燃?xì)鈱?dǎo)熱油鍋爐房的設(shè)計(jì)探討

楊文平,許景寒

(1.湖北省化學(xué)工業(yè)研究設(shè)計(jì)院,湖北 武漢 430073;2.湖北省緣達(dá)化工工程有限公司,湖北 武漢 430073)

在化工項(xiàng)目中,經(jīng)常有溫度超過200 ℃的生產(chǎn)過程需要用導(dǎo)熱油來加熱,而作為配套提供加熱導(dǎo)熱油的設(shè)施就是導(dǎo)熱油鍋爐房。燃?xì)鈱?dǎo)熱油爐作為化工項(xiàng)目中最常見的類型,在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常需要向總圖、建筑、電氣等專業(yè)提工藝條件,對(duì)于導(dǎo)熱油鍋爐房的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別判定、是否屬于明火地點(diǎn)、爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分這幾個(gè)問題一直存在爭(zhēng)議,也影響著導(dǎo)熱油鍋爐房的準(zhǔn)確設(shè)計(jì),本文就這三個(gè)方面的問題進(jìn)行探討并對(duì)導(dǎo)熱油鍋爐房的安全設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),為類似的工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 導(dǎo)熱油鍋爐房的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別的判定

由《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016—2014(2018版)第3.1.1可知:生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)性應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)中使用或產(chǎn)生的物質(zhì)及其數(shù)量等因素劃分[1]。因此在討論導(dǎo)熱油鍋爐房火災(zāi)危險(xiǎn)性之前有必要先對(duì)導(dǎo)熱油的性質(zhì)進(jìn)行了解,某企業(yè)導(dǎo)熱油的性質(zhì)一覽表如表1。

表1 某企業(yè)導(dǎo)熱油性質(zhì)一覽表

由表1可知導(dǎo)熱油是丙類可燃液體。另外根據(jù)《有機(jī)熱載體》GB 23971-2009可知導(dǎo)熱油是可燃介質(zhì),火災(zāi)類別為丙類,目前行業(yè)內(nèi)對(duì)于導(dǎo)熱油為可燃液體這一點(diǎn)并無爭(zhēng)議,但是在設(shè)計(jì)過程中關(guān)于導(dǎo)熱油鍋爐房的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別的劃分存在乙類、丙類及丁類這三種觀點(diǎn)。

1.1 丁類火災(zāi)危險(xiǎn)性的劃分依據(jù)

有觀點(diǎn)認(rèn)為導(dǎo)熱油鍋爐房火災(zāi)類別是丁類,其主要是依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016—2014(2018版)。在GB 50016條文解釋表一中明確列舉了鍋爐房屬于丁類,該規(guī)范沒有說明是何種鍋爐,因此目前設(shè)計(jì)上很多采用此條文進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)《鍋爐房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50041—2020第15.1.1條中對(duì)鍋爐房的火災(zāi)危險(xiǎn)性按照不同功能間進(jìn)行了分類,其中鍋爐間為丁類,油箱間等屬于丙類,調(diào)壓間屬于甲類[2]。對(duì)于燃?xì)忮仩t房,不存在用作燃料的儲(chǔ)油間,調(diào)壓間只是用于燃?xì)庹{(diào)壓,燃?xì)庵淮嬖谟诠艿乐胁⒉粌?chǔ)存,因此按照建規(guī)GB 50016第3.1.2條規(guī)定,由于燃?xì)饬枯^少整個(gè)鍋爐房建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性依舊可以按照危險(xiǎn)性低的鍋爐間劃分為丁類。但是該規(guī)范主要適用于蒸汽鍋爐和熱水鍋爐,不適用導(dǎo)熱油鍋爐房的設(shè)計(jì)。

導(dǎo)熱油鍋爐明顯不同于蒸汽鍋爐,前者熱媒為導(dǎo)熱油,后者熱媒為水蒸汽,即使均采用天然氣作為燃料,導(dǎo)熱油鍋爐房設(shè)計(jì)過程中通常還有導(dǎo)熱油低位槽、注油泵、導(dǎo)熱油循環(huán)泵、導(dǎo)熱油膨脹槽等丙類設(shè)備,顯然將導(dǎo)熱油鍋爐房整體定為丁類是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

