可燃气体干式气柜火灾危险性分析及防火对策
2015/11/6 14:25:21 点击： 文章来源：www.jshhcc.com
可燃气体气柜是一种常温、低压、可变容积的大型现场焊接设备，用于平抑可燃气体产量与用量之间的不平衡，即当产量高于用气量时，将多余的气体储存在柜体内，以补充高峰时供气量的不足，同时稳定管网压力。可燃气体气柜按密封方式分为湿式气柜和干式气柜。湿式气柜采用水密封，存在基础荷载大、腐蚀严重、气体增湿等缺点，已逐渐被干式气柜所取代。干式气柜是相对于采用水为密封介质的湿式气柜而言的，采用活塞密封结构，其储气压力是由活塞结构及其配重产生的。目前国内已建成的干式气柜最大储气容积已达 300000 m3，最高设计压力 15 kPa，正在建设工作压力为 20 kPa，有效容积达 600 000 m3的干式气柜。
1 干式气柜类型和结构
1. 1 类型
干式气柜主要分为三种柜型: 采用稀油密封的多边形稀油密封型气柜、圆筒形稀油密封型气柜和采用橡胶膜密封的膜密封柜。多边形稀油密封型气柜、圆筒形稀油密封型气柜统称为稀油柜。
稀油密封是在柜内活塞与柜壁间的专用密封机构内注入专用密封油进行密封，活塞沿柜内直导轨运行，达到调节煤气贮量与压力的目的。橡胶膜密封是在气柜壳内设置活塞，活塞下设密封橡胶膜，充气时密封膜膨胀，活塞上升，放气则活塞下降。
1. 1 类型
干式气柜主要分为三种柜型: 采用稀油密封的多边形稀油密封型气柜、圆筒形稀油密封型气柜和采用橡胶膜密封的膜密封柜。多边形稀油密封型气柜、圆筒形稀油密封型气柜统称为稀油柜。
稀油密封是在柜内活塞与柜壁间的专用密封机构内注入专用密封油进行密封，活塞沿柜内直导轨运行，达到调节煤气贮量与压力的目的。橡胶膜密封是在气柜壳内设置活塞，活塞下设密封橡胶膜，充气时密封膜膨胀，活塞上升，放气则活塞下降。
1. 2 结构
( 1) 多边形稀油密封煤气柜。此类气柜采用稀油+ 钢质滑板的活塞密封方法，具有正多边形的外形特征，简称多边形柜，又称曼型柜。其外部结构见图 1。
( 2) 圆筒形稀油密封煤气柜。此类气柜采用稀油+ 橡胶条的活塞密封方法，具有圆筒形的外形特征，简称为圆筒形柜，又称 POC 型柜。
( 3) 橡胶膜密封煤气柜。此类气柜采用橡胶膜活塞密封方法，具有特制橡胶膜的活塞结构和圆筒形的外形特征，简称膜密封柜，也称皮膜柜、卷帘柜或威金斯柜。
活塞密封方法，具有特制橡胶膜的活塞结构和圆筒形的外形特征，简称膜密封柜，也称皮膜柜、卷帘柜或威金斯柜。
为满足煤气柜巡检和人员疏散的需要，干式气柜设有 1 部从地面上柜顶的外部楼梯，并设检修人员进入活塞上部和下部区域的通道，以及停电时救援活塞上人员的紧急救助装置。稀油柜还设有外部电梯和内部吊笼，使人员能够从柜顶进入到稀油柜活塞上。
( 1) 多边形稀油密封煤气柜。此类气柜采用稀油+ 钢质滑板的活塞密封方法，具有正多边形的外形特征，简称多边形柜，又称曼型柜。其外部结构见图 1。
( 2) 圆筒形稀油密封煤气柜。此类气柜采用稀油+ 橡胶条的活塞密封方法，具有圆筒形的外形特征，简称为圆筒形柜，又称 POC 型柜。
( 3) 橡胶膜密封煤气柜。此类气柜采用橡胶膜活塞密封方法，具有特制橡胶膜的活塞结构和圆筒形的外形特征，简称膜密封柜，也称皮膜柜、卷帘柜或威金斯柜。
