（化学工程专业论文）石油化工企业消防性能化分析与设计.pdf

摘要 根据消防工程学的原理和方法，参照建筑消防领域性能化设计方法，提出了 石油化工企业消防性能化分析与设计方法。按照石油化工企业的具体情况，对其 火灾危险性进行定性或定量的预测和评估，从而得出优化的消防设计方案，既为 企业提供最合理的防火保护，又可以最大限度的降低防护成本。石油化工企业消 防性能化分析与设计时先制定防火流程，再以性能化分析与设计的方法进行分析 和设计。石油化工企业消防性能化分析与设计方法是一种新的消防思路，它的提 出对增强石油化工企业的防灾和抗灾能力具有重要意义。 本文通过b c a 与b f s e m 方案比较，得出我国石化系统消防性能化分析与设 计目前采用澳大利亚的b c a 结构体系比较科学合理。详细阐述了消防性能化分析 和设计在石油化工企业可行性和合理性。最后通过c s 2 车间消防性能化设计改造、 石油化工厂罐区性能化设计、液化气、加油和加气站等3 个消防性能化设计典型 案例，全面论证了石油化工企业消防性能化设计的实际应用，并对消防性能化设 计在石油化工企业的应用和发展进行了探讨和设想。 关键词：石油化工企业，性能化方法，消防分析与设计 a b s t r a c t a c c o r d i n g t ot h e p r i n c i p l e a n dm e t h o do ff i r ec o n t r o le n g i n e ，t h e p e r f o r m a n c e b a s e dd e s i g nm e t h o do fp e t r o c h e m i c a lp l a n ta r eb r o u g h tf o r w a r d ， r e f e r r i n gt ot h ep e r f o r m a n c e - b a s e dd e s i g nm e t h o di nt h ef i e l do fb u i l d i n gf i r ec o n t r 0 1 a c c o r d i n gt ot h ed e t a i l e ds i t u a t i o no fp e t r o c h e m i c a lp l a n t , i nt h ea r t i c l ei tw a sc a r r i e d t h r o u g ht h eq u a l i t yo rq u a n t i t yf o r e c a s ta n de v a l u a t i o na b o u tt h ef i r er i s kt h a te d u c e s o p t i m i z e df i r ec o n t r o ld e s i g np r o j e c t ，w h i c hn o to n l ys u p p l i e st h ep l a n tw i t ht h em o s t r a t i o n a lf i r ec o n t r o lp r o t e c t i o n ，b u ta l s or e d u c e st h ep r o t e c t i o nc o s tm a x i m a l l y w h i l e d o i n gw i t ht h ef i r ec o n t r o lp e r f o r m a n c e - b a s e da n a l y s i sa n dd e s i g n ，t h ep e t r o c h e m i c a l p l a n t so u g h tt oe s t a b l i s hf i r ec o n t r o lp r o c e e df i r s t l y , t h e na n a l y z ea n dd e s i g nb y p e r f o r m a n c e - b a s e da n a l y s i sa n dd e s i g nm e t h o d t h ef i r ec o n t r o lp e r f o r m a n c e - b a s e d a n a l y s i sa n dd e s i g nm e t h o do ft h ep e t r o c h e m i c a lp l a n ti san e wf i r ec o n t r o li d e a ， w h i c hh a si m p o r t a n tm e a n i n gt or e i n f o r c e , t h ed i s a s t e rp r e v e n t i o na n dr e s i s t a n ta b i l i t y c o m p a r i n gb c at ob f s e mp r o j e c t , t h ep a p e rf o u n do u tt h a tn o w a d a y si t i s m o r es