寒冷地區(qū)大型煤氣化裝置建筑設(shè)計(jì)
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近幾年，煤炭的綜合利用以及煤化工受到廣泛關(guān)注，煤制油、煤制烯烴等趨向大型化。內(nèi)蒙中部、陜西、山西幾省交界地區(qū)因有大量的優(yōu)質(zhì)煤資源而深受國內(nèi)大型企業(yè)的青睞，在當(dāng)?shù)赝顿Y建廠。同時(shí)在東北和西北其它省份，如黑龍江、吉林、新疆、寧夏等地區(qū)也不斷有煤化工項(xiàng)目在投資興建。
1嚴(yán)寒地區(qū)煤氣化廠房特點(diǎn)
對(duì)于以煤為原料的高能耗化工項(xiàng)目，國家制定了相應(yīng)的限制政策，不達(dá)到一定的規(guī)模、沒有相應(yīng)的深加工產(chǎn)品一般不予批準(zhǔn)。因此，在近年的煤化工項(xiàng)目中均以大型化、多產(chǎn)品為特點(diǎn)。鑒于水煤漿加壓氣化裝置的生產(chǎn)具有一定的特殊性，北方地區(qū)一到寒冷的冬季，若不設(shè)置全封閉采暖廠房，氣化爐開停車的頻率很高時(shí)，易導(dǎo)致含固量很高的液體管線、塔器的塔釜積液部分結(jié)冰，影響工藝裝置的正常生產(chǎn)和操作，從而降低整個(gè)氣化裝置的操作彈性和全廠的生產(chǎn)連續(xù)性、穩(wěn)定性，甚至可能因此而造成非計(jì)劃性的全廠停車。因此，目前在國內(nèi)西北和東北等嚴(yán)寒地區(qū)已建和在建的絕大多數(shù)氣化裝置(水煤漿加壓氣化)，對(duì)于“氣頭”三大工段———煤漿制備、氣化框架、渣水處理采用的多為封閉式廠房。隨著目前煤化工項(xiàng)目的不斷涌現(xiàn)，裝置生產(chǎn)能力越來越大，由一般小型的2、3臺(tái)氣化爐，發(fā)展到后來的5臺(tái)、7臺(tái)氣化爐，直至最近為8臺(tái)氣化爐。不僅氣化爐數(shù)量增多，每臺(tái)爐子的生產(chǎn)能力也越來越大，直徑和高度更是不斷增加。相應(yīng)地，廠房規(guī)模也隨之增大。如西北某項(xiàng)目的氣化框架，在最初的布置中7臺(tái)氣化爐一字排開的情況下，氣化框架廠房總長度已達(dá)到122m，跨度達(dá)到48m，渣水處理廠房的長度更達(dá)到190m。
2建筑專業(yè)參與初期設(shè)備布置的重要性
針對(duì)某些工段建筑物封閉、大型的特點(diǎn)，從建筑防火設(shè)計(jì)的原則來說，必須控制廠房的規(guī)模，才能達(dá)到控制火災(zāi)危險(xiǎn)發(fā)生及危害程度的目的。如達(dá)到一定規(guī)模，必須對(duì)整個(gè)廠房的建筑面積按防火分區(qū)要求進(jìn)行一定的分割。況且，對(duì)于龐大建筑物來講，其進(jìn)深和面寬過大，不利于泄爆，尤其在2006版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡稱《建規(guī)》)出臺(tái)后，泄爆計(jì)算方法與以往有很大不同，對(duì)于煤氣化廠房內(nèi)危險(xiǎn)介質(zhì)為氫氣和一氧化碳?xì)怏w的情況，如按氫氣取值，則其泄壓比值為各類中最大的0.25，如不控制建筑規(guī)模，無法通過泄爆計(jì)算。因此，對(duì)于危險(xiǎn)性較高而規(guī)模又比較大的氣化框架和渣水處理框架兩個(gè)甲乙類封閉廠房，有進(jìn)行建筑分割的必要性。同時(shí)，從煤氣化生產(chǎn)的特點(diǎn)看，也存在分割的可能性。