塔式化工生產裝置的火災危險性及防火設計

tags:    時間:2014-03-11 12:07:05
塔式化工生產裝置的火災危險性及防火設計簡介
    摘要:應設計消防設施。塔式生產裝置的消防設施主要應考慮塔內填料、物料的滅火設施和塔身的冷卻設施。塔內的滅火設施可以考慮設計泡沫滅火系統,在塔頂設置泡沫發……
塔式化工生產裝置的火災危險性及防火設計正文
    摘要:應設計消防設施。塔式生產裝置的消防設施主要應考慮塔內填料、物料的滅火設施和塔身的冷卻設施。塔內的滅火設施可以考慮設計泡沫滅火系統,在塔頂設置泡沫發生器,一旦塔內發生火災,泡沫系統可以有效發揮作用;在塔外部設計噴水冷卻系統,若塔式裝置外部設有絕熱層,則可採取兩種方法,一種方法是將絕熱層用簡易構件相連,在緊急狀態下,可使絕熱層在短時間內迅速剝離塔體,使消防設施能夠對塔體直接進行冷卻,第二種方法是在塔體絕熱層內部每隔一定的距離分別設置環形噴水冷卻管,火災發生后,能夠起到均勻冷卻塔身的作用。 應考慮周圍建築的布置,留有適當的防火間距。塔式生產裝置的附近儘可能設計建築物,避免布置室外生產裝置,布置建築物的目的是即使塔式生產裝置發生倒塌砸向建築物可能比直接砸向生產裝置引起的後果輕一點。如江蘇某化工集團火災中,蒸餾塔倒向了東北處的生產廠房,僅僅造成頂樓樓面受損,未造成建築物的破壞。若工廠條件允許,盡量在塔式生產裝置周圍留有一定的防火間距,防火間距以從裙座到塔頂的高度為最佳。 


在化工、輕工、製藥等行業,塔式生產裝置廣泛用於精餾、吸收、萃取、吸附等化工單元過程。一旦塔式生產裝置發生火災,在高溫作用下,塔式生產裝置的耐火性能將極大地降低,甚至失去支撐能力或平衡作用而發生坍塌或倒塌事故,往往產生嚴重的後果。現行的《建築設計防火規範》尚未對塔式生產裝置提出明確的防火設計要求,筆者試就塔式生產裝置火災危險性及設計時應採取的防火對策談一點初淺看法。  


一、塔式化工生產裝置介紹  


1、種類及工作原理:塔式化工生產裝置在工業生產中通常稱為"塔設備"或"氣液傳質設備",它的種類繁多,根據塔內氣液接觸部件的結構形成可分為兩大類:一類是逐級接觸式的板式塔,塔內裝有若干塊塔板,氣液兩相在塔板上接觸進行熱、質交換。另一類是連續接觸式的填料塔,塔內裝有填料,氣液傳質在填料的濕潤表面進行。  


2、結構及構件:塔式生產裝置一般由塔體、填料或塔板、液體分佈裝置,填料壓板(有時可不用)、填料支撐裝置、液體再分佈裝置等構成。大部分構件都是由金屬鋼鐵製成,但填料種類較多,早期使用的有碎石、焦炭等天然塊狀物,後來廣泛使用陶瓷波紋和不鏽鋼波紋等人造填料,目前金屬絲網狀填料綜合性能最好。  


3、高度及直徑:塔式生產裝置的高度根據生產規模計算確定,國內此類裝置高度一般在幾米至一百米之間,塔徑一般在幾十厘米至三、四米。  


二、火災危險性分析  


1、耐火性能較差。塔式生產裝置的主要構件、裙座等都是普通鋼材,未作任何防火處理,耐火性能較差,在高溫作用下,機械性能急劇下降,失去支撐能力或平衡作用,江蘇某化工集團有限公司蒸餾塔在外部明火撲滅9小時后,在距地面32米處發生倒塌。  


2、物料具有易燃易爆性。塔內物質一般都是處於氣液狀態的化工產品,具有易燃易爆性,發生火災后,塔內供氧不足,形成緩慢燃燒狀態,且消防設施對塔內無法實施有效的控制和滅火,燃燒后很難在短時間內撲滅。  


3、填料具有可燃性。由於填料多由金屬製成,直徑很小,成細金屬網狀,在塔內易形成緩慢燃燒且形成高溫,由於塔體外層具有良好的絕熱層且不易破壞,消防設備在塔外無法發揮作用,江蘇某化工集團有限公司1223火災中,經實地測量,由於塔內填料的燃燒導致塔壁溫度最高處達728度,並且燃燒時間很長,塔內的填料燃燒經歷了24天的時間。  


4、倒塌後會擊中其他生產裝置而再次引發火災爆炸或倒塌事故。塔式生產裝置一般周圍均有廠房或附屬生產設備,塔體、支撐構件等受到高溫的作用,或冷卻不均勻(若在對塔體冷卻過程中不均勻,局部冷卻會導致塔體局部收縮而倒向收縮一側),倒塌的方向很難確定,若直接倒向廠房或其他設備,也可能產生嚴重的後果。  


三、防火設計建議  


筆者認為塔式化工生產裝置在設計時應進行專門的防火設計,並且要根據塔式化工生產裝置的生產特點、高度、直徑、物料特性等進行綜合考慮,防火設計時主要要考慮以下幾個方面:  


1、應選擇合理位置。塔式化工生產裝置宜布置在明火或散發火花地點的相鄰廠房或生產裝置的全年最小頻率風向的上風側。  


2、應進行防火處理。對裙座或具有支撐作用的構件及工作平台應作防火處理,耐火等級不得低於二級。  


3、應設計消防設施。塔式生產裝置的消防設施主要應考慮塔內填料、物料的滅火設施和塔身的冷卻設施。塔內的滅火設施可以考慮設計泡沫滅火系統,在塔頂設置泡沫發生器,一旦塔內發生火災,泡沫系統可以有效發揮作用;在塔外部設計噴水冷卻系統,若塔式裝置外部設有絕熱層,則可採取兩種方法,一種方法是將絕熱層用簡易構件相連,在緊急狀態下,可使絕熱層在短時間內迅速剝離塔體,使消防設施能夠對塔體直接進行冷卻,第二種方法是在塔體絕熱層內部每隔一定的距離分別設置環形噴水冷卻管,火災發生后,能夠起到均勻冷卻塔身的作用。  


4、應考慮周圍建築的布置,留有適當的防火間距。塔式生產裝置的附近儘可能設計建築物,避免布置室外生產裝置,布置建築物的目的是即使塔式生產裝置發生倒塌砸向建築物可能比直接砸向生產裝置引起的後果輕一點。如江蘇某化工集團火災中,蒸餾塔倒向了東北處的生產廠房,僅僅造成頂樓樓面受損,未造成建築物的破壞。若工廠條件允許,盡量在塔式生產裝置周圍留有一定的防火間距,防火間距以從裙座到塔頂的高度為最佳。  


5、科學布置塔體的輔助裝置,可控制塔體的倒塌方向。塔式生產裝置在頂部設有氣相出口,與氣相出料管相連,氣相出料管緊依塔體,與塔底的受槽相連,因此,塔體發生火災后,氣相出料管具有一定程度的支撐作用,即使塔體倒塌也不會倒向氣相出料管的一側,因此,在設計氣相出料管或一些其他輔助裝置時,可考慮一旦塔體發生火災后具有的支撐作用,避免塔體倒向重要的建築或生產裝置,使塔體倒向具有可控制性。
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