c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l ef o rc h i n e s ep e t r o c h e m i c a lp l a n t st oa d a p ta u s t r a l i a n b c ap r o j e c to np e r f o r m a n c e - b a s e df i r ec o n t r o la n a l y s i sa n dd e s i g n i td e s c r i b e st h e p o s s i b i l i t ya n dr a t i o n a l i t yo f f i r ec o n t r o lp e r f o r m a n c e - b a s e da n a l y s i sa n dd e s i g no ft h e p e t r o c h e m i c a lp l a n ti nd e t a i l 。 i nt h ee n d , t h ea r t i c l ef u l l yd e m o n s t r a t e dt h ea p p l i c a t i o no fp e r f o r m a n c e b a s e d f i r ec o n t r o ld e s i g n ，p r o v e db yt h r e ec l a s s i cc a s e sm a ti st h ef i r ep r e v e n t i o nd e s i g n r e f o r mo fc s 2w o r k s h o p ，p e r f o r m a n c e - b a s e dd e s i g no fp e t r o c h e m i c a lp l a n tt a n ka r e a a n dl i q u e f i e dg a sr e f u e l i n ga n dg a ss t a t i o ne t c t h ea p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n to f f i r ec o n t r o lp e r f o r m a n c e - b a s e dd e s i g no ft h ep e t r o c h e m i c a lp l a n tw e r ed i s c u s s e da n d a s s u m e da sw e l l k e yw o r d ：p e 仃o c h e m i c a lp l a n t , p e r f o r m a n c e b a s e dm e t h o d , f i r ec o n t r o l a n a l y s i sa n dd e s i g n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得基鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：歹列五式签字日期：二勿7 年7 月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：二到飙 导师签名： 签字日期：二铲9 月参日 另茚望 竽字吼叼年夕肫日 第一章引言 第一章引言 1 1 消防性能化设计的建立 “性能化设计 源于英文词汇“p e r f o r m a n c e - b a s e dd e s i g n ，它是以某些安全 目标为设计目标，基于综合安全性能分析和评估的一种工程方法。性能化设计是 当前国内外消防科技领域最前沿的研究领域。消防性能化设计是建立在火灾科学 和消防工程学基础之上的。消防工程学是一门以火灾发生与发展规律和火灾预防 与扑救技术为研究对象的新兴综合性学科，是综合反映火灾防治科学技术的知识 体系。消防工程学研究的范围包括：火灾基础理论、火灾数学模型的开发和应用、 火灾危险性分析、火灾统计、火灾调查结果的分析应用、消防技术性法规的制定 与应用等内容。【l 】通过建立火灾的数学模型，来量化描述火灾的危害性、危险性。 运用这种数学模型对研究对象的消防设计进行安全分析评估，评价消防设计是否 既满足了规定的消防安全要求，又符合经济合理的原则。它运用消防工程学的原 理与方法，根据研究对象的结构、用途和内部可燃物等方面的具体情况，对其火 灾危险性和危害性进行定性或定量的预测和评估，从而得出优化的消防设计方 案，既为研究对象提供最合理的防火保护，又可以最大限度的降低建设成本。 消防性能化设计是消防监督工作方式的一次大转变，使消防工作由“处方式” 向“性能化转变。性能化设计的核心是系统化的消防安全评估技术，性能化设 计的思想是运用消防安全评估技术，根据研究对象的火灾发展特性、可燃物状态 和使用用途的特征，利用现代科技成果来确定被研究对象的消防设计，从而实现 消防安全与投资使用的统一。 1 2 消防性能化设计的设计目标及程序 消防性能化安全设计目标是性能化设计的首要条件。