中试厂房火灾危险性的判定与探讨

张小涛

（北京市低碳与清洁能源研究院，北京 102211)

0 引言

习近平总书记多次强调指出：“科技创新绝不仅仅是实验室里的研究，而是必须将科技创新成果转化为推动经济社会发展的现实动力。”中试在科技成果转移转化链条中起着承上启下的作用，是科技成果通向工业产业的关键环节，其中中试厂房作为中试试验的重要载体，是连通科研与生产结合的重要桥梁和纽带，是科技成果尽快实现成熟和产业化推广的重要保证。

1 中试厂房概况

某研究院科研中试厂房，采用钢结构主体框架，净空高度18 m，总面积4 500 m2。整个试验厂房自北向南分为四个平台:北区北侧（10401 平台）、北区南侧（10402 平台）、南区北侧（10403 平台）、南区南侧（10404 平台）； 四个钢结构框架总占地面积1 342 m2，总建筑面积4 025 m2。10401、10402、10403 框架均为三层框架，各层均高为5 m；10404 框架为四层框架，一至三层分别为中央控制室、实验室、电气间和仪表间，各层高为5 m，四层为设备层。南北两个区域由中间防爆墙分开：北区布置使用易燃易爆、有毒有害介质的试验设备；南区布置普通试验设备。详见图1。

2 厂房试验装置布置情况

该中试厂房内独立的试验装置为成套技术，采用成套技术商技术及装备。

10401 平台为微型反应区，位于中试厂房北区，一层从东向西依次为费托催化剂评价装置，色谱间、预留空置区；二层中部为草酸酯/醋酸加氢固定床微反装置；三层依次为多功能萃取耦合试验装置、四通道固定床微反装置、四通道流化床微反装置、煤直接液化反应热测试装置、3L 煤基油品加氢中试装置、100 mL 煤基油品加氢装置、100 mL 费托油加氢实验装置、1 500 mL 费托油加氢中试装置。

10402 平台为中试装置区，位于104 中试楼北区，一层从东向西依次为MTO 循环流化床装置，固体热载体热解装置（SPU2）(1—3 层)、气体热载体热解装置（SPU1）、多相流试验塔（1-3 层）；3 层西面为费托催化剂流化床还原反应器。

10403 平台，位于中试厂房南区。一层东侧为机械加工区域，包括镗床、铣床各1 台，钻床、车床各2 台。从东向西依次为35L 密炼单螺杆挤出机、AK36平行双螺杆挤出机、滚塑机、注塑机、长纤挤出浸渍复合设备、高温热压炉、高温石墨化炉、压力机、振筛机。西侧为超滤反渗透结晶装置、电渗析装置、降硬实验装置、石灰沉降硬装置，二层为行星式球磨机、喷雾干燥塔、混料机。罗茨风机、发料罐、有机玻璃气化炉喷嘴和筒体、喷雾干燥器、5L 水热晶化釜、费托合成磁助鼓泡床反应器，水热老化装置，三层为长期静液压测试仪器、五层共挤管机。

10404 平台，位于中试厂房南区，主要是控制室、配电室和实验室。

3 厂房火灾危险性判定

该中试厂房南区布置普通试验设备，不涉及甲乙丙类物质，判定该中试厂房南区的火灾危险性为丁类火灾危险性标准[1-2]。

该中试厂房北区长宽为29.9 m×72.6 m，净高18 m，布置有易燃易爆、有毒有害介质的试验设备，试验过程中涉及氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、氩气、氦气等气体及丙烯、己烷、己烯、丁烯、甲醇、石脑油、癸烷、FT 蜡、润滑油、重柴油、二甲基吡咯烷酮、正16 烷等液体，甲乙丙类量汇总见表1。

表1 中试厂房北区甲乙丙类物质

遵照GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018年版），按照3.1 火灾危险性分类进行计算判别。该中试厂房北区容积为分割后独立空间的容积，经计算为29.972.618=39 073m3，扣除厂房内已有设备设施体积573 m3，为38 500 m3。对于甲乙类物品总质量，将所有甲乙类物质统计计算，甲乙类气体按甲类气体进行合并统计总量为23.89 Nm3（体积之和，液化烃类液体计入气体总量），单位体积浓度限值计算为0.6 L/m3；甲乙类液体按甲类液体进行合并统计，经统计总体积72.3 L，计算比例为0.001 9 L/m3。

