煤化工工程设计防火标准 GB51428-2021
煤化工工程设计防火标准 GB51428-2021
前言
2021年第57号
住房和城乡建设部关于发布国家标准
《煤化工工程设计防火标准》的公告
本标准在住房和城乡建设部门户网站(www.mohurd.gov.cn)公开,并由住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国计划出版社有限公司出版发行。
本标准是根据住房和城乡建设部《关于印发(2008年工程建设标准规范制订、修订计划(第二批)〉的通知》(建标〔2008]105号)的要求,标准编制组经广泛调查研究,认真总结工程实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,编制了本标准。
本标准的主要技术内容是:总则,术语,基本规定,区域规划与总平面布置,建筑防火,装置和系统单元,储运设施,管道布置,消防给水排水、灭火设施和消防站,电气等。
本标准正文中以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。
本标准由房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,应急管理部消防救援局负责日常管理,应急管理部天津消防研究所负责标准条文具体技术内容的解释。请各单位在执行本标准过程中,认真总结经验,注意积累资料,执行过程中如有意见或建议,请寄送应急管理部天津消防研究所(地址:天津市南开区卫津南路110号,邮编:300381)。
本标准主编单位:应急管理部天津消防研究所
内蒙古自治区消防救援总队
本标准参编单位:中国石化工程建设有限公司
中国五环工程有限公司
华陆工程科技有限责任公司
中国神华煤制油化工有限公司
大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司
首安工业消防有限公司
中石化洛阳工程有限公司
宁夏回族自治区消防救援总队
中国天辰工程有限公司
赛鼎工程有限公司
本标准主要起草人员:宋波 于杰武 杜霞 刘激扬 胡锐 淡永再 秘义行 倪华 张力 陈京 段中华 付连科 韩钧 张津莅 黄鑫 李忠 康志强 刘夏明 彭晓春 赵代胜 李冰茹 方明 马雁 朱平 董继军 韩艳萍 陈钢 张力克 胡建军 刘建平 汤麟 李宝利 陈彦菲 白晓军
本标准主要审查人员:倪照鹏 李苏秦 王洪金 舒歌平 丘平 黄学群 陆峰 刘玉身 李向东 黄晓家 丁宏军 张兴权 张耀泽 吴刚 石军
1 总则

2 术语
以煤为原料,采用煤气化或煤直接液化技术生产和储运燃料及化工产品的工厂。
原料煤的储运和处理系统,包括上煤、卸煤、运煤、储存、破碎等设施。
将原料煤加工成煤粉的处理系统,包括给料计量、研磨、干燥、输送、收集、储存等设施。
用于抵抗爆炸冲击波的墙体。
3 基本规定


