含钠厂房的消防设计

□胡 朝 焦保良

某工艺设施的试验装置采用钠作为工艺介质，液态钠在试验装置、净化罐、管道内;试验装置在运行过程持续发热，由循环水冷却系统将热量导出。由于钠特殊的物理化学特性，事故情况下容易发生火灾、爆炸危险，需对工艺设施采取完善的消防设计，降低火灾、爆炸危险。

一、工艺设施概况

某项目建设一栋建筑面积约7，000m2，内含多个研究试验设施和普通办公区的综合厂房，研究试验设施建筑面积约4，000m2，普通区面积约3，000m2。在厂房东侧的研究试验设施内设有建筑面积150 m2的试验大厅。大厅内设有有含钠试验装置，见图1。

该研究试验设施包括电气、控制等辅助房间和试验大厅，北侧和西侧区域为建筑物内其他设施。大厅顶部设有1台电动双梁起重机，轨顶标高12m，大厅内设有1套工艺试验装置，试验装置的辅助系统有钠回路系统、循环冷却水系统、测量系统等。钠回路系统含钠约100kg，主要储存在位于储钠罐坑的钠净化罐内，通过泵和管道在试验装置和钠净化罐内密闭循环。试验装置运行过程中，循环冷却水通过试验装置将热量带走。

图1 试验大厅工艺布局示意图

二、火灾危险性分析

(一)钠的物理化学性质。钠具有低熔点、高沸点的特点，具有很强的化学特性。钠使用过程中需考虑钠火和钠水反应的危险。

1.钠与氧的反应。在室温下，钠与氧迅速反应，可生成氧化钠，当氧过量时可生成过氧化钠。当钠温度高于125℃时，在空气中与氧反应而发生燃烧，生成氧化钠烟雾。氧化钠烟雾是强碱性氧化物，对人的呼吸道、眼粘膜产生强烈刺激。

2.钠水反应。钠与水或水蒸气生成氢氧化钠和氢气，氢气属于易燃易爆气体。

(二)试验大厅火灾危险性。试验大厅为整栋厂房的局部区域，厂房其他区域为普通的研究试验场所和办公区，有火灾爆炸危险的试验大厅占本层面积少于5%，根据《建筑设计防火规范》GB50016-2006第3.1.2条，厂房整体火灾危险分类按厂房主体区域火灾危险性确定为丁类厂房。

试验大厅内存储使用较大量的钠，钠封闭在管道和设备内，不与空气接触;试验装置采用水冷却。在发生钠泄漏的情况下，极容易发生钠火事故;在钠、水泄漏情况下会产生氢气，具有爆炸危险;因此，试验大厅存在较大的火灾、爆炸危险，试验大厅区域火灾危险性为甲类。

三、消防设计

(一)概述。针对钠的物理化学性质和工程的实际情况，应保守考虑钠火和钠水危险性及事故后果，从厂房和工艺布置、管路设计、火灾探测、电气设备选型、建筑结构以及火灾后的灭火措施等方面考虑安全、合理、经济的消防措施。

(二)厂房布置。根据厂房研究试验情况确定厂房的火灾危险性为丁类，与周围建筑物的间距要求应满足规范要求。同时，试验大厅为局部甲类，应尽可能远离其他建筑物布置。本工程试验大厅东侧和南侧有厂区现有的厂房，均为多层耐火等级三级的丁类厂房。试验大厅外墙距离邻近建筑物距离均大于14m，满足国家规范防火间距的要求。试验大厅南侧和东侧设有厂房的环形道路，满足消防需要;南侧和东侧道路不是厂区主要道路，通行人员少，在发生火灾危险情况下，对厂房人员影响较小。

(三)设备布置。试验大厅内的试验装置、钠回路系统、循环冷却水系统和测量系统等应在满足工艺研究试验的前提下考虑分区布置，降低火灾危险性。试验装置设于大厅中央，钠回路系统和循环冷却水系统分别布置在试验装置的两侧。在试验装置左侧设储钠罐坑，钠回路系统的净化罐、钠循环泵和大部分阀门布置于坑内。在试验装置停运期间钠可以全部回流至钠储罐内;在事故工况下钠集中于坑内，可避免火灾迅速蔓延。循环冷却系统包括冷却塔、冷却泵、阀门和管道。冷却塔设于室外，室外标高低于室内，在冷却塔泄漏时冷却水对厂房没有影响。大厅内东北角设水泵间，循环泵和大部分阀门布置于水泵间，水泵间入口设门槛、房间内设地漏，在阀门和泵泄漏情况下，避免水流入试验大厅。

(四)管道和阀门。管道和阀门的设计对钠和水的泄露起着关键作用，设计中主要考虑:一是物料管道(包括钠、水等)管道均采用无缝不锈钢管道，管道之间采用焊接方式;二是钠回路系统选用较好密封性能的电磁阀;三是与钠净化罐底部出口管道设两道阀门;四是管道布置时考虑在检修时能将物料全部排空;五是考虑厂房内其他物项对管路可能造成的损坏，设置相应的防护措施。

(五)烟雾和氢探测。钠火反应时产生大量的烟雾，为及时发现火灾，在大厅内设感烟探测器系统，该系统主要由感烟探测器和声光报警器组成，声光报警信号在厂房消防控制室显示。钠水反应时产生氢气，为及时探测氢气浓度，在大厅设置氢气探测系统，该系统由探测器和控制器组成，当氢气浓度超过爆炸下限25%时，位于消防控制室的可燃性气体探测控制器发出声光报警，并输出控制信号至电气配电箱，用于启动风机进行房间排风。

(六)电气设备。该设施主要的配电柜、控制柜设于辅助房间内，试验大厅主要有吊车、泵、电动阀门、测量仪表及照明等用电设备。考虑到氢气积聚于房间顶部，照明采用防爆灯具，吊车在试验装置运行过程中断电停止使用不需特殊考虑。大厅空间较大，泵、阀门、测量仪表等均布置于大厅内地面区域，为降低投资，可不考虑这部分用电设备的防爆要求。

(七)建筑结构。整栋研究试验厂房为重要的研究试验设施，试验大厅仅为厂房的局部区域。厂房存在极低可能的爆炸危险，应尽可能降低爆炸产生的危害，外墙采用彩钢板材质并设大面积玻璃作为泄压面积，泄压面积大于10×0.11×V2/3满足防火规范要求。试验大厅与其他区域隔墙采用防爆墙避免爆炸对厂房其他区域的危害;试验大厅地面采用不发火环氧砂浆地面降低火灾危险性。

(八)灭火装置。厂房主要的火灾源为钠火，厂房配置移动式膨胀石墨灭火器、膨胀石墨箱及消防铲。发生火灾时对准火源喷撒膨胀石墨灭火剂，能够有效地抑制火灾的进一步扩展，并迅速恢复房间内的能见度，有利于操作人员采取进一步防护措施。灭火器放置于大厅入口处灭火器箱内，应稳固设置，铭牌朝外，其底部距所在地面的高度不宜小于0.15m，并应定期进行检查和必要维护。

四、结语

为确保厂房的安全可靠和安全投入的经济合理性，含钠厂房的消防设施和日常消防管理均应基于考虑钠特殊的物理化学性质，从厂房和工艺实际情况对钠火、钠水(产氢)的危险性进行具体分析研究，采取必要的、经济的消防措施。

［1］邱仁森.钠技术和液金属钠回路［M］.北京:科学出版社，1987

［2］GB50016-2006《建筑设计防火规范》［M］.北京:中国计划出版社，2006