氣化裝置通常包括多臺(tái)并聯(lián)的氣化爐，每臺(tái)氣化爐都配置有一套獨(dú)立的渣水處理系統(tǒng)，可以認(rèn)為每套氣化爐是單線操作，互不影響，因此從布置角度來講，可以將同一氣化裝置的若干臺(tái)氣化爐布置在氣化框架的不同區(qū)域中，而不影響整個(gè)裝置的操作。渣水處理工段的多臺(tái)閃蒸罐也為并聯(lián)設(shè)置，其分割的可能性道理相同。這樣就可以將每個(gè)氣化框架和渣水處理框架的建筑規(guī)?？刂圃谝?guī)范允許的范圍內(nèi)，從而達(dá)到在設(shè)計(jì)最初階段控制火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)的目的。同時(shí)大幅降低建筑內(nèi)部被動(dòng)防火、主動(dòng)消防、通風(fēng)等各項(xiàng)投資。西北某項(xiàng)目，在建筑專業(yè)的提議下，將氣化框架和渣水處理兩工段按基本平均的原則各分為兩個(gè)建筑物，其中單個(gè)氣化框架廠房的總長度縮減到63.5m，單個(gè)渣水處理框架廠房的長度縮減為91.6m。每個(gè)框架廠房之間，按兩個(gè)高層廠房的防火間距進(jìn)行設(shè)計(jì)。同樣原因，煤漿制備主廠房的磨煤廠房也屬大型廠房，其主要生產(chǎn)過程為通過磨煤機(jī)將碎煤磨成一定粒徑的煤粉與石灰石、研磨水、添加劑均勻混合，形成符合要求的水煤漿。磨煤機(jī)與氣化框架之間雖然沒有一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但規(guī)模有對(duì)應(yīng)關(guān)系，即幾臺(tái)氣化爐大體需要幾臺(tái)磨煤機(jī)。針對(duì)氣化裝置各工段的特點(diǎn)，總結(jié)近幾年所作水煤漿氣化項(xiàng)目“氣頭”布置的新特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合《建規(guī)》和即將實(shí)施的《煤化工工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》報(bào)批稿(以下簡稱《煤化工規(guī)》)中的相關(guān)要求，總結(jié)出防火防爆設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
3典型煤漿制備工段廠房布置及建筑防火設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3.1建筑物概況
大型GE水煤漿氣化裝置的煤漿制備工段一般由磨煤廠房、給料廠房、添加劑系統(tǒng)及氮壓機(jī)廠房、真空壓濾廠房等附屬生產(chǎn)廠房組成。有些裝置添加劑系統(tǒng)及氮壓機(jī)機(jī)組布置在磨煤廠房底層、真空壓濾廠房布置在渣水框架附近。添加劑系統(tǒng)及氮壓機(jī)廠房和真空壓濾兩廠房占地面積不大，一般為單層，局部有二層，規(guī)模小，且火災(zāi)危險(xiǎn)性均為戊類，將建筑物作為一個(gè)防火分區(qū)即可滿足《建規(guī)》要求，建筑防火設(shè)計(jì)中不需特殊關(guān)注。
3.2功能布置概況
