石油化纖廠聚酯裝置火災自動報警系統(tǒng)設計

石油化纖廠聚酯裝置火災自動報警系統(tǒng)設計摘 要 石油化纖廠環(huán)境復雜，既有正常環(huán)境又有爆炸危險環(huán)境，其火災自動報警系統(tǒng)設計涉及面廣。本文以某工程聚酯裝置為例，介紹了火災自動報警系統(tǒng)的設計。關鍵詞 聚酯裝置 爆炸危險環(huán)境 系統(tǒng)設計 聯(lián)動控制 本質(zhì)安全電路 系統(tǒng)接地石油化纖廠屬于石油化工企業(yè)，廠區(qū)內(nèi)既有建筑物又有露天生產(chǎn)裝置，既有一般場所又有爆炸和火災危險場所，其建筑物(如生產(chǎn)廠房、物品庫房等)的火災自動報警系統(tǒng)設計應執(zhí)行火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范和建筑設計防火規(guī)范的規(guī)定，但兩規(guī)范對建筑物內(nèi)爆炸危險場所探測報警設備的選擇及線路敷設等問題，因場所專業(yè)性強、環(huán)境特殊復雜而未作規(guī)定，而設計唯一可依據(jù)的國標爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范卻偏重于強電部分，對儀表專業(yè)用得較多的本質(zhì)安全電路介紹甚少。本文通過對石油化纖廠聚酯裝置火災自動報警系統(tǒng)設計的簡單介紹，希望能起到拋磚引玉的作用，使更多的人來關注工礦企業(yè)的電氣消防設計，揭開爆炸危險場所可怕又神秘的面紗。1 工程概況某工程聚酯裝置采用國內(nèi)自行開發(fā)的以精對苯二甲酸和乙二醇為原料，三醋酸銻為催化劑，二氧化鈦為消光劑，通過直接酯化連續(xù)縮聚工藝生產(chǎn)纖維級聚酯熔體及切片，單系列日產(chǎn)聚酯熔體600噸。該聚酯裝置由縮聚問、熱媒泵房、催化劑消光劑儲存及加料間、PTA加料間等生產(chǎn)車間和變配電室、MCC室、DCS控制室、過濾器清洗、化驗室、制冷站等附房組成。裝置建筑面積為10390m2，占地面積2358m2，五層，局部六層(含電梯機房及消防水箱間)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，空心磚墻圍護，半開敞式，建筑總體高度31.8m，屬高層工業(yè)廠房，生產(chǎn)火災危險性為丙類，耐火等級為二級。每層車間為一個防火單元，各層附房合為一個防火單元。2 聚酯裝置火災危險性分析聚酯生產(chǎn)屬化工性質(zhì)，反應溫度高，在生產(chǎn)過程中使用或產(chǎn)生的一些物質(zhì)有一定的危險因數(shù)，見表1。這些物質(zhì)發(fā)生泄漏時，易引起火災或一定范圍內(nèi)的爆炸危險。根據(jù)工藝專業(yè)提出的釋放源級別和位置，易燃物質(zhì)的性質(zhì)、通風條件、障礙物、生產(chǎn)條件，以及爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范(GB50058-92)，劃分聚酯裝置一至四層生產(chǎn)車間為爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)，其中一層的地坑和地溝為1區(qū)；五層PTA加料間采用鏈板輸送機輸送，劃定為爆炸性粉塵環(huán)境11區(qū)(按照可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備第1部分：用外殼和限制表面溫度保護的電氣設備第1節(jié)：電氣設備的技術要求(GBl2476.1-2000)則稱為可燃性粉塵環(huán)境22區(qū))。聚酯裝置附房為正常環(huán)境。3 系統(tǒng)設計3.1 系統(tǒng)保護對象分級和系統(tǒng)形式選擇表1 主要化學危險物品特性注：1.若按新國標GBl2476.1-2000規(guī)定，其溫度組別定為T1。聚酯裝置屬于石油化工企業(yè)，為高層丙類生產(chǎn)廠房。