为满足煤气柜巡检和人员疏散的需要，干式气柜设有 1 部从地面上柜顶的外部楼梯，并设检修人员进入活塞上部和下部区域的通道，以及停电时救援活塞上人员的紧急救助装置。稀油柜还设有外部电梯和内部吊笼，使人员能够从柜顶进入到稀油柜活塞上。
2 火灾危险性分析
从储存介质的特性来讲，干式气柜储存的是多组分具有危化品特征的可燃混合气体，属于甲类火灾危险性，人工煤气还存在 CO 中毒职业危害。干式气柜周边的附属建筑物主要是水封井设施、油泵站( 房) 和外部电梯机房。其火灾危险性是:
从储存介质的特性来讲，干式气柜储存的是多组分具有危化品特征的可燃混合气体，属于甲类火灾危险性，人工煤气还存在 CO 中毒职业危害。干式气柜周边的附属建筑物主要是水封井设施、油泵站( 房) 和外部电梯机房。其火灾危险性是:
2. 1 水封井房
气体进出口水封井房按干式气柜储存介质特性确定火灾危险性类别。由于水封井房内有大的地坑，并有与柜体直接相连的气体进出口主管和水封，因此该房间应按干式气柜储存介质的特性来界定火灾危险性。如果在南方地区水封井设为露天，则不存在水封井设施火灾危险性的问题。
2. 2 油泵站( 房)
油泵站( 房) 中主要含干式气柜的密封油，属丙类液体。但由于油泵站( 房) 离干式气柜很近，其电气设施应采取防爆措施，按照爆炸危险区域 2 区设防。
2. 3 外部电梯机房
干式气柜外部电梯机房一般采用下置式，通风条件较好，机房为不燃烧体，机房本身属于丁类火灾危险性。但由于紧贴柜体，且与柜体回廊连接，因此其电气设施按照爆炸危险区域 2 区设防。
2. 4 干式气柜周边的防爆分区
按照 GB 50414 －2007《钢铁冶金企业设计防火规范》( 以下简称《冶金规范》) 中对煤气柜防爆分区的规定，可燃气体气柜防爆分区划分见表 1 所示:
3 消防设计及防火对策
3. 1 防火间距的确定
干式气柜的柜址选择应遵循下列原则: ①不应建设在居民稠密区; ②应远离大型建筑、仓库、通信和交通枢纽等重要设施; ③应布置在通风良好的地方; ④宜布置在主要生产车间和职工生活区全年最小频率风向上风侧; ⑤宜靠近主管网布置。其防火间距应当满足以下要求:
( 1) 当干式气柜总容积不大于100000m3时，与建筑物、可燃液体储罐、堆场和室外变、配电站等之间的防火间距按照 GB 50016 － 2006《建筑设计防火规范》( 以下简称《建规》) 中第 4. 3. 1 条执行。
( 2) 当干式气柜的总容积大于 100 000 m3，小于300000m3，防火间距参照《冶金规范》第 4. 2. 4 条之规定执行。
( 3) 对于有效容积超过 300000m3的干式气柜，与其他建、构筑物的防火间距在现行规范中没有规定，按照《建设工程消防监督管理规定》公安部 119 号令规定需要组织专家评审。可燃气体气柜与其他建筑物、储罐防火间距的确定一般按照储气总容积或直径来确定，在干式气柜柜容越来越大情况下，直径也越来越大。以 300 000 m3圆筒形柜为例，其直径为 64. 6 m，500 000 m3圆筒形柜的直径约 76 m，因此需通过评审合理确定防火间距，做到既保证安全，又经济合理。
气体进出口水封井房按干式气柜储存介质特性确定火灾危险性类别。由于水封井房内有大的地坑，并有与柜体直接相连的气体进出口主管和水封，因此该房间应按干式气柜储存介质的特性来界定火灾危险性。如果在南方地区水封井设为露天，则不存在水封井设施火灾危险性的问题。
2. 2 油泵站( 房)