在设计过程的最初阶 段，必须明确消防安全设计目标。保障生命安全是消防安全设计的主要目标，同 时还应考虑火灾的直接经济损失和间接损失。 第一章引言 1 - 2 1消防安全设计目标主要包括火灾性状预测、消防安全性预测、 人员安全疏散预测 ， ( 1 ) 火灾性状预测。为了能够对可能影响消防安全性能的众多因素进行系统、 全面、合理的分析，必须以火灾发生直至熄灭或被扑灭整个过程为研究对象，分 别考虑起火空间内部火灾的发生与发展阶段，烟与有毒气体在起火空间内部及外 部蔓延阶段，火灾在起火空间之外蔓延阶段，火灾探测与自动消防系统启动阶段， 消防队到场灭火阶段以及人员疏散阶段的火灾性状特点。 ( 2 ) 消防安全性预测。消防安全预测需要对消防安全性分析。在分析时根据 火灾场景，确定火灾荷载、通风、分隔物材料热物性参数等基本数据，预测计算 火灾温度时间关系，即升温曲线，也可采用标准升温曲线作为受火条件。在 此基础上，建立导热微分方程，并输入材料热物性参数和定解条件，计算构件截 面温度场，温度场计算结果确定相应的材料力学参数，建立计算模型。同时，确 定相应火灾场景下被研究对象的有效力学荷载，采用分析计算有效力学荷载和温 度共同作用下的荷载效应。最后，通过分析荷载效应的相关特性，对研究对象消 防安全性进行预测。 ( 3 ) 人员安全疏散预测。对于建筑物内人员疏散到安全地区的时间预测结果 与火灾场景中有关火灾发展与烟气流动性状分析所得到的时间进行比较。对于人 员安全疏散时间计算，必须确定一些关键因素。首先，除非位于起火空间内人员 发现了起火，在疏散开始前需要人们做出决定疏散行动所需要的时间；然后，疏 散行动开始。这些环节都需要时问，并且这些环节都是影响安全疏散行动的关键 因素。 1 2 - 2 性能化设计的程序 1 、了解研究对象的性质。 2 、了解相关人员特点。 3 、了解火灾荷载及火灾危害。 4 、初步考虑是否安装自动消防系统。 5 、考虑消防队介入的情况。 6 、确定消防性能化设计的主要目标( 如：人员在火灾中不受伤害) 。 7 、利用现有的经验数值制订出发生火灾时要达到主要目标所应具备的条件 ( 如：确定烟气层的最低高度、人员在热辐射中的耐受极限温度) 。 8 、确定在最不利条件下发生火灾的场景( 可以有多个场景作比较) 。 2 第一章引言 9 、利用火灾模型程序模拟计算出在火灾初起到迅猛发展、到得到控制的时 间及火灾发生的热量释放率。 1 0 、把上面的数据套入理论模块或公式计算得出不同火灾场景可以保障主要 目标的情况( 如：人员安全疏散的保障时间) 。 l l 、利用现有的经验数值得到在各个场景中完成主要目标需要的条件。 1 2 、比较计算出保障主要目标的条件与实际完成目标所需要的条件，得出结 论。 1 3 现行消防设计规范存在的不足 1 3 1缺乏系统的综合考虑 现行的处方式消防设计规范常常要求在建筑耐火结构、防火分区、消防给水、 火灾监控、防排烟等方面都做出较大投资，而未能将各单一的防火灭火措施的作 用统一考虑，结果造成消防投资的片面和浪费。其实，不同的建设单位对建设项 目有着自己的特殊要求，不同的工程项目也有不同的内部功能、使用要求和建设 标准。如：两幢单层面积不超过1 0 0 0m 2 ，高度分别为2 5 m 和4 9 m 的办公楼，它 们在建设规模、标准、资金投入上区别将是非常大的。但根据高层民用建筑设 计规范，这两幢建筑均属二类高层【2 ，3 】，规范对其内部消防要求几乎一样，这种 一致的消防设计方案不可能是最符合各自要求的科学合理方案。从投资比例来 讲，两者的消防投资在建设总投资中所占的比例将相差悬殊，对它们提出统一的 要求也不符合“经济、实用，在可能条件下注意美观”的原则【2 】。 1 3 2 未能充分考虑环境条件和社会因素影响 尽管处方式规范是由非常详细的条目构成，但是对属于同一类但又不相同的 具体建筑来说，这种规范的规定仍然过于笼统。因此按照该规范的要求进行设计 时就会出现对部分建筑物的要求过严而对另一部分建筑物要求过宽的情况。无论 从安全上还是从经济上说都不合理。 。 ， 同时，规范仅将建筑物按其使用性质和高度进行划分，而没有考虑周围环境 因素( 如距离消防站的远近，周边是否有特种场所) 和内部使用人员( 或整个地 区人员) 的消防意识及素质。其实，针对不同周边环境，所采用的对策应该是不 一样的，即便是同样的周围环境，也要考虑建筑物所在地方的社会因素带来的影 第一章引言 响。我国幅员辽阔，各地条件差异很大，采用现行的规范，很难达到全面、可靠、 安全的效果。 1 3 3 不利于新技术、新材料的推广使用 现代科学技术发展迅猛，新材料、新产品、新技术不断涌现。计算机技术、 通讯技术和材料科学的发展，在推动消防技术进步的同时，也表现出它们的正常 要求与现行规范之间的冲突。由于处方式规范对所用技术和材料均做出了明确规 定，使得在设计中较难采用新材料、新技术，仅依据现行规范进行消防安全设计 已不能满足社会发展的要求。 同时，科学技术的进步和发展，要求设计工作在形式、功能等方面对传统方 式做出突破和创新。现行规范的设计思想很难满足建筑消防设计的需要，容易造 成设计方法的千篇一律，制约建筑物的应用功能，也限制设计人员灵感的自由度。 此外，消防技术与产品的发展为现代建筑设计提供了新的防火手段。