Ｊｕｎｅ ２０１２ 化肥设计 第５０卷第３期 ・３Ｏ・ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ２０１２年６月 壳牌煤气化装置循环气压缩机布置 防火设计的合规性分析 段中华，张洪伟 （中国五环工程有限公司，湖北武汉４３０２２３） 摘要：论证了壳牌煤气化装置循环气压缩机布置方案的防火设计合规性；分析了有关循环气压缩机布置的防火 规范要求和危险因素规避方法；阐述了全封闭压缩厂房爆炸危险区域等级的影响因素。结果表明，壳牌煤气化装 置的循环气压缩机布置在煤气化框架内的设计方案可以满足防火设计的规范要求。 关键词：壳牌煤气化装置；循环气压缩机；设备布置；防火技术；合规性；论证 ｄｏｉ：１０．３６９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—８９０１．２０１２．０３．００８ 中图分类号：ＴＱ５４５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—８９０１（２０１２）０３—００３０—０４ Ａｓ－ｒｅｇｕｌａｒｉｚｅｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｆｉｒｅ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｇａｓ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｓｈｅｌｌ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｔ ＤＵＡＮ Ｚｈｏｎｇ ｈｕａ，ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ—ｗｅｉ （Ｃｈｉｎａ Ｗｕｈｕａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ，Ｈｕｂｅｉ Ｃｈｉｎａ ４３０２２３ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｕｔｈｏｒ ｈａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ａｓ—ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｉｒｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌａｙｏｕｔ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｇａｓ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｈｅｌｌ ｃｏａｌ ｇａｓｉｉｆｃａ— ｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ；ｈａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｆｉｒｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｃｏｄｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｇａｓ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｌａｙｏｕｔ ｎａｄ ｔｈｅ ｅｖａｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈａｚａｒｄ ｆａｃｔｏｒｓ，ｈａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ＆ｈａｚａｒｄ ａｒｅａ ｃｌｓａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ ｃｌｏｓｅｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｏｆ ｃｏｍｐｒｃｓｓｏｒｓ．Ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｇａｓ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ． ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｓｈｅｌｌ ｃｏａｌ ｇａｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｆｒａｍｅ ｃａｎ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｃｏｄｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｉｆｒｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｈｅｌｌ ｃｏａｌ ｇａｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ；ｃｉｒｃｕｌａｒ ｇａｓ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｌａｙｏｕｔ；ｆｉｒｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｓ—ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ；ｐｒｏｖｉｎｇ ｄ０ｉ：１０．３６９６／ｉ．ｉｓｓｎ．１００４—８９０１．２０１２．０３．ｏｏ８ 在国内外目前已投产或在建的２０多套壳牌 煤气化装置中，循环气压缩机均布置在煤气化框 １ 煤气化厂房的设备布置方案 架内，这与专利商的要求是一致的。通过对已投 在我国目前已建的煤气化装置中，只有壳牌煤 产煤气化装置产出的粗合成气组分分析来看，粗 气化技术采用了循环气压缩机激冷工艺。该工艺 合成气与空气混合物的爆炸下限（理论计算值） 对循环气压缩机出口激冷气的温度要求十分严格， ＞１０％。根据《石油化工企业设计防火规范》 其目的是减小由于温度的波动对气化炉正常反应 （ＧＢ５０１６０）规定，循环气压缩机的火灾危险性分 所产生的飞灰固化状态造成影响，杜绝在循环气压 类应定为乙类。但从理论上来说，由于存在煤气 缩机进出口管线上形成液袋，避免激冷气管线内产 生的冷凝液给管道造成较强的腐蚀破坏，所以，一 化装置所产出的粗合成气与空气混合物的爆炸下 般要求循环气压缩机尽量靠近气化炉布置。 限≤１０％的可能，此时，循环气压缩机的火灾危险 壳牌煤气化装置布置在１个钢混结构的厂房 性分类应定为甲类。鉴于壳牌煤气化装置循环气 内，气化炉支撑楼面及以下各层为混凝土结构，以上 压缩机的布置已经超出了国内当前使用的防火设 各层为钢结构。厂房内的危险性设备布置：气化炉 计规范范畴，因此有必要就循环气压缩机布置防 （操作温度高于自燃点）支撑标高约为ＥＬ３８．０００；合 火设计的合规性进行研究与论证，以确认循环气 成气冷却器（操作温度高于自燃点）支撑标高约为 压缩机目前所采用的布置方案是否满足防火设计 规范的要求。 作者简介：段中华（１９５５年一），男，湖北武汉人，高级工程师，从事 与煤化工相关的工程设计、研发以及技术管理等工作。 第３期 段中华等壳牌煤气化装置循环气压缩机布置防火设计的合规性分析 ・３１・ ＥＬ５３．０００；高压飞灰过滤器的支撑标高约为ＥＬ８６．０００； 飞灰排放罐的支撑标高约为ＥＬ５８．０００；洗涤塔的 支撑标高约为ＥＬ８．０００。一般情况下，循环气压 缩机布置在气化厂房１层靠近电梯的位置（即厂 房的边缘），在压缩机周围７．５ ｍ范围内，除压缩 机使用的气液分离罐（甲类）外，无其他设备。压 缩机厂房向外的一侧，直接通到装置四周的道路， 无遮挡。 ２循环气压缩机的危险性分析 《石油化工企业设计防火规范》（ＧＢ５０１６０）第５ 章第３款第２条规定：单机驱动功率等于或大于 １５０ ｋＷ的甲类气体压缩机厂房不宜与其他甲、乙和 丙类厂房共用１幢建筑物。其对应的条文说明是： 单机驱动功率等于或大于１５０ ｋＷ的甲类气体压缩 机是贵重设备，其压缩机房是危险性较大的厂房， 单独布置便于重点保护并避免相互影响。 ２．１ 甲类气体压缩机布置要求 单机小于１５０ ｋＷ的甲类气体压缩机与等于或 大于１５０ ｋＷ的甲类气体压缩机布置要求见表１。 表１ 甲类气体压缩机布置要求 序号单机压缩机驱动功率火灾危险陛分类与其他防火设备布置要求 单机小于１５０ ｋＷ的甲类气体压缩机与等于或 大于１５０ ｋＷ的甲类气体压缩机的火灾危险性分类 是相同的，不同的是防火间距的对象。单独布置的 甲类气体压缩机房问的防火间距是压缩机房间与 厂房之间的距离，小于１５０ ｋＷ的甲类气体压缩机 防火间距是压缩机与其他设备间的距离。如将等 于或大于１５０ ｋＷ的甲类气体压缩机与其他甲、乙 和丙类设备同厂房布置，其火灾危险性类别并没有 因此布置而发生改变。从防火规范的角度上来分 析，不论压缩机功率大与小，其火灾危险性分类是 相等的，只要解决好压缩机与厂房防火上的相互影 响，给压缩机一个安全的环境，这些问题是可以解 决的。 对于单机驱动功率等于或大于１５０ ｋＷ的甲类 气体压缩机的布置，《石油化工企业设计防火规范》 建议单独布置，但不是强制条款，留有采用其他措 施解决此类问题的余地。