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研究碳氫化合物冰箱工程設計中的消防安全成果總結
CFC12和CFC11作為冰箱生產(chǎn)行業(yè)中的制冷劑和發(fā)泡劑已經(jīng)使用了幾十年，盡管這兩種氟里昂(CFCs)有其非常優(yōu)越的性能，但由于其存在非常顯著(zhù)的大氣層臭氧破壞效應和溫室效應，因此造成了南極上空的臭氧空洞和大氣層臭氧濃度下降等環(huán)境問(wèn)題。為此，國際社會(huì )簽署了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)》，規定了氟里昂逐年遞減和最后替代的時(shí)限，我國于1990年在此議定書(shū)上簽字。
目前，國內越來(lái)越多的冰箱生產(chǎn)廠(chǎng)家已經(jīng)認識到發(fā)展新一代環(huán)保冰箱勢在必行，紛紛開(kāi)始了CFCs替代技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究。廣東XX公司于1995年在國內首家研制出了以環(huán)戊烷為發(fā)泡劑，異丁烷為制冷劑的全無(wú)氟節能冰箱，實(shí)現了對大氣臭氧層破壞系數和溫室效應為零。為了進(jìn)一步推廣這一成果并擴大公司產(chǎn)能，該公司擬投資在華東地區新建一個(gè)年產(chǎn)各型全無(wú)氟節能冰箱260萬(wàn)臺的生產(chǎn)基地，并委托我院進(jìn)行該項目的工程設計。
由于作為CFCs替代物的碳氫化合物屬易燃氣體或液體，因此在工程設計中不可避免的帶來(lái)了消防安全設計問(wèn)題。本文正是從工藝專(zhuān)業(yè)的角度對該項目消防安全設計的一個(gè)總結。
一. 環(huán)戊烷、異丁烷的理化及危險特性
1. 環(huán)戊烷的理化及危險特性
(1) 理化性質(zhì)：
環(huán)戊烷(五亞甲基)是一種無(wú)色透明的液體，有苯樣氣味。其分子式為C5H10，分子量為70.08；熔點(diǎn)-93.7℃；沸點(diǎn)49.3℃。氣態(tài)時(shí)相對密度為2.42（空氣為1）；與水的相對密度為0.75(水為1)。不溶于水，但溶于醇、醚、苯、四氯化碳、丙酮等有機溶劑。
(2) 燃燒爆炸危險性：
閃點(diǎn)：
-25℃；自燃溫度：361℃；燃燒性：易燃；
環(huán)戊烷蒸汽與空氣易形成爆炸性混合物，爆炸下限1.4%，爆炸上限8%，遇火花、明火產(chǎn)生燃燒爆炸。由于其蒸氣比空氣重，容易積聚于地面300mm左右。并能從低處擴散到相當遠的地方，遇火點(diǎn)燃引著(zhù)回燒；貯罐遇高熱時(shí)容器內壓力增大，有開(kāi)裂和爆炸危險。
滅火方法：
泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。用水無(wú)效，但可以降低燃燒溫度。
(3) 毒性及健康危害
環(huán)戊烷屬于低毒類(lèi)，侵入途徑的有吸入、食入、經(jīng)皮膚吸收三種。吸入后可引起頭痛、頭暈、定向力障礙、興奮、倦睡、共濟失調和麻醉作用。呼吸系統和心臟可受到影響。對眼有輕度剌激作用�？诜轮袠猩窠�(jīng)系統抑制、粘膜出血和腹瀉等。本品對皮膚有脫脂作用，引起皮膚干燥、發(fā)紅等。
2. 異丁烷的理化及危險特性
(1) 理化性質(zhì)：