磨煤廠房一般由兩部分組成:煤儲(chǔ)斗框架和磨煤機(jī)廠房。兩部分均為有煤塊及煤粉存在的場(chǎng)所，工藝專業(yè)提出的火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類。兩部分之間雖聯(lián)系密切，但功能不同，結(jié)構(gòu)型式也不同。磨煤機(jī)廠房是圍繞磨煤機(jī)組設(shè)置的帶有操作平臺(tái)的單層鋼筋混凝土排架廠房。煤儲(chǔ)斗框架根據(jù)工藝介質(zhì)流向從上到下布置，由多臺(tái)煤儲(chǔ)斗縱向連貫，其作用是將輸煤棧橋運(yùn)送來的碎煤儲(chǔ)存到煤儲(chǔ)斗，再經(jīng)煤稱量給料機(jī)計(jì)量輸送到磨煤機(jī)。兩部分之間除輸煤溜管外，沒有其它聯(lián)系。
3.3建筑防火設(shè)計(jì)定性
磨煤機(jī)廠房檐口高度一般在24m左右。內(nèi)部一層為磨煤機(jī)組基礎(chǔ)，上部為磨煤機(jī)及其操作平臺(tái)，按2006版《建規(guī)》第3.3.1條條文說明，及老版《建規(guī)》GB16－87中第3.2.1條條文說明:“高度超過24m的單層廠房內(nèi)的局部生產(chǎn)操作平臺(tái)，如煉鋼廠房的加料平臺(tái)，仍可算為單層廠房。”因此本廠房按單層工業(yè)廠房考慮。煤儲(chǔ)斗框架高度超過40m，超過24m按《建規(guī)》規(guī)定，內(nèi)部有多層實(shí)體樓面，其為高層工業(yè)廠房。
3.4耐火等級(jí)設(shè)計(jì)思路
按照《建規(guī)》相關(guān)規(guī)定，本工段可選擇一、二、三級(jí)耐火等級(jí)。鑒于其建筑均為鋼筋混凝土框架和排架結(jié)構(gòu)，跨度、層高均較大，混凝土梁板柱斷面和保護(hù)層厚度均可達(dá)到二級(jí)耐火等級(jí)要求，因此磨煤廠房通常采用二級(jí)耐火等級(jí)。如廠房規(guī)模過大，每層建筑面積超過二級(jí)丙類建筑的要求，則整個(gè)廠房可選擇一級(jí)耐火等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以減少防火分隔等方面的措施和由分割帶來的使用功能上的不便。
3.5防火分區(qū)設(shè)計(jì)思路
磨煤機(jī)廠房和煤儲(chǔ)斗框架兩廠房之間采用3h耐火極限防火墻分隔，防火墻位于高側(cè)的煤儲(chǔ)斗框架，一直做到40m以上標(biāo)高的煤儲(chǔ)斗框架頂層屋面板下。根據(jù)《建規(guī)》規(guī)定———“兩座廠房相鄰較高一面的外墻為防火墻時(shí)，其防火間距不限?！币虼藘蓮S房之間貼鄰建造，滿足《建規(guī)》要求。鑒于此，兩廠房從結(jié)構(gòu)型式和功能上均不同，要求煤儲(chǔ)斗框架按磨煤機(jī)廠房一樣，當(dāng)作丙類單層廠房考慮不合理;同樣，要求磨煤機(jī)廠房按煤儲(chǔ)斗框架一樣當(dāng)成丙類高層廠房也不合理，防火設(shè)計(jì)上應(yīng)分別按各自特點(diǎn)考慮。對(duì)于單層排架結(jié)構(gòu)的磨煤機(jī)廠房，根據(jù)《建規(guī)》規(guī)定，二級(jí)耐火等級(jí)的單層工業(yè)廠房每個(gè)防火分區(qū)面積可達(dá)8000m2。目前磨煤機(jī)廠房跨度大多在30m以內(nèi)，則每個(gè)磨煤機(jī)廠房的長度可做到200m以上而不需進(jìn)行防火分隔。對(duì)于高層框架結(jié)構(gòu)的煤儲(chǔ)斗框架，根據(jù)《建規(guī)》規(guī)定，二級(jí)耐火等級(jí)的丙類高層工業(yè)廠房每個(gè)防火分區(qū)面積可達(dá)2000m2。目前磨煤機(jī)廠房跨度大多在10～12m，則每個(gè)防火分區(qū)的長度可做到170～200m而不需進(jìn)行防火分隔。從設(shè)置消防車道的角度來考慮，則盡量將建筑物縱向長度控制在150m為宜。
