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化工企业的炼油装置生产和处理的物料多为易燃易爆物,且处理量大,操作条件苛刻,多处于高温高压状态,火灾危险性大,因而消防设计就成了装置设计的重要组成部分.消防设计应研究并实施防止、减少火灾发生和控制、扑灭火灾而采取的各种对策,因此在装置设计中应予重视.
一、装置火灾的一般情况
装置火灾主要由油、气源泄漏后遇火源或高温热表面而引起,但介质温度超过自燃点时,一旦泄漏也会立即着火.
1.泄漏
1.1泄漏源
1.1.1设备和管道在正常操作条件下不严密而发生泄漏.
1.1.1.1动设备:泵、压缩机等.
1.1.1.2静设备:阀门、法兰、取样口、放凝口等.
1.1.2设备、管道被破坏发生泄漏,引发爆炸事故.
1.1.2.1由超温、超压引起.
1.1.2.2由活性物质激烈反应引发的内部爆炸.
1.1.2.3被外部火灾包围导致强度降低或爆炸.
1.1.2.4腐蚀穿孔、机械外力等造成断裂.
1.2发生几率
动设备的泄漏几率大于静设备,介质温度和压力高的设备大于低的设备.
破坏泄漏:高温重质油品几率较高,重油含腐蚀性物质多,易造成穿孔.
机械破坏:多发生在与设备相接的小口径管道连接处.
2.火灾情况
2.1超过自燃点的介质泄漏着火
因泄漏几率高,由此产生的火灾几率就高.资料调查表明,由此造成的火灾约占装置火灾的40~50%,是装置消防设施的重点防护场所.
2.2气体泄漏
火灾爆炸多发生在大量泄漏、介质比空气重且沿地面大范围扩散的地方.
2.3加热炉火灾
往往是由于炉管烧坏造成火灾.一般在炉内燃烧,因设有蒸汽灭火系统,可及时扑灭,不会造成大火向外蔓延,个别情况由于未切断物料,油喷到炉外亦会造成较大的火灾.
2.4塔和反应器的火灾
2.4.1塔的上部火灾在常减压蒸馏装置的初馏塔、常压塔上曾发生过,其原因是油气负荷过高,造成超压冲塔.油从安全阀溢出,沿塔壁下泄,遇下部高温法兰被点燃,在塔外壁形成大火.一般泄漏的油不多,即使不扑救,塔壁上油膜烧完火即灭,通常不会造成大的损失.
2.4.2塔上局部发生火灾,如焦炭塔、反应器顶部法兰处油品泄漏,渗到保温层内部遇热表面起火,可用灭火器扑灭.
2.5烃类气体压缩机
一般都设置了可燃气体浓度报警器,能及时发现泄漏,很少发生火灾爆炸.因距火源远,气体泄漏一般不会形成灾害.
2.6设备内爆及管道破裂
设备内爆往往形成恶性火灾,且易蔓延,同时设备碎片飞出,砸坏其它设备和管道而引发次生灾害.气体管道破裂,可燃介质突然大量泄放,形成大的爆炸危险空间,若遇火源即引起爆炸和火灾,将造成巨大损失.
二、装置消防重点保护对象
1.介质超过自燃点且压力高的设备及管道
如泵、换热器、阀门、法兰及管道上的三通、弯头等火灾多发设备.
2.火灾时易损坏且可能发生次生灾害的设备
如带衬里的反应器、无隔热层的可燃气体和液体设备.因这些设备受火灾烘烤时,壁温度急剧上升,材料强度降低而被破坏,使可燃介质突发泄漏,以致火灾蔓延.
3.储存大量可燃介质的设备
这种设备如缓冲罐、回流罐等,发生火灾难以扑救,受损后火灾蔓延范围大.
4.火灾时不易靠近或扑救困难的危险场所
如多层冷换框架、设备及管道密集场所等.
5.易受火灾破坏的设备
如空冷器、架空敷设的电缆及仪表控制电缆,特别是事故状态下需使用的紧急控制电缆等.
三、装置消防设计的构成
装置内设置的消防设施,应能确保扑灭小火,并在发生大的火灾时能在消防车到来之前控制火势,减少蔓延.大的火灾扑救需要装置的操作人员与消防人员相互配合.为此,装置消防设计应由3方面构成.
1.装置合理布置
装置四周都应有消防通道,并相应布置消火栓系统.这些通道是装置消防设计的重要组成部分,通道的宽、高、转弯半径等都要满足所配备的消防车使用要求.
2.火灾报警系统
一般包括感烟、感温和火焰等自动报警器,以及手动报警按钮和报警等.控制室应有信号显示盘.必要时,消防站也应配有重复显示盘,并明确表示设置位置及类型.
