防火防爆設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
??????? 1考慮總體布局、廠址選擇和廠區(qū)總平面的配置對(duì)限制災(zāi)害的要求；包括：廠址選擇；總平面布置；防火間距等。
??????? 2建筑防火防爆的設(shè)計(jì)；包括：生產(chǎn)及儲(chǔ)存的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)；建筑物的耐火等級(jí)；廠房的耐火等級(jí)；層數(shù)和占地面積；廠房建筑的防爆設(shè)計(jì)。
??????? 3消防撲救設(shè)施的設(shè)置。
??????? 下面是一個(gè)具體的實(shí)例分析： 甲醇罐區(qū)的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性分析及防火防爆設(shè)計(jì)
??????? 王允升(四川大學(xué)化工學(xué)院)
??????? 摘要：根據(jù)甲醇的物化性質(zhì)及儲(chǔ)存過(guò)程特點(diǎn),對(duì)甲醇罐區(qū)潛在的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性進(jìn)行分析,提出設(shè)計(jì)中應(yīng)采取的防火防爆措施以及設(shè)計(jì)審核時(shí)需著重檢查的項(xiàng)目和內(nèi)容。
??????? 關(guān)鍵詞：甲醇罐區(qū) 危險(xiǎn)性 防火防爆 設(shè)計(jì)
??????? 1概述：甲醇(ＣＨ3ＯＨ)是重要的基本有機(jī)化工原料,具有劇毒、易燃燒性,其蒸氣與空氣在一定范圍內(nèi)可形成爆炸性混合物。同時(shí)也是一種清潔、高效的液體燃料,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。由于甲醇的易燃性及其蒸氣與空氣在一定濃度區(qū)間內(nèi)混合物的爆炸性,因此,如何安全、有效地儲(chǔ)存和使用是非常重要的。
??????? 2火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性：由于甲醇的物理化學(xué)性質(zhì)及儲(chǔ)存的條件和周?chē)h(huán)境等因素所致,甲醇儲(chǔ)存的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
??????? 2 1揮發(fā)性：甲醇在常態(tài)下為液體,沸點(diǎn)64.5℃,20℃時(shí)的飽和蒸氣壓為12.8ｋＰａ(96ｍｍＨｇ),溫度愈高,蒸氣壓愈高,揮發(fā)性越強(qiáng)。以地面固定頂罐儲(chǔ)存甲醇為例,夏季晝夜溫差按10℃考慮,則1臺(tái)裝料系數(shù)為85%的5000ｍ3儲(chǔ)罐揮發(fā)損失達(dá)77.2ｋｇ/ｄ。由此可見(jiàn),甲醇的揮發(fā)性較強(qiáng),儲(chǔ)罐的“小呼吸”損失十分明顯。
??????? 2 2流動(dòng)/擴(kuò)散性：甲醇的粘度0.5945ｍＰａ.ｓ(20℃),并隨溫度升高而降低,有較強(qiáng)的流動(dòng)性。同時(shí)由于甲醇蒸氣的密度比空氣密度略大(～10%),有風(fēng)時(shí)會(huì)隨風(fēng)飄散,即使無(wú)風(fēng)時(shí),也能沿著地面向外擴(kuò)散,并易積聚在地勢(shì)低洼地帶。因此,在甲醇儲(chǔ)存過(guò)程中,如發(fā)生溢流、泄漏等現(xiàn)象,物料就會(huì)很快向四周擴(kuò)散,特別是甲醇儲(chǔ)罐一旦破裂,又突遇明火,就可能導(dǎo)致火災(zāi)。
??????? 2 3高易燃性：甲醇的閃點(diǎn)11.1℃(閉杯),根據(jù)美國(guó)防火協(xié)會(huì)ＡＮＳＩ/ＮＦＰＡ30、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(ＧＢ50160-92)、《危險(xiǎn)貨物品名表》(ＧＢ12268-90),甲醇屬中閃點(diǎn)(-18～23℃)、甲類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性可燃液體?？扇家后w的閃點(diǎn)越低,越易燃燒,火災(zāi)危險(xiǎn)性就越大。由于可燃液體的燃燒是通過(guò)其揮發(fā)的蒸氣與空氣形成可燃性混合物,在一定的濃度范圍內(nèi)遇火源而發(fā)生的,因而液體的燃燒是其蒸氣與空氣中的氧進(jìn)行的劇烈和快速的反應(yīng)。所謂液體易燃,實(shí)質(zhì)上就是指其蒸氣極易被引燃。甲醇的沸點(diǎn)為64 5℃,自燃點(diǎn)為473℃(空氣中)、461℃(氧氣中),開(kāi)杯試驗(yàn)閃點(diǎn)為16℃。應(yīng)當(dāng)指出,罐區(qū)中常見(jiàn)的潛在點(diǎn)火源,如機(jī)械火星、煙囪飛火、電器火花和汽車(chē)排氣管火星等的溫度及能量都大大超過(guò)甲醇的最小引燃能量。
