在化工、輕工、制藥等行業(yè),塔式生產(chǎn)裝置廣泛用于精餾、吸收、萃取、吸附等化工單元過程。一旦塔式生產(chǎn)裝置發(fā)生火災(zāi),在高溫作用下,塔式生產(chǎn)裝置的耐火性能將極大地降低,甚至失去支撐能力或平衡作用而發(fā)生坍塌或倒塌事故,往往產(chǎn)生嚴重的后果?,F(xiàn)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》尚未對塔式生產(chǎn)裝置提出明確的防火設(shè)計要求,筆者試就塔式生產(chǎn)裝置火災(zāi)危險性及設(shè)計時應(yīng)采取的防火對策談一點初淺看法。
一、塔式化工生產(chǎn)裝置介紹
1、種類及工作原理:塔式化工生產(chǎn)裝置在工業(yè)生產(chǎn)中通常稱為"塔設(shè)備"或"氣液傳質(zhì)設(shè)備",它的種類繁多,根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)形成可分為兩大類:一類是逐級接觸式的板式塔,塔內(nèi)裝有若干塊塔板,氣液兩相在塔板上接觸進行熱、質(zhì)交換。另一類是連續(xù)接觸式的填料塔,塔內(nèi)裝有填料,氣液傳質(zhì)在填料的濕潤表面進行。
2、結(jié)構(gòu)及構(gòu)件:塔式生產(chǎn)裝置一般由塔體、填料或塔板、液體分布裝置,填料壓板(有時可不用)、填料支撐裝置、液體再分布裝置等構(gòu)成。大部分構(gòu)件都是由金屬鋼鐵制成,但填料種類較多,早期使用的有碎石、焦炭等天然塊狀物,后來廣泛使用陶瓷波紋和不銹鋼波紋等人造填料,目前金屬絲網(wǎng)狀填料綜合性能最好。
3、高度及直徑:塔式生產(chǎn)裝置的高度根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模計算確定,國內(nèi)此類裝置高度一般在幾米至一百米之間,塔徑一般在幾十厘米至三、四米。
二、火災(zāi)危險性分析
1、耐火性能較差。塔式生產(chǎn)裝置的主要構(gòu)件、裙座等都是普通鋼材,未作任何防火處理,耐火性能較差,在高溫作用下,機械性能急劇下降,失去支撐能力或平衡作用,江蘇某化工集團有限公司蒸餾塔在外部明火撲滅9小時后,在距地面32米處發(fā)生倒塌。
2、物料具有易燃易爆性。塔內(nèi)物質(zhì)一般都是處于氣液狀態(tài)的化工產(chǎn)品,具有易燃易爆性,發(fā)生火災(zāi)后,塔內(nèi)供氧不足,形成緩慢燃燒狀態(tài),且消防設(shè)施對塔內(nèi)無法實施有效的控制和滅火,燃燒后很難在短時間內(nèi)撲滅。
3、填料具有可燃性。由于填料多由金屬制成,直徑很小,成細金屬網(wǎng)狀,在塔內(nèi)易形成緩慢燃燒且形成高溫,由于塔體外層具有良好的絕熱層且不易破壞,消防設(shè)備在塔外無法發(fā)揮作用,江蘇某化工集團有限公司1223火災(zāi)中,經(jīng)實地測量,由于塔內(nèi)填料的燃燒導致塔壁溫度最高處達728度,并且燃燒時間很長,塔內(nèi)的填料燃燒經(jīng)歷了24天的時間。
4、倒塌后會擊中其他生產(chǎn)裝置而再次引發(fā)火災(zāi)爆炸或倒塌事故。塔式生產(chǎn)裝置一般周圍均有廠房或附屬生產(chǎn)設(shè)備,塔體、支撐構(gòu)件等受到高溫的作用,或冷卻不均勻(若在對塔體冷卻過程中不均勻,局部冷卻會導致塔體局部收縮而倒向收縮一側(cè)),倒塌的方向很難確定,若直接倒向廠房或其他設(shè)備,也可能產(chǎn)生嚴重的后果。
三、防火設(shè)計建議
筆者認為塔式化工生產(chǎn)裝置在設(shè)計時應(yīng)進行專門的防火設(shè)計,并且要根據(jù)塔式化工生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)特點、高度、直徑、物料特性等進行綜合考慮,防火設(shè)計時主要要考慮以下幾個方面:
1、應(yīng)選擇合理位置。塔式化工生產(chǎn)裝置宜布置在明火或散發(fā)火花地點的相鄰廠房或生產(chǎn)裝置的全年最小頻率風向的上風側(cè)。
2、應(yīng)進行防火處理。對裙座或具有支撐作用的構(gòu)件及工作平臺應(yīng)作防火處理,耐火等級不得低于二級。
3、應(yīng)設(shè)計消防設(shè)施。塔式生產(chǎn)裝置的消防設(shè)施主要應(yīng)考慮塔內(nèi)填料、物料的滅火設(shè)施和塔身的冷卻設(shè)施。塔內(nèi)的滅火設(shè)施可以考慮設(shè)計泡沫滅火系統(tǒng),在塔頂設(shè)置泡沫發(fā)生器,一旦塔內(nèi)發(fā)生火災(zāi),泡沫系統(tǒng)可以有效發(fā)揮作用;在塔外部設(shè)計噴水冷卻系統(tǒng),若塔式裝置外部設(shè)有絕熱層,則可采取兩種方法,一種方法是將絕熱層用簡易構(gòu)件相連,在緊急狀態(tài)下,可使絕熱層在短時間內(nèi)迅速剝離塔體,使消防設(shè)施能夠?qū)λw直接進行冷卻,第二種方法是在塔體絕熱層內(nèi)部每隔一定的距離分別設(shè)置環(huán)形噴水冷卻管,火災(zāi)發(fā)生后,能夠起到均勻冷卻塔身的作用。
4、應(yīng)考慮周圍建筑的布置,留有適當?shù)姆阑痖g距。塔式生產(chǎn)裝置的附近盡可能設(shè)計建筑物,避免布置室外生產(chǎn)裝置,布置建筑物的目的是即使塔式生產(chǎn)裝置發(fā)生倒塌砸向建筑物可能比直接砸向生產(chǎn)裝置引起的后果輕一點。如江蘇某化工集團火災(zāi)中,蒸餾塔倒向了東北處的生產(chǎn)廠房,僅僅造成頂樓樓面受損,未造成建筑物的破壞。若工廠條件允許,盡量在塔式生產(chǎn)裝置周圍留有一定的防火間距,防火間距以從裙座到塔頂?shù)母叨葹樽罴选?br />
5、科學布置塔體的輔助裝置,可控制塔體的倒塌方向。塔式生產(chǎn)裝置在頂部設(shè)有氣相出口,與氣相出料管相連,氣相出料管緊依塔體,與塔底的受槽相連,因此,塔體發(fā)生火災(zāi)后,氣相出料管具有一定程度的支撐作用,即使塔體倒塌也不會倒向氣相出料管的一側(cè),因此,在設(shè)計氣相出料管或一些其他輔助裝置時,可考慮一旦塔體發(fā)生火災(zāi)后具有的支撐作用,避免塔體倒向重要的建筑或生產(chǎn)裝置,使塔體倒向具有可控制性。