煤化工项目气化单元消防设计

温海东，李 宁

(1.航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司，甘肃 兰州 730010；2.中铁二局集团建筑有限公司，四川 成都 610000)

在大中型煤化工项目中，气化单元占总投资的很大一部分，作为生产区的核心装置，其反应温度高，联锁控制复杂，反应介质危险性大，对关键部位的消防要求较高，在还没有形成统一行业标准规范的情况下，各设计人员对气化单元的消防设计参差不齐。本文以南方某煤制氢项目气化单元为例，介绍了气化单元的消防设计过程，阐述了消防设计中应该注意的事项。

1 气化单元概况

表1 各建筑火灾危险类别、高度及占地面积

该项目采用“HT-L”航天炉粉煤加压气化技术生产上游气体。根据总体院划分，气化单元由气化装置(气化框架、渣水处理厂房)、配煤装置(原煤筒仓，转运站，破碎楼，输煤栈桥)和辅助设施(气化配电楼、气化DCS机柜楼、配煤仪电楼)等组成，各建筑火灾危险类别及特征见表1。气化单元各装置用消防道路隔开，其中气化框架位于西侧，气化配电楼和机柜楼位于东侧，渣水处理厂房位于西南侧，配煤装置位于东北侧，具体布置见图1。

图1 气化单元平面布置Fig.1 Layout of gasification unit

2 气化单元设置的消防设施

根据GB 50160-2008《石规》[1]、GB 50016-2014《建规》[2]和GB 50229-2006《火规》[3]相关规定及航天炉粉煤气化工艺特点，气化单元采用以水消防为主，其它消防为辅的设计方案。在气化框架、渣水处理厂房、破碎楼、转运站、原煤筒仓设置湿式消火栓给水系统，气化框架煤仓间、输煤栈桥、原煤筒仓设置水喷雾灭火系统和水幕系统，气化辅助设施设置移动式气体灭火器。

气化单元消防水来自厂区稳高压消防给水系统，系统平常供水压力为0.7MPa，消防时供水压力为1.2 MPa。单元按发生一处火灾计，消防最大流量为305 L/s，火灾延续供水时间按3h计，一次消防用水量为3294 m3。

2.1 气化框架消火栓给水系统

2.1.1 消防竖管的布置

GB 50160-2008《石规》规定：工艺装置内的甲、乙类设备的构架平台高出其所处地面15 m时，宜沿梯子敷设半固定式消防给水竖管，竖管供专职消防人员使用，由消防车供水或供泡沫混合液[1]。规范采用半固定式消防竖管布置主要是考虑到北方寒冷地区会冻坏消防管道，且能灵活供应灭火介质，而该项目在我国南方地区，根据当地气象资料，最低温度对管道无冻裂影响，且气化框架高度为77.1 m，若布置为湿式固定式消防竖管，则能充分利用厂区稳高压消防给水系统，在非消防时气化框架10层以下的各层消火栓均能达到最小用水压力，消防时气化框架每层均能满足消防要求。相比半固定式消防竖管，固定式消防竖管的安全系数更高，设置更为合理。

2.1.2 给水形式

湿式消火栓系统可采用分区给水和直接给水两种给水方式。《消规》第6.2.1条规定，当消火栓栓口处静压大于1.0MPa时，消防供水应采取分区供水[4]，由于室内消火栓给水系统压力大于1.2MPa，若采用普通消火栓，则气化框架最低处消火栓栓口静压超过1.0MPa，消火栓系统需按高、中、低区进行分区给水；然而现今生产的各消防管材、管件及减压稳压型消火栓的公称压力均能满足消防验收要求，所以也可采用安装减压稳压型消火栓的直接给水方式。考虑到分区给水方式中减压阀对消防水杂质要求比较高，按照简单可靠的消防原则，本项目气化框架采用安装减压稳压型消火栓的直接给水方式。

2.1.3 消防水量

如图1所示，在气化框架东、西两侧各设置一门PS100型水雾两用消防炮，一套SS150/80-1.6型地上式消火栓，室外消防用水量为100×2+15×3=245 L/s。各建筑室内、外消火栓用水量如表2。