油泵站( 房) 中主要含干式气柜的密封油，属丙类液体。但由于油泵站( 房) 离干式气柜很近，其电气设施应采取防爆措施，按照爆炸危险区域 2 区设防。
2. 3 外部电梯机房
干式气柜外部电梯机房一般采用下置式，通风条件较好，机房为不燃烧体，机房本身属于丁类火灾危险性。但由于紧贴柜体，且与柜体回廊连接，因此其电气设施按照爆炸危险区域 2 区设防。
2. 4 干式气柜周边的防爆分区
按照 GB 50414 －2007《钢铁冶金企业设计防火规范》( 以下简称《冶金规范》) 中对煤气柜防爆分区的规定，可燃气体气柜防爆分区划分见表 1 所示:
3. 1 防火间距的确定
干式气柜的柜址选择应遵循下列原则: ①不应建设在居民稠密区; ②应远离大型建筑、仓库、通信和交通枢纽等重要设施; ③应布置在通风良好的地方; ④宜布置在主要生产车间和职工生活区全年最小频率风向上风侧; ⑤宜靠近主管网布置。其防火间距应当满足以下要求:
( 1) 当干式气柜总容积不大于100000m3时，与建筑物、可燃液体储罐、堆场和室外变、配电站等之间的防火间距按照 GB 50016 － 2006《建筑设计防火规范》( 以下简称《建规》) 中第 4. 3. 1 条执行。
( 2) 当干式气柜的总容积大于 100 000 m3，小于300000m3，防火间距参照《冶金规范》第 4. 2. 4 条之规定执行。
( 3) 对于有效容积超过 300000m3的干式气柜，与其他建、构筑物的防火间距在现行规范中没有规定，按照《建设工程消防监督管理规定》公安部 119 号令规定需要组织专家评审。可燃气体气柜与其他建筑物、储罐防火间距的确定一般按照储气总容积或直径来确定，在干式气柜柜容越来越大情况下，直径也越来越大。以 300 000 m3圆筒形柜为例，其直径为 64. 6 m，500 000 m3圆筒形柜的直径约 76 m，因此需通过评审合理确定防火间距，做到既保证安全，又经济合理。
3. 2 消防和救生设施配置
由于干式气柜储存介质为低压可燃气体，不采用水灭火，气柜筒体内部和外壁不设置消防水设施，其冷却采用固定式水炮或移动式水枪冷却方式。室外应当设置室外消火栓等消防给水系统，其消防给水设计应满足下列要求:
( 1) 同一时间内发生火灾次数按一次计算，火灾延续时间为 3 h，室外消防水量应符合《建规》第8. 2. 3 条对可燃气体储罐( 区) 的有关规定。
( 2) 灭 火 器 的 配 置 应 符 合 现 行 的 国 家 标 准GB 50140 － 2005《建筑灭火器配置设计规范》的有关规定。干式气柜区域救生设施宜包含空气呼吸器、通风式防毒面具、必要的便携式有毒气体检测仪等。
由于干式气柜储存介质为低压可燃气体，不采用水灭火，气柜筒体内部和外壁不设置消防水设施，其冷却采用固定式水炮或移动式水枪冷却方式。室外应当设置室外消火栓等消防给水系统，其消防给水设计应满足下列要求:
( 1) 同一时间内发生火灾次数按一次计算，火灾延续时间为 3 h，室外消防水量应符合《建规》第8. 2. 3 条对可燃气体储罐( 区) 的有关规定。
( 2) 灭 火 器 的 配 置 应 符 合 现 行 的 国 家 标 准GB 50140 － 2005《建筑灭火器配置设计规范》的有关规定。干式气柜区域救生设施宜包含空气呼吸器、通风式防毒面具、必要的便携式有毒气体检测仪等。
3. 3 电气设计