根據(jù)火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范(GB50116-98)第3.1.1條和石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范(GB50160-92)(1999年版) 第7.8.1條，聚酯裝置必須設置火災自動報警系統(tǒng)，保護對象為二級，采用區(qū)域報警系統(tǒng)，在有人值班的DCS控制室設置一臺二總線智能化區(qū)域火災報警控制器，通過RS485總線與廠區(qū)消防值班室內(nèi)集中火災報警控制器進行通訊聯(lián)系。3.2 火災探測器的設置部位及選擇火災探測器的設置部位應與保護對象的等級相適應，二級保護對象采用區(qū)域保護方式，只保護火災危險性大或者存在火災危險而且重要的某一區(qū)域或場所。故聚酯裝置設置火災探測器的部位有縮聚間(生產(chǎn)車間)、熱媒泵房(生產(chǎn)車間)、催化劑消光劑儲存及加料間(生產(chǎn)車間)、PTA加料間(生產(chǎn)車間)、變壓器室、低壓配電室、MCC室、WPS室、DCS控制室、化驗室、空調(diào)機房、電梯機房；而對制冷站、過濾器清洗、辦公室等部位考慮不設置火災探測器?；馂奶綔y器的選擇應根據(jù)設置場所的火災形成和發(fā)展特征、房間高度、環(huán)境特點等因素來確定。聚酯裝置附房為正常環(huán)境，在設置火災探測器的部位選擇光電感煙探測器，吸頂安裝；其中若MCC室、DCS控制室敷設電纜的架空地板凈空高度0.6m，應設光電感煙探測器，保護面積為25m2。爆炸性氣體環(huán)境選擇本安型防爆光電感煙探測器(ExibCT6)；爆炸性粉塵環(huán)境選擇本安型防爆感溫探測器(ExibCT6)。將防爆區(qū)的防爆探測器等本安設備引接至安全區(qū)時，每一個回路須串接一個齊納安全柵，限制本安電路的電能在安全范圍內(nèi)。齊納安全柵集中安裝在置于非防爆區(qū)的安全柵箱內(nèi)，齊納安全柵須可靠接地。每個齊納安全柵后可帶本安設備的數(shù)量，不同廠家有不同的要求，但差異甚小，一般來說每個齊納安全柵后面最多可帶5只非編碼防爆探測器，防爆感煙探測器和防爆感溫探測器可混接一個回路。3.3 手動火災報警按鈕火災自動報警系統(tǒng)應設有手動和自動兩種觸發(fā)方式。每個防火分區(qū)應至少設置一個手動報警按鈕。從一個防火分區(qū)內(nèi)的任何位置到最鄰近的一個手動報警按鈕的距離不應大于30m(間距不大于60m)。手動報警按鈕設置在聚酯裝置每層生產(chǎn)車間和附房出入口處。爆炸性氣體環(huán)境選擇本安型防爆手動報警按鈕(ExibCT6)；爆炸性粉塵環(huán)境選擇本安型防爆手動報警按鈕(ExibCT6)，并帶防塵罩，使之達到IP5X防護等級。本安型防爆手動報警按鈕亦應通過齊納安全柵才能接入安全區(qū)，每個齊納安全柵后可帶本安設備的數(shù)量，不同廠家差異較大。有些廠家要求每個齊納柵后最多可帶5只非編碼防爆型手動報警按鈕，且防爆型手動報警按鈕和防爆探測器可混接在同一個回路；有些廠家要求每個齊納柵后最多可帶5只非編碼防爆型手動報警按鈕，但防爆型手動報警按鈕和防爆探測器不能混接在同一個回路；有些廠家要求每個齊納安全柵后面最多可帶15只防爆型手動報警按鈕，且不能和防爆探測器混接在同一個回路。3.4 火災警報裝置聚酯裝置不設置火災應急廣播，在每個防火分區(qū)至少應設一個火災警報裝置，其位置設在聚酯裝置每層生產(chǎn)車間和附房出入口處。附房的火災警報裝置選用聲光報警器；爆炸性氣體環(huán)境選用隔爆型警鈴(ExdBT6，75dB)，聚酯裝置二層生產(chǎn)車間環(huán)境噪聲約85dB，該場所火災警報裝置選用隔爆型警笛(ExdBT6，100dB)；爆炸性粉塵環(huán)境選擇具有IP5X防護等級的隔爆型警鈴(ExdBT6，75dB)。3.5 消防專用電話在聚酯裝置低壓配電室、DCS控制室設置消防專用電話分機；在附房手動火災報警按鈕處設置電話塞孔。消防電話線引自廠區(qū)消防值班室總線制消防電話總機。4 消防聯(lián)動控制聚酯裝置消防聯(lián)動控制對象包括室內(nèi)消火栓滅火系統(tǒng)、電梯(貨梯)、火災警報裝置、火災應急照明、空調(diào)通風系統(tǒng)及非消防電源的斷電控制。