??????? 2 4蒸氣的易爆性：由于甲醇具有較強(qiáng)的揮發(fā)性,在甲醇罐區(qū)通常都存在一定量的甲醇蒸氣。當(dāng)罐區(qū)內(nèi)甲醇蒸氣與空氣混合達(dá)到甲醇的爆炸濃度范圍6.7%～36%時(shí),遇火源就會(huì)發(fā)生爆炸。此外,由于甲醇的引爆能量小,罐區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)的潛在引爆源,如明火、電器設(shè)備點(diǎn)火源、靜電火花放電、雷電和金屬撞擊火花等,具有的能量一般都大于該值,因此決定了甲醇蒸氣的易爆性。
??????? 2 5熱膨脹性：甲醇和其它大多數(shù)液體一樣,具有受熱膨脹性。若儲(chǔ)罐內(nèi)甲醇裝料過(guò)滿,當(dāng)體系受熱,甲醇的體積增加,密度變小(如20℃時(shí)0.7915ｇ/ｍｌ,30℃時(shí)0.7820ｇ/ｍｌ)的同時(shí)會(huì)使蒸氣壓升高,當(dāng)超過(guò)容器的承受能力時(shí)(對(duì)密閉容器而言),儲(chǔ)罐就易破裂。如氣溫驟變,儲(chǔ)罐呼吸閥由于某種原因來(lái)不及開(kāi)啟或開(kāi)啟不夠,就易造成儲(chǔ)罐破壞或被吸癟。對(duì)于沒(méi)有泄壓裝置的罐區(qū)地上管道,物料輸送后不及時(shí)部分放空,當(dāng)溫度升高時(shí),也可能發(fā)生脹裂事故。另外,在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)附近的儲(chǔ)罐受到熱輻射的高溫作用,如不及時(shí)冷卻,也可能因膨脹破裂,增大火災(zāi)的危險(xiǎn)性。
??????? 2 6聚積靜電荷性：靜電產(chǎn)生和聚積與物質(zhì)的導(dǎo)電性能相關(guān)。一般而言[2],介電常數(shù)小于10(特別是小于3)、電阻率大于106Ω?ｃｍ的液體具有較大的帶電能力。而甲醇的介電常數(shù)為32.62,電阻率為5.8×106Ω?ｃｍ,說(shuō)明有一定的帶電能力。因此,甲醇在管輸和灌裝過(guò)程中能產(chǎn)生靜電,當(dāng)靜電荷聚積到一定程度則會(huì)放電,故有著火或爆炸的危險(xiǎn)。
??????? 3防火防爆設(shè)計(jì)：由于甲醇的物化性質(zhì)以及儲(chǔ)存過(guò)程中潛在的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性,甲醇罐區(qū)的防火防爆設(shè)計(jì)必須既要注意預(yù)防火災(zāi)和爆炸的發(fā)生,也要盡量減少火災(zāi)和爆炸造成的損失。為此,一般應(yīng)遵循或充分考慮下述要求。
??????? 3 1選址和布置：甲醇罐區(qū)的廠址選擇與布置應(yīng)符合ＡＮＳＩ/ＮＦＰＡ30、《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》所規(guī)定的防火要求。其中的要點(diǎn)包括：
??????? 3 1 1罐區(qū)與周?chē)O(shè)施的安全距離：罐區(qū)與周?chē)O(shè)施的安全距離的確定依據(jù)是考慮到罐區(qū)防火因素,以及物料揮發(fā)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響,同時(shí)還考慮到周?chē)O(shè)施的重要程度,如人員或車(chē)輛出入頻繁的公眾設(shè)施。此外,甲醇罐區(qū)應(yīng)設(shè)在有明火或飛火設(shè)施的側(cè)方向。
??????? 3 1 2罐區(qū)建(構(gòu))筑物之間的防火間距：建(構(gòu))筑物之間的防火間距,主要是根據(jù)各建(構(gòu))筑物的耐火等級(jí)、有無(wú)可燃蒸氣散發(fā)和有無(wú)明火而定。據(jù)有關(guān)調(diào)查[2],爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的影響一般是15ｍ范圍以內(nèi);火災(zāi)的影響距離約10ｍ。像甲醇這樣的甲類(lèi)易燃液體,正常操作時(shí),其蒸氣的擴(kuò)散范圍約3ｍ以內(nèi);泄漏后其蒸氣的擴(kuò)散范圍在10～15ｍ內(nèi)。