干式气柜区域的消防用电应按二级负荷供电。其电气设计应当包含以下要求:
3. 3. 1 可燃气体浓度监测装置
( 1) 干式气柜活塞上部。干式气柜活塞与柜顶之间的空间通风条件较差，一旦燃气泄漏则可能达到爆炸极限，遇火花即会爆炸。因此干式气柜活塞上部应按储存气体特性设置固定式 CO 或可燃气体浓度监测装置，其监测信号应送到干式气柜的控制室。对储存有毒燃气的干式气柜，在有毒燃气泄漏到活塞上方达到对人体允许的有害浓度时，应有报警信号。对储存无毒燃气的干式气柜，在达到爆炸下限的 20% 时应有报警信号。
干式气柜区域的消防用电应按二级负荷供电。其电气设计应当包含以下要求:
3. 3. 1 可燃气体浓度监测装置
( 1) 干式气柜活塞上部。干式气柜活塞与柜顶之间的空间通风条件较差，一旦燃气泄漏则可能达到爆炸极限，遇火花即会爆炸。因此干式气柜活塞上部应按储存气体特性设置固定式 CO 或可燃气体浓度监测装置，其监测信号应送到干式气柜的控制室。对储存有毒燃气的干式气柜，在有毒燃气泄漏到活塞上方达到对人体允许的有害浓度时，应有报警信号。对储存无毒燃气的干式气柜，在达到爆炸下限的 20% 时应有报警信号。
( 2) 稀油柜油泵站房宜设置气体浓度在线检测和报警装置，露天设置的箱体式油泵站可不设。北方干式气柜大多将油泵设在站房内，为防爆 2区。由于油泵房通风差，且人员每周都需到油泵站房内巡检，故应设固定式可燃气体浓度检测装置并与通风装置连锁。南方地区油泵站不少采用户外型钢质箱式结构，通风条件较好，此种情况则油泵站箱体电气设计按防爆 2 区设计即可。
( 3) 进出口管道水封室内应设可燃气体浓度检测报警装置和通风换气系统。
( 3) 进出口管道水封室内应设可燃气体浓度检测报警装置和通风换气系统。
3. 3. 2 煤气温度测量装置
干式气柜一般储存常温的可燃气体，储气温度不宜超过 60℃，膜密封柜的储气温度不宜超过 72℃。对于冶金行业转炉煤气和铁合金煤气回收，一次除尘后煤气温度约 72℃，除尘后的煤气温度往往超过了稀油柜和膜密封柜的允许极限温度要求，造成稀油柜的密封油和橡胶膜的物理性能降低，老化，影响密封和安
全。因此，干式气柜进口管道或柜内应设煤气温度测量，储存焦炉煤气或煤层气等常温气体的干式气柜可不设温度高位报警。
3. 3. 3 防爆电气和防雷接地以及防静电设计干式气柜的外部电梯和内部吊笼应采用防爆型。内部吊笼位于防爆 1 区，外部电梯井道一般利用柜体作为支撑，与煤气柜柜体距离较近，机房通常在侧板外3 m 范围以内，因此必须采用防爆型设备。柜体照明灯具应选用防爆型节能灯具，航空障碍灯应采用自动通断电源的控制装置。干式气柜必须设防雷接地和防静电接地。干式气柜顶板厚度小于 4 mm 时应设接闪器，防雷设施均应可靠接地。
3. 3. 4 防人员窒息或中毒或残留物燃烧等事故干式气柜活塞下部为封闭储存燃气的空间，在检修时也只能开少数人孔，通风条件很差，特别在杂质较多的可燃气体干式气柜中，容易发生人员窒息或中毒或残留物燃烧等事故。按 GB 8958 － 2006《缺氧危险作业安全规程》规定，进入活塞下部检修前必须安全切断干式气柜所有气体进出口管阀门，确认活塞下部气体中有害物质浓度满足现行国家标准 GB 6222 －2005《工业企业煤气安全规程》的要求，含氧量达到19. 5% 以上且通风良好。每次进入活塞下部检修的人员和工器具均应登记并确认返回，出入口处应有专人监护。
