研究碳氢化合物冰箱工程设计中的消防安全成果总结
CFC12和CFC11作为冰箱生产行业中的制冷剂和发泡剂已经使用了几十年，尽管这两种氟里昂(CFCs)有其非常优越的性能，但由于其存在非常显著的大气层臭氧破坏效应和温室效应，因此造成了南极上空的臭氧空洞和大气层臭氧浓度下降等环境问题。为此，国际社会签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，规定了氟里昂逐年递减和最后替代的时限，我国于1990年在此议定书上签字。
目前，国内越来越多的冰箱生产厂家已经认识到发展新一代环保冰箱势在必行，纷纷开始了CFCs替代技术的开发与研究。广东XX公司于1995年在国内首家研制出了以环戊烷为发泡剂，异丁烷为制冷剂的全无氟节能冰箱，实现了对大气臭氧层破坏系数和温室效应为零。为了进一步推广这一成果并扩大公司产能，该公司拟投资在华东地区新建一个年产各型全无氟节能冰箱260万台的生产基地，并委托我院进行该项目的工程设计。
由于作为CFCs替代物的碳氢化合物属易燃气体或液体，因此在工程设计中不可避免的带来了消防安全设计问题。本文正是从工艺专业的角度对该项目消防安全设计的一个总结。
一. 环戊烷、异丁烷的理化及危险特性
1. 环戊烷的理化及危险特性
(1) 理化性质：
环戊烷(五亚甲基)是一种无色透明的液体，有苯样气味。其分子式为C5H10，分子量为70.08；熔点-93.7℃；沸点49.3℃。气态时相对密度为2.42（空气为1）；与水的相对密度为0.75(水为1)。不溶于水，但溶于醇、醚、苯、四氯化碳、丙酮等有机溶剂。
(2) 燃烧爆炸危险性：
闪点：
-25℃；自燃温度：361℃；燃烧性：易燃；
环戊烷蒸汽与空气易形成爆炸性混合物，爆炸下限1.4%，爆炸上限8%，遇火花、明火产生燃烧爆炸。由于其蒸气比空气重，容易积聚于地面300mm左右。并能从低处扩散到相当远的地方，遇火点燃引着回烧；贮罐遇高热时容器内压力增大，有开裂和爆炸危险。
灭火方法：
泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。用水无效，但可以降低燃烧温度。
(3) 毒性及健康危害
环戊烷属于低毒类，侵入途径的有吸入、食入、经皮肤吸收三种。吸入后可引起头痛、头晕、定向力障碍、兴奋、倦睡、共济失调和麻醉作用。呼吸系统和心脏可受到影响。对眼有轻度剌激作用。口服致中枢神经系统抑制、粘膜出血和腹泻等。本品对皮肤有脱脂作用，引起皮肤干燥、发红等。
2. 异丁烷的理化及危险特性
(1) 理化性质：
异丁烷(2-甲基丙烷)是一种无色稍有气味的气体。分子式C4H10，分子量58.12；熔点-159.6℃；沸点-11.8℃。与空气相对密度2.01(空气为1)，液态与水相对密度为0.56（水为1）。微溶于水，溶解于乙醚。
(2) 燃烧爆炸危险特性：
闪点：
-82.8℃；自燃温度：460℃。
异丁烷与空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限1.8%，爆炸上限8.57%，其蒸气比空气重，易积聚于地面300mm高度，并能在低处扩散到相当远的地方，遇火花、火源引燃回燃爆炸。贮罐遇到高热时容器内压力增大，有开裂和燃烧爆炸的危险。
灭火方法：
泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。并可用雾状水灭火和冷却、降温。
(3) 毒性及健康危害