??????? 3 1 3儲(chǔ)罐之間的防火間距：儲(chǔ)罐之間應(yīng)留有一定的防火距離,其確定依據(jù)了物料的危險(xiǎn)性、儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)、容量、消防力量及操作要求等因素,同時(shí)考慮著火幾率極小,盡量減少占地、消防設(shè)施統(tǒng)一、節(jié)省管道等因素。
??????? 3 2儲(chǔ)罐型式：液體儲(chǔ)罐的型式很多,按建造材料可分為金屬罐和非金屬罐兩種。金屬罐應(yīng)用廣泛;非金屬罐(如磚砌、混凝土和橡膠儲(chǔ)罐)導(dǎo)電性能差,易遭受雷擊,加之罐容往往較大,著火難以撲救,特別是黃島油庫(kù)大火之后,國(guó)家已禁止建造此類(lèi)儲(chǔ)罐(用于儲(chǔ)存石油產(chǎn)品)。金屬儲(chǔ)罐的種類(lèi)較多,從結(jié)構(gòu)形式講有立式、臥式、圓柱形、球形、橢圓形、浮頂罐等。然而,國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的是立式拱頂罐和浮頂罐。儲(chǔ)存甲醇則宜首先選擇浮頂罐,其次為拱頂罐。若選取拱頂罐,考慮到安全可靠、減少物料蒸發(fā)損失、火災(zāi)撲救容易等因素,單臺(tái)罐容量不宜超過(guò)10000ｍ3。
??????? 3 3建(構(gòu))筑物的耐火等級(jí)：根據(jù)建筑材料在明火或高溫作用下的變化特征,一般將建筑材料分為非燃燒體、難燃燒體和燃燒體3類(lèi)。建(構(gòu))筑物的耐火等級(jí)是由組成建(構(gòu))筑物的主要構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限決定的?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》(ＧＢＪ16-87)將建(構(gòu))筑物的耐火等級(jí)分為4級(jí)。對(duì)不同耐火等級(jí)的建(構(gòu))筑物的構(gòu)件分別提出了燃燒性能和耐火極限要求。根據(jù)甲醇罐區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性,為保障罐區(qū)的防火安全,罐區(qū)建(構(gòu))筑物在火災(zāi)高溫作用下要求其基本構(gòu)件能在一定時(shí)間內(nèi)不被破壞、不傳播火災(zāi)、延緩和阻止火勢(shì)蔓延,為疏散人員、物資和撲滅火災(zāi)贏得時(shí)間,因此,在甲醇罐區(qū)設(shè)計(jì)時(shí),罐區(qū)內(nèi)建(構(gòu))筑物(如配電室、控制室、管架等)的耐火等級(jí)應(yīng)按二級(jí)考慮,所用建筑材料應(yīng)為非燃燒體。
??????? 3 4電氣的防爆：由于甲醇的物化性質(zhì)和儲(chǔ)存條件所致,其蒸氣能在罐區(qū)內(nèi)與空氣形成爆炸性混合物(爆炸濃度6.7%～36%),并存在潛在的爆炸危險(xiǎn)性,因此,甲醇罐區(qū)的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵循有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),如《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＧＢ50058-92)。其中主要內(nèi)容包括：
??????? 3 4 1爆炸危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域劃分甲醇儲(chǔ)存常采用浮頂罐和拱頂罐兩類(lèi)罐型,但其儲(chǔ)罐區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)是不同的。若采用浮頂罐,在正常操作時(shí)無(wú)或幾乎無(wú)任何“呼吸”損失,不可能出現(xiàn)甲醇蒸氣的爆炸性氣體混合物,故罐區(qū)的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域等級(jí)為2區(qū);若采用拱頂罐,在正常操作時(shí),存在“呼吸”損失(如20℃時(shí)甲醇的飽和蒸氣壓為12 8ｋＰａ),可能出現(xiàn)甲醇蒸氣的爆炸性氣體混合物,故罐區(qū)的爆炸危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域等級(jí)為1區(qū)。