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塔式化工生产装置火灾危险性及防火设计

2011-09-16 12:47:47 来源:兰州商瑞救援装备有限公司 浏览:1925

 在化工、轻工、制药等行业,塔式生产装置广泛用于精馏、吸收、萃取、吸附等化工单元过程。一旦塔式生产装置发生火灾,在高温作用下,塔式生产装置的耐火性能将极大地降低,甚至失去支撑能力或平衡作用而发生坍塌或倒塌事故,往往产生严重的后果。现行的《建筑设计防火规范》尚未对塔式生产装置提出明确的防火设计要求,笔者试就塔式生产装置火灾危险性及设计时应采取的防火对策谈一点初浅看法。
 
    一、塔式化工生产装置介绍
    1、种类及工作原理:塔式化工生产装置在工业生产中通常称为"塔设备"或"气液传质设备",它的种类繁多,根据塔内气液接触部件的结构形成可分为两大类:一类是逐级接触式的板式塔,塔内装有若干块塔板,气液两相在塔板上接触进行热、质交换。另一类是连续接触式的填料塔,塔内装有填料,气液传质在填料的湿润表面进行。
    2、结构及构件:塔式生产装置一般由塔体、填料或塔板、液体分布装置,填料压板(有时可不用)、填料支撑装置、液体再分布装置等构成。大部分构件都是由金属钢铁制成,但填料种类较多,早期使用的有碎石、焦炭等天然块状物,后来广泛使用陶瓷波纹和不锈钢波纹等人造填料,目前金属丝网状填料综合性能最好。
    3、高度及直径:塔式生产装置的高度根据生产规模计算确定,国内此类装置高度一般在几米至一百米之间,塔径一般在几十厘米至三、四米。

    二、火灾危险性分析
    1、耐火性能较差。塔式生产装置的主要构件、裙座等都是普通钢材,未作任何防火处理,耐火性能较差,在高温作用下,机械性能急剧下降,失去支撑能力或平衡作用,江苏某化工集团有限公司蒸馏塔在外部明火扑灭9小时后,在距地面32米处发生倒塌。
    2、物料具有易燃易爆性。塔内物质一般都是处于气液状态的化工产品,具有易燃易爆性,发生火灾后,塔内供氧不足,形成缓慢燃烧状态,且消防设施对塔内无法实施有效的控制和灭火,燃烧后很难在短时间内扑灭。
    3、填料具有可燃性。由于填料多由金属制成,直径很小,成细金属网状,在塔内易形成缓慢燃烧且形成高温,由于塔体外层具有良好的绝热层且不易破坏,消防设备在塔外无法发挥作用,江苏某化工集团有限公司1223火灾中,经实地测量,由于塔内填料的燃烧导致塔壁温度最高处达728度,并且燃烧时间很长,塔内的填料燃烧经历了24天的时间。
    4、倒塌后会击中其他生产装置而再次引发火灾爆炸或倒塌事故。塔式生产装置一般周围均有厂房或附属生产设备,塔体、支撑构件等受到高温的作用,或冷却不均匀(若在对塔体冷却过程中不均匀,局部冷却会导致塔体局部收缩而倒向收缩一侧),倒塌的方向很难确定,若直接倒向厂房或其他设备,也可能产生严重的后果。

    三、防火设计建议
    笔者认为塔式化工生产装置在设计时应进行专门的防火设计,并且要根据塔式化工生产装置的生产特点、高度、直径、物料特性等进行综合考虑,防火设计时主要要考虑以下几个方面:
    1、应选择合理位置。塔式化工生产装置宜布置在明火或散发火花地点的相邻厂房或生产装置的全年最小频率风向的上风侧。
    2、应进行防火处理。对裙座或具有支撑作用的构件及工作平台应作防火处理,耐火等级不得低于二级。
    3、应设计消防设施。塔式生产装置的消防设施主要应考虑塔内填料、物料的灭火设施和塔身的冷却设施。塔内的灭火设施可以考虑设计泡沫灭火系统,在塔顶设置泡沫发生器,一旦塔内发生火灾,泡沫系统可以有效发挥作用;在塔外部设计喷水冷却系统,若塔式装置外部设有绝热层,则可采取两种方法,一种方法是将绝热层用简易构件相连,在紧急状态下,可使绝热层在短时间内迅速剥离塔体,使消防设施能够对塔体直接进行冷却,第二种方法是在塔体绝热层内部每隔一定的距离分别设置环形喷水冷却管,火灾发生后,能够起到均匀冷却塔身的作用。
    4、应考虑周围建筑的布置,留有适当的防火间距。塔式生产装置的附近尽可能设计建筑物,避免布置室外生产装置,布置建筑物的目的是即使塔式生产装置发生倒塌砸向建筑物可能比直接砸向生产装置引起的后果轻一点。如江苏某化工集团火灾中,蒸馏塔倒向了东北处的生产厂房,仅仅造成顶楼楼面受损,未造成建筑物的破坏。若工厂条件允许,尽量在塔式生产装置周围留有一定的防火间距,防火间距以从裙座到塔顶的高度为最佳。
    5、科学布置塔体的辅助装置,可控制塔体的倒塌方向。塔式生产装置在顶部设有气相出口,与气相出料管相连,气相出料管紧依塔体,与塔底的受槽相连,因此,塔体发生火灾后,气相出料管具有一定程度的支撑作用,即使塔体倒塌也不会倒向气相出料管的一侧,因此,在设计气相出料管或一些其他辅助装置时,可考虑一旦塔体发生火灾后具有的支撑作用,避免塔体倒向重要的建筑或生产装置,使塔体倒向具有可控制性。

 

 
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