续表1



续表3

续表3

续表3

4 区域规划与总平面布置
4.1 区域规划4.2 总平面布置
4.3 厂内消防车道
4.1 区域规划


4.2 总平面布置

4.3 厂内消防车道
4.3.2 对设置环形消防车道的场所提出了要求。本条所列均为厂内火灾危险性较大的场所,其周围设环形消防车道,并保证道路足够宽度,有利于消防车辆的通行、调度和停放,能及时转移到有利的扑救地点。高层厂房、占地面积大于3000m²的甲、乙、丙类厂房和占地面积大于1500m²的乙、丙类仓库,消防车道的设置应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的规定。
有回车场的尽头式道路,车辆行驶及调动均不如环形道路灵活,一般不宜采用。但在山区小容积可燃液体的储罐区、装卸区和化学危险品仓库区等,因受地形条件限制建环形道确有困难时,可以设置有回车场的尽头式道路。
4.3.3、4.3.5、4.3.6 这三条是对与环形消防车道相连的中间消防车道的设置的规定。生产装置、露天煤堆场和铁路装卸区占地面积均较大,有时其内部设施已超出设置在环形消防车道上消火栓的保护范围,因此增加中间消防车道是必要的。
第4.3.3条,在生产装置内配置一定宽度的纵横道路,把生产装置分隔成区域防火分区,可满足消防通行的需要,又可起到阻止装置区火灾蔓延扩大、减少财产损失的作用。当生产装置的设备和建筑物组成的区域占地面积大于10000m²时,为减少事故情况下设备和建筑物组成的区块间的相互影响、方便消防作业,根据区块占地面积的不同,对区块间的防火间距规定不小于15m和25m。本标准生产装置设备和建筑物组成的区块占地面积,是指生产装置用地边界内消防车道中心线之间或生产装置内消防车道中心线与生产装置边界间的占地面积。
消防车道可以兼作设备检修道路。为了便于生产装置内的设备检修而专门增设的设备检修道路,不受本条限制,增设的检修道宽度通常为4m。
第4.3.5条,露天煤堆场的占地面积和道路间距采用了现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016中关于可燃材料堆场的数据。
第4.3.6条,消火栓的保护半径一般为120m,对于液化烃和可燃液体铁路装卸区,本条规定是为了使装卸区内最不利点均位于双侧道路上设置的消火栓保护范围内。
4.3.8 对第1、2款规定的场所,要求其周边消防车道的路面宽度不小于9m,路面内缘转弯半径不小于15m,是为了满足大型消防车停靠时对灭火救援作业场地的需要并方便其他消防车通行。煤化工工厂生产区建筑如煤气化等高层厂房、高层仓库、煤储运系统转运站及栈桥等建筑,可不设置相关国家标准规定的消防车登高作业场地,但应在本条基础上,根据保护对象的布置要求和举高喷射消防车作业需要等具体情况,合理确定消防车道的路面宽度及消防车作业场地。
5 建筑防火
5.1 耐火等级、耐火极限5.2 建筑高度、层数和面积
5.3 建筑防爆
5.4 安全疏散
5.5 建筑构造
5.1 耐火等级、耐火极限
已建和在建的煤化工工厂中,煤粉制备(指煤气化装置和煤直接液化装置的煤粉制备单元)、煤气化、煤气化工艺水处理、煤直接液化的油煤浆制备和煤直接液化催化剂制备厂房的火灾危险性多为甲类,其厂房高度、防火分区建筑面积大多都突破了现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定,本标准在调研的基础上,广泛征求设计、消防和企业单位的意见,并多次召开讨论会,以及结合煤化工工厂实际情况,对这类高层厂房的耐火等级提出达到一级的要求。
水煤浆气化的水煤浆制备厂房是指原料煤缓冲储斗(碎煤仓)和磨煤机厂房,主要危险物质为碎煤和水煤浆,其火灾危险性属于丙类,本条规定水煤浆制备厂房的耐火等级不低于二级。水煤浆给料厂房的主要物质是水含量在40%左右的水煤浆,比丙类厂房的火灾危险性低,按丁类厂房确定。
5.1.3 设备裙座属承重结构,其耐火极限应与所在厂房柱的耐火极限一致。
受工艺和设备的布置以及安装等条件限制,当厂房楼层无法采用钢筋混凝土楼板或压型钢板组合楼板时,可以采用耐火保护的钢楼板作为垂直防火分区的分隔构件,钢楼板的地面可采用满足耐火和耐磨要求的钢丝网细石混凝土或阻燃绝缘面层保护,另一面(受火面)可采用防火涂料喷涂保护,使钢楼板的耐火极限符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。
5.1.4 考虑到煤化工工厂使用的煤种类繁多、易自燃,且储煤库(圆形煤库、条形煤库)占地面积大,结构形式多为钢结构,本条参照现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016和《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB50229的有关规定,对储煤库的钢结构提出了防火保护措施要求。
5.1.6 煤储运系统建筑包括转运站、栈桥、破碎楼、筒仓、干煤棚、室内卸煤装置及储煤库(圆形煤库、条形煤库)等,这类建筑构件的耐火极限无相应的标准规定,因此,本条明确应按不低于二级的厂房(仓库)确定。运煤输送机通廊钢桁架、钢支架的耐火极限按不低于二级厂房梁的耐火极限确定。
5.1.7 本条对液化烃、可燃液体、可燃气体及助燃气体球罐覆盖耐火保护层的部位及其耐火极限做了明确规定。球罐的支腿为承重钢结构,储存物多为烃类,且一般在烃类环境范围,其耐火保护层应按烃类火灾环境考虑,耐火极限不低于2.00h,是参照美国消防协会标准《液化石油气规范》确定的。
5.1.8 本标准中的构架是指支撑设备和设备平台的承重钢结构。构架大部分面积是设备占用场地,无顶棚、四周无围护结构、内部无隔墙,无固定操作岗位,人员较少,平台主要铺设钢格栅、钢板等。煤化工工程中煤气化厂房后续生产装置和煤直接液化装置及其后续生产装置,当受占地限制等因素制约时,生产装置内的设备有的采用构架式布置。设备采用构架布置时,构架要按本条的规定进行耐火保护。管廊钢结构包括装置区钢管廊及管廊钢结构、跨越装置区钢管廊及管廊钢结构、罐区消防车道的钢管架,其耐火保护应按本条规定执行。
5.2 建筑高度、层数和面积
5.2.2 国内目前已有规模的煤粉制备、煤气化、煤直接液化的油煤浆制备和煤直接液化催化剂制备的厂房,每层建筑面积在1000m²~2500m²,且无人值守。例如:布置1台气化炉的粉煤气化厂房,每层建筑面积大约为1000m²~1500m²;布置2台气化炉的粉煤气化厂房,每层建筑面积大约为2000m²~2500m²;布置4台气化炉的粉煤气化厂房,每层建筑面积大约为3000m²~3800m²。布置4台气化炉(三开一备)的水煤浆气化厂房,每层建筑面积大约为2500m²;布置5台气化炉(四开一备)的水煤浆气化厂房,每层建筑面积大约为3000m²;布置6台气化炉(五开一备)的水煤浆气化厂房,每层建筑面积大约为3500m²。
