塔式化工生產(chǎn)裝置火災(zāi)危險(xiǎn)性及防火設(shè)計(jì)

   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(yán)重的后果?，F(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)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(jì)要求，筆者試就塔式生產(chǎn)裝置火災(zāi)危險(xiǎn)性及設(shè)計(jì)時應(yīng)采取的防火對策談一點(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(xiǎn)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(jī)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(tuán)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(shí)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(xì)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(tuán)有限公司1223火災(zāi)中，經(jīng)實(shí)地測量，由于塔內(nèi)填料的燃燒導(dǎo)致塔壁溫度最高處達(dá)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(dǎo)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(yán)重的后果。

    三、防火設(shè)計(jì)建議
    筆者認(rèn)為塔式化工生產(chǎn)裝置在設(shè)計(jì)時應(yīng)進(jìn)行專門的防火設(shè)計(jì)，并且要根據(jù)塔式化工生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)特點(diǎn)、高度、直徑、物料特性等進(jìn)行綜合考慮，防火設(shè)計(jì)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(diǎn)的相鄰廠房或生產(chǎn)裝置的全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)。
    2、應(yīng)進(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)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)λw直接進(jìn)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(dāng)?shù)姆阑痖g距。塔式生產(chǎn)裝置的附近盡可能設(shè)計(jì)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(diǎn)。如江蘇某化工集團(tuán)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(xué)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(jì)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。