3.灭火系统
3.1消防水系统:管网、消火栓、消防炮、箱式消火栓
3.2蒸汽灭火系统:加热炉蒸汽灭火、半固定式蒸汽软管、汽幕
3.3灭火器.
3.4固定水喷淋系统,水幕系统
3.5固定、半固定式消防竖管
3.6其它局部设置的泡沫、气体、干粉等灭火设施
四、装置消防设计的基本条件
1.外部条件
消防站:人员编制、车辆配备(车型、性能、数量)、报警形式、位置等.
消防水系统:管网类型(高、低、独立等)、装置水压、可供水量、管网布置、消防供水可持续时间等.
泡沫灭火系统:类型、设置方式、泡沫站设置、可供混合液量等.
装置区域图:附有消防水管网、消火栓及消防道路布置.
2.内部条件
项目设计规定:根据PFD图、平面布置图找出重点保护对象,设置消防设施,平面布置是否满足消防车的灭火要求.
五、装置内消防设施设置的一般原则
装置内的消防设施主要为岗位操作人员应急使用.现代化装置均采用计算机控制,装置外操作值班人员很少.所以,要求设置的消防设施不但要操作方便,且一二人便可操作,可以满足应急使用.
1.灭火器
可有效扑灭初期火灾.实践表明,用灭火器扑灭的火灾占装置发生火灾的40%,设置的灭火器应对全装置给予覆盖性的保护.
2.半固定式蒸汽软管
蒸汽用于灭火和控制火势均很有效.实践表明,用蒸汽扑灭的火灾约占火灾总数的30%.蒸汽可连续供给用于灭火.其设置应能对装置的危险区提供覆盖性保护.
3.箱式消火栓
用长20~30m的中Ф25~40mm水带与消火栓固定相连.水应为可调式,既可喷直流水柱,又可喷雾状水流,一二人可操作,设于火灾中需首先进行冷却保护的设备附近(如介质温度超过自燃点的热油泵、换热器、管道阀组、加热炉等设备),距保护对象的距离不宜小于巧15m.
4.固定式水炮
用于保护危险的设备群及较高的危险设备.如多层冷换框架、反应器、地面上密集的危险设备群等.亦可设置为对装置内的危险场所进行覆盖性保护.水炮可喷柱状和雾状水,设置位置距保护对象的距离不宜小于巧15m,且保证水流能喷到保护对象而在装置检修时不易被碰坏之处.
5.半固定式消防竖管
用于多层框架、多层厂房,沿梯子敷设,主要供消防人员使用,免去消防人员敷设水带,可有效的争取时间进行火灾扑救,竖管下部接口设在便于操作的地点,可供水或泡沫混合液.
6.消火栓
沿装置内消防车道布置,间距不宜大于50m.一般与消防车配套使用.在高压消防水系统中可独立使用,直接向水龙带水、移动炮等供水.
7.蒸汽灭火系统及汽幕
蒸汽灭火主要用于加热炉炉膛火灾.汽幕常设置在加热炉附近和气体加工且泄漏几率高的装置.在大量烃气体泄漏时,用于阻隔、驱散烃类气体,防止与加热炉等明火相遇,引发爆炸火灾.
8.固定式水喷淋系统
主要用于特殊危险场所的保护,如火灾时人不易靠近而需及时提供冷却水保护(否则会造成爆炸或火灾迅速蔓延)的场所,由于防堵塞维护工作较复杂,若能使用固定水炮保护而不用水喷淋则较好,但炼油装置很少用.
9.水幕系统
一般用于阻隔热辐射,防止火灾蔓延,用于特殊场所.如不能提供规定的防火距离,可设置该系统,多用于装置的扩建工程及大型库房的防火分区.
10.局部的泡沫灭火设施
可设于火灾发生几率高的高温热油设备附近,或个别需用抗溶性泡沫灭火的设备附近.
六、结束语
笔者结合自己多年的工作经验对炼油装置的消防设计提出了一些看法.
1.掌握全厂性消防设施的设置及运行情况.
2.对工艺流程进行深人了解,弄清装置使用物料及产品的火灾危险性及相应的灭火对策.
3.对流程中的主要设备、设施进行分析,根据所储物料、运行工况等找出装置的主要火灾危险源、多发泄漏源.
4.根据装置平面布置、竖面布置及上述火灾危险源、多发泄漏源分析,找出重点消防保护对象,有针对性地设置消防设施.
5.根据装置区域布置图、装置平面布置图,对装置内外消防通道的设置能否满足消防的要求作出分析,当装置外部布置不准时,应提出要求和建议.