消防聯(lián)動控制方式由火災報警控制器通過報警控制總線和模塊自動控制。4.1 本工程聚酯裝置采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)，為保證最不利點消火栓和自動噴水滅火設備的水量和水壓要求，在聚酯裝置屋面上設18m3消防水箱和自動增壓設備(氣壓罐和穩(wěn)壓泵)。該套設備根據(jù)國標圖集消防增壓穩(wěn)壓設備選用與安裝(98S176)設計，穩(wěn)壓泵由氣壓罐連接管道上的遠傳壓力表自動控制啟停，一用一備兩臺穩(wěn)壓泵，輪流工作，自動切換，交替運行。平時管道系統(tǒng)如有滲漏等情況，控制穩(wěn)壓泵不斷補水穩(wěn)壓，在PS1(啟動)與PS2(停止)間反覆運行。一旦有火情，管道系統(tǒng)大量缺水，系統(tǒng)水壓從P S1下降至P2時輸出啟動消防主泵信號，當消防主泵啟動后返回信號切斷穩(wěn)壓泵控制電源，使穩(wěn)壓泵自動停止。穩(wěn)壓泵的工作及故障信號送至消防值班室，并在聯(lián)控臺上顯示。本工程消防水泵設在廠區(qū)綜合給水站消防水泵房內(nèi)。穩(wěn)壓泵的P2值壓力開關引至消防水泵電控箱，自動啟泵。4.2 建筑設計防火規(guī)范(GBJl6-87 ) (2001年版) 第8.6.2條第九款規(guī)定，高層工業(yè)建筑應在每個室內(nèi)消火栓處設置直接啟動消防水泵的按鈕，并應有保護設施。由于聚酯裝置存在爆炸危險場所，目前還無法選到既能報警又能直接啟泵的防爆型消火栓啟泵按鈕，因此本工程聚酯裝置在消火栓箱內(nèi)設置手動報警按鈕，通過總線向火災報警控制器報警和顯示部位，并經(jīng)聯(lián)動控制臺轉(zhuǎn)換后實現(xiàn)手動和自動控制啟泵。在爆炸危險場所消火栓箱內(nèi)設置的手動報警按鈕采用本質(zhì)安全型，并應自成一個回路，與只起報警作用的箱外手報按鈕和探測器的地址編碼區(qū)分開來。4.3 為防風助火勢，使火災擴大，空調(diào)通風管道上的70防火閥關閉后，應通過其輸出接點將關閉信號反饋到消防值班室，并通過聯(lián)動控制系統(tǒng)關閉空調(diào)風機和有關部位的送風機，送風機的關閉信號也應反饋到消防值班室。4.4 火災確認后在配電室手動切斷相關部位的非消防電源；通過控制模塊自動接通警報裝置及火災應急照明燈和疏散標志燈，自動控制電梯全部停于首層，并接收其反饋信號。5 系統(tǒng)供電本工程聚酯裝置室外消防用水量超過30L/S，根據(jù)建筑設計防火規(guī)范(GB716-87)(2001年版) 第10.1.1條第二款以及石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電信設計規(guī)范(SHJ28-90)第10.0.1條規(guī)定，聚酯裝置火災報警系統(tǒng)應按二級負荷供電，采用雙回路在末端自動切換?；馂膱缶刂破鞯闹绷鱾溆秒娫床捎脤Ｓ眯铍姵兀铍姵厝萘繎椿馂膱缶刂破髟诒O(jiān)視狀態(tài)下工作24h后，再加上同時有二個分路報火警30min用電量之和計算。6 布線和配管爆炸危險場所火災自動報警系統(tǒng)的布線配管既要滿足消防的要求，又要滿足爆炸危險環(huán)境的一般規(guī)定。6.1 本工程聚酯裝置火災自動報警系統(tǒng)的傳輸線路和DC24V供電的控制線路，均采用電壓等級不低于交流250V的阻燃銅芯屏蔽電纜。交流220/380V的供電和控制線路采用電壓等級不低于交流500V的阻燃銅芯電纜。本質(zhì)安全電路用電纜的絕緣應能承受導體對地、導體對屏蔽和屏蔽對地至少為交流500V的試驗電壓。6.2 火災自動報警系統(tǒng)的傳輸線路的線芯截面選擇，應滿足回路電阻的要求和機械強度的要求。導線截面按回路電阻計算公式如下：S2L/R或已知廠家導線電阻參數(shù)時r=1000R/(2L)r1式中：S-導線計算截面積，(mm2)；- 導線材料的電阻系數(shù)，對于銅導體=0.0184mm2m；L - 電纜長度，(m)；R - 導線允許電阻值()，由消防廠家提供；r - 導線單位長度的允許電阻值，(/km)；r1 - 20時導線電阻最大值(/km)，由電纜廠家提供?