干粉灭火系统在烷基铝配置区的设计和应用

卞广山，何 姗

（1.青岛伊科思技术工程有限公司，山东青岛 266061；2.青岛国际人才开发有限公司，山东青岛 266000）

干粉灭火系统在烷基铝配置区的设计和应用

卞广山1，何 姗2

（1.青岛伊科思技术工程有限公司，山东青岛 266061；2.青岛国际人才开发有限公司，山东青岛 266000）

烷基铝的特殊属性使得其灭火剂的选择十分有限，传统方法只能用干沙或蛭石粉等不燃材料进行覆盖或吸收，随着消防技术的发展，超细干粉对于烷基铝的灭火效果非常好。文章结合工程设计实践，介绍了超细干粉灭火系统的组成及工作原理，本次设计还对烷基铝消防系统进行了优化和完善，主要体现在三个方面：双充气稳压结构；设有自动、手动、机械三种启动方式；组合分配式干粉系统保护。

烷基铝配置区；干粉灭火系统；火灾；报警

0 引言

作为重要的助催化剂，烷基铝在石油化工行业中得以广泛应用。聚乙烯 （PE）、聚丙烯 （PP）、顺丁橡胶 （BR）和异戊橡胶 （IR）装置中烷基铝是不可缺少的基本材料。异戊橡胶 （IR）装置催化剂配置单元，助催化剂有倍半乙基氯化铝、三异丁基铝。倍半乙基氯化铝是一种无色或浅黄色液体，熔点-50℃，沸点204℃，闪点-18℃，在空气中自燃，遇水爆炸。三异丁基铝固态为白色块状或粉末，液态时呈无色透明状，熔点-5.6℃，沸点114℃，与空气接触即着火，遇含氧化物 （如水等） 会强烈燃烧或爆炸，并生成一种带刺激性气味的氧化物，此气体对人的气管和肺部均有不良影响。烷基铝特殊的化学性质决定了其配置贮存单元消防非常重要。

烷基铝的特殊属性，使得应用于此类一级自燃物品的灭火剂十分有限，传统方法只能用干沙或蛭石粉等不燃材料进行覆盖或吸收，灭火速度慢，效率低；由于火灾危险性大，人员不便接近，人们往往面对这类火灾而无可奈何。随着我国消防技术的发展，D类干粉灭火剂开始国产化，经大量的实验及实践验证，国产D类超细干粉对于此类火情的灭火效果非常好。本文结合异戊橡胶 （IR）装置催化剂配置单元的消防设计，阐述D类超细干粉灭火系统的原理及应用。

1 超细干粉灭火系统的组成

1.1 贮存装置

贮存装置一般由超细干粉贮存容器、超细干粉释放装置、安全泄放装置、贮气瓶组、容器阀、集流管、减压阀、信号反馈装置及控制装置等组成。贮存装置宜设在专用的贮存装置间内。在本装置中我们采用的是局部应用灭火系统，采取防湿、防冻、防火措施后，贮存装置设在固定的安全围栏内。

1.2 选择阀和喷头

在组合分配系统中，每个防护区或保护对象应设一个选择阀。选择阀的位置宜靠近超细干粉贮存容器，并便于手动操作，方便检查和维护。由于灭火剂在管路系统中呈现气固二相流，选择阀应采用具备手动、自动控制双重功能的快开型阀门，以避免灭火剂与驱动气体明显分离，防止灭火剂被截留。当喷头设置在粉尘、油雾等场所，应有防护罩，防止喷孔堵塞。

1.3 管道及附件

管道及附件的选材，应考虑系统能承受最高环境温度下的工作压力。为防止锈蚀和减少阻力损失，管道和附件要严格做好防腐处理。管路布置时尽量对称分流，保证气固二相流流量分配均匀，以保证灭火效果。

2 超细干粉灭火系统的工作原理

高压惰性气体通过高压减压器减压后输入干粉贮存容器，与容器内干粉灭火剂按比例混合，再由动力气体携带干粉灭火剂，经过干粉释放阀、区域分配阀、系统管网，最后经喷放器，扑向火源，在极短的额定时间内达到灭火目的。工作原理及控制动作程序如图1所示。

在灭火过程中，粉雾与火焰接触，发生一系列的物理和化学反应，从而阻断火焰燃烧的链式反应，其具体作用主要有三种：

（1）对有焰燃烧的化学抑制作用。（2）对表面燃烧物的窒息作用。（3）对热辐射的遮隔、冷却作用。

3 充气稳压结构的改进

传统的干粉灭火系统装备一般采用下充气稳压结构，喷射强度的变化类似于如图2所示的干粉贮存罐内部气粉混合比的变化。

动力气体从干粉贮存罐下方冲入增压，与沉积的干粉混合、搅拌，当压力达到额定压力值时，干粉系统开始喷射。喷射强度在初期较大，随着时间的推移，在靠近出粉口处药剂浓度稀释，喷射强度迅速下降，干粉系统的灭火效能也随之下降。这种结构不利于控制初期火灾，灭火效果较差。