異丁烷(2-甲基丙烷)是一種無(wú)色稍有氣味的氣體。分子式C4H10，分子量58.12；熔點(diǎn)-159.6℃；沸點(diǎn)-11.8℃。與空氣相對密度2.01(空氣為1)，液態(tài)與水相對密度為0.56（水為1）。微溶于水，溶解于乙醚。
(2) 燃燒爆炸危險特性：
閃點(diǎn)：
-82.8℃；自燃溫度：460℃。
異丁烷與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限1.8%，爆炸上限8.57%，其蒸氣比空氣重，易積聚于地面300mm高度，并能在低處擴散到相當遠的地方，遇火花、火源引燃回燃爆炸。貯罐遇到高熱時(shí)容器內壓力增大，有開(kāi)裂和燃燒爆炸的危險。
滅火方法：
泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。并可用霧狀水滅火和冷卻、降溫。
(3) 毒性及健康危害
異丁烷屬于低毒類(lèi)，侵入途徑主要是吸入。吸入后主要作用是麻醉和弱剌激。急性中毒主要表現為頭痛、頭暈、嗜睡、惡心、酒醉狀態(tài)，嚴重者可出現昏迷。慢性影響：出現頭痛、頭暈、睡眠不佳、易疲倦等癥狀。
二. 生產(chǎn)廠(chǎng)房的安全技術(shù)條件及設計要求
1. 危險區域的劃分
為預防用于生產(chǎn)的易燃碳氫化合物的燃燒和爆炸，所有可能引燃源均應予以鑒別和盡可能消除。如果不可能消除引燃源，則應采取其他措施消除危險。
0區：爆炸危險氣體持續出現或長(cháng)期出現的區域，如環(huán)戊烷罐內和供應罐內。
1區：爆炸危險氣體在正常操作時(shí)可能出現的區域，如發(fā)泡工位附近100mm、環(huán)戊烷貯罐開(kāi)口周?chē)?.5m半徑的范圍、通風(fēng)管內等。
2區：爆炸危險氣體在正常操作時(shí)不大可能出現或僅存留很短時(shí)間的區域，如環(huán)戊烷發(fā)泡區、異丁烷灌注站，環(huán)戊烷預混(發(fā)泡)站、環(huán)戊烷貯罐區等除1區外的區域。
2. 工藝對土建的要求
環(huán)戊烷發(fā)泡生產(chǎn)線(xiàn)或發(fā)泡工位(包括預混站)、異丁烷灌注生產(chǎn)線(xiàn)不得設在建筑物的地下室或半地下室，宜設在單層廠(chǎng)房靠外墻或多層廠(chǎng)房的最上一層靠外墻處。
環(huán)戊烷發(fā)泡線(xiàn)或發(fā)泡工位(包括預混站)、異丁烷灌注站應盡量避開(kāi)廠(chǎng)房的梁、柱等承重構件布置，地面宜采用不發(fā)火地面。地面不得設地溝。
3. 工藝對給排水的要求
給排水應按丙類(lèi)廠(chǎng)房設計消防給水。
環(huán)戊烷貯罐區應配備:
2--4個(gè)手提式滅火器(系指6升高效化學(xué)泡沫或8kg干粉滅火器)；
2部100升高效化學(xué)泡沫或70kg干粉推車(chē)；
滅火砂2立方；
消火栓（僅用于給火場(chǎng)降溫）和自來(lái)水龍頭（人員沖洗）。
4. 工藝對通風(fēng)的要求
通風(fēng)的主要目的是使生產(chǎn)過(guò)程中的可燃氣體濃度盡可能的低，一般低于爆炸下限的20%。
通風(fēng)包括排風(fēng)和送風(fēng)。在爆炸危險區域內，空氣不應循環(huán)使用。排風(fēng)設備不應和送風(fēng)設備布置在同一通風(fēng)機房?jì)�。送風(fēng)宜采用頂部方式。