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)的DC24V控制線路(聯(lián)動電源線)的線芯截面選擇，應按允許電壓降計算，其公式如下：S2LIU式中：S - 導線計算截面積，(mm2)；- 導線材料的電阻系數(shù)，對于銅導體=0.0184mm2m：L - 電纜長度，(m)；I - 回路報警時的最大工作電流，(A)；U - 線路允許電壓降(V)，由消防廠家提供。本工程聚酯裝置火災自動報警系統(tǒng)的信號總線和消防電話線選用ZR-RVVP-300/300V-21.5阻燃屏蔽電纜；聯(lián)動電源干線選用ZR-RVVP-300/300V-24阻燃屏蔽電纜；本安回路電纜選用ZR-RVVP-300/300V-21.0阻燃屏蔽電纜。國產(chǎn)防爆型警報裝置功耗高(20W)，若采用直流電源驅(qū)動，則電纜干線截面較大，考慮本層、上下相鄰層共6個防爆型警報裝置同時動作，電纜截面需16mm2；因此本工程防爆型警報裝置采用交流220V供電，由控制模塊自動控制其動作。6.3 聚酯裝置火災自動報警系統(tǒng)本質(zhì)安全電路由本質(zhì)安全設備(本安型探測器或本安型手報按鈕)、關聯(lián)設備(齊納安全柵)和連接電纜三者構成，其安裝和線路敷設應符合下列規(guī)定： a本質(zhì)安全電路和非本質(zhì)安全電路不應共用一根電纜或穿同一根保護管。b當采用芯線無分別屏蔽的電纜或無屏蔽的導線時，兩個及其以上不同回路的本質(zhì)安全電路，不應共用同一根電纜或穿同一根保護管。 c本質(zhì)安全電路及其附件，應有藍色標志。如果本質(zhì)安全或非本質(zhì)安全電路電纜已有鎧裝、金屬護套或屏蔽，不需再做標志。d本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路在同一電纜槽或同一電纜溝道內(nèi)敷設時，應用接地的金屬隔板或具有足夠耐壓強度的絕緣板隔離，或分開排列敷設，其間距應大于59mm，并分別固定牢固。e本質(zhì)安全電路不應受到其他線路的強電磁感應和強靜電感應，可通過采用屏蔽、絞合電纜或與電磁場保持足夠距離來實現(xiàn)。f 本質(zhì)安全電路的安裝應使電纜電容、電感或L/R及表面溫度不超過規(guī)定值，該允許值應從合格證書、電氣設備標志或設備安裝說明書中取得。設計時應按設計的電纜長度驗算電纜的分布電容和分布電感值是否滿足要求。通常電纜分布參數(shù)按集中參數(shù)考慮，其值與電纜長度成正比，即 CC CO-Ci，L CLO-Li式中：CO 、LO - 關聯(lián)設備給出的最大外部允許電容和電感量；Ci 、Li - 本安設備內(nèi)部最大等效電容和電感量；CC 、L C - 允許電纜的最大分布電容和電感量；國內(nèi)電纜廠生產(chǎn)的電纜，從樣本上查找并不是都能提供分布參數(shù)值。安全柵生產(chǎn)廠所提供CO和LO值也不是數(shù)值都相同的，按不同型號而不同。無資料時可參考有關國外標準資料進行估算，美國NFPA(美國國家防火協(xié)會)曾提出過用于1區(qū)場所的本安系統(tǒng)的連接電纜的最大分布電容CC和分布電感L C值作為參考，即L C0.66礖/m，CC197pF/m例如，本工程聚酯裝置消防電子設備選用北京利達防火保安設備有限公司產(chǎn)品，防爆型感煙火災探測器(本質(zhì)安全設備)Ui=28V，Ii=35mA，Ci 0礔，Li 0mH；防爆型感溫火災探測器(本質(zhì)安全設備)Ui=28V，Ii=35mA，Ci 0礔，Li 0mH；所配齊納安全柵NF751(關聯(lián)設備)參數(shù)UO=28V，Io=35mA，Co=0.04礔，LO=5mH；本安設備與關聯(lián)設備之間連接電纜的CC=0.03l礔，L C=5mH。設計時選用ZR-RVVP-21.0阻燃型屏蔽電纜(交流試驗電壓為1500V/5min)，本安支路最遠100m，該段電纜分布電容CC=100197=0.0197106 pF=0.0197礔0.03礔滿足要求；分布電感L C=1000.66 = 0.066103礖 = 0.066mH5 mH滿足要求。