3.6其它防火疏散設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(1)本工段火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類，煤儲(chǔ)斗框架部分為高層廠房，應(yīng)嚴(yán)格按照《建規(guī)》規(guī)定做封閉樓梯間或室外梯，以滿足疏散要求。
(2)目前所做的大型煤化工項(xiàng)目中的磨煤廠房一般在100m以上。雖不超過一個(gè)防火分區(qū)的面積，但因煤儲(chǔ)斗部分為縱長建筑，廠房疏散設(shè)計(jì)仍需多加關(guān)注?！督ㄒ?guī)》要求丙類高層一、二級(jí)廠房最遠(yuǎn)疏散距離為40m，因此在建筑中間適當(dāng)位置需增加一至幾部封閉樓梯間或室外樓梯以滿足疏散距離不超過規(guī)定指標(biāo)的要求。尤須注意的是，煤儲(chǔ)斗框架一般在頂層設(shè)有運(yùn)煤皮帶，因此中間跨設(shè)置封閉樓梯間需考慮位置布置適當(dāng)，確保樓梯間既位置居中，又不影響皮帶和人員通行。布置封閉樓梯間確有困難時(shí)，也可選擇廠房外掛樓梯解決，但須做好冬季防風(fēng)防滑措施。
4典型氣化框架工段廠房布置及建筑防火防爆設(shè)計(jì)要點(diǎn)
4.1建筑物概況
氣化框架通常為多層鋼筋混凝土框架，有時(shí)因地震情況不同設(shè)計(jì)為下部多層鋼筋混凝土框架、上部少數(shù)層鋼框架的結(jié)構(gòu)形式。層數(shù)在十層左右，高度大約50～60m。在氣化爐主框架一側(cè)有個(gè)二層的撈渣機(jī)集渣輸送區(qū)。建設(shè)在寒冷地區(qū)的項(xiàng)目，氣化框架因工藝需要，做成帶圍護(hù)墻的封閉式建筑居多，以滿足設(shè)備生產(chǎn)和人員操作的要求。
4.2功能布置概況
GE水煤漿氣化工藝的氣化框架工段，居中兩跨為圍繞氣化爐設(shè)置的主體框架，高壓煤漿泵輸送來的水煤漿與高壓氧分別通過燒嘴的不同流道進(jìn)入氣化爐，反應(yīng)后的高溫氣體激冷后通過文丘里洗滌器進(jìn)入洗滌塔，洗滌后的合成氣通過管廊進(jìn)入下游裝置。同時(shí)，反應(yīng)后的液態(tài)渣激冷后經(jīng)鎖斗輸送到撈渣機(jī)的渣倉，通過皮帶輸送到運(yùn)渣車，進(jìn)行后續(xù)處理。
4.3建筑防火設(shè)計(jì)定性
氣化裝置產(chǎn)生的合成氣，主要成分為氫氣、硫化氫、一氧化碳和二氧化碳等。氫氣為甲類氣11體，氣化爐框架主體為十層左右的鋼筋混凝土框架，因此氣化爐框架部分為甲類高層廠房。
4.4耐火等級(jí)設(shè)計(jì)思路
按照《建規(guī)》相關(guān)規(guī)定，本工號(hào)可選擇一、二級(jí)耐火等級(jí)。鑒于本廠房除個(gè)別層局部為鋼結(jié)構(gòu)，主體為多層鋼筋混凝土框架，跨度、層高均較大，混凝土梁板柱斷面和保護(hù)層厚度均可達(dá)到一級(jí)耐火等級(jí)要求;同時(shí)，由于廠房火災(zāi)危險(xiǎn)性高，選擇較高耐火等級(jí)更利于防火疏散，而且對(duì)于規(guī)范允許防火分區(qū)面積可以做得更大，進(jìn)而減少廠房內(nèi)部防火分隔。因此氣化框架宜優(yōu)先采用一級(jí)耐火等級(jí)。在《煤化工規(guī)》中也規(guī)定了氣化框架應(yīng)為一級(jí)耐火等級(jí)建筑。
4.5防火分區(qū)設(shè)計(jì)思路