本条根据现有的煤化工工程情况,参照现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定,并考虑到煤化工工程今后的发展趋势,对煤粉制备、煤气化等高层厂房每个防火分区最大允许建筑面积做了适当的放宽,但对每层建筑面积进行了严格控制。
水煤浆气化水煤浆制备厂房的火灾危险性为丙类,为保证工艺需要和满足消防灭火等要求,本条对厂房每层及每个防火分区最大允许建筑面积做了规定。本条中高层部分指原料煤缓冲储斗(碎煤仓)区,单(多)层部分指磨煤机区,国内工程的设计,在这两个区之间大都采用了防火墙进行分隔。若水煤浆制备厂房的高层部分与单(多)层部分之间没有采用防火墙分隔时,厂房内每层及每个防火分区建筑面积按不大于4000m²确定。
煤气化等厂房上、下层之间楼板上的开口较多,设备、管道连通也较多,有些部位因工艺需要难以进行防火封堵,对上、下层为不同防火分区楼层之间的吊装孔等应采取防火分隔措施,设备、管道开孔根据现场具体情况尽量采取防火封堵措施。敞开式、半敞开式厂房的防火分区建筑面积一般按层计算,不考虑有无建筑外围护结构的影响。
5.2.4 当厂房内存在比空气轻的可燃气体环境时,工艺及设备布置一般要求楼层设置钢格栅板作为操作和检修平台,此时,上、下楼层钢格栅板面积可不考虑叠加计算在防火分区建筑面积内,但疏散楼梯按自然楼层设计。
5.2.5 随着国内煤化工工厂生产能力的增强,现行国家标准对室内的储煤库占地面积和每个防火分区最大允许建筑面积的控制满足不了大型化生产的需求,本条通过调研及参照现行国家标准的有关规定,对其占地面积和防火分区面积做了规定,圆形煤库可不再分隔防火分区。
卸煤装置地面上卸煤的格栅板面积可不考虑叠加计算在地下室防火分区的建筑面积内。
5.3 建筑防爆
装置的控制室或化验室的室内不得设置可燃气体、液化烃和可燃液体的在线分析仪器。
当厂房需要围护时,其围护材料除要符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016防火的有关规定外,还要适应室外环境条件,满足防雨水、防冻、防积雪等要求。
5.3.2 本条中的受条件限制,系指属于风沙大、雨雪多的严寒和寒冷的大部分北方地区。因冬季检修、故障停车或生产运行操作时,一些生产的动设备在敞开或半敞开环境中会受到低温等不利条件的影响,需要采取保温及封闭措施,例如,一些独立的建筑如集中布置液化烃泵、可燃液体泵的场所和可燃气体压缩机厂房,其他如生产物料以工艺水和渣为主、检修工作量大、火灾危险性比煤气化厂房相对低的煤气化灰水处理厂房,可采取封闭形式。另外,为避免设备和管道冬季冻堵、检修人员耐受低温、大风和暴雪等极端恶劣气候,以及避免关键设备在低温环境下运行对设备寿命或安全运行有较大的不利影响,煤气化厂房中生产物料以工艺水和灰(渣)处理为主的楼层,局部操作、维护和检修量大、难以开展露天作业的“输煤”楼层、“烧嘴”楼层及“煤锁”楼层,泵等动设备场所及关键设备“法兰连接”楼层,可采用局部封闭的方式。封闭后自然通风条件差,可燃气体或粉尘容易积聚,为避免发生火灾爆炸危险事故,工程设计单位要依据工艺、布置要求和相关标准的规定进行风险评估并采取相应的安全措施。
第1款、第3款,是对外墙开启窗面积和通风的规定。在不影响生产和检修的情况下,要尽量保持敞开,以保证室内良好的自然通风。冬季生产和检修期间要求外窗保持关闭状态时,上述场所的机械通风措施要满足国家现行标准《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019和《石油化工采暖通风与空气调节设计规范》SH/T3004的有关规定。煤粉制备、煤气化、煤气化工艺水处理、煤直接液化装置中的油煤浆制备及煤直接液化催化剂制备等甲、乙类厂房,以及水煤浆制备丙类厂房和水煤浆给料丁类厂房,可不额外设置供消防救援人员进入的窗口。
第2款,现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016对散发有爆炸危险的混合气体的泄压比C值没有明确规定,本条规定的泄压比C值,是根据已建工程的实际情况制定的,设计时要尽量加大泄压比C的取值。需要注意,采用轻质墙体作为泄压设施时,要采取必要的保护措施如防爆铰链和泄爆螺栓,避免泄爆时伤害到周围人员和设施。泄压设施的设计除本标准规定外,还要符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。
5.3.3 中央控制室是全厂性的控制室,属一类重要设施,区域性控制室(指控制2个及以上生产装置的控制室)、装置的控制室和仪表机柜间,属区域性重要设施,都是实现生产控制的重要场所,当与有爆炸危险的建筑、设备邻近布置时,设计中的主要难点是爆炸风险量化评估(确定爆炸源位置、产生的爆炸当量,需要保护的人员及设备财产与爆炸源距离等),精准的计算(爆炸荷载作用下抗爆墙设计的解析计算),选择适宜的产品和节点加固处理等主要技术问题。本条规定,应根据爆炸风险评估确定是否需要抗爆要求,当需要进行建筑抗爆设计时,应符合现行国家标准《石油化工控制室抗爆设计规范》GB50779的有关规定。
5.3.4 生产装置的控制室、仪表机柜间、变配电室、办公室和分析化验室,属于性质重要、经常有人工作或产生明火及火花的场所,因此与发生火灾爆炸事故几率较高的甲、乙A类设备的房间不应布置在同一建筑物内,且一般布置在生产装置外。本条第1款要求,当布置在生产装置内时,要避开爆炸性气体环境和爆炸性粉尘环境的区域范围。
第2款,是为了生产装置发生事故时,保护室内设备和人员安全。
本标准第5.3节、第5.4节中“爆炸危险区域范围”按现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058中爆炸性气体环境危险区域范围确定。
5.3.5 生产装置的控制室和仪表机柜间,按生产装置设备和建筑物布置要求,一般距甲、乙类生产装置比较近,为了保护室内重要设备和人员生命安全,避免受到生产装置火灾爆炸事故的影响,应根据爆炸风险评估确定抗爆要求。抗爆设计应执行现行国家标准《石油化工控制室抗爆设计规范》GB50779的规定。生产装置的变配电室面向爆炸危险区域范围侧的外墙要采用耐火极限不低于3.00h的不燃烧实体墙,其构造应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定,且宜考虑抗爆构造如采用配筋砌块、钢筋混凝土实体墙等。
考虑到人员集中的房间若存在可燃介质,会引起安全隐患,规定控制室或化验室的室内不得设置可燃气体、液化烃和可燃液体的在线分析仪器。
5.3.6 本条根据大连某油库“7·16”火灾事故的教训,对距离有爆炸危险性的可燃介质管道法兰较近的消防泵房的外墙提出了防护要求。