异丁烷属于低毒类，侵入途径主要是吸入。吸入后主要作用是麻醉和弱剌激。急性中毒主要表现为头痛、头晕、嗜睡、恶心、酒醉状态，严重者可出现昏迷。慢性影响：出现头痛、头晕、睡眠不佳、易疲倦等症状。
二. 生产厂房的安全技术条件及设计要求
1. 危险区域的划分
为预防用于生产的易燃碳氢化合物的燃烧和爆炸，所有可能引燃源均应予以鉴别和尽可能消除。如果不可能消除引燃源，则应采取其他措施消除危险。
0区：爆炸危险气体持续出现或长期出现的区域，如环戊烷罐内和供应罐内。
1区：爆炸危险气体在正常操作时可能出现的区域，如发泡工位附近100mm、环戊烷贮罐开口周围1.5m半径的范围、通风管内等。
2区：爆炸危险气体在正常操作时不大可能出现或仅存留很短时间的区域，如环戊烷发泡区、异丁烷灌注站，环戊烷预混(发泡)站、环戊烷贮罐区等除1区外的区域。
2. 工艺对土建的要求
环戊烷发泡生产线或发泡工位(包括预混站)、异丁烷灌注生产线不得设在建筑物的地下室或半地下室，宜设在单层厂房靠外墙或多层厂房的最上一层靠外墙处。
环戊烷发泡线或发泡工位(包括预混站)、异丁烷灌注站应尽量避开厂房的梁、柱等承重构件布置，地面宜采用不发火地面。地面不得设地沟。
3. 工艺对给排水的要求
给排水应按丙类厂房设计消防给水。
环戊烷贮罐区应配备:
2--4个手提式灭火器(系指6升高效化学泡沫或8kg干粉灭火器)；
2部100升高效化学泡沫或70kg干粉推车；
灭火砂2立方；
消火栓（仅用于给火场降温）和自来水龙头（人员冲洗）。
4. 工艺对通风的要求
通风的主要目的是使生产过程中的可燃气体浓度尽可能的低，一般低于爆炸下限的20%。
通风包括排风和送风。在爆炸危险区域内，空气不应循环使用。排风设备不应和送风设备布置在同一通风机房内。送风宜采用顶部方式。
环戊烷发泡区及发泡预混站、异丁烷灌注站及灌注工位、环戊烷和异丁烷的存储区必须安装有排风系统。排风系统的排风量应大于送风量，能保证正常生产情况环戊烷或异丁烷的气体浓度不超过气体爆炸下限浓度的20%，且区域内为负压，气体不会向其他区域扩散。在正常生产的情况下，抽排风量一般不应小于10次/小时，紧急情况下应能达到20次/小时以上。排风系统应有两级抽风能力，应采用双速风机、变速风机或双风机。正常生产情况下使用一级排风（或单台风机排风），在可燃气体的浓度超过在爆炸下限的20%时，通过风机调速或启动备用风机来加大一级抽风量。
排风系统必须与生产系统联锁，在排风系统出现故障的情况下，该区域的生产应不能进行。排风系统应有故障指示。
排风系统的风机应为防爆风机，应选用无火花型。排风系统供电电源应与设备用电电源分开，由独立的可靠电源供电，以保证稳定供电。
由于环戊烷和异丁烷相对空气的比重分别为2.42和2.01。因此在布置抽风口时，抽风口(最下沿)距地面高度不宜超过30cm，但应高于最低面。
5. 工艺对电气及接地的要求
在危险区域内，电气设备应是防爆的和在失灵时能自动关闭的。环戊烷发泡区、异丁烷灌注站、环戊烷预混站、环戊烷及异丁烷贮存罐(区)等爆炸危险区域中电气设备及设施必须符合国标GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》中的要求。
(1) 电气设备
爆炸危险区内的电气设备在运行过程中必须具备不引燃周围爆炸性混合物的性能。应根据爆炸危险区域的分区、电气设备的种类和防爆结构的要求，选择相应的电气设备。
在爆炸危险区域0区应选用本质安全型或特为0区设计的特殊型电气设备；
爆炸危险1区内一般以选用本质安全型和隔爆型的电气设备为主；
在爆炸危险区域2区，除适合1区的防爆类型外，还宜选用正压型、增安型等电气设备。
(2) 线路
