王磊
陕西延长石油榆林煤化有限公司 陕西榆林 719000
摘要：本文根据北方冬季寒冷气候特点，从水煤浆气化工艺生产物料介质特性入手，对煤气化装置区各工段建筑特征逐个进行分析，给出防火分区、防爆计算、疏散设计等设计建议。
关键词：煤化工 严寒地区 水煤浆
1典型煤浆制备工段厂房布置及建筑防火设计建议
1.1建筑物概况
大型德士古水煤浆气化装置的煤浆制备工段一般由磨煤厂房、给料厂房、添加剂系统及氮压机厂房、真空压滤厂房等附属生产厂房组成。
1.2功能布置概况
磨煤厂房一般由两部分组成：煤储斗框架和磨煤机厂房。磨煤机厂房是围绕磨煤机组设置的带有操作平台的单层钢筋混凝土排架厂房。煤储斗框架根据工艺介质流向从上到下布置，由多台煤储斗纵向连贯，其作用是将输煤栈桥运送来的碎煤储存到煤储斗，再经煤称量给料机计量输送到磨煤机。
1.3建筑防火设计定性
磨煤机厂房按照《建规》相关规定，按单层工业厂房考虑。煤储斗框架高度超过４０ｍ，超过２４ｍ按《建规》规定，内部有多层实体楼面，其为高层工业厂房。
1.4耐火等级设计思路
按照《建规》相关规定，本工段可选择一、二、三级耐火等级。鉴于其建筑均为钢筋混凝土框架和排架结构，跨度、层高均较大，混凝土梁板柱断面和保护层厚度均可达到二级耐火等级要求，因此磨煤厂房通常采用二级耐火等级。
1.5防火分区设计思路
磨煤机厂房和煤储斗框架两厂房之间采用３ｈ耐火极限防火墙分隔，防火墙位于高侧的煤储斗框架，一直做到４０ｍ以上标高的煤储斗框架顶层屋面板下。两厂房之间贴邻建造，满足《建规》要求。鉴于此，两厂房从结构型式和功能上均不同，要求煤储斗框架按磨煤机厂房一样，当作丙类单层厂房考虑不合理；同样，要求磨煤机厂房按煤储斗框架一样当成丙类高层厂房也不合理，防火设计上应分别按各自特点考虑。对于单层排架结构的磨煤机厂房，根据《建规》规定，二级耐火等级的单层工业厂房每个防火分区面积可达８０００ｍ２。目前磨煤机厂房跨度大多在３０ｍ以内，则每个磨煤机厂房的长度可做到２００ｍ以上而不需进行防火分隔。对于高层框架结构的煤储斗框架，根据《建规》规定，二级耐火等级的丙类高层工业厂房每个防火分区面积可达２０００ｍ２。目前磨煤机厂房跨度大多在１０～１２ｍ，则每个防火分区的长度可做到１７０～２００ｍ而不需进行防火分隔。从设置消防车道的角度来考虑，则尽量将建筑物纵向长度控制在１５０ｍ为宜。
1.6其它防火疏散设计建议
（１）本工段火灾危险性为丙类，煤储斗框架部分为高层厂房，应严格按照《建规》规定做封闭楼梯间或室外梯，以满足疏散要求。
（２）目前所做的大型煤化工项目中的磨煤厂房一般在１００ｍ以上。虽不超过一个防火分区的面积，但因煤储斗部分为纵长建筑，厂房疏散设计仍需多加关注。2气化框架工段厂房布置及建筑防火防爆设计建议
2.1建筑物概况
气化框架通常为多层钢筋混凝土框架，有时因地震情况不同设计为下部多层钢筋混凝土框架、上部少数层钢框架的结构形式。层数在十层左右，高度大约50m左右。在气化炉主框架一侧有个二层的捞渣机集渣输送区。
2.2功能布置概况
德士古水煤浆气化工艺的气化框架工段，居中两跨为围绕气化炉设置的主体框架，高压煤浆泵输送来的水煤浆与高压氧分别通过烧嘴的不同流道进入气化炉，反应后的高温气体激冷后通过文丘里洗涤器进入洗涤塔，洗涤后的合成气通过管廊进入下游装置。同时，反应后的液态渣激冷后经锁斗输送到捞渣机的渣仓，通过捞渣机输送到运渣车，进行后续处理。
2.3建筑防火设计定性
气化装置产生的合成气，主要成分为氢气、硫化氢、一氧化碳和二氧化碳等。氢气为甲类气体，气化炉框架主体为十层左右的钢筋混凝土框架，因此气化炉框架部分为甲类高层厂房。
2.4耐火等级设计思路