改进后的双充气稳压结构克服了上述弊病，系统喷射的气粉混合比较稳定，显著提高了灭火效果。双充气稳压结构的干粉贮存罐内气粉混合比的变化如图3所示。

双充气稳压结构在系统启动时，动力气体向干粉贮存罐内充气增压，动力气体与干粉灭火剂按比例充分混合，当压力值达到额定压力时，系统干粉阀开启，同时切换充气增压阀，停止下充气，干粉贮存罐上方开始补气。后续补充的氮气将混合好的气粉混合物输送至系统管网，不会迅速稀释干粉气体混合物的浓度。双充气稳压结构的灭火系统在一定时间段内喷射强度很高，能很快控制火势，将大火扑灭。喷射强度曲线如图4所示。

4 控制与操作系统的设计特点

（1）烷基铝配置区虽然占地比较小，但由于其非常特殊的化学性质，决定了本防护区是消防保护的重点部位。本灭火系统设有自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式，确保在任何情况下都能及时发现火情和扑救火灾。

（2）设有火灾自动报警系统时，灭火系统的自动控制应在收到两个独立的火灾探测信号后才能启动，并应延迟喷放，延迟时间不应大于30 s，且不得小于超细干粉贮存容器的增压时间。为了提高系统的可靠性，最大限度地避免由于探测器误报引起灭火系统误动作，从而带来不必要的经济损失，复合探测和延迟喷放在系统控制中非常重要。

（3）手动紧急停止装置与手动启动装置组合，可实现在系统启动后的延迟时间内发现不需要或不能实施喷放灭火剂的情况时中止系统。在以下情况手动紧急停止装置与手动启动装置组合使用：误操作按下了启动按钮；火情可改用其他简易灭火手段；区域内还有人员尚未安全撤离。

需要系统再次启动时手动启动装置可以实现系统的再次启动。

5 组合分配式干粉系统保护的设计特点

5.1 干粉灭火剂用量的确定

根据催化剂配置区设备布置及工艺要求，本次设计将整个配置区按照一个完整的保护对象考虑，采用一套组合分配式干粉系统保护，干粉灭火系统划分了3个保护分区。干粉灭火剂用量按经验公式估算：

式中M——所需的干粉灭火剂的质量/kg；

n——设计基本系数（包括安全系数、风散系数等），取2；

k——干粉灭火剂基本用量，取2kg/m2；

s——保护区面积/m2。

干粉灭火剂用量按照同一时间内可能发生火灾最大保护面积计算，当任何一个保护区有火情时，系统只对出现火情的区域进行干粉喷放。

5.2 组合分配系统的优势

组合分配系统在节省设备投资费用、系统运行维护费用方面有着非常明显的优势。由于D类超细灭火剂的工艺制作要求较高，造价相对普通干粉也高，组合分配系统灭火剂用量仅按被保护系统内最大保护面积计算，不必像独立干粉系统每个保护区都需设置干粉罐，通过区域选择阀达到只针对有火情的保护区进行干粉喷放，节约干粉，不额外增加二次事故，降低运行维护费用。因此，在需要配置超细干粉灭火系统的装置中，组合分配式系统是在满足国家相关标准规范的前提下，设计人员优先考虑的高效系统。

6 结束语

随着我国消防技术不断推陈出新，D类灭火剂的国产化，超细干粉灭火系统解决了烷基铝类火灾消防系统依靠进口、消防方案单一的难题。超细干粉灭火技术因为成本低、绿色环保、无毒无害、灭火效率高等特点，已引起国内消防企业、设计院的重视，充分展示出其在烷基铝等消防难点场所的应用前景。

[1]GB 50160-2008，石油化工企业设计防火规范[S].

[2]GB 50347-2004，干粉灭火系统设计规范[S].

[3]DB 37/T 1317-2009，超细干粉灭火系统设计、施工及验收规范[S].

[4]NFPA 17-2002，干粉灭火系统标准[S].

[5]VdS 2111-1985，干粉灭火装置规范·设计与安装[S].

[6]MINIMAX D Pulver-2005，D类灭火干粉的技术要求[S].

Design and Application of Dry Powder Fire Extinguishing System for Alkyl Aluminum Stora Zone

BIAN Guang-shan（Qingdao Yikeshi Technical Engineering Co.,Ltd.,Qingdao 266061,China），HE Shan

Selecting extinguishing agents for alkyl aluminum is limited because of its special property.Traditionally,noncombustible materials such as dry sand and vermiculite powder are used to cover fire.With the development of fire extinguishing technology,superfine dry powder is found to be a very effective extinguishing agent for alkyl aluminum.Combined with engineering design practice,this paper introduces the composition and working principle of the superfine dry powder extinguishing system and its optimization in three aspects,i.e.dual gas-filling pressure stabilized structure,three start-up modes （automatic,manual and mechanical）and combined distribution-type dry powder system protection.

alkyl aluminum storage zone;dry powder extinguishing system;fire;giving an alarm

X928.7

B

1001－2206（2011）05－0019－03

卞广山 （1981-），男，山东临沂人，助理工程师，2005年毕业于莱阳农学院建筑环境与设备工程专业，现主要从事石油化工设备、装置的设计、安装工作。

2011-07-20