也有觀點(diǎn)認(rèn)為根據(jù)《導(dǎo)熱油供熱站設(shè)計(jì)規(guī)范》SY/T 7405—2018第13.1.1條導(dǎo)熱油鍋爐房屬于丁類,根據(jù)第13.1.1條:日用油箱間(燃料油)屬于丙類生產(chǎn)廠房;燃?xì)庹{(diào)壓間屬于甲類生產(chǎn)廠房;爐前操作間屬于丁類生產(chǎn)廠房[3]。這與GB 50041的規(guī)定相同,從該規(guī)范可以看出,爐前操作間火災(zāi)危險(xiǎn)性類別劃分未考慮導(dǎo)熱油火災(zāi)危險(xiǎn)性的影響,但是規(guī)范并沒有說整個(gè)導(dǎo)熱油鍋爐房屬于丁類,并且化工項(xiàng)目中低位油槽與高位油槽等設(shè)備所占鍋爐房建筑面積小于5%的情況幾乎不存在,利用爐前操作間的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別決定整個(gè)鍋爐房的火災(zāi)危險(xiǎn)性顯然值得商榷。

現(xiàn)行規(guī)范沒有明確說明導(dǎo)熱油鍋爐房整體屬于丁類,因此建議設(shè)計(jì)過程中仍需要考慮導(dǎo)熱油的火災(zāi)危險(xiǎn)性的影響。

1.2 丙類火災(zāi)危險(xiǎn)性的劃分依據(jù)

還有觀點(diǎn)認(rèn)為導(dǎo)熱油爐房火災(zāi)危險(xiǎn)性類別是丙類,其主要依據(jù)是《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016—2014(2018版),由于導(dǎo)熱油屬于可燃液體,閃點(diǎn)大于60 ℃,其火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類。導(dǎo)熱油本身是用作加熱的媒介,不作為燃料,按照建規(guī)GB 50016第3.1.1條鍋爐房火災(zāi)危險(xiǎn)性應(yīng)為丙類。

1.3 乙類火災(zāi)危險(xiǎn)性的劃分依據(jù)

也有觀點(diǎn)認(rèn)為導(dǎo)熱油爐房火災(zāi)危險(xiǎn)性類別是乙類,其主要依據(jù)是很多時(shí)候?qū)嵊蜖t的工作溫度達(dá)到300 ℃,此種情況下,導(dǎo)熱油的工作溫度多是超過閃點(diǎn)。按照《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》GB 50160—2008(2018版)中的規(guī)定,超過閃點(diǎn)的丙B類液體火災(zāi)危險(xiǎn)性應(yīng)視為乙B類[4],通常在導(dǎo)熱油鍋爐房中鍋爐間的面積占比是最大的,按照建規(guī)的規(guī)定,導(dǎo)熱油爐的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別應(yīng)為乙類。

綜上,導(dǎo)熱油鍋爐房的火災(zāi)危險(xiǎn)性存在丙類和乙類的情況,不建議劃分為丁類。具體的火災(zāi)類別劃分應(yīng)該以導(dǎo)熱油爐的工況和采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定。

2 導(dǎo)熱油鍋爐是否屬于明火點(diǎn)的判定

對(duì)于鍋爐房中導(dǎo)熱油爐是否屬于明火地點(diǎn)一直有較大的爭(zhēng)議,因?yàn)橐坏┒槊骰鸬攸c(diǎn),其與其他建構(gòu)筑物尤其是甲乙類建構(gòu)筑物的防火間距要按明火地點(diǎn)考慮,GB 50016甲類廠房、乙類廠房與明火點(diǎn)的間距均為30 m,而非明火地點(diǎn)與甲乙類廠房的防火間距僅為12 m,顯然是否為明火地點(diǎn)對(duì)防火間距的要求影響較大,因此導(dǎo)熱油爐是否屬于明火點(diǎn)的討論很有必要。

根據(jù)規(guī)范GB 50016,明火地點(diǎn)指室內(nèi)外有外漏火焰或赤熱表面的固定地點(diǎn)。不少設(shè)備制造廠家及項(xiàng)目建設(shè)方認(rèn)為導(dǎo)熱油爐現(xiàn)在的制造水平已經(jīng)相當(dāng)高了,其燃燒均可以控制在燃燒室內(nèi)進(jìn)行,燃燒室為密閉構(gòu)造,不存在外漏火焰,另外設(shè)備、管路均有良好的保溫也不存在熾熱表面,因此導(dǎo)熱油爐可以不作為明火地點(diǎn)。