5.3.8 封闭厂房内有爆炸危险的房间与相邻房间连通时,要尽量在外墙上开门,利用外廊或阳台联系,或在防火分隔墙上开门时要设置符合本条要求的防护门斗。门斗隔墙要采用不燃烧实体防火隔墙。
5.3.11 泄漏的可燃液体、比空气重的可燃气体和粉尘易在地沟等低洼处积聚,存在安全隐患,若地沟与相邻厂房或构架连通,发生事故时,影响范围会扩大,因此,应采取规定的保护措施。地沟包括管沟和排污水沟。煤气化厂房首层由于工艺需要设置的渣水沟,可不执行本条采用封闭盖板分隔方式,但在正常生产和检修维护期间,也应采取防止比空气重的可燃气体、可燃液体和可燃粉尘积聚在渣水沟内的措施,以及采取可燃气体探测报警和通风等安全措施;含可燃液体的排污水沟的设置可按现行国家标准《石油化工企业设计防火标准》GB50160-2008第7.3.2条的规定执行。
本标准将相对密度大于0.75的可燃气体或蒸气视为比空气重的可燃气体。
5.4 安全疏散
2 对于乙类厂房,不应大于30m;
3 对于丙类厂房,不应大于40m。
5.4.2 通过调研及考虑到国内煤化工发展趋势,对于高层厂房的疏散距离本着工艺和设备布置、无固定岗位及人数少的情况,并参照现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定,分别对煤气化、煤直接液化的油煤浆制备、煤粉制备、煤气化的工艺水处理、煤直接液化催化剂制备、水煤浆制备等甲、乙、丙类高层厂房的疏散距离做了规定,既考虑人员疏散安全也兼顾建筑功能和平面布置的需要。
5.4.3 本条明确了构架和检修平台的安全疏散设计,应执行现行国家标准《石油化工企业设计防火标准》GB50160的有关规定,并对构架和检修平台的垂直梯可作为第二部疏散梯提出了要求。需说明,垂直梯不应靠近斜梯布置,两个梯子之间要满足5m间距的要求。
5.4.4 本条参照现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定,结合煤化工工程的实际情况,对煤粉制备、水煤浆制备、煤气化、煤气化的工艺水处理、煤直接液化的油煤浆制备和煤直接液化催化剂制备的高层厂房的疏散楼梯形式提出了要求。
1 疏散楼梯要尽量布置在爆炸危险区域范围以外,若确需布置在封闭厂房内的爆炸危险区域范围内时,要按照本标准第5.3.8条的规定设置防爆门斗。疏散楼梯的墙体要采用不燃烧实体防火隔墙。另外,室外楼梯扶手等设计要符合本标准第5.5.7条的规定。
2 “楼梯间具有自然通风条件”,是指楼梯间靠外墙布置,且每5层内可开启外窗的总面积不小于2.0m2时,可视为具备良好的自然通风条件。
3 对厂房内平面局部高出的设备操作及检修平台疏散梯的规定。
5.4.5 每个防火分区内设置1部消防电梯的规定,与现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定是一致的。消防电梯利用载货电梯时,载货电梯要满足现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016关于消防电梯的功能要求。对于防爆电梯,应根据其爆炸危险环境分区及爆炸危险气体或粉尘,分级分组选择防爆电梯的防爆等级。目前国内电梯制造业的防爆电梯最大速度仅能做到1m/s,当用于停站高度超过60m的厂房时,防爆电梯运行速度满足不了现行国家标准对消防电梯的行驶速度从首层站到顶层站运行时间不超过60s的计算确定的要求,在此情况下,本条规定防爆电梯的运行时间宜按其最大运行速度计算确定。其他技术性能要满足现行有关国家标准的要求,如现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016等。电梯的位置应尽量避开爆炸性气体和爆炸性粉尘同时存在的场所。需要注意的是,电梯机房对外的疏散门要采用乙级防火门,且不要正对疏散楼梯和楼梯间出口。
5.5 建筑构造
5.5.2 本条主要是对厂房内可燃液体设备楼板的防火规定,目的是防止厂房内可燃液体流到其下方,对人员或设备造成损害。
5.5.3 要求防爆门排出口之上的维护平台不应设置孔洞,是为避免防爆门爆破时引起人员伤亡。煤粉制备系统中有法兰连接且检修频繁的楼层,采用无孔洞的楼面,便于煤粉及时清理,避免煤粉扩散到下层,遏止煤粉飞扬,减小相邻楼层的危险。
5.5.4 本条是对变配电室与除甲、乙类设备房间之外的其他房间合建时隔墙的规定。供甲、乙类厂房专用的电压不大于10kV的配电室,可一面贴临厂房设置,但要采用无门窗洞口、耐火极限不低于4.00h的防爆墙隔开,配电室的外门窗要位于爆炸危险区域范围之外,具体场所例如,当可燃气体压缩机厂房与电压不大于10kV的专用配电室等贴临布置时,可按现行行业标准《石油化工生产建筑设计规范》SH/T3017进行设计。
5.5.5 国家有关部门的调查资料表明,由电线、电缆本身故障引起的火灾和外部火源引燃电缆并蔓延而造成的火灾,占电气火灾的40%,并且此类火灾损失巨大,如1979年12月福建某220kV变电所,室外主变220kV电流互感器A相爆炸,电缆沟起火,火势很大,逐渐向控制室蔓延,幸亏电缆沟入控制室的洞口被封堵,才使大火未能烧及主控室。因此,电缆沟进入变配电室、电缆夹层、控制室等的开口及缝隙,以及电缆贯穿隔墙和楼板的孔隙,均需采取有效的防火封堵措施,防止电缆着火延燃。
5.5.8 在火灾情况下,塑料类门、窗会释放有毒气体,使人窒息;另外,塑料在燃烧状态下会逐步失去强度,形成火糊状物,对消防疏散及灭火救援造成不利影响。考虑到预防火灾、建筑节能和保温等要求,做了本条规定。还应根据使用环境条件,选用耐腐蚀、不易发生火花的金属型材门窗。
6 装置和系统单元
6.1 一般规定6.2 装置及设备布置
6.3 煤粉制备
6.4 其他
6.1 一般规定
6.1.7 本条针对煤化工物料及产品的危险程度,结合现代煤化工厂房和生产装置的高大特点,规定了在可能泄漏可燃气体的生产装置和系统单元,设置可燃气体检测报警系统,及时得到危险信号并采取措施。本条系统单元包括储运设施区。
6.1.8 本标准未明确规定的生产装置和系统单元内的其他防火设计要求,要符合现行国家标准《石油化工企业设计防火标准》GB50160的有关规定,例如,碎煤加压气化技术,由于其工艺的特殊性,气化炉开、停车排放可燃气体中含有焦油、尘等杂质,排放至全厂火炬会造成火炬管道的堵塞,故需要在气化厂房单独设置气化火炬,其设置要求应符合现行国家标准《石油化工企业设计防火标准》GB50160装置内高架火炬的规定。
6.2 装置及设备布置
本条对联系紧密、需要紧凑布置的相关设备的防火间距可不限制,做了明确规定。
煤粉设备是指储存、输送有爆炸性危险的煤粉的设备。在煤化工工程中主要是煤粉制备和催化剂制备中的煤粉设备。