环戊烷发泡、异丁烷灌注工位(站房)、环戊烷贮罐区等爆炸危险区域内1区、2区电压为1000V以下的电气线路配线必须采用钢管配线，严禁明敷绝缘导线。
由于环戊烷和异丁烷的比重比空气重，因此电气线路应在较高处敷设或直接埋地敷设，宜在易燃易爆介质输送管道的上方。
(3) 电气及防静电接地
环戊烷发泡、异丁烷站及灌注工位、环戊烷贮罐区等爆炸危险环境内固定安装与移动使用的.电气设备和线路正常不带电的金属外壳、金属机座、金属管线、电缆金属护套等均应安设牢靠的保护接地线，接地电阻应不大于4欧。
为防止因静电火花而造成事故，在冰箱生产爆炸危险区域内，除电气设备保护接地外，发泡模具、输送环戊烷、异丁烷等易燃易爆介质的管道、机组、贮罐等可能产生静电危害的物体均需防静电接地。管道在进出车间处应设接地，每隔80m-100m应重复接地一次。防静电接地电阻一般不大于10欧。
(4) 防雷
一般情况下, 生产碳氢化合物冰箱的主体生产车间应划为第二类防雷建筑，而其他生产厂房(气体站房、锅炉房等除外)应划为第三类防雷建筑。
环戊烷贮罐区应设置独立的避雷针，避雷针与被保护物及与被保护物有联系的金属物之间的间距不少于3m。
防雷接地冲击接地电阻不大于10欧。如与其它接地系统共用接地极，则取最小值4欧。
6、工艺对气体探测及火灾报警的要求
(1) 可燃气体检测系统
碳氢化合物冰箱生产中火灾爆炸事故是在具备一定的可燃气体、助燃物和火源等三个要素的条件下发生的。因此，可以通过对这三个要素的监测，预报火灾爆炸事故，以便采取相应的技术措施。其中，可燃气体的泄漏和积聚程度是现场火灾爆炸危险性的主要指标，相应的可燃气体检测系统便是监测现场可燃气体泄漏危险程度的重要工具。
一个可然气体监测系统包含气体探测器(传感器)、控制和监视板、连接线。控制板可以启动各种预防的功能，如增加通风、声响报警、关闭安全阀、切断动力供应和停止生产。
环戊烷发泡生产区及预混站、异丁烷灌注站及灌注工位、存储区必须装有可燃气体探测系统。
可燃气体探测系统应能在可燃气体浓度达到爆炸下限浓度的20%时报警，并加大一级排风量。当可燃气体浓度达到爆炸下限浓度的40%时应能发出声光报警信号，切断泄漏区域的(或事故区域)的动力供应，使该区域的生产停止运作。
当气体监测系统出现故障或关闭时，应有信号指示。
可燃气体探测器应安装在泄漏点附近和有可能引起聚集的地点，其一般距地面高不宜超过30cm。
可燃气体监测系统应有独立的供电电源和备用电源，以保证其24小时不间断工作。生产结束后，气体监测系统不应关闭，应处于工作状态。
(2) 火灾报警措施
环戊烷发泡区及站房、异丁烷灌注区及站房、环戊烷贮罐区等爆炸危险区，应设声光报警装置，主体车间内还应安装报警电铃，报警声音水平要求至少达到80分贝，或至少比背景响声高20分贝。
在以上危险区应设紧急停止按钮，紧急停止按钮应具有监测可燃气体浓度达到爆炸下限浓度40%时的功能。
气体监测系统应与火警系统相连，当某区域安全系统动作时(40%时的功能)，火警监测系统应能指示该区域，同时在控制室发出警报。另外，当发生火警时，相应区域内的火警系统应能使安全系统动作，执行如切断区域内动力电源，起动报警等功能，但不要求和排风系统锁。
使用环戊烷发泡及异丁烷灌注的主体车间应有事故照明和疏散指示标志。疏散用的事故照明最低照度不低于0.5lx；事故照明和疏散指示标志应设玻璃或其他非燃烧材料制作的保护罩。疏散标志宜布置在环戊烷发泡、异丁烷灌注工位或附近和车间主通道及其转角处的墙上，间距不宜大于20m。
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