产设备及物料基本没有影响．便于设备清理维护，物料也可再次利用。缺点：大流量的二氧化碳被喷放到保护区域．容易引起煤粉的强烈扰动．增强煤粉与空气中氧气的接触．加速煤粉的氧化，容易使闷燃的煤粉产生明火或爆炸。因此．使用该系统的关键是如何避免喷进的二氧化碳气体对粉煤扰动问题．4)无火灾危险的区域可不设置消防系统。粉煤气化装置内，除上述备煤、加压输送单元外，其他单元均没有可持续燃烧的物料．仅存在可燃气体泄漏、集聚导致爆炸的可能性．自身无火灾风险。另外．备煤、加压输送单元可燃物料为固体粉煤．不具备蔓延性．因此其他单元也基本无外部火灾。这些单元发生火灾的唯一可能是备煤、加压输送单元长时间燃烧．导致设备和框架本身起火，由于设备和框架均采用耐火材料。而备煤、加压输送单元火灾在无外部救援的情况也难以维持燃烧2h以上的时间．因此这种情况基本不可能发生。水煤浆气化装置中由于水煤浆可看作液体可燃物．但其储存的设备在地面．火焰蔓延只会发生在地面．利用地面消火栓和水炮即可完成灭火作业．设备和框架均具有一定时间的耐火性能．因此难以对整个装置造成较大毁坏。另需说明的是，目前没有标准对水煤浆的火灾危险性作出说明，主要原因是其性质受煤质影响较大，不同煤质制成的水煤浆在燃爆性方面会有很大差异。因此水煤浆的消防只能依据经验做法。综上所述．在煤气化框架上除备煤、加压输送单元外．其他区域可不设置消防竖管和室内消防万方数据第2期 黄习兵．浅谈煤化工火灾消防存在的问题和应对策略系统．但应保留可燃气体检测系统和地面消防系统。5结束语从目前煤气化运行情况来看．虽然发生过爆炸事故，但未曾有火灾事故的报道。但这不能说明煤气化火灾风险小，也不能说明现在运行的煤气化装置不存在火灾隐患．更不能反映现行的消防设计是否满足煤气化装置的消防需求。从煤气化的特点分析来看．其与石油化工存在明显的不同．消防要求也不尽相同，完全套用《石油化工企业设计防火规范》不太合适，容易导致消防实施大面积盲目设置．但又不能完全满足煤气化的消防要求。其他气化技术，不论是固定床、流化床．还是其他气化技术．在消防需求上要低于气流床气化。原因在于其框架高度低于气流床气化．并且使用的原料为碎煤，火灾危险性远低于粉煤。同时，其火灾危险区域与气流床气化一致．均为备煤加压输送系统．防护重点也是煤的存储设备。其他单元虽然在物料组成上存在差别．但对消防的要求基本相同。针对煤化工特点及一些有成效的经验．有关部门应尽快编制出台煤化工消防设计标准规范，以规范消防设施的设计、验收。减小煤化工消防设计、验收的难度。同时避免消防安全隐患，促进煤化工行业健康发展。参考文献[1]GB 50058--1992．爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范[S]．北京：中华人民共和国化工部，1992．[2 3 中国石油化工集团公司．GB 50493--2009．石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范Es]．北京：中国计划出版社．2009．[3]应道宴．GB／T 20801．1—2008．压力管道规范：工业管道：第1部分：总则Es]．北京：新华社，2008．[4] 中国石油化工集团公司．GB 50160--2008．石油化工企业设计防火规范fSl．北京：中国计划出版社，2008．A BRmF ANALYSIS 0F EXISTDiG PROBLEMS AND CoPD呵GSTRATEG皿S ON CoAL CHEMICAL PLANT FIRE PROTECTIONHuang Xibing(SINOPEC Ningbo Engineering Co．，Ltd．，M，渺o 315103)Abstract：The coal chemical characteristics，current standards and design of fire protection were ana—lyzed．The conclusion shows that there are no specific standards for most coal chemical plants and current de—sign does not focus on the features of coal chemical industry．Based on this analysis，some suggestions wereproposed．Key words：coal chemical industry；gasification；fire；fire protection中煤能源建设图克大化肥项目二期工程中煤能源股份有限公司2014年3月18日发布公告．为进一步优化产业布局和产品结构，推进优质煤炭资源的获取，发挥图克工业项目区集约化优势，提高煤化工项目整体效益，拟以全资子公司中煤鄂尔多斯能源化工有限公司作为主体，在鄂尔多斯实施建设图克气化岛及相关工程项目。投资额约177．5亿元。该项目是公司为完善鄂尔多斯图克工业项目区大化肥项目的二期工程．并为蒙大新能源50万吨工程塑料项目甲醇原料合成提供合成气．在内蒙古鄂尔多斯市乌审旗图克工业项目区规划建设的大型煤化工项目。项目规划建设年产净化合成气61亿立方米、100万吨合成氨、175万吨尿素等生产装置，以及配套建设相关自备热电、输气等工程。主要建设包括空分、煤气化、变换、低温甲醇洗、氨合成、尿素合成及造粒、硫回收、热电站等生产装置。该项目将分期实施，先行建设年产41亿立方米甲醇合成气及配套工程。工程建设期为36个月。后续根据市场情况再适时启动年产20亿立方米合成气(氢气)、100万吨合成氨、175万吨尿素等工程． 汪家铭

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