環(huán)戊烷發(fā)泡區及發(fā)泡預混站、異丁烷灌注站及灌注工位、環(huán)戊烷和異丁烷的存儲區必須安裝有排風(fēng)系統。排風(fēng)系統的排風(fēng)量應大于送風(fēng)量，能保證正常生產(chǎn)情況環(huán)戊烷或異丁烷的氣體濃度不超過(guò)氣體爆炸下限濃度的20%，且區域內為負壓，氣體不會(huì )向其他區域擴散。在正常生產(chǎn)的情況下，抽排風(fēng)量一般不應小于10次/小時(shí)，緊急情況下應能達到20次/小時(shí)以上。排風(fēng)系統應有兩級抽風(fēng)能力，應采用雙速風(fēng)機、變速風(fēng)機或雙風(fēng)機。正常生產(chǎn)情況下使用一級排風(fēng)（或單臺風(fēng)機排風(fēng)），在可燃氣體的濃度超過(guò)在爆炸下限的20%時(shí)，通過(guò)風(fēng)機調速或啟動(dòng)備用風(fēng)機來(lái)加大一級抽風(fēng)量。
排風(fēng)系統必須與生產(chǎn)系統聯(lián)鎖，在排風(fēng)系統出現故障的情況下，該區域的生產(chǎn)應不能進(jìn)行。排風(fēng)系統應有故障指示。
排風(fēng)系統的風(fēng)機應為防爆風(fēng)機，應選用無(wú)火花型。排風(fēng)系統供電電源應與設備用電電源分開(kāi)，由獨立的可靠電源供電，以保證穩定供電。
由于環(huán)戊烷和異丁烷相對空氣的比重分別為2.42和2.01。因此在布置抽風(fēng)口時(shí)，抽風(fēng)口(最下沿)距地面高度不宜超過(guò)30cm，但應高于最低面。
5. 工藝對電氣及接地的要求
在危險區域內，電氣設備應是防爆的和在失靈時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉的。環(huán)戊烷發(fā)泡區、異丁烷灌注站、環(huán)戊烷預混站、環(huán)戊烷及異丁烷貯存罐(區)等爆炸危險區域中電氣設備及設施必須符合國標GB50058-92《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規范》中的要求。
(1) 電氣設備
爆炸危險區內的電氣設備在運行過(guò)程中必須具備不引燃周?chē)ㄐ曰旌衔锏男阅�。應根據爆炸危險區域的分區、電氣設備的種類(lèi)和防爆結構的要求，選擇相應的電氣設備。
在爆炸危險區域0區應選用本質(zhì)安全型或特為0區設計的特殊型電氣設備；
爆炸危險1區內一般以選用本質(zhì)安全型和隔爆型的電氣設備為主；
在爆炸危險區域2區，除適合1區的防爆類(lèi)型外，還宜選用正壓型、增安型等電氣設備。
(2) 線(xiàn)路
環(huán)戊烷發(fā)泡、異丁烷灌注工位(站房)、環(huán)戊烷貯罐區等爆炸危險區域內1區、2區電壓為1000V以下的電氣線(xiàn)路配線(xiàn)必須采用鋼管配線(xiàn)，嚴禁明敷絕緣導線(xiàn)。
由于環(huán)戊烷和異丁烷的比重比空氣重，因此電氣線(xiàn)路應在較高處敷設或直接埋地敷設，宜在易燃易爆介質(zhì)輸送管道的上方。
(3) 電氣及防靜電接地
環(huán)戊烷發(fā)泡、異丁烷站及灌注工位、環(huán)戊烷貯罐區等爆炸危險環(huán)境內固定安裝與移動(dòng)使用的電氣設備和線(xiàn)路正常不帶電的金屬外殼、金屬機座、金屬管線(xiàn)、電纜金屬護套等均應安設牢靠的保護接地線(xiàn)，接地電阻應不大于4歐。
為防止因靜電火花而造成事故，在冰箱生產(chǎn)爆炸危險區域內，除電氣設備保護接地外，發(fā)泡模具、輸送環(huán)戊烷、異丁烷等易燃易爆介質(zhì)的管道、機組、貯罐等可能產(chǎn)生靜電危害的物體均需防靜電接地。管道在進(jìn)出車(chē)間處應設接地，每隔80m-100m應重復接地一次。防靜電接地電阻一般不大于10歐。