《建規(guī)》規(guī)定，甲類廠房宜采用單層廠房，也可在采取一定的措施后采用多層廠房?！吧贁?shù)因工藝生產(chǎn)需要，確需采用高層建筑者，必須通過必要的程序進(jìn)行充分論證?！辫b于此，近幾年的西北地區(qū)煤化工項(xiàng)目中，均采用參照《建規(guī)》中甲類多層建筑要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在初步設(shè)計(jì)階段文件中采用“報(bào)請(qǐng)當(dāng)?shù)叵啦块T備案，提出解決問題的原則”進(jìn)行設(shè)計(jì)。2009年下半年至今，為滿足日益增多的煤化工項(xiàng)目的需要，由天津消防所和內(nèi)蒙消防總隊(duì)主編了《煤化工規(guī)》，并最終形成了報(bào)批稿。天津消防所專家與我院設(shè)計(jì)方進(jìn)行了多次溝通，尤其針對(duì)一些大型煤化工項(xiàng)目碰到的甲類高層問題進(jìn)行了多次討論，征求設(shè)計(jì)方意見。對(duì)于氣化框架這類甲類高層建筑，《煤化工規(guī)》最終統(tǒng)一采用封閉式建筑一個(gè)防火分區(qū)面積為3000m2的做法。與此前我們所做的一些寒冷地區(qū)項(xiàng)目所參照的甲類多層建筑指標(biāo)相同。西北某項(xiàng)目在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之初，建筑專業(yè)即對(duì)甲類高層問題提出審查建議，提請(qǐng)業(yè)主根據(jù)《建規(guī)》中要求將此甲類高層方案上報(bào)當(dāng)?shù)叵啦块T。同時(shí)提請(qǐng)管道布置專業(yè)注意嚴(yán)格控制建筑物規(guī)模，避免出現(xiàn)過大建筑物。并提出建議，將整個(gè)工段分為兩個(gè)建筑物，以達(dá)到控制建筑規(guī)模進(jìn)而控制火災(zāi)發(fā)生與蔓延程度的目的。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，目前我院設(shè)計(jì)的氣化框架，其單個(gè)氣化爐所在框架基本尺寸不超過10m，較大型的單個(gè)氣化爐所占面積為一個(gè)10m面寬、兩個(gè)9m進(jìn)深，即大約200m2的占地面積。加上框架兩側(cè)每臺(tái)氣化爐附屬的泵區(qū)和撈渣區(qū)，單臺(tái)氣化爐所占面積達(dá)到500m2。如加上樓電梯間等輔助功能區(qū)，4臺(tái)氣化爐的面積已接近3000m2的甲類多層一級(jí)建筑的單個(gè)防火分區(qū)面積極限，這個(gè)指標(biāo)同時(shí)也是《煤化工規(guī)》中規(guī)定的一個(gè)防火分區(qū)和每層所占面積的規(guī)定指標(biāo)。因此建議以4臺(tái)氣化爐為限，如整個(gè)裝置氣化爐數(shù)量超過4臺(tái)，則將工段分為兩個(gè)以上建筑物，使每部分氣化爐數(shù)量不超過4臺(tái)，以確保整個(gè)建筑物面積不超過規(guī)范的極限要求。二層及以上各層基本為氣化爐主體框架，兩個(gè)10m進(jìn)深，每臺(tái)爐占地200m2左右，加上樓電梯間后四臺(tái)爐為1300m2左右，每層可作為一個(gè)單獨(dú)的防火分區(qū)而不需進(jìn)行防火分隔。
4.6其它防火疏散設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(1)樓梯設(shè)置:整個(gè)建筑為甲類高層，按《建規(guī)》要求，需設(shè)置封閉樓梯間或室外樓梯作為安全出口。因本工段建筑物基本為縱長型，需嚴(yán)格按照《煤化工規(guī)》的要求進(jìn)行疏散出口數(shù)量和距離核算，如超過規(guī)范規(guī)定的25m疏散距離，則需在建筑中部適當(dāng)位置另設(shè)封閉樓梯間或是室外樓梯。