此处需要重点解决的问 题是避免压缩机与厂房之间的相互影响。 ２．２循环气压缩机的性能及结构 例如，某压缩机为离心式压缩机，转速为２ ９８５ ｒ／ｍｉｎ，功率为８００～１ ６００ ｋＷ。轴瓦采用氮气干气 密封。压缩机操作参数见表２。 表２压缩机操作参数 从压缩机的结构形式上分析，有可能产生可燃 气体泄漏的危险部位在轴瓦密封处和压缩机进出 口法兰连接处。轴瓦密封处采用氮气干气密封，由 于氮气的压力高于可燃气体介质的压力，可有效防 止可燃气体从轴瓦密封部位泄漏。需要重点解决 的问题是防止压缩机进出口法兰连接处可燃气体 泄漏以及对泄漏点进行可靠的监测。 ２．３ 压缩机与其他设备的布置要求 压缩机与其他甲、乙和丙类设备布置在同一厂 房时，有厂房敞开、厂房半敞开和厂房全封闭３种 布置形式，此处需要重点要解决的问题是３种不同 布置形式下的防火措施。 壳牌煤气化厂房一般是与制粉设备联合布置 的，此时可燃气体与煤粉粉尘产生的２种危险性将 会同时存在。由于煤粉制备及贮运设备布置在煤 气化厂房的另外一侧（相对于楼梯间），与循环气压 缩机水平直线距离在１５ ｍ以上，因此，不存在有爆 炸危险的粉尘进入气体防爆的电气设备区域内的 情况。 ３煤气化厂房的防火措施 通过上述对压缩机和气化厂房危险设备的分 析来看，压缩机与气化设备同厂房布置时，无论其 功率是大还是小，其火灾危险性类别是没有改变 的，同为甲类，其在防火要求上也是相似的。因此， 此处需要解决的是大型压缩机（≥１５０ ｋＷ）的安全 性和经、济．陛问题。 ３．１敞开布置 循环气压缩机与煤气化厂房采用同厂房布置 时，除遵循《石油化工企业设计防火规范》的有关要 求外，还要从布置角度上注意如下几个问题。 （１）循环气压缩机应布置在气化厂房的一侧， 以便于通风、安全施救和检修等。 （２）循环气压缩机与煤粉设备要有足够的防火 ・３２・ 化肥设计 ２０１２年第５０卷 距离，其实际距离应超过２０ ｍ。 （３）循环气压缩机上方及低点无可燃气体积聚 的可能或有防可燃气体积聚的措施。 （４）循环气压缩机最好设置在具有防火安全措 施的公用物料站附近。 （５）循环气压缩机应单台布置，无备机，与煤气 化其他主要设备做到同开同停，以确保运行安全。 （６）循环气压缩机距其他设备的防火距离应满 足《石油化工企业设计防火规范》中的有关规定。 敞开布置是最为有效的防火措施之一，从目前 压缩机布置的部位来看此种布置方案是可行的。 压缩机朝向厂房外侧的一面无遮挡，其反方向除有 １台小型吹灰器外无其他大型设备，压缩机顶部为 层高ＥＬ８．０００的混凝土楼板，通过楼板形成基本隔 绝，从而形成良好的自然通风风道，满足爆炸危险 区域的通风要求，其空气流量能使易燃物质很快稀 释到爆炸下限值２５％以下，满足《爆炸和火灾危险 环境电力装置设计规范》ＧＢ５００５８中第２．２．４条。 循环气压缩机布置在气化厂房的一侧，可为压缩机 的防火、防爆、检修创造有利条件。 为了最大限度地减少可燃气体泄漏的可能，操 作温度高于自燃点的关键设备的法兰接口应采用 密封金属环垫进行焊接，从而将循环气压缩机与厂 房内其他设备之间的相互影响降至最低。 对于生产、检修过程中泄漏的煤粉，应及时采 用真空吸尘或人工水力清扫，不允许煤气化厂房内 有煤粉堆积现象的存在，特别是循环气压缩机四 周。在循环气压缩机和煤气化厂房内有可能产生 可燃气体积聚的部位设置监测、报警、联锁等设施， 当混合气体浓度接近爆炸下限值的５０％时，能够及 时可靠地发出信号或切断电源。 由上述可见，敞开布置在满足上述条件的情况 下，对循环气压缩机和煤气化厂房都是安全的、可 行的。 ３．２半敞开布置 采用半敞开布置的方式有很多形式，一般情 况下是将厂房的上风向封闭起来，将厂房的下风 向敞开。不同形式的半敞布置的厂房会对安全产 生不同的影响。由于半敞开布置的多样性，所以 不能简单地判断半敞开布置的安全性。假设煤气 化装置为东西向布置，那么，循环气压缩机就有２ 种半敞开布置形式：①北面封，南面敞开；②南面 封，北面敞开。由于这２种半敞开布置形式对循 环气压缩机的自然通风都会产生不利影响，很难 判断空气流量能否使易燃物质很快稀释到爆炸下 限值２５％以下，所以半敞开布置厂房也存在以下 ２种可能：①自然通风能满足防火要求；②自然通 风不能满足防火要求。 半敞开布置的厂房自然通风能否满足防火要 求，是需要通过实际条件和计算或试验结果并综 合其他因素获得的。在实际的工程设计中，半敞 开布置一般采用以下几项措施以解决通风不足的 问题：①在封闭的一面设通风窗；②沿墙底部设百 叶窗；③压缩机顶部或底部设有防止可燃气体积 聚的措施；④压缩机房间设置完善、有效的监测、 报警和联锁设施。如果布置在地势低洼或自然通 风条件不好的区域，在采取上述自然通风措施后 仍不能满足防火要求的厂房，则需要增设局部机 械通风。 ３．