新型防火建 筑材料、构件以及消防设备和系统的出现，为建筑消防设计提供了新思路，增加 了灵活选择消防设计方案的可能性。然而，这些方面的实现在某种程度上也受到 了现行规范的制约。 1 3 4 不能适用于特殊建筑的消防安全要求 现行消防设计方法要求直接根据相应的消防规范，选定设计参数和指标。当 遇到规范中没有规定的建筑物类型时，就无法选用适合的消防设计方案。而这些 未被规范涵盖的建筑，往往都是形式非常特殊、功能非常特定的场所，保证这些 场所的消防安全是十分重要的，可在这种情况下，处方式消防设计方法却无能为 力。 面对现行消防设计方法的种种不足，迫切需要一种全新的消防安全设计方 法，这就是消防性能化设计。 1 4 性能化设计在石油化工企业设计中应用的可行性和重要性 石油化工企业是以石油、天然气为原料的工厂如炼油厂、石油化工厂、石油 化纤厂等或由上述工厂联合组成的企业。石油化工企业火灾是石油化工企业重大 灾害之一，一旦发生火灾，对人员的生命安全、生产设备、石油资源以及地表环 4 第一章引言 境都会产生很大的危害。多年来，通过理论科研人员和现场技术人员的共同努力， 我国的石油化工企业火灾防治工作取得了巨大成功摸索总结出了很多卓有成效 的石油化工企业消防设计方法和设计规程。但由于各个石油化工企业的生产原 料、条件、系统设备差异很大，难以适用统一的标准。因此，要作好石油化工企 业消防工作，保证石油化工企业的安全生产，必须要有鲜明的、突出个性化特点 的设计，消防性能化分析与设计方法的产生和发展为其在化工企业的应用提供了 实现的依据。 消防性能化设计是未来消防设计的发展方向，也是消防安全工程技术发展的 必然趋势和结果。目前，我国研究消防性能化分析与设计方法在石油化工企业消 防设计中的应用尚处于初步探索阶段，在石油化工企业消防设计领域中总体上涉 及较少。 本文根据石油化工企业内因火灾的特点，结合我国石油化工企业多年来消防 工作所取得的经验，探讨了基于消防性能化分析与设计的思想和方法在石油化工 企业消防设计中的应用。 第二章文献综述 第二章文献综述 2 1 消防性能化分析与设计 2 1 1消防性能化分析 消防性能化分析是火灾危险分析的一种形式，与一般的经验性的、定性的火 灾危险评估不同，它根据被研究对象的火灾特性，以对火灾过程的定量计算为依 据，对被研究对象的人员疏散方案、消防设施的选用等方面的有效性、可靠性和 经济性做出评估。由于有了数据，这种分析有助于克服人为经验判断的主观性， 保证了评估结论的科学性和客观性。 消防性能化分析是直接为使用人的消防安全服务的，开展工作应当有比较完 整而严格的操作程序。消防性能化设计的目标在定性设计时就应确定，主要目标 应包括： ( 1 ) 降低火灾的发生概率，使其在合理可行的条件下降到最低点； ( 2 ) 确保保护对象韵使用人员承担的风险可以被接受： ( 3 ) 确保消防人员在合理的安全条件下进行扑救以及着火物附近的公众安 全： ( 4 ) 降低因发生火灾而导致的直接损失和间接损失。有时还要考虑火灾对周 围建筑和设施的影响以及危险材料对环境的影响。 2 1 2 消防性能化设计 消防性能化设计是以消防性能化分析为基础展开的。消防性能化分析是一个 演算、讨论的过程，而性能化设计则是具体实施的行动过程。消防性能化设计需 要清楚的了解对象的结构特点及可能的火灾场景；针对某些典型的火灾场景，按 照设定的火灾功率进行定量的计算，进而做出一种或几种尝试性的消防设计方 案，在一定范围内组织有关人员对这些方案进行评定并确定最终设计方案；最后 还必须完成设计报告待审查或实施中使用。在实际工作中，消防性能化设计和消 防性能化分析是紧密的结合在一起的。 6 第二章文献综述 2 2 ，国外消防性能化设计与应用 2 2 1消防性能化设计的产生 一 从2 0 世纪8 0 年代开始，澳大利亚、新西兰、加拿大、日本、英国、美国、 瑞典、芬兰等国家相继开展了消防性能化设计的理论研究与实践，并取得了不同 程度的进展【4 5 ，6 1 。目前，建筑物消防性能化设计已经成为国际火灾科学和火灾安 全工程学的前沿课题之一。自1 9 9 8 年以来，国际火灾科学学会已经举办了三届 消防性能化设计国际性学术会议。 传统的消防规范也称“处方式规范。它以条文的形式规定出各设计参考和 技术指标，设计者据此结合个人的实践经验制定出设计方案，所以只有按照设计 规范去做就认为符合消防安全要求。传统的消防设计思想是根据建筑分类，通过 对建筑的防火等级、防火区、安全疏散、消防给水、防排烟及报警等各方面提出 基本要求，来保障建筑的消防安全。由于“处方式防火设计规范只是根据有限 的消防经验得来的，并未考虑防火对象的实际情况，在某些方面会有疏漏。传统 的消防设计是将消防分散给各个专业( 建筑、结构、设备、电气) ，最后的结果 不是建筑造价大幅度提高，就是由于某一环节出问题而导致建筑整体性能的降 低。此外，设计者只能根据规范行事，毫无创造空间，并且无法确切的知道安全 的指标到底是多少。 消防性能化设计是运用消防安全工程学的原理及方法，考虑火灾本身发生、 发展和蔓延的基本规律，结合实际火灾中所积累的经验，通过对可燃物的火灾危 险性进行综合分析和计算，从而确定性能指标和设计指标，然后再预设各种可能 起火的条件和由此所造成的火、烟蔓延途径以及人员疏散情况，来决定选择哪一 种消防安全工程措施，并加以评估，从而核准预定的消防安全目标是否已经达到； 最后再视具体情况对设计方案做出调整及优化。