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精细化工企业的防火设计探讨

发布时间:

2023-10-10 10:14

精细化工,它是由化学合成( 或从天然物质中分离、提取) 、精制加工和商品化等三个部分组成,大多以灵活性较大的多功能装置和间歇方式进行小批量生产,化学合成多数采用液相反应、流程长、精制复杂、需要精密的工程技术 。 精细化工生产过程会使用大量有机溶剂( 甲 醇、 乙醇、 乙酸乙酯、 醋酸等) ,反应过程中通常在高温、高压下进行。 大多数的有机溶剂具有易燃、易爆的特性,在生产过程中有机溶剂的挥发和不正常泄漏,会形成爆炸危险环境,设计本身存在缺陷或生产过程中稍有操作不当产生点火源,便会引起火灾爆炸事故。 这就要求在设计过程中,要认真研究介质的爆炸特性,综合考虑安全、 环保、 合理、有效的防火防爆措施,确保精细化工生产过程中人员、厂房和设备的安全。

1 精细化工企业防火设计的标准规范问题

在工程设计中,对于化学品的火灾危险性、 燃爆特性等要高度重视,设计应特别谨慎。 精细化工的生产与石油化工的生产有着很大的不同,精细化工生产有着其工程设计的特殊性,精细化工多为间歇操作,自 动化程度相对较低,设备小灵活性大,设备多布置在封闭式厂( 库) 房建筑内,而石油化工多为连续化生产,自动化程度高,设备多布置在露天框架内。

现行的有关工业防火防爆标准规范主要有: 《工业企业总平面设计规范》( GB50187) 、 《化工企业总图 运输设计规范》( GB50489) 、《石油天然气工程设计防火规范》( GB50183) 、《石油化工企业设计防火规范》( GB50160) 、《建筑设计防火规范》( GB50016) 、《石油库设计规范》( GB50074) 、《爆炸危险环境电力装置设计规范》( GB50058) 、《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》( GB50493) 等。

按照国家安全监管总局和住房城乡 建设部《关于进一步加强危险化学品 建设项目 安全设计管理的 通知》 安监总管三〔2013〕 76 号的相关要求: “具有爆炸危险性的建设项目 ,其防火间距应至少满足 GB50160 的要求。 当国家标准规范没有明确要求时,可根据相关标准采用定量风险分析计算并确定装置或设施之间的安全距离”。

《石油化工企业设计防火规范》( GB50160)中规定了工石油化工产品的炼油厂、 石油化工厂、 化纤厂等装置的设计间距要求,而对精细化工企业厂房的防火间距没有明确要求,在规范 P86 页的条文解释中做了说明: 其中,对建筑物之间的防火间距,本规范未做规定的均按现行国家标准《建设设计防火规范》GB50016 执行。

国家现在还没有针对精细化工企业的防火规范,导致各地精细化工企业的设计参考的标准不一致,各地安监部门和安全专家有着不同的理解,在安全审查时有的地方按《石油化工企业设计防火规范》GB50160 的工艺装置来要求防火间距( 例如甲类装置之间要求 30 m) ,有的地方按《建设设计防火规范》GB50016 来要求防火间距( 例如甲类厂房之间要求 12 m) ,存在不同的理解,各地要求不一致,增加了设计的难度,影响了项目建设进度。 对于精细化工厂,按石化规设计,显然间距过大,不仅浪费土地资料,增加企业成本,也难以达到各地规划部门规定的投资强度、容积率等指标要求。

2 厂房内防火防爆的安全设计要点

精细化工厂房内的防火设计主要从工艺设计、 设备布置、设备及管道设计等方面进行考虑,其他专业内容诸如: 电气仪表设计、建筑设计、通风系统设计、给排水设计等按照相关专业标准规范设计,本文不做论述。

2.1 工艺设计

( 1) 选择物质危险性相对较小、 工艺过程较缓和成熟的工艺路线。 宜采取较低的温度和压力,将可燃物质限制在密闭的容器内。

( 2) 对涉及“两重点一重大”的项目,按照国家相关规定,采用自动化控制技术控制工艺操作程序和工艺过程的物料比、温度、压力、液位等工艺参数。 工艺系统应采用安全可靠的生产技术和设备,并根据其生产的火灾危险性、 工艺过程危险和风险分析结果,确定安全完整性等级( SIL) ,设置相应的安全联锁、紧急停车系统及安全仪表系统( SIS) 。