6.2.2 本条对粉尘防爆的电气设备与可燃气体和甲、乙A类可燃液体设备之间的防火间距提出要求,主要根据其火灾危险性,结合相关行业的火灾案例,参照现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058和《石油化工企业设计防火标准》GB50160的有关规定确定。
6.2.4 本条所指热风炉是指火焰在封闭的环境内燃烧,与外部环境隔绝的暗火热风炉。在非正常情况下,靠近煤粉设备布置的热风炉炉壁会出现可引燃煤粉的高温,所以规定在有煤粉防爆等级要求的设备之间设置不燃烧实体墙分隔。
6.2.5 本条高压设备指设计压力p符合现行行业标准《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG21-2016中的高压等级(10.0MPa≤p<100.0MPa)的压力容器。
6.2.7 由于事故停车或检修的原因,为了保证安全,设备内部的工艺介质须排放到收集罐或排放槽中,此类设备一般处于地坑内,因排放坡度要求,收集罐或排放槽需要靠近生产区域,这样极易造成可燃气体在低点的积聚,考虑安全原因,又要满足工艺要求,故应采用能有效防止可燃气体积聚的措施,并设置明显的警示标志。
6.2.8 为了达到满足工艺要求又要安全生产的目的,故对循环气压缩机靠近气化炉的布置做了本条规定。
(1)压缩机与煤气化炉同厂房布置,仅针对煤气化工序的压缩机。条件允许单独布置或集中布置的压缩机,仍按本标准第6.2.21条,即现行国家标准《石油化工企业设计防火标准》GB50160的有关规定执行。
已建成并生产的10多套壳牌煤气化装置(包括国内外等生产装置)中,有的生产装置运行已达10年之久,到目前为止煤气化装置运行是安全的。从目前已建和在建的煤气化装置看,在采取严格有效的工艺防火和配套的安全措施的条件下,将压缩机与煤气化炉同厂房布置,在理论上和实际的生产过程中是可行的。
(2)压缩机布置在气化厂房一侧,便于通风、消防扑救、维护和检修,并减少对厂房内其他场所的影响。
(3)压缩机尽量布置在敞开或半敞开式气化厂房内,其目的是使压缩机有良好的通风条件,防止可燃气体积聚。压缩机受自然条件限制采用局部封闭形式时,在封闭场所的外墙下部要设置调节通风的百叶窗和机械通风设施,并应符合国家现行标准《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019和《石油化工采暖通风与空气调节设计规范》SH/T3004的规定。
6.2.9 甲、乙类仓库火灾危险性大,不应布置在生产装置区内。为既能保证连续稳定生产,又能将生产装置内仓库火灾危险性控制在一定的范围内,少量乙类仓库(总储量不大于5t)布置在生产装置内时,要位于生产装置的边缘,减少对生产设施的影响。
6.3 煤粉制备
4 当碎煤仓内储存褐煤和易自燃的高挥发分煤种时,宜增设一氧化碳检测报警设施,并应采取自动紧急充氮保护;当储存经过预干燥的褐煤时,应采取充氮保护措施;
3 过滤器上应设置氮气管道接口,并应采取自动紧急充氮保护措施;
6.3.1 向磨煤机内连续、可控制地供煤,是减少煤粉制备系统着火和爆炸的重要措施。碎煤仓结构设计不合理,将会使仓中不能形成整体流,发生起拱、堵煤、积粉而引起阴燃闷烧直至起火爆炸。
本条参照现行国家标准《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB50229-2019第6.2.1条并结合煤化工工程设计实际情况,对碎煤仓的设计提出了要求。与现行国家标准《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB50229不同之处主要有:
(1)推荐采用圆筒形钢仓,与现行行业标准《火力发电厂设计技术规程》DL/T5000-2000第6.4.4条一致。将壁面与水平面交角从60°提高到65°。现有工程设计实际在70°以上。
(2)仓内衬超高分子量聚乙烯板或不锈钢板,衬板的主要功能是防粘堵,要求光滑,摩擦阻力小,同时要耐磨、阻燃。
(3)增加温度监测装置和氮气管道接口,当仓内温度或一氧化碳超过设定值时,根据要求手动或自动进入紧急充氮状态。
(4)对于褐煤和挥发分高的易自燃煤种,在碎煤仓中储存时间过长(如系统事故停车后碎煤仓中存有较多煤),容易阴燃闷烧,引发火灾。本条增加了一氧化碳分析的要求,如果超过设定值,则自动紧急通入氮气等惰性气体进行保护。
(5)预干燥后的褐煤,水分降低到12%以下,极易自燃,危险性大,本条要求储存经过预干燥的褐煤的碎煤仓采取充氮保护。
本标准中“充氮保护”是指连续通入氮气等惰性气体,使其气氛基本为氮气等惰性气体,即无氧状态或微氧状态,系统内氧含量在1%以下,不致于发生氧化燃烧而引起爆炸。“紧急充氮”是指在系统已监测到发生煤氧化及自燃,如温度或一氧化碳浓度超过设定值时,通入较大量的氮气等惰性气体,阻断煤与氧气的接触,抑制煤粉的氧化及自燃,而不是连续通入氮气等惰性气体。因为煤化工工程一般设有空分装置,具备提供氮气条件,本节系统内(指设备或者管道内)惰性气体一般优先选用氮气,但不局限于氮气。
(6)本条碎煤仓的设计规定包括油煤浆、水煤浆的碎煤仓。
如果工程需要设计非圆筒形碎煤仓时,应符合现行国家标准《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB50229-2006第6.2.1条的关于原煤仓的规定。
高挥发分煤种,按国家煤炭分类,干燥无灰基挥发分大于37%的长烟煤属高挥发分易自燃煤种。对于干燥无灰基挥发分为28%~37%的烟煤,在实际使用中因其具有自燃性,本标准亦视作高挥发分易自燃煤种。
6.3.2 本条提出了煤粉制备系统应在惰性气氛下运行的要求。“惰性气氛”亦称“惰性化”,就是加入一定量的惰性气体,以控制其氧气含量在某一设定值,使煤粉不致发生燃烧爆炸。煤化工的煤粉制备系统与电力锅炉的制粉系统最大的不同是,对煤粉的细度和水分的要求不同。例如,不论煤种,煤化工的煤粉制备系统要求煤粉水分不大于2%(褐煤为5%~7%)。经西安热工院磨煤试验检测,要达到此要求,中速磨煤机出口的气粉混合物温度应在75℃~110℃之间(因煤种不同而不同)。工程设计为适应煤源变动,并保证煤粉温度不低于80℃,取值为105℃~110℃,超出了电力行业对磨煤机出口的气粉混合物温度的规定范围,故本条未对磨煤机出口的气粉混合物的最高允许温度提出要求,而是提出了更严格的惰性化要求。现有的煤化工工程都是按此设计的,运行证明是安全的。
惰性气氛的最高允许氧含量与煤种(主要是挥发分高低)、煤粉细度、煤粉水分、磨煤机出口温度等因素有关。对惰性气氛的最高允许氧含量的控制,德国标准《粉磨固体燃料的制粉系统的防爆规范》TRD413(2000版)规定大气环境条件下,硬煤为14%(湿基,体积分数),褐煤为12%(湿基,体积分数),见表4。