其主要思想是在消防设计时仅提 出被研究对象消防安全所需要的性能要求及指标，该设计的三大特点：安全目标 的确定性、设计方法的灵活性、评估验证的必要性。 2 - 2 - 2国外消防性能化设计应用简况 英国1 9 8 5 年完成了建筑规范，其中包括对消防规范的性能化修改，制定了 第一部消防性能化设计指南( 火灾安全工程原理应用指南) 。美国于1 9 9 8 年开始消防性能化规范研究，在2 0 0 1 年公布了国际化建筑性能规范和国 7 第二章文献综述 际防火性能规范草案。新西兰是1 9 9 2 年颁布了性能化的新西兰建筑规范， 规范中保留了“处方”的要求【7 ，8 9 】。日本在1 9 8 9 年出版了建筑物综合防火设 计一书，1 9 9 6 年开始修改建筑标准法，并向性能化规范转变，于2 0 0 0 年 发布实施【1 0 1 。 随着现代消防设计技术及火灾模型开发的成功，人们可以利用计算机来模拟 不同建筑内部火灾的发生、蔓延及扑救全过程。 日前，国内外公认开发成功的火灾模型有三个方面：( 1 ) 火灾成因及蔓延 规律模型；( 2 ) 人员安全疏散模型；( 3 ) 火灾安全评估模型等。同时，国际上 认为，在未来几年内，基于性能化的消防设计将在大部分国家取代现行“处方式” 规范。 消防性能化设计与传统消防设计相比有五方面优势： 1 消防性能化设计思想强调建筑物消防设计的整体性，有助于消防设计科学 化、合理化且成本效益最佳； 2 由于消防性能化设计注重安全目标的达到，所以有利于发挥设计者的主观 创造性； 3 有利于新产品和新材料的开发研制及新技术推广； 4 由于消防性能化设计必须要预设火灾发生的场景( 相当于提前搞一个消防 预案) ，所以为设计者、消防监督及公众提供了一个较好的交流平台； 5 有利于保险部门等社会部门和电气检测等中介部门参与到建筑的消防工 作之中。 因此，我国应着手消防性能化设计指导性规范的编研，组织消防性能化设计 方法的基础性研究，而且石油化工企业设计具有个案化的性质，在消防设计时更 应当灵活处理，运用性能化设计手段，力争达到设计方案与消防安全的完美统一。 同时应当加大在建筑师、工程师中开展性能化设计的宣传力度，并鼓励结合实际 建设项目，开展消防性能化设计的示范工作，使性能化设计意识尽快推广开来。 2 2 3国内现行的建筑消防设计法规体系简要情况 建筑消防设计是建筑活动中的一部分，世界上许多国家对建筑活动的技术控 制，采取的是技术法规和技术标准相结合的管理体制。技术法规是强制性的，是 把建筑活动中的技术要求法制化，严格贯彻在工程建设实际工作中。这种管理体 制，由于技术法规的数量比较少、重点内容比较突出，因而执行起来就比较明确 和方便，不仅能够满足政府行政管理的需要，而且也不会给建筑技术的发展和进 8 第二章文献综述 步造成障碍。目前我国还未形成这种技术法规和技术标准相结合的管理体制，而 是通过法律、法规( 包括一些地方性的法规) 、规章、技术标准的层次体系对建 筑活动的各个方面进行规范和约束，整个体系中法律、法规和规章明确了建设、 设计、施工、工程监理、行政主管部门等单位及相关人员的法律责任、义务；技 术标准才对具体建筑活动中的技术方法做出规定【1 1 】。 根据中华人民共和国标准化法的规定，我国的各类标准分为强制性标准 和推荐性标准，其中强制性标准必须执行。从1 9 8 8 年中华人民共和国标准化 法颁布以后，据有关部门统计我国批准发布的工程建设国家标准、行业标准、 地方标准有3 6 0 0 多项，其中带有强制性的有2 7 0 0 多项，相应的条文就有1 5 万 多条。这样庞大数量的条文重点内容不突出，给实施和监督都带来了诸多不便。 工程建设标准强制性条文是从现行的各类工程建设标准中摘录出来的，按照 现行法律、法规和规章的规定，在我国境内从事工程建设活动( 包括建筑防火设 计) ，必须执行工程建设强制性标准，因此它就具有了技术法规的属性。不执行 工程建设强制性标准就是违法，就要受到法律的处罚，而没有被工程建设强制 性条文引用的技术标准则可以自愿采用。 我国现行的建筑消防设计法规体系中还没有对实施消防性能化设计做出具 体规定的法规和技术标准。 2 2 4 消防性能化设计系统的组成 1 确定消防安全目标。特指性能化目标和性能化标准两个方面，性能化目标 是根据不同建筑本身的社会目标，功能目标和公众对建筑物所能提供的安全水平 的社会期望，来制订出相应的性能要求；性能化标准是社会公众或建筑业主针对 一些具体的消防设备或消防系统提出的具体技术指标和设计指标； 2 分析建筑物结构及内部人员等的特征及参考火灾科学和材料科学等，确立 性能化指标和设计指标，它们是进行具体的建筑物消防设计的前提，多为量化指 标； 5 建立火灾场景和设计火灾，这部分涉及到建筑物消防设计的一些重要方面 如着火源、火灾荷载及可燃物种类等，它是消防设计的技术条件； 4 选择合适的计算分析方法，再根据设定的火灾场景利用火灾工程学成熟的 理论，分析或模拟计算火灾可能性或蔓延的程度； 5 借助消防工程参考设计方法或工程经验确定设计方案； 6 开展安全评估，这是对设计者所采用的设计方案进行分析、评估并证明其 9 第二章文献综述 方法有效性及合理性的环节。