(2)消防電梯的設(shè)置:本工段每個(gè)建筑物一般設(shè)有一部貨梯用于運(yùn)輸維修小件，同時(shí)兼做檢修人員上下樓層使用。根據(jù)《建規(guī)》要求，因氣化框架廠房內(nèi)沒有固定崗位操作人員，只偶爾有檢修人員巡檢，此廠房可不設(shè)消防電梯。但從加強(qiáng)防火措施的角度，建議此電梯作為消防電梯，以便為消防人員爭取撲救時(shí)間和保存體力。同時(shí)，像氣化框架這類高度大于32m且設(shè)置電梯的高層廠房，《煤化工規(guī)》也進(jìn)一步提出了“宜設(shè)置消防電梯、此電梯可兼作貨梯使用”的要求。因此，建議以后的煤化工項(xiàng)目將此電梯設(shè)計(jì)為消防電梯，作為甲類高層廠房防火方面的補(bǔ)充措施。
4.7防爆設(shè)計(jì)要點(diǎn)
本工段存在的危險(xiǎn)物料中，氫氣和一氧化碳?xì)夥謩e為甲乙類有爆炸危險(xiǎn)的氣體，因此整個(gè)廠房需采取防爆措施:
(1)廠房采用鋼筋混凝土或鋼框架形式，滿足《建規(guī)》對(duì)防爆廠房的結(jié)構(gòu)選型要求。
(2)廠房內(nèi)需做不發(fā)火花樓地面，同時(shí)，廠房內(nèi)如有電動(dòng)卷簾門等用電設(shè)備，需選用防爆電機(jī)和不發(fā)火花導(dǎo)軌等。
4.8泄爆設(shè)計(jì)要點(diǎn)
同理，廠房也需做泄爆構(gòu)造，其理論泄爆面積需按《建規(guī)》規(guī)定公式進(jìn)行計(jì)算，廠房實(shí)際的泄爆面積需不小于計(jì)算數(shù)據(jù)。
(1)在近年的設(shè)計(jì)中一般采用輕質(zhì)泄壓外墻及屋面作為泄壓構(gòu)造。考慮到廠房內(nèi)有比空氣輕的氫氣存在，尤需采用輕型泄爆屋面進(jìn)行泄爆。在屋面有可能有設(shè)備和檢修平臺(tái)的情況下，也宜盡量采用輕型屋面板，在有設(shè)備和檢修平臺(tái)的部位作架空于輕型屋面之上的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，以盡量加大屋頂泄爆面積。
(2)對(duì)于泄壓比值，各項(xiàng)目設(shè)計(jì)中均采用氫氣的0.25，為各介質(zhì)中最高。但對(duì)于這類高大且層數(shù)多的建筑物，如分層計(jì)算，則除個(gè)別層外，單靠外墻泄壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了泄壓面積要求，只能按廠房各層聯(lián)通為一個(gè)整體空間計(jì)算才能通過。針對(duì)這個(gè)問題，作為《煤化工規(guī)》編制單位的天津消防研究所，經(jīng)過多方充分論證，針對(duì)廠房內(nèi)合成氣組分的實(shí)際情況進(jìn)行研究，在《煤化工規(guī)》中專門對(duì)氣化框架的泄壓比C值作了規(guī)定，即按0.11～0.16計(jì)算。通過對(duì)幾個(gè)已建項(xiàng)目的氣化框架各層分別測(cè)算，實(shí)際泄壓面積基本能夠滿足泄爆計(jì)算數(shù)值要求。因此，今后的項(xiàng)目中可與當(dāng)?shù)叵谰譁贤ǎ词欠窨刹捎么藬?shù)值進(jìn)行泄壓計(jì)算。
5典型渣水處理工段廠房布置及建筑防火防爆設(shè)計(jì)要點(diǎn)