国内电力行业按上述要求设计,实践证明是安全的,未曾出现过爆炸现象。在煤化工工程设计中,国外公司结合煤化工煤粉的特点,提出惰性气氛的最高允许氧含量(湿基,体积分数),对于硬煤为8%,对于褐煤为6%。多项工程均按照此要求进行设计,实际运行是安全的。根据经验,着火爆炸多发生在系统开车、停车和事故停车后再启动时,这些情况下危险性更大。因此在这些工况下其氧含量必须严格保证。
煤粉制备系统设置必要的监测仪表(如温度、压力、流量、料位及氧分析、一氧化碳分析等)及完整的控制联锁系统,是保证煤粉制备系统正常运行的关键因素,万一发生设备及操作事故,报警联锁并按正确的程序停车,避免事故扩大而引发火灾爆炸事故。由于煤粉制备系统各工程均有差异,在这里未一一列出在何处设何种监测仪表及如何联锁,应在工程设计时按工艺流程具体确定。
6.3.3 本标准虽未对煤粉制备系统磨煤机出口的气粉混合物的最高温度做出限制,但其最高温度不允许超过煤粉分离收集器的滤袋材料的允许使用温度。煤粉制备系统是一个闭路循环系统,介质的水蒸气含量较高,其露点在70℃左右,为防止温度过低,水蒸气凝结,使滤袋上的煤粉黏结,或使煤粉黏附在设备管道上,或结块,影响煤粉输送,必须使煤粉制备系统介质末端温度高于水蒸气的露点。
电力行业规定中间储仓系统磨煤机出口温度比水蒸气的露点高15℃。本标准结合煤化工行业煤粉制备系统的特点,推荐磨煤机出口温度比水蒸气的露点高20℃~35℃。
6.3.4 参照现行国家标准《高炉喷吹烟煤系统防爆安全规程》GB16543-2008第5.1.2条编写。
煤化工煤粉制备系统是一个磨煤机入口为正压、出口为负压的闭路循环系统,如果密封性不好,正压部分将会使煤粉泄漏,负压部分将会漏入空气,提高了系统氧含量,这些都不利于防火,故提出气密性要求。
国内外的有关标准规定,按惰性气氛设计的系统,抗爆设计压力可不按0.35MPa设计。考虑到目前国内的中速磨及给煤机产品均已按0.35MPa设计。系统运行时,可能出现氧含量超过允许最高值的情况,故本条仍要求抗爆设计压力为0.35MPa。已有的工程设计均是按此要求进行的。
6.3.5 煤化工煤粉制备系统采用高浓度袋式过滤器一次分离收集,由于煤粉是属于导电可燃爆炸性粉尘,因此应符合现行国家标准《粉尘爆炸危险场所用收尘器防爆导则》GB/T17919的规定。同时结合煤化工煤粉制备系统特点,补充和强调了具体要求:
1 箱体和灰斗一般为非圆筒形,参照电力行业对煤粉仓的要求,相邻两壁交角的内侧(包括箱体、灰斗)应制成圆弧半径不小于200mm的圆弧形,以防止积粉。灰斗壁面与水平面的交角一般不小于65°,对黏接性强的煤粉,灰斗壁面与水平面不小于70°。
2 煤粉阴燃闷烧将会进一步起火爆炸,损坏滤袋,为防止万一收尘器内堆积煤粉阴燃闷烧(如停车后清灰不彻底),要求其气体出口设置一氧化碳检测报警设施,同时当仓内一氧化碳、温度等超过设定值时,采取自动紧急通入氮气保护。
3 进入袋式过滤器的气粉混合物中水蒸气含量高,露点在70℃左右,袋式过滤器散热降温如低于露点,将会产生粘袋、堵塞引发事故,故要求其外表面设伴热保温,控制温度在80℃(高于露点)。
4 某工程曾发生过因清灰氮气气源压力不稳定,有时低于要求值、清灰强度不够,使部分滤袋上煤粉过厚,使滤袋碳化,发生着火事故。故提出气源压力稳定、清灰可靠的要求。
6 灰斗积料堵塞漫至滤袋同样会引发上述事故。灰斗温度异常亦可反映灰斗料位情况。选择可靠的料位计很关键,电容式料位计经实验证明可靠性差,射线料位计可靠性很高,但其使用受限。本标准未指明用什么型式的料位计,但要求可靠性高。
6.3.6 煤化工用的煤粉的水分低、粒度细、易燃易爆,因此无论是送至煤气化的加压给料,还是送至煤液化的油煤浆制备,煤粉输送必须是密闭输送。输送和处理煤粉的机械,如称重给煤机、旋转给料机、螺旋输送机、埋刮板输送机、纤维分离器等,都应是气密性良好的,保证煤粉不外漏,空气又漏不进去,因此要求其轴封处喷吹密封氮气,使密封可靠。密封气的选择方法是:主要进入系统内部的密封气采用氮气,主要逸至环境的密封气,为保证人身安全、不被窒息而采用空气。注意这类设备内部应没有物料积聚的部位,并能排尽。经过预干燥后的褐煤粒度小、易燃易爆,可参照本条执行。
6.3.7 参考电力行业煤粉仓的有关规定,并结合煤化工工程设计实际情况,提出了本条要求。实际煤化工项目中,煤粉仓及其锁斗、给料仓等,壁面与水平面的交角按75°设计,本条规定不应小于70°,比电力行业规定大5°~10°。根据煤化工煤粉的特点,提出了连续充氮保护、外表面伴热保温及出口助流要求。
煤化工所用煤粉粒度细、水分低、温度高,其自燃爆炸危险性较高,只要煤粉仓中存有煤粉,不论系统是否处于运行状态,煤粉仓都要充氮保护,控制氧气含量。
为了实时监控煤粉仓的运行状态,应设置料位、温度等检测仪表。温度过低,煤粉流动性变差,容易堵塞;温度超高,表明煤粉阴燃或着火,均应采取防范措施。
6.4 其他