但是石化規(guī)GB 50160除了明火地點(diǎn)之外還有明火設(shè)備的概念,明火設(shè)備是指燃燒室與大氣連通,非正常情況下有火焰外露的加熱設(shè)備和廢氣焚燒設(shè)備。一般的燃?xì)鈱?dǎo)熱油爐均是由鼓風(fēng)機(jī)將大氣中空氣送入燃燒室與燃?xì)饣旌?顯然燃燒室可以認(rèn)為是與大氣相通的,因此導(dǎo)熱油鍋爐可以認(rèn)定為明火設(shè)備。

在筆者接觸的安全評(píng)價(jià)單位還有設(shè)計(jì)單位中都是將導(dǎo)熱油爐作為明火設(shè)備,其與周邊的間距按明火地點(diǎn)考慮。為了項(xiàng)目順利通過各項(xiàng)審查程序,建議鍋爐房按照明火地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 導(dǎo)熱油鍋爐房鍋爐間是否劃為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的判定

目前存在觀點(diǎn)認(rèn)為,導(dǎo)熱油火災(zāi)危險(xiǎn)性類別是丙B類,操作溫度超過閃點(diǎn)按照GB 50160第3.0.2條,其火災(zāi)危險(xiǎn)性類別應(yīng)視為乙B類,按照《爆炸危險(xiǎn)性環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058—2014第3.1.1條其可以不劃為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域,因此導(dǎo)熱油鍋爐房除了調(diào)壓間其余區(qū)域均不應(yīng)劃為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

筆者認(rèn)為此觀點(diǎn)存在兩方面的問題:一方面在化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,并不是所有的項(xiàng)目總平面布置設(shè)計(jì)都執(zhí)行GB 50160,如項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中本身不執(zhí)行此規(guī)范,仍將超過閃點(diǎn)的導(dǎo)熱油按照此條劃分火災(zāi)危險(xiǎn)性顯然是不妥的;另一方面,依據(jù)GB 50058第3.3.1條第4款規(guī)定:當(dāng)可燃液體閃點(diǎn)≥60 ℃時(shí),在物料操作溫度高于可燃液體閃點(diǎn)的情況下,可燃液體可能泄漏時(shí),其爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的范圍宜適當(dāng)縮小,但不宜小于4.5 m[5]。一個(gè)建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)性與爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分沒有必然聯(lián)系,例如有些甲、乙類場(chǎng)所如可燃物質(zhì)可能出現(xiàn)的最高濃度不超過爆炸下限的10%時(shí)可不劃為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域,還有些丁、戊類建筑中有少量易燃易爆甲、乙類物質(zhì)的場(chǎng)所需要?jiǎng)澐直ㄎｋU(xiǎn)區(qū)域,因此,筆者認(rèn)為對(duì)于鍋爐房要根據(jù)實(shí)際情況來確定是否劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

還有觀點(diǎn)認(rèn)為導(dǎo)熱油鍋爐屬于明火設(shè)備,按照GB 50058第3.2.2條第三款規(guī)定,導(dǎo)熱油鍋爐附近可以不劃為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域?，F(xiàn)行規(guī)范對(duì)于“明火設(shè)備附近”沒有明確的數(shù)值,唯一給出這個(gè)數(shù)值的規(guī)范就是《石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》SH/T 3038—2000第4.2.6條提到明火的設(shè)備周圍1.5 m,但在后來更新的SH/T 3038—2017中刪除了1.5 m的距離要求[6],更新后的內(nèi)容與GB 50058第3.2.2條一致。這個(gè)修改可能是由于明火設(shè)備類型太多、設(shè)備制造水平差異也較大,因此規(guī)范未將此距離作具體規(guī)定。雖然規(guī)范未明確具體數(shù)值,但是這個(gè)數(shù)值顯然不可能太大。