5.1建筑物概況
GE水煤漿氣化的渣水處理框架為多層鋼筋混凝土框架，層數(shù)在六層左右，建筑高度40多m。建設(shè)在寒冷地區(qū)的項(xiàng)目，渣水處理因工藝生產(chǎn)的需要，做成有墻體圍合的封閉式廠房居多，以滿足生產(chǎn)和操作維修的要求。
5.2功能布置概況
GE水煤漿氣化的渣水處理框架，主體結(jié)構(gòu)圍繞多級(jí)閃蒸系統(tǒng)布置為兩跨鋼筋混凝土框架，一層局部附加一跨為泵區(qū)。來自氣化框架的高低壓黑水經(jīng)多級(jí)閃蒸后，可燃?xì)怏w通過管路輸送到火炬，灰水循環(huán)輸送回氣化框架，含固量很高的黑水輸送到壓濾機(jī)廠房進(jìn)一步處理。
5.3建筑防火設(shè)計(jì)定性
閃蒸罐生產(chǎn)過程中有合成氣存在，其主要成分為氫氣、硫化氫氣體和一氧化碳?xì)怏w。氫氣為甲類氣體，建筑高度超過24m，有多個(gè)樓層，因此整個(gè)建筑按高層廠房考慮。同時(shí)，GE水煤漿氣化的渣水處理工段，由于洗滌塔布置在氣化框架，從氣化框架輸送到渣水處理的只有黑水，黑水中此類氣體含量很少，近期項(xiàng)目已將GE水煤漿氣化的渣水框架定為乙類。故此廠房防火按乙類高層廠房考慮，這也與《煤化工規(guī)》中的規(guī)定相符。
5.4耐火等級(jí)設(shè)計(jì)思路
按照《建規(guī)》相關(guān)規(guī)定，本工號(hào)可選擇一、二級(jí)耐火等級(jí)。鑒于本廠房除底層局部為鋼結(jié)構(gòu)，主體為多層鋼筋混凝土框架，跨度、層高均較大，混凝土梁板柱斷面和保護(hù)層厚度均可達(dá)到一級(jí)耐火等級(jí)要求;同時(shí)，因廠房火災(zāi)危險(xiǎn)性高，選擇較高耐火等級(jí)更利于防火疏散，而且對(duì)于允許防火分區(qū)可以做得更大，進(jìn)而減少廠房內(nèi)部防火分隔。因此渣水處理廠房宜采用一級(jí)耐火等級(jí)。這也與《煤化工規(guī)》中的規(guī)定相符。
5.5防火分區(qū)設(shè)計(jì)思路
在未出臺(tái)《煤化工規(guī)》時(shí)，渣水處理工段按照甲類廠房考慮。甲類高層廠房問題同本文4.5“防火分區(qū)設(shè)計(jì)思路”所述。此處不再贅述。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，目前本院設(shè)計(jì)的渣水處理，一般一臺(tái)氣化爐對(duì)應(yīng)多臺(tái)高、低壓閃蒸罐，如氣化爐為8臺(tái)，8跨建筑，則渣水處理基本為16跨，大概一臺(tái)爐對(duì)應(yīng)兩跨渣水處理。每跨開間基本尺寸不超過10m，較大型氣化裝置單個(gè)爐對(duì)應(yīng)的渣水處理單元尺寸為一個(gè)10m面寬，兩個(gè)9m進(jìn)深，即大約200m2的占地面積。加上框架一側(cè)附屬的泵區(qū)，首層單跨所占面積達(dá)230m2。如加上樓電梯間等輔助功能區(qū)，做至12跨時(shí)，總面積已接近3000m2的甲類多層一級(jí)建筑的單個(gè)防火分區(qū)面積極限。因此建筑物如能控制在此跨數(shù)范圍內(nèi)，則一層采用一個(gè)防火分區(qū)即可，不需額外進(jìn)行防火分隔。如結(jié)合氣化框架布置，大體可按照氣化爐分隔措施分隔渣水處理框架。如8臺(tái)氣化爐的氣化框架分為兩個(gè)建筑物，則對(duì)應(yīng)的渣水處理也最好相應(yīng)分隔為2個(gè)建筑物，以免面積超過規(guī)范規(guī)定限值，同時(shí)設(shè)備管線一一對(duì)應(yīng)更便于工藝生產(chǎn)。