防火防爆設計的基本內容包括以下幾個方面：
??????? 1考慮總體布局、廠址選擇和廠區(qū)總平面的配置對限制災害的要求；包括：廠址選擇；總平面布置；防火間距等。
??????? 2建筑防火防爆的設計；包括：生產(chǎn)及儲存的火災危險性分類；建筑物的耐火等級；廠房的耐火等級；層數(shù)和占地面積；廠房建筑的防爆設計。
??????? 3消防撲救設施的設置。
??????? 下面是一個具體的實例分析： 甲醇罐區(qū)的火災爆炸危險性分析及防火防爆設計
??????? 王允升(四川大學化工學院)
??????? 摘要：根據(jù)甲醇的物化性質及儲存過程特點,對甲醇罐區(qū)潛在的火災爆炸危險性進行分析,提出設計中應采取的防火防爆措施以及設計審核時需著重檢查的項目和內容。
??????? 關鍵詞：甲醇罐區(qū) 危險性 防火防爆 設計
??????? 1概述：甲醇(ＣＨ3ＯＨ)是重要的基本有機化工原料,具有劇毒、易燃燒性,其蒸氣與空氣在一定范圍內可形成爆炸性混合物。同時也是一種清潔、高效的液體燃料,在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。由于甲醇的易燃性及其蒸氣與空氣在一定濃度區(qū)間內混合物的爆炸性,因此,如何安全、有效地儲存和使用是非常重要的。
??????? 2火災、爆炸危險性：由于甲醇的物理化學性質及儲存的條件和周圍環(huán)境等因素所致,甲醇儲存的火災、爆炸危險性主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
??????? 2 1揮發(fā)性：甲醇在常態(tài)下為液體,沸點64.5℃,20℃時的飽和蒸氣壓為12.8ｋＰａ(96ｍｍＨｇ),溫度愈高,蒸氣壓愈高,揮發(fā)性越強。以地面固定頂罐儲存甲醇為例,夏季晝夜溫差按10℃考慮,則1臺裝料系數(shù)為85%的5000ｍ3儲罐揮發(fā)損失達77.2ｋｇ/ｄ。由此可見,甲醇的揮發(fā)性較強,儲罐的“小呼吸”損失十分明顯。
??????? 2 2流動/擴散性：甲醇的粘度0.5945ｍＰａ.ｓ(20℃),并隨溫度升高而降低,有較強的流動性。同時由于甲醇蒸氣的密度比空氣密度略大(～10%),有風時會隨風飄散,即使無風時,也能沿著地面向外擴散,并易積聚在地勢低洼地帶。因此,在甲醇儲存過程中,如發(fā)生溢流、泄漏等現(xiàn)象,物料就會很快向四周擴散,特別是甲醇儲罐一旦破裂,又突遇明火,就可能導致火災。
??????? 2 3高易燃性：甲醇的閃點11.1℃(閉杯),根據(jù)美國防火協(xié)會ＡＮＳＩ/ＮＦＰＡ30、中國國家標準《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》(ＧＢ50160-92)、《危險貨物品名表》(ＧＢ12268-90),甲醇屬中閃點(-18～23℃)、甲類火災危險性可燃液體。可燃液體的閃點越低,越易燃燒,火災危險性就越大。由于可燃液體的燃燒是通過其揮發(fā)的蒸氣與空氣形成可燃性混合物,在一定的濃度范圍內遇火源而發(fā)生的,因而液體的燃燒是其蒸氣與空氣中的氧進行的劇烈和快速的反應。所謂液體易燃,實質上就是指其蒸氣極易被引燃。甲醇的沸點為64 5℃,自燃點為473℃(空氣中)、461℃(氧氣中),開杯試驗閃點為16℃。應當指出,罐區(qū)中常見的潛在點火源,如機械火星、煙囪飛火、電器火花和汽車排氣管火星等的溫度及能量都大大超過甲醇的最小引燃能量。
??????? 2 4蒸氣的易爆性：由于甲醇具有較強的揮發(fā)性,在甲醇罐區(qū)通常都存在一定量的甲醇蒸氣。當罐區(qū)內甲醇蒸氣與空氣混合達到甲醇的爆炸濃度范圍6.7%～36%時,遇火源就會發(fā)生爆炸。此外,由于甲醇的引爆能量小,罐區(qū)內絕大多數(shù)的潛在引爆源,如明火、電器設備點火源、靜電火花放電、雷電和金屬撞擊火花等,具有的能量一般都大于該值,因此決定了甲醇蒸氣的易爆性。
??????? 2 5熱膨脹性：甲醇和其它大多數(shù)液體一樣,具有受熱膨脹性。若儲罐內甲醇裝料過滿,當體系受熱,甲醇的體積增加,密度變小(如20℃時0.7915ｇ/ｍｌ,30℃時0.7820ｇ/ｍｌ)的同時會使蒸氣壓升高,當超過容器的承受能力時(對密閉容器而言),儲罐就易破裂。如氣溫驟變,儲罐呼吸閥由于某種原因來不及開啟或開啟不夠,就易造成儲罐破壞或被吸癟。對于沒有泄壓裝置的罐區(qū)地上管道,物料輸送后不及時部分放空,當溫度升高時,也可能發(fā)生脹裂事故。另外,在火災現(xiàn)場附近的儲罐受到熱輻射的高溫作用,如不及時冷卻,也可能因膨脹破裂,增大火災的危險性。