表2 建筑室内、外消火栓用水量

2.2 输煤栈桥水喷雾灭火系统

水喷雾灭火系统因比表面积大，单位时间吸收热量多等诸多优势被运用于封闭式钢结构建筑的运煤系统[3]。此处以宽6.6 m，高3.2 m，长90.4 m的2#双皮带输煤栈桥为例，分析了水喷雾灭火系统的喷头布置、消防水量及水力计算。

2.2.1 喷头布置

图2 水喷雾灭火系统喷头布置示意图

Fig.2 Installation diagram of spray nozzle for water spray fire protection system

如图2所示，宽度为1000 mm单皮带采用ZSTWB/SL-S225-40-90型水雾喷头，喷雾角90°，流量系数为18.9，喷头距栈桥地面2650 mm，距输煤皮带1500 mm，采用2 m×3 m矩形布置，经核算间距小于1.4倍水雾锥底圆半径。

2.2.2 消防水量计算

按上述间距，该输煤栈桥共设置了90个水雾喷头，栈桥保护面积S=2×90.4=180.8 m2，喷雾强度q=10 L/(min·m2)，消防需用水量为Q需=q×S=1808 L/min。当喷头最小压力等于0.35 MPa时，水雾喷头最小设计流量Q喷头=18.9×(10×0.35)0.5=35.35 L/min，输煤栈桥的消防设计水量Q设=Q喷头×喷头数量=35.35×90=3181.5 L/min，安全系数为1.75，完全大于规定值(k≥1.05)。

2.2.3 水力计算

根据GB 50219-2014《水喷雾》第3.1.3条，最不利点喷头设计压力至少为0．35MPa[5]。经计算，最不利点到雨淋阀组前所需的最小压力约为0.65 MPa，稳高压消防管网到雨淋阀组前的供水压力约为0.9MPa，需在雨淋阀组前设置减压孔板。

3 消防设计需注意的问题

(1)消防最大用水量的确定。消防最大用水量不是各系统最大用水量之和，而是某一处火灾发生时同时启用的灭火系统用水量之和的最大值。例如，在气化单元中，最大消防用水量应为气化框架煤仓间处的消火栓用水量、水喷雾用水量和水幕用水量同时开启之和，而不是气化框架消火栓最大用水量、输煤栈桥水喷雾灭火系统最大用水量和原煤筒仓水幕系统最大用水量之和。

(2)减压方式的选择。建筑室内消火栓给水系统常用的减压方式有减压孔板、减压阀和减压稳压型消火栓。减压孔板构造简单，价格低廉，但计算复杂，且不适用于湿式系统；减压阀安装简便，操作灵活，但对消防水质要求较高；减压稳压消火栓能够自动调整压力，缺点是价格昂贵，安装数量多。若无特殊要求，消火栓给水系统优先选择减压稳压型消火栓。

(3)气体灭火系统的设置。《石规》规定能及时向有人场所报警的变配电所、机柜间和电缆夹层等电气场所不宜设置固定气体灭火系统[1]，而《建规》要求对一些发生火灾时将严重影响生产和生活的关键设备场所，必须设置固定灭火气体系统[2]，此处相互矛盾，原则上按《石规》要求不设置，但有些地方消防部门会要求设置。因此，在设计气化单元辅助设施的气体灭火

系统时，应以当地消防部门的具体要求为准。

4 结语

气化单元工艺复杂，高压设备多，CO、H2、CH4、O2、粉煤等介质危险性大，一旦发生火灾，将会产生特别严重的安全事故，除了加强工艺本质安全外，合理设置消火栓给水系统、水喷雾灭火系统、水幕系统及气体灭火系统，才能保证气化单元的安全运行。

[1]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[S].北京：中国计划出版社，2008.

[2]公安部. GB 50016-2014 建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[3]建设部. GB 50229-2006 火力发电厂与变电站设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2007.

[4]住房和城乡建设部. GB 50974-2014 消防给水及消火栓系统技术规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[5]公安部天津消防研究所. GB 50219-2014 水喷雾灭火系统技术规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[6]住房和城乡建设部. GB 50140-2005 建筑灭火器配置设计规范[S].北京：中国计划出版社，2005.