精細化工裝置布置與防火安全間距分析?
中小型化工企業在進行總圖布置時首先要明確其應該執行的規范。對于精細化工企業有兩點明確規定:
第一是產品,即精細化工企業必須是《精細化工企業設計防火標準》GB 51283—2020 第2.0.1 條規定的21類精細化工產品;
第二是廠區內儲罐區的總容量,這里又分為“液化烴、甲B、乙類儲罐、丙類儲罐、液化烴儲罐”它們分別不大于標準第1.0.2 條規定的儲量時才能適用于《精細化工企業設計防火標準》。在實際運用過程中需要注意的是:儲罐之間不能互相折算,應分別對應總儲量和單罐儲量,其次罐區儲罐總容積應該不包含車間儲罐組的儲罐容積。
2.1 化工產品 在化工產品生產加工過程中,不同的化工產品對應不同的化工原材料,由于化工產品的種類相對較多造成原輔材料的品種更加繁多。在實際生產加工時,整體的工序較為復雜,從而在生產加工中容易產生較大的風險。化工產品及其原輔材料通常較為特殊,由較多的化學物質組成,大多數具有易燃、易爆、腐蝕等特性。由此在生產加工過程中容易存在較大的安全隱患,裝置布置時若未能對各個環節加以重視,則可能會留下嚴重的安全隱患,無法保證操作人員的自身安全,影響產品的生產。因此在裝置布置過程中就要結合產品特點有針對性地進行合理布置。如針對腐蝕性較強的裝置盡可能采用混凝土框架結構,減少鋼結構的使用量,防止腐蝕性環境對鋼結構造成重大影響;針對毒性較大的裝置則盡可能采用封閉結構同時加強機械排風,事故時啟動事故風機將有毒氣體收集到處理設施處理后排放,防止散發出來的有毒氣體進入環境,進而破壞周圍生態環境,對于對環境影響不大且易散發可燃氣體的裝置則盡量采用敞開式框架結構,利用自然通風來減少可燃氣體聚集,減少發生火災爆炸的概率。 2.2 自然條件 化工廠生產過程中,通常會使用大量的生產設備,在機械設備的運用下,可有效提高產品生產效率,加快生產速度,不斷增加產品產量,為各個領域提供充足的原材料。但是,在設備的使用過程中,也經常會存在不同程度的危險性,設備在長時間使用下會出現高溫、高壓等情況,致使化工產品在生產時出現有毒或可燃氣體散發出來的風險。因此,對裝置布置提出較多的要求,設計人員需對布置的各項要點進行明確。在設備裝置布置過程中,需充分考慮自然條件,對風向以及氣候進行詳細分析,由此確定布置的實際方位。并且,設計人員需對通風情況進行把握,明確生產作業位置的通風情況,確保在化工產品的生產環境下,具有良好的通風效果,保證化工產品生產過程中產生的相關氣體快速散出,保障工作人員的安全。 2.3 生產需求 在精細化工裝置布置過程中,工作人員還需明確化工產品的具體生產需求,對生產情況進行詳細分析,了解各裝置的主要生產過程。并對原輔材料的特點進行深入探究,掌握原輔材料的實際特性,根據不同原輔材料的火災危險性和毒害性進行合理劃分。在布置化工裝置時,需對裝置內各單元的位置進行充分考慮,要求設計人員嚴格按照標準規定和生產的實際需求對裝置進行合理布置,并確保裝置之間保持合理的距離,可有效提高化工裝置的安全性。同時,設計人員還應當在裝置布置過程中,對生產裝置的各個區域進行科學劃分,明確各個區域的危險有害因素及危害程度,在布置過程中,采取有效合理的布置手段使危險等級較高的區域做到預先設防,減少事故率,事故后果可控。比較典型的生產需求舉例如下: (1)六氟丙烯生產過程中的六氟裂解爐會產生微量劇毒化學品八氟異丁烯,在六氟丙烯裝置主體采用了敞開式框架結構,以便生產過程泄漏的可燃有毒氣體快速散發到空氣中,該裂解爐布置時則采用了封閉式結構,室內設置了相應的有毒氣體檢測器及機械通風設施,外排的氣體經過吸附處理后高空排放。這個布置方案就是采用了預先控制范圍和事故時控制污染區域相結合的辦法,來達到預先設防和事故后果可控的效果。 (2)聚偏氟乙烯生產過程中聚合工段的操作溫度和壓力都比較高,生產過程存在的火災爆炸的可能性并且爆炸后果非常嚴重,可是目前的工藝水平無法使操作溫度和壓力降低,因此工藝布置時這個工段采取了各聚合釜分開布置,單臺聚合釜與其他生產部位采用防爆墻分隔的手段來達到事故后果可控的目的。當然在工藝設計過程通過其他自控手段和安全泄放手段來做到預先設防和減少事故概率。 2.4 防爆區域 在化工產品生產過程中,往往使用到大量的易燃易爆物質,經常在裝置周圍會出現爆炸危險區域。因此,為了提高生產作業的安全性,在精細化工裝置布置過程中,應當合理控制爆炸危險區域,并且在爆炸危險區域內采用防爆的化工設備,對靠運輸道路的化工裝置尤其要注意其包裝危險區域不能進入運輸道路。同時,在裝置布置過程中,還應當設計相應的安全通道,由于安全事故不可預測,安全通道則為人們逃生提供良好的條件,讓工作人員盡量避免受到較大的傷害。有效提高工作人員生產工作的安全性,促使化工產品得以順利生產。 在化工裝置布置過程中,通常有著明確的規定。 