按照《建规》相关规定，本工段可选择一、二级耐火等级。鉴于本厂房除个别层局部为钢结构，主体为多层钢筋混凝土框架，跨度、层高均较大，混凝土梁板柱断面和保护层厚度均可达到一级耐火等级要求；同时，由于厂房火灾危险性高，选择较高耐火等级更利于防火疏散，而且对于规范允许防火分区面积可以做得更大，进而减少厂房内部防火分隔。因此气化框架宜优先采用一级耐火等级。
2.5防火分区设计思路
经初步统计，目前我院设计的气化框架，其单个气化炉所在框架基本尺寸不超过10ｍ，较大型的单个气化炉所占面积为一个10ｍ面宽、两个9ｍ进深，即大约200ｍ2的占地面积。加上框架两侧每台气化炉附属的泵区和捞渣区，单台气化炉所占面积达到５００ｍ２。如加上楼电梯间等辅助功能区，４台气化炉的面积已接近３０００ｍ２的甲类多层一级建筑的单个防火分区面积极限，这个指标同时也是《煤化工规》中规定的一个防火分区和每层所占面积的规定指标。因此建议以４台气化炉为限，如整个装置气化炉数量超过４台，则将工段分为两个以上建筑物，使每部分气化炉数量不超过４台，以确保整个建筑物面积不超过规范的极限要求。
2.6其它防火疏散设计建议
（１）楼梯设置：整个建筑为甲类高层，按《建规》要求，需设置封闭楼梯间或室外楼梯作为安全出口。
（２）消防电梯的设置：本工段每个建筑物一般设有一部货梯用于运输维修小件，同时兼做检修人员上下楼层使用。
2.7防爆设计建议
（１）厂房采用钢筋混凝土或钢框架形式，满足《建规》对防爆厂房的结构选型要求。
（２）厂房内需做不发火花楼地面，同时，厂房内如有电动卷帘门等用电设备，需选用防爆电机和不发火花导轨等。
2.8泄爆设计建议
（１）在近年的设计中一般采用轻质泄压外墙及屋面作为泄压构造。
（２）对于泄压比值，各项目设计中均采用氢气的0.25，为各介质中最高。但对于这类高大且层数多的建筑物，如分层计算，则除个别层外，单靠外墙泄压，远远满足不了泄压面积要求，只能按厂房各层联通为一个整体空间计算才能通过。
3典型渣水处理工段厂房布置及建筑防火防爆设计建议
3.1建筑物概况
德士古水煤浆气化的渣水处理框架为多层钢筋混凝土框架，层数在六层左右，建筑高度40多ｍ。
3.2功能布置概况
德士古水煤浆气化的渣水处理框架，主体结构围绕多级闪蒸系统布置为两跨钢筋混凝土框架，一层局部附加一跨为泵区。
3.3建筑防火设计定性
灰水在闪蒸生产过程中有合成气产生，其主要成分为氢气、硫化氢气体和一氧化碳气体。氢气为甲类气体，建筑高度超过24ｍ。同时，德士古水煤浆气化的渣水处理工段，由于洗涤塔布置在气化框架，从气化框架输送到渣水处理的只有黑水，黑水中此类气体含量很少，故此厂房防火按乙类高层厂房考虑。
3.4耐火等级设计思路
按照《建规》相关规定，本工号可选择一、二级耐火等级。鉴于本厂房除底层局部为钢结构，主体为多层钢筋混凝土框架，跨度、层高均较大，混凝土梁板柱断面和保护层度均可达到一级耐火等级要求；同时，因厂房火灾危险性高，选择较高耐火等级更利于防火疏散，而且对于允许防火分区可以做得更大，进而减少厂房内部防火分隔。因此渣水处理厂房宜采用一级耐火等级。
3.5防火分区设计思路
渣水处理工段定为乙类防火区域，其每个防火分区面积可做到4000ｍ２，在做具体项目时可按规定，结合项目规模选择合适的渣水处理单体建筑规模。二层及以上各层基本为闪蒸罐框架，或是与气化框架对应布置，则每层可作为一个防火分区而不需进行防火分隔。
3.6其它防火疏散设计建议
（１）整个建筑为乙类高层，按《建规》要求，需设置封闭楼梯间或是室外楼梯作为安全出口。
（２）因本工段建筑物基本为纵长型如超过规范规定的30ｍ疏散距离，则需在建筑中部适当位置另设封闭楼梯间或是室外楼梯。
3.7泄爆设计建议
厂房需做泄爆构造，其理论泄爆面积需按《建规》规定公式进行计算，厂房实际的泄爆面积需不小于计算数据。
结语
本文针对近年建设成功的煤化工项目、尤其是德士古水煤浆气化项目的大型化、封闭化特点，总结建筑防火防爆设计思路，提出基本设计建议，供建筑专业设计人在煤化工领域设计中采用。