如果采用普通電纜，其電纜長度滿足不了本安電路的要求時，則應改用本安專用電纜(額定電壓為300/500V，電纜采用藍色護套)，其具有較低的電容電感參數(shù)，優(yōu)異的屏蔽性能和抗干擾性能。g由于本質(zhì)安全電路在正常工作和規(guī)定的故障條件下產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境，且本質(zhì)安全設備無隔離密封要求，因此爆炸危險場所敷設的沒有中間接頭的本安電路導管系統(tǒng)可以暗敷。聚酯裝置結構梁多且高，若明敷報警信號管線路徑長，彎頭多敷設困難且耗材，而采用暗敷約節(jié)省25材料，更能滿足消防的要求。但須注意本安電路連接電纜應在防爆探測器或防爆手報按鈕底座的接線端子上接線分線，不能在本安設備底部預埋的普通接線盒內(nèi)接線或在暗敷管線的任意中間部位設置普通接線盒分線，否則會影響系統(tǒng)的本安性能。另外本工程暗敷的本安電路導管在2區(qū)與正常環(huán)境之間的隔墻處仍應做好隔離密封。具體做法可采用：從安全柵箱引出的本安回路沿封閉線槽敷設穿過隔墻由正常環(huán)境進入爆炸危險場所后，改穿焊接鋼管暗敷在樓板內(nèi)，線槽在穿墻處使用密封膠泥進行密封。6.4 聚酯裝置正常環(huán)境消防線路穿焊接鋼管暗敷，局部沿封閉金屬線槽敷設，線槽外刷防火涂料。爆炸危險場所內(nèi)隔爆型消防設備采用鍍鋅焊接鋼管明敷配線，管外刷防火涂料；電纜線路的中間接頭應在相應的防爆接線盒內(nèi)連接。爆炸性氣體環(huán)境、爆炸性粉塵環(huán)境，敷設消防線路的金屬線槽或鋼管，所穿過的不同區(qū)域之間墻或樓板處的孔洞，應采用非燃性材料嚴密堵塞。在爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)內(nèi)，鋼管配線的消防線路在2區(qū)與相鄰的11區(qū)或正常環(huán)境之間，必須做好隔離密封。7 系統(tǒng)接地根據(jù)火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范（GB50116-98)，為建立統(tǒng)一的基準電位，保證系統(tǒng)正常工作，火災自動報警系統(tǒng)需要設置直流工作接地，并為此而設置專用的接地板和專用的接地干線，且采用共用接地裝置時接地電阻值不應大于1。但實際上目前市場上生產(chǎn)的火災報警控制器產(chǎn)品只有一個與金屬外殼相連的保護接地端子，無直流工作接地端子，消防信號回路采用不接地的“浮動工作地系統(tǒng)”，即懸浮地。因此，聚酯裝置火災自動報警系統(tǒng)的接地分為保護接地、屏蔽接地和本質(zhì)安全電路接地，并采用共用接地，接地電阻值不應大于4。7.1 保護接地為保護人身安全和設備安全，區(qū)域報警控制器和安全柵箱的金屬外殼、金屬線槽、電纜保護管等均應做保護接地，采用6mm2銅芯絕緣線穿塑料管就近接至等電位接地端子板。7.2 屏蔽接地為保證信號在傳輸中不受干擾，降低電磁干擾，防止在電路的一端與其他端之間地電位有差異時可能出現(xiàn)危險的屏蔽故障環(huán)路電流，屏蔽電纜的屏蔽層必須在DCS室火災報警控制器處單點接地，現(xiàn)場側浮空，且同一回路的屏蔽層應具有可靠的電氣連續(xù)性。屏蔽接地采用6mm2銅芯絕緣線穿塑料管就近接至等電位接地端子板。7.3 本質(zhì)安全電路接地為了防止在危險區(qū)存在過高的對地電勢和產(chǎn)生過大的地電流，齊納式安全柵應可靠接地。聚酯裝置各層安全柵箱內(nèi)的齊納柵匯流條在兩端采用接地干線(16mm2銅芯絕緣線)穿塑料管分別串接，再分別接至一層總等電位接地端子板。齊納柵接地匯流條至接地體之間的連接線電阻應不大于1，齊納柵接地電阻應不大于4。8 結論8.1 聚酯裝置結構梁又高又多，當梁突出頂棚的高度超過600mm時，被梁隔斷的每個梁間區(qū)域至少應設置一只探測器。設計時應注意梁突出頂棚的高度為梁高減去樓板厚，而非梁的高度。在電氣平面圖中應插入結構梁板圖，并標出梁尺寸，以