根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018版)，该厂房内甲乙类物质量两项指标均小于甲类气体和液体限值（气体：单位体积限值为1 L/m3，总量限值25 Nm3；液体：单位体积浓度限值0.004 L/m3，总量限值为100 L），且小于乙类气体和液体限值（气体：单体体积浓度限值5 L/m3，总量限值50 Nm3；液体：单体体积浓度限值0.02 L/m3，总量限值为200 L），综合目前厂房的使用情况和设计规范[1-3]，判定该中试厂房北区的火灾危险性未达到甲类和乙类厂房火灾危险性标准。

4 中试厂房火灾危险性判定探讨

厂房火灾危险性判定是确定厂房类别的基础，是后续平面布置、建筑设计、消防设计、运行管理、检修维护等的先决条件。厂房的生产作业直接决定了其火灾危险等级，同时，火灾危险性的判定对中试厂房的投资成本、厂房的通用性以及火灾发生的概率都有直接作用。判定过高，就会增加投资成本和占地面积、限制使用区域；判定过低，就会容易引起火灾，带来人身和设备安全风险；因此合理判定火灾危险性类别至关重要。

中试厂房内一般包含中试装置或设备、公用工程设备、公用工程管网等，其中中试装置和设备数量不等，存在规模小、运行时间不定、研究内容和规模不断在变化等情况，公用工程设备及管网也随着中试装置和设备的运行进行间断性开启，中试厂房具有科研、生产的双重性质。因此，在中试厂房进行火灾危险性判别必须考虑中试厂房运行的实际情况，实事求是，不能生搬硬套规范，不搞一刀切，利用规范中适合中试厂房的条款进行判别。

4.1 关于中试厂房毗邻气瓶间的考虑

根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018版)1.02 条，规范使用范围中明确规定，当有专门的国家标准时，宜从其规定，因此气瓶间的设置宜根据相应的国家标准执行。

根据GB 50177—2005《氢气站设计规定》[4]，氢气瓶储存于独立单层建筑物内，供氢气站内氢气实瓶数不超过60 瓶或占地面积不超过500 m2时，可与耐火等级不低于二级的用氢厂房或其他非明火作业的丁、戊类厂房毗连，其毗连的墙应为无门、窗、洞的防爆防护墙，并宜布置在靠厂房的外墙或端部。

因此，当氢气气瓶间与中试厂房设置防爆防护墙，且气瓶间管道上加装联锁切断阀（与厂房内所有可燃有毒报警器联锁，当其中任意1 个报警后切断阀关闭）时，气瓶间的气量可不计算用氢厂房的物质总量。

4.2 关于公用工程管道和装置的气体计算

当计算中试厂房甲乙丙物质的量时，针对进入中试厂房的公用工程管网及连接设备的支管网、试验装置等，应该分别进行统计。公用工程管网应从气瓶间出口连锁切断阀处算起，按照管道的压力、温度、气体类型进行归标计算；连接支管应从主管接口阀到连接设备的第一道阀门计算支管长度；成套试验装置要计算装置内物质存储（包括反应器、储罐、原料精制罐、吸附罐等）的体积及相应的管道，按照存储的压力、温度、气体类型进行归标计算。

4.3 关于设计规范的灵活应用

GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018 版)中明确规定了在一座厂房中存在甲、乙类等多种火灾危险性生产时如何根据使用面积、使用量进行火灾危险性判定的条例及使用说明。

因此中试厂房火灾危险性判定时，一定要结合厂房的实际运行情况，既不能盲目保守，也不能断章取义，充分吃透规范，利用规范中适合的条款进行判别。

5 结语

目前，高等院校和科研院所在开展中试研究工作时，需要建设中试厂房及基地，尤其是涉及到一些甲类（如氢气、甲醇等）、乙类（如一氧化碳等）、丙类（如润滑油等）物质的中试厂房，如在高校和研究院建设，可能会存在影响周边民建、用地审批困难、选址受限等问题；而到工业园区去建设中试厂房及基地，但这又会产生远离研发单位、管理成本高、人员频繁出差、分析测试难以满足需求等一系列新问题，因此中试厂房的设置对科技成果转化形成了一种瓶颈和制约；而中试厂房的设置最重要的就是由火灾危险性而确定的厂房类别。

因此，如何在满足国家规定及设计规范的基础上，充分发挥设计的灵活性，如何创造性地解决制约科技成果转化中的中试厂房设计及选址问题是一个很有意义的课题。在此，笔者针对高等院校和科研院所的中试厂房，就如何进行火灾危险性判定进行了论述和探讨，为高校和研究院所开展中试厂房的设计、建设与运行管理提供一定的借鉴。