3. 4 干式气柜着火事故处理
( 1) 干式气柜人孔、管道阀门法兰连接处等密封部位发生着火时，可采用干粉灭火器、消火栓和堵泥等方法灭火。
( 2) 稀油密封型气柜油泵站( 房) 密封油着火，应立即停止油泵启动，切断油泵房电源，采用干粉灭火器或砂子灭火。
( 3) 气柜发生着火或爆炸后，应立即切断气源，根据现场情况使用固定式水炮或移动式水枪对着火罐及相邻罐进行冷却，启动应急预案并通知有关用户及时停止用气。
4 结束语
干式气柜柜容越来越大，已经成为消防保卫的重点。本文结合《建筑设计防火规范》和《钢铁冶金企业设计防火规范》的有关规定对干式气柜从类型、结构、火灾危险性、消防设施和安全措施等方面进行了阐述，以防止和减少干式煤气柜的安全事故和职业危害，确保干式煤气柜运行管理。
干式气柜一般储存常温的可燃气体，储气温度不宜超过 60℃，膜密封柜的储气温度不宜超过 72℃。对于冶金行业转炉煤气和铁合金煤气回收，一次除尘后煤气温度约 72℃，除尘后的煤气温度往往超过了稀油柜和膜密封柜的允许极限温度要求，造成稀油柜的密封油和橡胶膜的物理性能降低，老化，影响密封和安
全。因此，干式气柜进口管道或柜内应设煤气温度测量，储存焦炉煤气或煤层气等常温气体的干式气柜可不设温度高位报警。
3. 3. 3 防爆电气和防雷接地以及防静电设计干式气柜的外部电梯和内部吊笼应采用防爆型。内部吊笼位于防爆 1 区，外部电梯井道一般利用柜体作为支撑，与煤气柜柜体距离较近，机房通常在侧板外3 m 范围以内，因此必须采用防爆型设备。柜体照明灯具应选用防爆型节能灯具，航空障碍灯应采用自动通断电源的控制装置。干式气柜必须设防雷接地和防静电接地。干式气柜顶板厚度小于 4 mm 时应设接闪器，防雷设施均应可靠接地。
3. 3. 4 防人员窒息或中毒或残留物燃烧等事故干式气柜活塞下部为封闭储存燃气的空间，在检修时也只能开少数人孔，通风条件很差，特别在杂质较多的可燃气体干式气柜中，容易发生人员窒息或中毒或残留物燃烧等事故。按 GB 8958 － 2006《缺氧危险作业安全规程》规定，进入活塞下部检修前必须安全切断干式气柜所有气体进出口管阀门，确认活塞下部气体中有害物质浓度满足现行国家标准 GB 6222 －2005《工业企业煤气安全规程》的要求，含氧量达到19. 5% 以上且通风良好。每次进入活塞下部检修的人员和工器具均应登记并确认返回，出入口处应有专人监护。
3. 4 干式气柜着火事故处理
( 1) 干式气柜人孔、管道阀门法兰连接处等密封部位发生着火时，可采用干粉灭火器、消火栓和堵泥等方法灭火。
( 2) 稀油密封型气柜油泵站( 房) 密封油着火，应立即停止油泵启动，切断油泵房电源，采用干粉灭火器或砂子灭火。
( 3) 气柜发生着火或爆炸后，应立即切断气源，根据现场情况使用固定式水炮或移动式水枪对着火罐及相邻罐进行冷却，启动应急预案并通知有关用户及时停止用气。
4 结束语
干式气柜柜容越来越大，已经成为消防保卫的重点。本文结合《建筑设计防火规范》和《钢铁冶金企业设计防火规范》的有关规定对干式气柜从类型、结构、火灾危险性、消防设施和安全措施等方面进行了阐述，以防止和减少干式煤气柜的安全事故和职业危害，确保干式煤气柜运行管理。
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