３全封闭布置 采用全封闭布置的煤气化厂房尚无此范例，也 没有相应的规范作为支撑。 ４ 爆炸危险区域等级的影响因素 ４．１ 爆炸危险区域等级的划分 全封闭形式的布置主要用于压缩机厂房或房 间，此种布置毫无自然通风条件，根据《爆炸和火 灾危险环境电力装置设计规范》ＧＢ５００５８中第２．２．５ 条第２款规定，应根据通风条件调整爆炸危险区域 划分。 （１）当通风良好时，应降低爆炸危险区域等级； 当通风不良时，应提高爆炸危险区域等级。 （２）当局部机械通风在降低爆炸性气体混合物 浓度方面比自然通风和一般机械通风更为有效时， 可采用局部机械通风降低爆炸危险区域等级。 （３）在障碍物、凹坑和死角处，应局部提高爆炸 危险区域等级。 （４）利用堤或墙等作为障碍物，比空气重 的爆炸性气体混合物的扩散，以缩小爆炸危险区域 的范围。 综上所述，解决好通风是降低爆炸危险区域等 级的重要条件。对于封闭布置的压缩机房间来说， 可通过采用局部机械通风的方式来降低爆炸危险 区域等级。除敞开布置所需的措施外，封闭布置的 循环气压缩机房间还需要采取如下措施：①机械通 风系统；②封闭的压缩机房间内不得设置地沟；③ 第３期 段中华等壳牌煤气化装置循环气压缩机布置防火设计的合规性分析 ・３３・ 封闭的压缩机房问沿墙底部设百叶窗；④压缩机房 间顶部或底部设有防止可燃气体积聚的措施；⑤压 缩机房间内应设置完善、有效的监测、报警和联锁 设施。 以缩小爆炸区域的范围。封闭的压缩机房间内不 得设置地沟，以防止可燃气体积聚（比空气重的气 体），避免局部提高爆炸危险区域等级；封闭的压缩 机房间沿墙底部设百叶窗，以便于空气的流动，防 止出现死角。其他的安全措施如下。 （１）为了防止封闭的压缩机房间受机械通风故 障的影响，可单独备用的通风系统或在通风设 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》 ＧＢ５００５８中第２．２．３条第１款规定：压缩机房问为 多级释放源，存在第２级释放源的区域可划为２区。 ２区的定义为：①正常运行时不能释放易燃物质的 泵、压缩机和阀门的密封处；②正常运行时不能释 放易燃物质的法兰、连接件和管道接头；③正常运 行时不能向空中释放易燃物质的安全阀、排气孔和 备发生故障时，设置自动报警或停止工艺流程等确 保能阻止易燃物质释放的预防措施以及能使电气 设备断电的预防措施。 （２）封闭的压缩机房间应设置防火墙；封闭的 压缩机房间内应设置防火花地面以及配套的灭火 设施等。 其他空口处；④正常运行时不能向空中释放易燃物 质的取样点。 ４．２机械通风的设置 采用机械通风的目的是为了改善压缩机房间 ５ 结语 （１）壳牌煤气化技术在国内外已经有ｌ０年以 上的成功运行经验，所有的循环气压缩机都是与 第２级释放源区域的通风条件，降低爆炸危险区域 的等级。机械通风应满足下列要求。 （１）当厂房内具有比空气重的易燃物质时，厂 煤气化装置同厂房布置的，而且主要为敞开布置 方式，截至目前未曾出现有关压缩机的防火安全 房内通风换气次数应不小于２次／ｈ，且换气不受阻 碍，厂房地面上高度１ ｍ内容积的空气与释放至厂 问题。从敞开布置和半封闭布置的角度来看，压 缩机与气化炉同厂房布置是有事实支撑与时间验 证的。 房内的易燃物质所形成的爆炸性气体混合浓度应 小于爆炸下限。 （２）当厂房内有比空气轻的易燃物质时，厂房 平屋顶平面以下１１ＴＩ高度内，或圆顶、斜顶最高点以 下２ ＩＴＩ高度内的容积的空气与释放至厂房内易燃物 （２）以上所述是基于循环气压缩机的火灾危 险性分类等级为甲类进行论述的，在这种情况下， 只要采用严格有效的工艺防火措施及配套的安全 质所形成的爆炸性气体混合浓度应小于爆炸下限。 采用机械通风能达到良好的通风的效果，满足 措施，其效果是严于现实规范要求的，也是安 全的。 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》 ＧＢ５００５８中第２．３．１条第２款规定，加上其他的防 火措施，压缩机厂房是可以满足防火、防爆要求的。 ４．３压缩机房间的安全措施 （３）由于大多数壳牌煤气化的循环气压缩机火 灾危险性分类是乙类，在这种情况下，可以证明当 前的壳牌煤气化装置循环气压缩机布置防火设计 是合理的、合规的和安全的。 收稿日期：２０１２－－０４－ｏ６ 设置压缩机房间是可燃气体积聚的扩散， 大峪口改扩建项目２０万ｔ／ａ磷酸装置１次投料成功 ２０１２年４月２７日，由中国五环工程有限公司承担工程设计的湖北大峪口化工公司扩产改造项目２０万ｔ／ａ磷酸装置１次 投料成功，产出合格产品。 大峪口化工公司扩产改造项目位于湖北钟祥，总投资１９．６７亿元，包括４８万ｔ／ａ磷复肥生产装置，配套建设２０万ｔ／ａ磷 酸、８Ｏ万ｔ／ａ硫酸装置及配套公用工程等。中国五环工程有限公司承担了其中２Ｏ万ｔ／ａ磷酸装置的工程设计。 （本刊通讯员）