从而确定设计方案所达到的安全等级。当发现所提 供的消防设计满足不了要求时，则必须返回修改设计； 7 再进行方案的优化选择，以最终确定设计方案，编写报告。 2 3 石油化工危险性分析 2 3 - 1生产火灾危险性分类 根据g b j l 6 8 7 ( 2 0 0 6 版) 建筑设计防火规范和g b 5 0 1 6 0 - - - - 9 2 石油化 工企业设计防火规范的规定，对于生产火灾危险性的分类主要是依据生产中所 使用的原料、中间产品、产品的物理化学性质、数量及工艺技术条件等综合考虑 而决定的【12 1 。 其分类原则见表2 - 1 表2 - 1 生产的火灾危险性分类 生产火灾危险性特征 类别 项别使用或产生下列物质的生产 1 闪点小于2 8 的液体 2 爆炸下限小于1 0 的气体 3 常温下能自行分解或在空气中氧化能导致迅速白燃或爆炸的物质 4 常温下受到水或空气中水蒸汽的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆 甲炸的物质 5 遇酸、受热、撞击、摩擦、催化以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物， 极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂 6 受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质 7 在密闭设备内操作温度大于等于物质本身自燃点的生产 、 l 闪点大于等于2 8 ，但小于6 0 的液体 2爆炸下限大于等于1 0 的气体 3不属于甲类的氧化剂 乙4 不属于甲类的化学易燃危险固体 5 助燃气体 6 能与空气形成爆炸性混合物的浮游状态的粉尘、纤维、闪点大于等于6 0 的液体雾滴 l o 第二章文献综述 生产火灾危险性特征 类别 项别使用或产生下列物质的生产 l 闪点大于等于6 0 。c 的液体 丙 2 可燃固体 l 对不燃烧物质进行加工，并在高温或熔化状态下经常产生强辐射热、火 花或火焰的生产 丁2利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行燃烧作其它用的各 种生产 3 常温下使用或加工难燃烧物质的生产 戊常温下使用或加工不燃烧物质的生产 2 3 2 厂房火灾危险性分类 2 2 。 根据表2 - 1 的危险性分类，石油化工生产厂房的火灾危险性分类举例见表 表2 2 厂房的耐火等级、层数和防火分区的最大允许建筑面积 生 每、防火分区的最大允许建筑面积( m 2 ) 声 厂房的 类 耐火等最多允许层数 单层多层 高层 地下、半地下厂房， 级 r 房r 戾r 房 厂房的地下室、半地 别 下室 一级 除生产必须采用4 0 0 03 0 0 0 甲 多层者外，宜采 3 0 0 02 0 0 0 二级 用单层 一级 不限 5 0 0 04 0 0 02 0 0 0 乙 二级 6 4 0 0 03 0 0 0 1 5 0 0 一级不限不限6 0 0 03 0 0 0 5 0 0 丙二级不限8 0 0 04 0 0 02 0 0 0 5 0 0 三级23 0 0 02 0 0 0 一、二级 不限 不限不限 4 0 0 0 1 0 0 0 丁三级34 0 0 02 0 0 0 四级 11 0 0 0 一、二级不限不限不限 6 0 0 01 0 0 0 戊三级3 5 0 0 03 0 0 0 四级11 5 0 0 注：l防火分区之间应采用防火墙分隔。除甲类厂房外的一、二级耐火等级单层厂房，当其防 火分区的建筑面积大于本表规定，且设置防火墙确有困难时，可采用防火卷帘或防火分隔水幕 分隔。采用防火卷帘时应符合本规范第7 5 3 条的规定；采用防火分隔水幕时，应符合现行国家 标准自动喷水灭火系统设计规范g b 5 0 0 8 4 的有关规定： 第二章文献综述 2 除麻纺厂房外，一级耐火等级的多层纺织厂房和二级耐火等级的单层、多层纺织厂房，其每 个防火分区的最大允许建筑面积可按本表的规定增加0 5 倍，但厂房内的原棉开包、清花车间 均应采用防火墙分隔： 3 一、二级耐火等级的单层、多层造纸生产联合厂房，其每个防火分区的最大允许建筑面积可 按本表的规定增加1 5 倍。一、二级耐火等级的湿式造纸联合厂房，当纸机烘缸罩内设置自动 灭火系统，完成工段设置有效灭火设施保护时，其每个防火分区的最大允许建筑面积可按工艺 要求确定： 4 一、二级耐火等级的谷物筒仓工作塔，当每层工作人数不超过2 人时，其层数不限； 5 一、二级耐火等级卷烟生产联合厂房内的原料、备料及成组配方、制丝、储丝和卷接包、辅 料周转、成品暂存、二氧化碳膨胀烟丝等生产用房应划分独立的防火分隔单元，当工艺条件许 可时，应采用防火墙进行分隔。其中制丝、储丝和卷接包车间可划分为一个防火分区，且每个 防火分区的最大允许建筑面积可按工艺要求确定。但制丝、储丝及卷接包车间之间应采用耐火 极限不低于2 0 0 h 的墙体和1 o o h 的楼板进行分隔。厂房内各水平和竖向分隔间的开口应采取防 止火灾蔓延的措施； 6 本表中“一”表示不允许。 