图2 法兰采用金属焊接垫圈示意图
7 储运设施
7.1 煤储运7.2 可燃液体、可燃气体地上储罐
7.1 煤储运
7.1.4 采用筒仓储煤时,应符合下列规定:
7.2 可燃液体、可燃气体地上储罐
3 其他安全措施。
4 单罐容积均小于1000m³储罐以及丙B类液体储罐的个数不受限制。
3 常压罐组、低压罐组、甲B类液体的压力储罐罐组,其防火堤的有效容积不应小于罐组内1个最大储罐的容积;
8 管道布置
9 消防给水排水、灭火设施和消防站
9.1 一般规定9.2 消防设计流量和用水量
9.3 消防水源和消防泵
9.4 室外冷却、灭火设施
9.5 室内冷却、灭火设施
9.6 消防站
9.7 消防排水
9.1 一般规定
丁、戊类辅助设施区和生产管理区可采用低压消防给水系统,消防给水压力应确保灭火时最不利点室外消火栓的水压不低于0.25MPa。低压消防给水系统可与煤化工工厂生产给水系统合并。
9.1.3 本标准主要针对煤化工产业所特有的保护对象或场所的室内外消防冷却及灭火设施的设计,其余场所火灾危险类别或保护对象的火灾危险性质与石油化工行业类似,采用现行国家标准《石油化工企业设计防火标准》GB50160可满足工程建设要求,本标准不再重复规定。
9.2 消防设计流量和用水量
2 每套消防给水系统应根据其保护范围及保护对象,按本标准第9.2.1条的规定确定消防用水量;