( 3) 尽量防止易燃易爆物料泄漏、 外逸,实现密闭化、 管道化生产。 控制物料的泄漏量,推荐采用 泄漏检测与修复技术( LDAR) 设置固定或移动检测设备,定期检测各类反应釜、物料输送管道、泵、阀门、法兰等泄漏点,及时修复超过一定浓度的泄漏点,控制泄漏。

2. 2 设备布置 

( 1) 精细化工厂房平面布置,其外形一般分为 长方形、 L形、T 行等。 长方形便于总平面图的布置,节约用地,有利于设备布置,缩短管线,易于安排疏散通道,有利于自 然采光和通风。 厂房一般采用钢筋混凝土框架和排架结构,抗爆性能好,一般经济跨度控制在 6 m 一跨,厂房宽度一般控制在 21 m 以内,以利于利用外墙泄压。

( 2) 在满足工艺流程、安全环保的前提下,平面布置要合理分区,设备布置应紧凑,限制和减少爆炸危险区域的范围,将爆炸区域与非爆炸区域、 不同等级爆炸区域用防爆墙体隔开,连通处应设置门斗等防护措施。 有爆炸危险的甲、乙类设备布置在厂房的一端或一侧或多层建筑的顶层,采用易于泄压的门窗及轻质屋顶泄压。

( 3) 设备布置要满足工艺流程顺序,保证水平方向和连续方向的连续性。 充分利用高低位差布置,计量槽、高位槽、冷凝器布置在最高层,主要反应设备布置在中层,储罐、泵等布置在最下层。

( 4) 很多精细化工企业由于工艺的特性需求,多将生产、包装、储存、控制化验、办公等设施组合布置在联合厂房内。 但现在按照国家安全监管总局和住房城乡 建设部《关于进一步加强危险化学品建设项目 安全设计管理的通知》安监总管三〔2013〕76 号的相关要求,对涉及“两重点一重大”的建设项目 ,应至少满足《建筑设计防火规范》( GB50016) 和《石油化工企业设计防火规范》( GB50160) 等规范的要求,并以最严格的安全条款为准。 按照《建筑设计防火规范》( GB50016) ,供甲、 乙类厂房专用的 10KV 及以下的变、配电站,当采用无门、窗、洞口的防火墙分隔时,可一面贴邻布置; 另 外分控制室也可贴邻外墙设置。而根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160,装置的控制室、机柜间、变配电所等不得与设有甲、 乙 A 类设备的房间布置在同一建筑物内。 甲 乙类精细化工厂房内是否还可以设置变配电室、控制室,目前各地在安全审查时还存在异议,说法不一,需有关部门进一步明确。
2.3 设备及管道设计

( 1) 可燃液体采用密闭设备,设备应具有承受超压的性能和完善的生产工艺控制手段,设置可靠的温度、 压力、 流量、 液位等工艺参数的控制仪表和控制系统。

( 2) 易燃易爆设备内 可采用 氮气或其他惰性气体覆盖的措施。

( 3) 易燃化学品通过重力、 惰性气体加压或者无轴封的泵( 如屏蔽泵或磁力泵) 进行输送。

( 4) 对易燃易爆的储罐、 中间储罐,相对集中布置在车间外,并采取相应的防护措施,如设置罐内氮气保护系统,防止液体泄漏产生火灾和爆炸的伤害; 同时对低温液体贮罐、 高温液体贮罐也应采取相应的保温、 控( 降) 温防护措施,如夹套冷却系统和贮罐顶部喷淋系统。

( 5) 对有安全隐患的高温高压反应罐、储罐或气体钢瓶等,应采取安全阀、爆破片等超压泄放措施,设置事故安全排放装置( 包括储罐) 、自动切换备用设备等,以达到生产安全的要求。

( 6) 管道系统的选型、设计等应符合《压力管道安全技术监察规程 - 工业管道》( TSG D0001 - 2009) 、《压力管道规范 工业管道》 ( GB/T20801 - 2006) 及《工 业 金 属 管 道 设 计 规 范》( GB50316 - 2000) ( 2008 年版) 等的要求。

3 结语

以上介绍均为笔者在长期的设计过程中,对精细化工企业如何进行防火设计的一点心得及体会,所有的总结均基于精细化工车间的共性考虑,虽然不同的精细化工车间因为其生产性质及业主的功能要求不同而有所不同,但在设计时都离不开上述设计要点的考虑。 目 前国内还未制定精细化工企业防火规范的国家标准,造成了在精细化工企业设计中出现了一些问题和困扰,望有关部门加快制定精细化工企业防火规范的进度,以满足精细化工行业快速发展的趋势。

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