(4) 防雷
一般情況下, 生產(chǎn)碳氫化合物冰箱的主體生產(chǎn)車(chē)間應劃為第二類(lèi)防雷建筑，而其他生產(chǎn)廠(chǎng)房(氣體站房、鍋爐房等除外)應劃為第三類(lèi)防雷建筑。
環(huán)戊烷貯罐區應設置獨立的避雷針，避雷針與被保護物及與被保護物有聯(lián)系的金屬物之間的間距不少于3m。
防雷接地沖擊接地電阻不大于10歐。如與其它接地系統共用接地極，則取最小值4歐。
6、工藝對氣體探測及火災報警的要求
(1) 可燃氣體檢測系統
碳氫化合物冰箱生產(chǎn)中火災爆炸事故是在具備一定的可燃氣體、助燃物和火源等三個(gè)要素的條件下發(fā)生的。因此，可以通過(guò)對這三個(gè)要素的監測，預報火災爆炸事故，以便采取相應的技術(shù)措施。其中，可燃氣體的泄漏和積聚程度是現場(chǎng)火災爆炸危險性的主要指標，相應的可燃氣體檢測系統便是監測現場(chǎng)可燃氣體泄漏危險程度的重要工具。
一個(gè)可然氣體監測系統包含氣體探測器(傳感器)、控制和監視板、連接線(xiàn)�？刂瓢蹇梢詥�(dòng)各種預防的功能，如增加通風(fēng)、聲響報警、關(guān)閉安全閥、切斷動(dòng)力供應和停止生產(chǎn)。
環(huán)戊烷發(fā)泡生產(chǎn)區及預混站、異丁烷灌注站及灌注工位、存儲區必須裝有可燃氣體探測系統。
可燃氣體探測系統應能在可燃氣體濃度達到爆炸下限濃度的20%時(shí)報警，并加大一級排風(fēng)量。當可燃氣體濃度達到爆炸下限濃度的40%時(shí)應能發(fā)出聲光報警信號，切斷泄漏區域的(或事故區域)的動(dòng)力供應，使該區域的生產(chǎn)停止運作。
當氣體監測系統出現故障或關(guān)閉時(shí)，應有信號指示。
可燃氣體探測器應安裝在泄漏點(diǎn)附近和有可能引起聚集的地點(diǎn)，其一般距地面高不宜超過(guò)30cm。
可燃氣體監測系統應有獨立的供電電源和備用電源，以保證其24小時(shí)不間斷工作。生產(chǎn)結束后，氣體監測系統不應關(guān)閉，應處于工作狀態(tài)。
(2) 火災報警措施
環(huán)戊烷發(fā)泡區及站房、異丁烷灌注區及站房、環(huán)戊烷貯罐區等爆炸危險區，應設聲光報警裝置，主體車(chē)間內還應安裝報警電鈴，報警聲音水平要求至少達到80分貝，或至少比背景響聲高20分貝。
在以上危險區應設緊急停止按鈕，緊急停止按鈕應具有監測可燃氣體濃度達到爆炸下限濃度40%時(shí)的功能。
氣體監測系統應與火警系統相連，當某區域安全系統動(dòng)作時(shí)(40%時(shí)的功能)，火警監測系統應能指示該區域，同時(shí)在控制室發(fā)出警報。另外，當發(fā)生火警時(shí)，相應區域內的火警系統應能使安全系統動(dòng)作，執行如切斷區域內動(dòng)力電源，起動(dòng)報警等功能，但不要求和排風(fēng)系統鎖。
使用環(huán)戊烷發(fā)泡及異丁烷灌注的主體車(chē)間應有事故照明和疏散指示標志。疏散用的事故照明最低照度不低于0.5lx；事故照明和疏散指示標志應設玻璃或其他非燃燒材料制作的保護罩。疏散標志宜布置在環(huán)戊烷發(fā)泡、異丁烷灌注工位或附近和車(chē)間主通道及其轉角處的墻上，間距不宜大于20m。
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