??????? 2 6聚積靜電荷性：靜電產(chǎn)生和聚積與物質的導電性能相關。一般而言[2],介電常數(shù)小于10(特別是小于3)、電阻率大于106Ω?ｃｍ的液體具有較大的帶電能力。而甲醇的介電常數(shù)為32.62,電阻率為5.8×106Ω?ｃｍ,說明有一定的帶電能力。因此,甲醇在管輸和灌裝過程中能產(chǎn)生靜電,當靜電荷聚積到一定程度則會放電,故有著火或爆炸的危險。
??????? 3防火防爆設計：由于甲醇的物化性質以及儲存過程中潛在的火災爆炸危險性,甲醇罐區(qū)的防火防爆設計必須既要注意預防火災和爆炸的發(fā)生,也要盡量減少火災和爆炸造成的損失。為此,一般應遵循或充分考慮下述要求。
??????? 3 1選址和布置：甲醇罐區(qū)的廠址選擇與布置應符合ＡＮＳＩ/ＮＦＰＡ30、《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》所規(guī)定的防火要求。其中的要點包括：
??????? 3 1 1罐區(qū)與周圍設施的安全距離：罐區(qū)與周圍設施的安全距離的確定依據(jù)是考慮到罐區(qū)防火因素,以及物料揮發(fā)對周圍環(huán)境的影響,同時還考慮到周圍設施的重要程度,如人員或車輛出入頻繁的公眾設施。此外,甲醇罐區(qū)應設在有明火或飛火設施的側方向。
??????? 3 1 2罐區(qū)建(構)筑物之間的防火間距：建(構)筑物之間的防火間距,主要是根據(jù)各建(構)筑物的耐火等級、有無可燃蒸氣散發(fā)和有無明火而定。據(jù)有關調查[2],爆炸危險場所的影響一般是15ｍ范圍以內;火災的影響距離約10ｍ。像甲醇這樣的甲類易燃液體,正常操作時,其蒸氣的擴散范圍約3ｍ以內;泄漏后其蒸氣的擴散范圍在10～15ｍ內。
??????? 3 1 3儲罐之間的防火間距：儲罐之間應留有一定的防火距離,其確定依據(jù)了物料的危險性、儲罐的結構、容量、消防力量及操作要求等因素,同時考慮著火幾率極小,盡量減少占地、消防設施統(tǒng)一、節(jié)省管道等因素。
??????? 3 2儲罐型式：液體儲罐的型式很多,按建造材料可分為金屬罐和非金屬罐兩種。金屬罐應用廣泛;非金屬罐(如磚砌、混凝土和橡膠儲罐)導電性能差,易遭受雷擊,加之罐容往往較大,著火難以撲救,特別是黃島油庫大火之后,國家已禁止建造此類儲罐(用于儲存石油產(chǎn)品)。金屬儲罐的種類較多,從結構形式講有立式、臥式、圓柱形、球形、橢圓形、浮頂罐等。然而,國內外廣泛應用的是立式拱頂罐和浮頂罐。儲存甲醇則宜首先選擇浮頂罐,其次為拱頂罐。若選取拱頂罐,考慮到安全可靠、減少物料蒸發(fā)損失、火災撲救容易等因素,單臺罐容量不宜超過10000ｍ3。
??????? 3 3建(構)筑物的耐火等級：根據(jù)建筑材料在明火或高溫作用下的變化特征,一般將建筑材料分為非燃燒體、難燃燒體和燃燒體3類。建(構)筑物的耐火等級是由組成建(構)筑物的主要構件的燃燒性能和耐火極限決定的。《建筑設計防火規(guī)范》(ＧＢＪ16-87)將建(構)筑物的耐火等級分為4級。對不同耐火等級的建(構)筑物的構件分別提出了燃燒性能和耐火極限要求。根據(jù)甲醇罐區(qū)的火災危險性,為保障罐區(qū)的防火安全,罐區(qū)建(構)筑物在火災高溫作用下要求其基本構件能在一定時間內不被破壞、不傳播火災、延緩和阻止火勢蔓延,為疏散人員、物資和撲滅火災贏得時間,因此,在甲醇罐區(qū)設計時,罐區(qū)內建(構)筑物(如配電室、控制室、管架等)的耐火等級應按二級考慮,所用建筑材料應為非燃燒體。
??????? 3 4電氣的防爆：由于甲醇的物化性質和儲存條件所致,其蒸氣能在罐區(qū)內與空氣形成爆炸性混合物(爆炸濃度6.7%～36%),并存在潛在的爆炸危險性,因此,甲醇罐區(qū)的電氣設計應嚴格遵循有關標準,如《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》(ＧＢ50058-92)。其中主要內容包括：
??????? 3 4 1爆炸危險環(huán)境區(qū)域劃分甲醇儲存常采用浮頂罐和拱頂罐兩類罐型,但其儲罐區(qū)爆炸危險區(qū)域等級是不同的。若采用浮頂罐,在正常操作時無或幾乎無任何“呼吸”損失,不可能出現(xiàn)甲醇蒸氣的爆炸性氣體混合物,故罐區(qū)的爆炸危險環(huán)境區(qū)域等級為2區(qū);若采用拱頂罐,在正常操作時,存在“呼吸”損失(如20℃時甲醇的飽和蒸氣壓為12 8ｋＰａ),可能出現(xiàn)甲醇蒸氣的爆炸性氣體混合物,故罐區(qū)的爆炸危險環(huán)境區(qū)域等級為1區(qū)。