石油化工装置防火设计研究范文

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1现阶段石化装置防火设计方案思路

现阶段新建石油化工工程的防火设计应严格遵守GB50160—2008《石油化工企业设计防火规范》(以下简称防火规范)，防火设计思路严格执行了防火规范的总体思路:“预防—隔离—控制—扑救—避难”，这一思路贯穿了防火规范的前后。预防是指解决可燃物的跑、冒、滴、漏，隔离是要防止泄漏的可燃物与明火接触(一般采取设置水幕、蒸汽幕、建筑物内通风等措施)，制是指防止火灾蔓延(一般采取设防火间距、耐火涂层、喷淋冷却等措施)，扑救是指对火灾进行扑救的消防能力，避难指现场人员能迅速离开火灾现场。由此可以看出防火设计是一项系统工程。在工程设计中，不仅要重视防火间距、总体布局，还要重视消防设施的配备。

2基于风险评估的防火设计方案的可行性

防火规范所规定的内容都是最基本的，具有普遍性，是成熟的经验总结。对于某项目的工程设计，符合了防火规范的要求，并不一定表明该项工程设计的防火设计是完善的。因为工程项目设计中涉及到许多特性问题及防火规范未包括的新技术问题，这就在客观上说明制定针对性的防火设计方案的必要性。防火规范对其应用范围作了说明，规定“新建石油化工工程的防火设计应严格遵守本规范。……就地扩建或改建的石油化工工程的防火设计应首先按本规范执行，当执行本规范某些条款确有困难时，在采取有效的防火措施后，可适当放宽要求，但应进行风险分析和评估，并得到有关主管部门的认可。”即对于就地改扩建工程由于已有部分不符合现有规范的要求，建设单位可以在主管部门认可的前提下对项目进行风险评估，根据风险程度再确定采取的防火设计内容。这一说明可以理解为对基于风险评估的防火设计在法规层面的认可。国家标准《石油库设计规范》编制组为了解着火油罐火焰辐射热对邻近罐的影响，运用挪威船级社的安全计算软件，对浮顶罐20m防火间距作出安全评价。虽然仅仅是对油罐火灾后果进行的计算分析，但也是对风险评估技术在工程设计中一种有益的应用。风险评估的核心是判断风险是否可以接受，风险标准是用来对风险的重要性加以判断的准则，是基于风险的防火设计的基础。国家安全生产监督管理总局已提出了可接受风险准则，中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司也分别制定了其内部的可接受风险准则。近年来随着定量风险分析技术的发展及推广，国内多数液化天然气工程均已进行过定量风险分析。这些工作都对项目的安全设计提供了重要依据。

3基于风险评估的防火设计方案的应用举例

基于风险评估的防火设计的应用主要在以下三个方面。

3．1对高风险设备、设施的关注高风险设备、设施是通过风险评估确定出来的风险排序较高的设备，如热油泵、高大框架等。这一部分的设备设施应该在防火设计时重点关注。现有的防火规范在确定防火间距时，考虑的主要原则和依据有:重点保护对象(人员集中场所)、可燃物质类别、火灾影响距离和可燃气体扩散范围、点火源/释放源的分类等因素，均简单地从火灾后果的角度提出应对措施，而不是设备风险。风险评估的方法有很多种，主要分为定性、定量两类。其中较为简便、有效的分析方法主要有事件树分析、风险矩阵、保护层分析等。当然也可以通过建立简单的风险分析数学模型判断高风险设备，如文献就利用模糊综合评判法来确定关键设备。中国石化工程建设有限公司目前承担一个以火灾事故概率统计分析及辐射热火灾模拟计算为基础的关于火灾探测技术及灭火系统的研究课题，就是一种针对高风险设备、设施实施的防火设计方案研究。