因此,在導(dǎo)熱油工作溫度超過其閃點(diǎn)的情況下,建議導(dǎo)熱油鍋爐房的鍋爐間離鍋爐本體1.5 m以外的釋放源場(chǎng)所應(yīng)該劃為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域,其爆炸危險(xiǎn)區(qū)域范圍可以按照4.5 m半徑進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對(duì)于工作溫度小于等于導(dǎo)熱油閃點(diǎn)的情況,導(dǎo)熱油鍋爐房的鍋爐間可以不劃為爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。

4 燃?xì)鈱?dǎo)熱油鍋爐房的安全設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 總圖

燃?xì)鈱?dǎo)熱油鍋爐房應(yīng)布置在靠近熱負(fù)荷比較集中的區(qū)域,這樣能夠使導(dǎo)熱油供熱管道盡可能短,經(jīng)濟(jì)上更合理,供整個(gè)廠區(qū)使用的燃?xì)鈱?dǎo)熱油爐房應(yīng)獨(dú)立布置[7],并布置在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域以外。由于導(dǎo)熱油爐屬于明火設(shè)備,布置在可能散發(fā)可燃?xì)怏w的場(chǎng)所和設(shè)施的全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)[4],與周圍建構(gòu)物的防火間距除了考慮火災(zāi)類別的因素外,還應(yīng)考慮明火的因素。如采用GB 50160進(jìn)行總平設(shè)計(jì),供全廠使用的導(dǎo)熱油爐房還應(yīng)按全廠二類重要設(shè)施考慮。

4.2 工藝及管道

燃?xì)鈱?dǎo)熱油鍋爐典型工藝流程如圖1。導(dǎo)熱油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置膨脹槽,膨脹槽的設(shè)計(jì)壓力不低于0.2 MPa,安裝高度應(yīng)高于導(dǎo)熱油使用系統(tǒng)最高點(diǎn)3.0 m左右,且應(yīng)確保在位于設(shè)計(jì)允許的最低液位時(shí)導(dǎo)熱油循環(huán)泵不發(fā)生汽蝕,膨脹槽不得位于鍋爐的正上方。閉式膨脹罐應(yīng)設(shè)置安全閥,安全閥起跳壓力可以設(shè)定為膨脹槽設(shè)計(jì)壓力的0.93倍。導(dǎo)熱油儲(chǔ)油罐的設(shè)計(jì)壓力不低于0.2 MPa,設(shè)置在單獨(dú)的儲(chǔ)油間內(nèi)與鍋爐間采用防火隔墻分隔,導(dǎo)熱油管道穿墻部位應(yīng)采用防火封堵。

導(dǎo)熱油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置氮?dú)獾榷栊詺怏w置換和保護(hù)系統(tǒng),氮?dú)獾墓鈮毫Σ坏陀?.3 MPa。與導(dǎo)熱油管道及設(shè)備直接連接的氮?dú)夤艿缿?yīng)設(shè)置止回閥和兩道切斷閥,止逆閥應(yīng)該按照與導(dǎo)熱油管道同一壓力等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

導(dǎo)熱油管道應(yīng)選用無縫鋼管,管材性能不應(yīng)低于《低中壓鍋爐用無縫鋼管》GB/T 3087—2022中的20#鋼,壓力等級(jí)不宜低于PN25。

導(dǎo)熱油管道的設(shè)計(jì)溫度不應(yīng)低于導(dǎo)熱油最高工作溫度加上30 ℃之和。管道設(shè)計(jì)流速不應(yīng)高于2 m/s。

導(dǎo)熱油鍋爐的進(jìn)口管道應(yīng)裝設(shè)一道切斷閥,并應(yīng)在進(jìn)口切斷閥和出口切斷閥之間裝設(shè)安全閥,安全閥的排出口宜接至儲(chǔ)油罐。

導(dǎo)熱油管道在布置時(shí)應(yīng)考慮溫度引起的應(yīng)力問題,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照規(guī)定進(jìn)行應(yīng)力分析,并采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。

導(dǎo)熱油管道不應(yīng)橫跨鍋爐上方,位于人員通道上方的管道不設(shè)置法蘭和閥門,凈高不低于2.2 m。

供工藝生產(chǎn)使用的導(dǎo)熱油管道應(yīng)該按照《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道》GB/T 20801—2020進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝、報(bào)檢,其壓力管道類別應(yīng)劃為GC2(鍋爐范圍內(nèi)的管道除外)。