化工生产厂房、储存仓库由于化工行业规模化、产业化的提升，使生产、储 存区域不断扩大，表内设定的面积对一般工业建筑尚可适用，但难以满足日益发 。展的现代化工的要求；自动化控制、连续化生产，与规范要求的严格防火分隔措 施相冲突，这些问题对现行规范提出了新的要求。 2 4 石油化工企业性能化设计 现行规范对于设有自动灭火系统的防火分区，其允许最大建筑面积可增加 1 0 倍；乙、丙、丁、戊类物品库房防火分区面积1 5 0 、3 0 0 、5 0 0 、1 0 0 0 m 2 有 自动灭火系统时加倍【1 2 】。但对于石油化工企业厂房、仓库设置这样的分区仍有困 难，通过对大面积建筑防火分区存在问题和对动态防火分区方法进行的研究论证 表明，在石油化工企业厂房、仓库内设定动态防火分区，能够达到符合现行规范 的要求。 2 4 1大面积建筑中传统分区方法存在的问题 在建筑设计中通常采用的分隔设施主要有：防火墙、防火门进行物理分隔； 防火卷帘，平时开启，火灾时通过自动控制或手动控制关闭；水幕分隔以及普通 卷帘加水喷淋系统保护等方法。【1 3 1 这些传统方法在实际工程中都有应用，对于普 通建筑效果良好。但是近年来大量新型建筑的兴建，特别是大面积、大体量建筑 1 2 第二章文献综述 等的建设，如大跨度钢彩板钢、轻体复合材料厂房、仓库的出现，有的化工厂 房要求满足防爆需要，设置轻质墙体或顶棚，因而使得按照传统的分区方法或措 施进行的防火分区时无法同时满足使用功能和防火功能上的要求。f 1 3 】具体表现 为： ( 1 ) 大面积的使用防火卷帘 一些面积较大的化工生产厂房或库房由于生产或储存的需要，平时生产或储 存时一般不允许进行物理分隔，于是大量采用防火卷帘。但由于复合型防火卷帘 价格昂贵，消防造价大幅度的上升，增加了企业的经济负担。有些企业为了节省 开支甚至采用普通防火卷帘替代复合型防火卷帘，极大的降低了火灾的安全性。 同时大面积防火卷帘的使用也经常出现许多其它问题，如卷帘箱的缝隙、导轨及 卷帘下部常常因受热而变形，导致卷帘无法落下：防火卷帘下方堆放货物、杂品 等也可能使卷帘不能落下；防火卷帘受火焰作用向受火面凸出，出现较大的缝隙， 失去阻火隔烟作用；此外，面积较大时也往往不能保证在火灾中全部卷帘关闭。 这些都极大的降低了防火卷帘的防火效能。 ( 2 ) 长距离水幕保护 按照规范，作为防火分隔，一般水幕带的有效宽度不宜小于6 m ，通常要做 三排配水管，因此需要比较庞大的供水系统【2 】。目前在一些大型建筑中采用水幕 代替联片的防火墙时，防火分区的分隔长度达几十米到上百米，这在实际工程中 几乎不可能实现，因为这些分隔要保证6 m 的水幕带宽每小时需要数百吨甚至上 千吨的水，这些水量的供应一般无法满足，同时这些水量的排放也将十分困难。 ( 3 ) 普通卷帘加水喷淋保护。 按照“高规”第5 4 4 条规定“采用不包括背火面温升为判断条件的防火卷 帘时，其卷帘两侧应设独立的闭式自动喷水系统保护，系统喷水时间不应小于 3 h ，【3 1 ，普通的复合防火卷帘加冷却水幕系统。这在一些需要大面积分隔的建筑 中仍然难以满足，因为按照自动喷水灭火系统设计规范，假定按照一座化工仓库 ( 丙类，中等危险级) 高7 m 的防火卷帘计算，其冷却水幕的喷水强度需要 0 9 l ( m s ) ，水幕保护长度按中等规模仓库l o o m 计算，喷水时间取3 h ，则冷却 水量高达9 7 2 m 3 ，如果在加上其它地方的喷淋和消火栓用水量，则消防用水量也 将超过上千立方米，这在一般城市靠市政供水肯定是无法满足的。 由于这些新问题的出现，促使对建筑消防的一些具体问题进行论证，采取消 防措施替代，通过加强其它方面的消防安全来弥补防火分区不能满足传统规范要 求的不足，这实际上就是消防性能化设计的一种初步形式。 第二章文献综述 2 4 2 石油化工企业防火分区的性能化方法 ( 1 ) 火灾蔓延及防火分区的意义 石油化工企业建筑内设置防火分区的意义在于：建筑某部位起火后，能够将 火势限定在一定的范围，使其不至于迅速蔓延，避免建筑物内火灾发生轰然，并 为人员、物资疏散和救援工作赢得时间，进而减少和控制火灾所造成的损失。 然而影响火灾发展和蔓延的基本因素有多种：如可燃物的种类，固体、液体、 气体等各不相同；起火点所在的环境状况，其中燃烧空间是否受限是一个重要方 面。通常情况下建筑火灾先是可燃固体发生阴燃，当达到一定温度并遇有通风条 件，阴燃开始转变为明火燃烧，随后，可燃物的燃烧速率迅速增加，在火源上方 出现烟羽流，在升腾中不断卷吸周围空气，当烟羽流受到房间顶棚阻挡后，便向 顶棚下方扩散开来。随后，烟羽流在下降不长的距离后又继续上浮，并在室内形 成逐渐增厚的热烟气层，温度越来越高，浓度越来越大，此时如果起火室对外界 的传热速率不太大，室内的温度将会逐渐升高，由于火焰、热气层和壁面将大量 热量反馈给可燃物，将加剧可燃物的热分解和燃烧，结果使火灾发展到轰然阶段， 一旦发生轰然，起火室中的各种可燃物基本上都开始燃烧。 目前一般认为要使室内发生轰然，地面可燃物接受到的热通量应不小于 2 0 k w m 2 ，或顶棚下的温度应接近6 0 0 0 ，此外在轰然发生之前，燃烧速率一般 认为要超过4 0 9 s t l 4 1 。所以，影响轰然的因素应包括：可燃物的性能和存放数量； 向燃烧区供应空气量。