3．2对高风险事故的关注防火规范的设置仅考虑局部设备着火的影响，不考虑重大火灾爆炸事故的影响，仅着眼于有限的生产实践中出现的高频率、小规模、低损失的火灾事故，而不考虑“低频率、大规模、高损失的特殊事故”。从事故的发生发展角度看，是存在一系列可以传播危险的事故序列，从失事点到事故后果之间有着复杂的中间原因、后果。同样，导致这一事故序列风险较高的原因也很复杂。显然对一些“中等频率、大规模、高损失的事故”也应该采取防范措施并密切关注。对高风险设施进行风险评估时采取的分析方法同样也适用于事故序列分析，另外也可采取一些系统性的分析方法，如危险与可操作性研究、领结图分析等。

3．3对已有消防设施的评估对已有消防设施的评估主要集中在对消防设施的可靠性和有效性两方面的分析。以设施可靠性为中心的评价，主要考虑各子系统的可靠性。应用事件树、事故树等常用的风险分析方法对各系统的可靠性进行分析，找出对系统可靠性影响较大的因素，采取针对性的防范措施来提高消防系统的可靠性。针对消防设施有效性的评价一般采用计算机辅助软件进行分析。(1)事故后果模拟分析事故后果模拟分析软件主要针对设置的灾害后果条件计算其影响范围，常用的软件有DNV-PHAST，Shell-FRED等。文献［8］介绍了利用PHAST软件模拟火灾后果分析平面布置。本研究以Shell-FRED为例介绍其在消防设施有效性评价方面的应用。ShellFRED是壳牌公司开发的一套用于对危险品泄漏后果建模的软件系统。通过对火灾(池火灾、罐顶火、壕沟火、喷射火)事故后果的模拟，可以计算出距离事故点某一场所受到事故的影响结果。影响结果包括对人员的影响和对设备的影响。对人员影响的计算结果包括:①正常着装并佩戴安全帽的人员在指定位置能够暴露的最长时间(s);②指定位置人员接收的热量;③热量对指定位置人员造成的生理影响。这3个数据可以评判消火栓、消防炮等消防设施设置位置的合理性，也可以用来判断指定位置的消防队员能否完成规定的灭火作业步骤，可以优化灭火作业步骤。对设备的影响计算结果除了常规的热辐射计算外，还会得到钢制设备长时间暴露在火灾环境后可能达到的表面温度，表面温度本身就可能成为二次火灾事故的点火源，也可能烫伤人员及灭火设施(如消防水管)。(2)事故过程数值仿真软件分析数值仿真软件分析是运用先进的计算流体动力学技术，根据使用者定义的条件通过对区域内的流场分析计算获得接近真实场景的计算结果。该类软件已广泛应用于航空/航天、汽车制造、机械制造、石油化工等各行业。能够较好地应用于火灾环境数值仿真的软件主要有:ANSYS(通用大型的有限元分析软件，能对应力场、温度场、流体场、进行有限元分析)、FLACS(燃烧速度仿真模拟)、KFX(KameleonFireEx，ComputIT公司所开发)等。与其他软件比起来KFX可以帮助设计人员完成消防系统的设计(喷头的布局、类型及方案的选择)、消防系统的验证，效果的模拟。用KFX可以模拟喷水对火灾发展的作用以及火焰和液滴之间的相互作用，可以模拟所有类型的消防系统，例如喷淋系统、自动喷水系统、水幕、水雾系统等。模拟复杂空间、封闭空间内的火灾，考虑外部风场和自然通风或人工通风系统对火灾的影响。模拟设备及承重结构在含有和不含有消防水系统时的热载荷情况，包括动力学响应、变形和结构的整体塌陷。

4小结

基于风险评估的防火设计开展的前提是必须符合现行的法律法规、标准规范，在此前提下通过风险评估技术，利用最低合理可行原则为较高风险提出措施，使得系统安全性和经济性相互统一。消防系统可靠性分析及火灾事故过程数值模拟是最能有效提高防火设计效果的手段，但存在基础数据缺失、计算过程复杂等方面的缺陷，还需要大量的数据统计与经验积累。

作者：张斌单位：中国石化工程建设有限公司