圖1 典型燃?xì)鈱?dǎo)熱油爐工藝流程圖

4.3 自控

導(dǎo)熱油燃燒器應(yīng)設(shè)置點(diǎn)火程序控制和熄火保護(hù)裝置。導(dǎo)熱油系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)裝置,當(dāng)導(dǎo)熱油出現(xiàn)超溫、超壓、燃?xì)鈮毫^高、過低、循環(huán)泵故障等能夠自動(dòng)報(bào)警,并聯(lián)鎖停止燃燒器。

燃?xì)庹{(diào)壓間、爐前燃燒器燃?xì)馇袛嚅y組應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)報(bào)警器,并與燃?xì)夤夤艿狼袛嚅y、燃燒器和事故風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖,一旦發(fā)生泄漏,自動(dòng)切斷閥門,停止燃燒器。

4.4 土建

燃?xì)鈱?dǎo)熱油鍋爐房的建筑耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí),安全疏散出口不宜少于兩個(gè)。鍋爐間、儲(chǔ)油間及輔助用房之間采用防火隔墻,隔墻上開設(shè)的門為甲級(jí)防火門。鍋爐房抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類。燃?xì)忮仩t房使用天燃?xì)?鍋爐房需計(jì)算泄壓面積(建筑面積10%)。采用輕鋼屋面泄壓,泄爆壓力≤50 kPa,質(zhì)量不超過60 kg/m2。

4.5 電氣

導(dǎo)熱油鍋爐房的用電負(fù)荷等級(jí)應(yīng)該按照不低于二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)。鍋爐房應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明。導(dǎo)熱油供熱站室外線路宜采用電纜直埋地敷設(shè),室內(nèi)線路采用電纜穿熱鍍錚焊接鋼管保護(hù)采用橋架架空敷設(shè)。有2區(qū)氣體的爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所,防雷按第二類防雷要求設(shè)防。

4.6 暖通

導(dǎo)熱油鍋爐房的鍋爐間使用天然氣燃料,因可能會(huì)發(fā)生天然氣泄漏,有爆炸危險(xiǎn)。鍋爐間和燃?xì)庥?jì)量間設(shè)置機(jī)械通風(fēng),平時(shí)通風(fēng)換氣次數(shù)為6次/h,事故通風(fēng)換氣次數(shù)不小于12次/h。鍋爐房的風(fēng)機(jī)均選防爆型,防爆等級(jí)同電氣一致。防爆風(fēng)機(jī)及風(fēng)管應(yīng)設(shè)置導(dǎo)除靜電的接地措施。防爆風(fēng)機(jī)的傳感器及執(zhí)行器采用本質(zhì)安全型。事故風(fēng)機(jī)與室內(nèi)設(shè)置的有毒或可燃?xì)怏w報(bào)警聯(lián)鎖控制。

4.7 消防

鍋爐房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)置消火栓,室內(nèi)消火栓栓口距地面或樓板面1.10 m。鍋爐房滅火器配置場(chǎng)所的危險(xiǎn)等級(jí)為嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí),建筑的火災(zāi)種類按B類考慮,應(yīng)設(shè)置手提式或推車式磷酸銨鹽干粉滅火器。

5 結(jié)語

1)導(dǎo)熱油鍋爐房的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別劃分與采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)熱油的工作溫度有關(guān),設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定;導(dǎo)熱油鍋爐屬于明火設(shè)備,設(shè)計(jì)時(shí)需要按明火地點(diǎn)考慮;導(dǎo)熱油鍋爐間是否劃分爆炸危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)根據(jù)導(dǎo)熱油的工作溫度來確定。

2)高溫導(dǎo)熱油具有較大的危險(xiǎn)性,且導(dǎo)熱油在運(yùn)行過程中其熱穩(wěn)定性會(huì)逐漸變差,閃點(diǎn)也會(huì)逐漸降低,因此導(dǎo)熱油鍋爐房的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)十分重要。只有在導(dǎo)熱油鍋爐房設(shè)計(jì)前對(duì)基礎(chǔ)資料和設(shè)計(jì)條件進(jìn)行充分研究,在設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格按照安全設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì), 才能夠從源頭預(yù)防和減少安全事故,有利于提升項(xiàng)目的本質(zhì)安全水平。