9.3 消防水源和消防泵
9.4 室外冷却、灭火设施
4 消防给水干管的管径应经计算确定;对于独立消防给水管道,宜采用钢制管道,管道内的流速不宜大于3.5m/s,管径不应小于200mm;


9.5 室内冷却、灭火设施

3 宜采用直流水雾水枪,直流水枪充实水柱不宜小于13m;


9.6 消防站
9.6.1 大型、中型煤化工工厂应设置消防站。
9.6.2 消防站的等级应根据煤化工工厂的规模、火灾危险性、灭火剂用量、固定消防设施的设置情况、灭火时需要的装备类型,以及邻近单位消防协作条件等综合确定,并应符合下列规定:
1 消防车辆配置数量,对于大型煤化工工厂,不应低于表9.6.2中一级站的要求;对于中型煤化工工厂,不应低于表9.6.2中二级站的要求;
2 当消防站的服务范围不能满足本标准第4.2.1条第11款的规定时,应增设消防分站;厂区占地面积不小于300h㎡时,消防分站的消防车辆配置数量不应低于表9.6.2中二级站的要求;厂区占地面积小于300h㎡时,消防分站的消防车辆配置数量不应低于表9.6.2中三级站的要求;
3 消防站宜设置向消防车快速灌装泡沫液的设施;
4 消防站的消防通信指挥室应设置与全厂消防监控中心直通的电话机;
5 消防站应设置具有独立通信功能的无线通信系统。各类型消防车辆可配置无线通信车载台。
表9.6.2 消防车辆配置要求
注:1 表中“*”表示可选配的车辆品种;
2 一级站宜配备不少于4门,二级站宜配备不少于2门,且流量不小于40L/s的远程遥控移动消防炮;
3 一级站的供液消防车泡沫液罐载液量不应低于18000kg,二级站不应低于12000kg;
4 抢险救援消防车宜选配石化型;大型煤化工工厂的二级消防分站,可将抢险救援消防车改配为其他类型消防车;
5 泡沫消防车载液量不应小于12000kg,其中泡沫罐载液量不应小于6000kg,水罐载水量不应小于6000kg,且应具备输转泡沫原液功能;当已建一级站的泡沫消防车数量为2辆~3辆时,18m~25m举高喷射消防车数量可相应减少1辆~2辆,但不应低于2辆;
6 干粉—泡沫联用消防车干粉罐载剂量不应低于3000kg,干粉炮喷射强度不应小于40kg/s,泡沫液罐载液量不应低于2000kg,泡沫炮喷射流量不应小于48 L/s;
7 车载泡沫比例混合器应采用自动泡沫比例混合器,运输蛋白、氟蛋白泡沫原液的供液消防车应具备泡沫液搅拌功能,防止沉降;
8 举高喷射消防车配备的消防泵额定流量不应小于100L/s,臂架上配备的消防炮额定流量不应小于80L/s;
9 大型工厂一级站、中型工厂二级站的18m~25m举高喷射消防车泡沫罐载液量,应按工厂最大储罐全液面火灾、连续供液不低于30min所需泡沫液用量的25%~50%确定,泡沫罐载液量应按最大10000kg计,水罐载液量不应低于泡沫罐载液量;
10 煤制天然气和合成氨工厂可根据需要将供液消防车或泡沫消防车改配为总载液量不小于12000kg的水罐消防车。储存液化天然气的工厂,水罐消防车还应配备桶装高倍数泡沫灭火剂;
11 根据煤化工工厂所在地区的自然条件及煤化工工厂特点,可在本表基础上增减和选配车辆类型。
9.6.3 消防站主要消防车辆的技术性能及灭火器材配备应符合下列规定:
1 一级站不应低于《城市消防站建设标准》建标152有关特勤站的要求;
2 二级站不应低于《城市消防站建设标准》建标152有关一级普通消防站的要求。
9.6.4 消防站配备的个人防护装备、器材应满足现场灭火、有毒有害气体防护、侦检、破拆、堵漏、供气、医疗救护、环境监测等实际需求。个人防护用品宜按现行行业标准《消防员个人防护装备配备标准》GA 621的相关标准配备。
9.6.5 消防站应配备防火勘察检查器材和火灾原因调查专用器材,配备照相机、摄像机等火场影像摄录器材。
9.6.6 消防站灭火剂的储量宜按照不低于车载泡沫灭火剂总量1∶1的比例储存。大型、中型煤制油工厂固定泡沫灭火系统和消防站的泡沫灭火剂总储存量不应少于100m³;当区域有依托条件时,工厂内的泡沫储存量与区域可依托的泡沫量之和不应小于100m³。泡沫灭火剂总储存量应同时考虑抗溶性和非抗溶性泡沫灭火剂储备比例。

9.7 消防排水
9.7.4 煤粉制备、水煤浆制备、煤气化、煤气化工艺水处理、油煤浆制备和煤直接液化催化剂制备高层厂房应设置消防排水收集设施。
10 电气
10.1 消防电源及配电10.2 电气装置
10.3 火灾自动报警系统
10.4 火灾电话报警系统
10.5 消防应急照明和疏散指示系统
10.6 防雷和防静电
10.1 消防电源及配电
10.2 电气装置
10.3 火灾自动报警系统
10.3.3 煤化工工厂可设置区域消防控制室,区域消防控制室可与其他生产操作岗位用房合建。区域消防控制室应满足本辖区的消防管理、监控和指挥的要求,应设置具有全厂火灾监视和本辖区火警受理、消防设施运行状态实时监控功能的设施。
6 不同建筑物内的火灾报警控制器、消防联动控制器、消防控制中心图形显示装置间应采用光纤连接,并应采用环状连接结构;

图3 火灾自动报警系统报警受警结构图
10.4 火灾电话报警系统
3 火灾电话报警系统中消防管理岗位间的直通电话应具有线路故障和电话脱机侦测功能;当生产调度电话系统的技术指标满足火灾电话报警系统要求时,火灾电话报警系统可与生产调度电话系统合并设置;
全厂消防监控中心作为消防管理的主体责任岗位,应该具有与其他消防管理岗位建立具有可靠保障的通信指挥联系,所有进出全厂消防监控中心的通信信息均需有语音记录,语音记录的内容包括通信线路编号、起止时间、通话内容,语音记录设备的总时长大于2h,且为循环保存记录信息,即保存最后一段的信息。考虑到接警与直通电话分机多时容易造成混乱,规定当全厂消防监控中心的火灾受警电话与直通电话之和超过4台时,采用具有录音功能的按键式双手柄消防调度台作为语音通信终端。当采用消防调度台作为语音通信终端时,要求消防调度台具有多方接听功能,以便在接收电话专用号报警时能够满足消防站通信室及其他消防管理岗位同时监听报警内容,做好事故处置准备。
10.5 消防应急照明和疏散指示系统
10.6 防雷和防静电

附录A 火灾自动报警系统的设置场所及火灾探测器选型



附录B 防火间距起止点
本标准用词说明
1 为便于在执行本标准条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:1) 表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;
2) 表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;
3) 表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;
4) 表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。