最新的《煤化工規(guī)》中規(guī)定渣水處理工段定為乙類，其每個(gè)防火分區(qū)面積可做到4000m2，在做具體項(xiàng)目時(shí)可按2006版規(guī)定，結(jié)合項(xiàng)目規(guī)模選擇合適的渣水處理單體建筑規(guī)模。二層及以上各層基本為閃蒸罐框架，進(jìn)深為兩跨，則每跨面寬的占地面積為180m2左右，如總跨數(shù)控制在與一層相同的12跨之內(nèi)，或是與氣化框架對(duì)應(yīng)布置，則每層可作為一個(gè)防火分區(qū)而不需進(jìn)行防火分隔。
5.6其它防火疏散設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(1)整個(gè)建筑為乙類高層，按《建規(guī)》要求，需設(shè)置封閉樓梯間或是室外樓梯作為安全出口。
(2)因本工段建筑物基本為縱長型，需嚴(yán)格按照《煤化工規(guī)》的要求進(jìn)行疏散出口數(shù)量和距離核算，如超過規(guī)范規(guī)定的30m疏散距離，則需在建筑中部適當(dāng)位置另設(shè)封閉樓梯間或是室外樓梯。
5.7防爆設(shè)計(jì)要點(diǎn)
本工段存在的危險(xiǎn)物料中，氫氣和一氧化碳?xì)怏w分別為甲乙類有爆炸危險(xiǎn)的氣體，因此整個(gè)廠房需采取的防爆措施同本文4.7中相關(guān)做法。
5.8泄爆設(shè)計(jì)要點(diǎn)
同理，廠房也需做泄爆構(gòu)造，其理論泄爆面積需按《建規(guī)》規(guī)定公式進(jìn)行計(jì)算，廠房實(shí)際的泄爆面積需不小于計(jì)算數(shù)據(jù)。其泄壓構(gòu)造和泄壓比值選取，同本文4.8中相關(guān)做法，此處不再贅述。需格外關(guān)注的是，渣水處理廠房一般為縱長型建筑物，通常單體建筑超過《建規(guī)》規(guī)定的長徑比要求，需按規(guī)范分段計(jì)算泄壓面積。另外，渣水處理屋頂有不少設(shè)備，大部分為臥罐，以前所做渣水處理工段均為混凝土屋面，即是考慮到此部分設(shè)備檢修等的要求。經(jīng)計(jì)算，如屋頂不做為泄爆構(gòu)造，恐難達(dá)到計(jì)算要求的泄爆面積，因此，在西北某項(xiàng)目中將有臥罐部分那品框架做成鋼筋混凝土屋面，無設(shè)備布置的屋面仍舊采用輕型屋面板，盡量擴(kuò)大屋頂泄爆面積。同時(shí)，在與臥罐連接的需要操作的部位采用屋面上做架空鋼板人行走道的方式解決，兼顧了規(guī)范要求和生產(chǎn)操作兩方面，是個(gè)不錯(cuò)的嘗試，在以后的項(xiàng)目中可以推廣使用。
6結(jié)語
本文針對(duì)近年設(shè)計(jì)的煤化工項(xiàng)目、尤其是GE水煤漿氣化項(xiàng)目的大型化、封閉化特點(diǎn)，總結(jié)建筑防火防爆設(shè)計(jì)思路，提出基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)，供建筑專業(yè)設(shè)計(jì)人在煤化工領(lǐng)域設(shè)計(jì)中采用。煤化工新工藝的不斷涌現(xiàn)，如多噴嘴氣化爐工藝等，其工藝流程與GE氣化爐大體相似，而設(shè)備布置和工段劃分等雖不完全相同，也相近，設(shè)計(jì)人可參照本文設(shè)計(jì)原則對(duì)照各項(xiàng)目生產(chǎn)布置情況進(jìn)行深入思考和設(shè)計(jì)。
作者：聞莉 單位：中國天辰工程有限公司