如有的建筑，空间很大具备了足够的空气供给，顶棚温升 慢，热量散失快，故较难发生轰然；有些建筑，空间在有效的喷淋控火和降温作 用下，轰然也较难形成；有些建筑，空间较小，通风条件不理想，空间内无控制 初期火灾设施，一旦通风突破限制极易形成轰然。 所以，石油化工企业要达到防止火灾扩散和蔓延的目的其措施应不只设置防 火分区一条，如控制可燃物的数量、限制氧气的供给等措施都可以防止火灾大规 模的蔓延，当然这些具体措施能否防止火灾蔓延必须针对具体建筑通过科学的计 算分析，严格的理论或实验证明可以达到阻止火灾蔓延的目的，实际上这就是消 防性能化设计的实质。 ( 2 ) 性能化防火分区方法的初步探讨 在石油化工企业部分场所改进自动消防系统，建立动态防火分区。按照传统 的理解，设置防火分区就意味着采用防火墙、防火门窗等实物对建筑空间进行分 隔，从而将火势限定在分区范围内。它强调的是对“火势发展范围”的控制，因 此是一种静态的、被动的火灾控制手段；防火分区同时还隐藏着另一层含义，即 1 4 第二章文献综述 勿需对空间进行实体分隔，而是通过设置高密度、快速反应的水喷淋装置，建筑 材料的不燃化及可燃界面的非连续化等措施将火势限定在更小的范围内。它突出 的是对“着火源”的控制，因而是一种动态的、积极的防火手段，因而也是一种 动态的防火分区，它可将火势控制一定的保护范围之内。 动态防火分区的确定必须要考虑建筑的功能、性质、规模等基本情况，同时 还应根据建筑人流、物流、时间、空间、内部、外部、静态、动态等具体场景的 不同，结合建筑的其它消防性能化设计予以考虑，通过火灾动力学原理以及各种 消防措施的综合分析加以选择。 目前我国还没有比较权威的综合设计分析方法，但一般而言，当建筑内设有 灵敏可靠的消防设施( 如快速反应水喷淋系统) 、起火源及火灾负荷得到有效控 制、可燃物质的非连续化或相互间形成的自然间距、合理的安全疏散体系都有保 证，同时也具有相对完备的可共享的市政消防资源、严格规范的内部管理机制等 时，可以考虑采用动态防火分区的方法。大中型石油化工企业消防设施比较完善， 人员上岗前也要求经过培训，这一方法完全可以在这些企业的场所中应用。 大空间火灾荷载的非连续化处理方法。在工程中对于这类建筑可以不进行严 格物理意义上的分区，但在火灾荷载的控制上必须保留足够宽度的隔离带，使燃 烧物不连续，同时也为人员疏散留下足够的通道。同时加强自动喷水灭火系统等 有效措施( 有些地方采用消防水炮等) 将堆垛的燃烧处于可控制范围甚至直接扑 灭。、 综上所述，在现行规范要求以防火墙、防火卷帘、水幕等物理性分隔，而且 由于化工生产性质决定大部分为甲乙类危险生产，防火分隔更密，但当化工生产 车间、仓库中设有灵敏可靠的消防设施，并保留一定的隔离带，是可以有效控制 火灾蔓延发展，从而实现在大空间，大规模生产。 ( 3 ) 生产的安全技术措施。 石油化工企业工艺设计应选定先进可靠的生产流程对有火灾爆炸危险的过 程及设备，应有必要的自控检测仪表、报警信号或其他安全设施。甲类生产在有 液化石油气及可燃气体容易泄漏扩散处，宜设置可燃气体浓度检测报警器。在易 燃易爆物料的设备及管道系统，应有用惰性气体置换和灭火的设施【1 5 】。甲、乙、 丙类生产设备和厂房，宜根据物料的性质和设备的布置情况，采用固定或半固定 式水蒸汽或惰性气体灭火设施。固定式灭火管线是利用固定的水蒸汽或惰性气体 管线，在管线上形成小孔，使蒸汽或惰性气体从小孔中喷出，达到灭火的目的， 也称为气幕。半固定式灭火管线，是在灭火蒸汽或惰性气体管线上短接头，再接 1 5 第二章文献综述 上软管直接引向着火点，进行灭火。生产中产生的含有可燃气体及易燃可燃液体 的污水，应采取回收或处理措施。严禁将几种能相互发生化学反应而引起火灾或 爆炸的污水直接混合排放。 2 4 3 石油化工生产中典型化学反应的消防安全要求 化工生产中，不同的化学反应有不同的工艺条件，不同的化工过程有不同的 操作规程【1 5 】。 1 、氧化反应。 ( 1 ) 如以空气和纯氧作氧化剂时，反应物料的配比应控制在爆炸范围之外。 空气进行反应器之前，应经过气体净化装置，清除空气中的、水汽、油污以及可 使催化剂活性降低或中毒的杂质以保持催化剂的活性，减少起火的爆炸的危险。 ( 2 ) 在催化氧化过程中，对于放热反应，应控制适宜的温度、流量，防止超 温、超压和混合气爆炸范围。为防止氧化反应器在发生爆炸或燃烧时危及人身和 设备安全，在反应器前后管道上应安装阻火器，阻止火焰蔓延，防止回火，使燃 烧不致影响其它系统。 ( 3 ) 清焦时应在停车时进行。 ( 4 ) 在采用催化氧化过程时，无论是均相或是非均相的，都是以空气或纯氧 为氧化剂，可燃的烃或其他有机物与空气或氧的气态混合物在一定的浓度范围 内，如引燃就会发生分支链锁反应，引起爆炸。 措施：氧化反应系统，一般应设置氮气或水蒸汽灭火装置。 2 、还原反应 ( 1 ) 加氢反应，原料易自燃，产物易爆炸。 ( 2 ) 催化加氢，有机合成过程中的催化加氢，有的催化剂如雷尼镍和钯炭在 空气中吸潮后有自燃的危险。 原料储存应氮气封存或煤油中储存。反应热应采用高效不燃导热油导热或其 它散热方法。 3 、硝化反应 为了严格控制硝化反应温度，应控制好加料速度，硝化剂加料应采用双重阀