為了避免安全事故的發生,我國不斷出臺相應的政策,對化工產品生產以及化工裝置布置均提出合理的要求,對精細化工設備布置與防火間距進行全面分析,提出一系列的設計規范。如《石油化工企業設計防火標準》《石油化工儲運系統罐區設計規范》《石油化工儲運系統泵區設計規范》《石油化工工廠布置設計規范》《精細化工企業工程設計防火標準》等。逐漸完善各項設計規范內容,并結合化工產品生產情況,對各項規范內容進行改善以及優化。在精細化工裝置布置過程中,應當嚴格按照相關規范標準要求結合產品及工藝特點采用有針對性的布置方案,從而做到既滿足各項安全防范條例又滿足化工廠實際使用要求。 以某化工生產企業為例,在對化工裝置進行布置過程中,首先要充分遵循GB 50160、GB 50016 及GB 51283 的相關規范內容,并對精細化工裝置布置要點進行詳細研究,進而完成一個合規、合理的布置方案。 某精細化工廠的主要產品是叔丁醇鈉,生產過程對環境要求比較嚴格(盡量避免潮濕環境),因此盡管工藝過程存在著易燃易爆氣體散發到空氣中的情況,設計過程中依然采用了封閉式廠房作為生產主體單元,即首先考慮拿到合格產品以達到最終設計目的,而易燃易爆氣體容易在封閉式廠房內聚集的問題可以通過加強機械通風,合理設置可燃有毒氣體檢測器等措施加以解決。任何一個裝置布置都是在遵循強制性條文的前提下,以拿到最終產品為第一目標,在第一目標完成的情況下合理有序地去解決其他問題。同樣裝置布置時還遇到了另外一個問題,即設備布置完成后發現廠房(甲類)的建筑面積超過了3 000m2(《建筑設計防火規范》規定甲類多層車間建筑耐火等級一級時單個防火分區的面積不應超過3 000m2)經與業主溝通無法通過在車間內設置防火墻來劃分防火分區,最后設計人采取了將部分輔助設備(干燥工段、回收工段)單獨設置一座廠房的辦法來解決建筑面積超標且無法設置防火墻的問題,而此時一個裝置內出現了兩座甲類廠房,這兩座廠房的防火間距如何控制呢?設計過程中考慮了三種方案,第一種是兩座廠房間距6m,設置理由兩座廠房是一個裝置滿足《建筑設計防火規范》第3.4.7 條規定即可;第二種方案是兩座廠房間距12m,設置理由兩座廠房是根據《建筑設計防火規范》第3.4.1 條要求;第三種方案是兩座廠房間距15m,設置理由是兩座廠房的爆炸危險區域(15m)互不影響。經過與業主溝通并且為防止今后各級專家檢查時提出不同意見,最后采取了第三種最為穩妥的方案。生產裝置示意如圖1 所示。 精細化工裝置內布置與總圖防火間距有著一定的相互影響,主要體現為以下幾點: (1)對于執行《精細化工企業工程設計防火標準》的工廠,當采用敞開式廠房或露天布置時,車間之間的防火間距與封閉式廠房之間的防火間距不同,對于封閉式廠房之間的防火間距標準要求等同于《建筑設計防火規范》的相關要求,而對于敞開式廠房則是對照《建筑設計防火規范》加大了相應的防火間距;對于執行《石油化工企業設計防火標準》《建筑設計防火規范》的工廠則無論車間采用何種形式,只要不在同一個裝置內,兩個車間之間的間距都是一個固定的防火間距,不會因為車間的布置形式而改變。造成這種情況的主要原因是三本規范針對的對象不同,控制火災的蔓延的理念也有所區別。 (2)對于多層辦公、控制、化驗樓與消防泵房,當分開設置時,《石油化工企業設計防火標準》《建筑設計防火規范》都是要求執行10m 的防火間距,并且可以通過防火墻等措施來減少防火間距。而執行《精細化工企業工程設計防火標準》時則需要控制15m的防火間距,因此在進行單體布置時,若廠區占地面積較少,無法將二者防火間距控制15m 以上,可以考慮將二者功能合并,因為無論《石油化工企業設計防火標準》還是《精細化工企業工程設計防火標準》,對于房間內的布置特別是涉及民用和輔助設施的房間布置都是以《建筑設計防火規范》為主的,而《建筑設計防火規范》對于辦公、控制、化驗、消防泵房等沒有明確規定要求分開設置,因此通過合理的單體布置可以有效減少乃至規避一些不必要的防火間距。對于20kV 以上變配電所則應結合《建筑設計防火規范》和電力行業相關規范建議分開設置。 (3)當車間邊緣設有車間液化烴儲罐組時,裝置內布置對于總圖防火間距也有較大影響,根據《精細化工企業工程設計防火標準》第4.2.9條注4的要求,“車間罐組的液化烴儲罐與其所在車間以外的其他生產設施的防火間距應滿足本表要求”,即車間罐組液化烴儲罐與其他生產設施的間距,既要滿足標準第4.2.9條液化烴儲罐與其他生產設施的防火間距要求,也要滿足標準第4.2.9 條甲類生產設施與其他生產設施的防火間距要求,并且應該取二者的較大值。因此對于裝置內布置時,車間罐組的液化烴儲罐同樣條件下盡可能不要布置在最外側,以免因此造成防火間距加大。如圖2。 此時L1應執行《精細化工企業工程設計防火標準》第4.2.9 的規定的15m 或12m 防火間距,而L2應執行第4.2.9 條規定的對應儲量液化烴儲罐到甲類生產設施的防火間距,而往往L2的防火間距是遠大于L1要求的防火間距。