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摘要：根据2021年10月1日正式施行的《煤化工工程设计防火标准》（GB51428-2021），首先对火灾自动报警系统相关内容做了概述，然后结合煤化工工程的环境特征，多角度阐述火灾自动报警系统在煤化工工程设计过程中的若干注意要点。
关键词：火灾自动报警系统；煤化工；工程设计
根据住建部2021年第57号公告，2021年10月1日起正式实施《煤化工工程设计防火标准》（GB51428-2021）。该标准填补了大型现代煤制油煤化工工厂建设中安全、防火设计标准规范的空白，解决了现行标准规范在煤制油煤化工行业适用中部分条款矛盾问题，它的实施使得煤化工工程在防火设计、建筑施工、消防审查和验收中有据可依、有章可循、有法可依。目前一些大型煤化工装置的建设处于工业化示范阶段，工艺技术、成套设备的研究开发技术难度高，工艺链长，且关键设备也正逐步国产化，而国内的制造技术、原材料相比发达国家，安全可靠性还需进一步验证。各设计院在此之前的设计所参考的标准、规范均不涵盖煤为原料的炼油和化工行业，针对性不强，只能边设计，边施工，边摸索，由此使得煤化工工程因选型、安装等不合理造成的安全隐患较为隐蔽，工程正式投产后的安全事故无法预计。
1火灾前端设备的设置设置
火灾自动报警系统的首要目的就是在火灾发生的第一时间能够被发现并联动相关消防设施，从而降低人员伤亡和财物损失。针对煤化工工厂相较于其他化工企业的特殊性，如易燃易爆危险以及燃烧物的复杂特性，决定了选择前端探测方式的重要性。机柜间、变电所等普通环境除了设置常规的点型感烟感温探测器、手动报警按钮、声光报警器等，还应注意以下内容：（1）《煤化工工程设计防火标准》（GB51428-2021）第9.5.6中认为无人值守的机柜间宜设置气体灭火系统，故在设计过程中，根据消防专业要求设置气体灭火系统。气体灭火控制盘接入火灾自动报警系统，感温、感烟探测器相结合布置的同时，在每个气体灭火保护房间室内设置声光报警器，室外门口处设置警铃、紧急启停按钮，室外门口上方设置放气指示灯。（2）在变电所的电缆夹层内有大量的动力电缆桥架，针对电缆接头、端子等发热部位，感温光缆“S”形布置在每层电缆的上表面，并要求其延展长度不少于该层电缆长度的1.5倍。对于甲乙类生产装置的爆炸环境，尤其是框架结构的甲乙类生产装置，根据装置内介质释放源设置可燃气体探测设备作为前端自动报警设备，在重要设备旁及巡检路线设手动报警按钮，按照《煤化工工程设计防火标准》（GB51428-2021）第10.3.6明确为50m的间距布置。（1）对于高大空间的煤棚、沥青棚等仓库类，高度超过点型感烟感温探测器的极限安装高度，且环境可能会有粉尘存在，故设置图像型火灾探测器，利用电视监控摄像头作为前端探测设备，利用热成像技术捕捉环境中热温度场，将信号上传至后台主机，通过阈值判断的方式及时、有效地探测火灾发生。也可以选择红紫外火焰探测器，根据环境内介质燃烧产生的紫外波段、近红外波段、中红外波段等进行探测。（2）对于输煤栈桥，传统的做法是将线型感温探测器布置在皮带通廊的两侧(辊轴部位)和皮带上方，但由于整条输煤皮带在高度运转过程中，会有煤粉飘落在皮带、支架、电缆、电机上，如不定时清理，煤粉越聚越厚，氧化后温度升高，从而引发自燃。目前我们一般选用图像型火灾探测器，同时结合栈桥与其他建筑物连接处的防火水幕等自动喷水灭火系统、煤粉浓度检测报警装置的形式。（3）罐区、变压器室、柴油发电机房一般设置红紫外火焰探测器，个别情况下需与消防专业地下泡沫系统联动电动闸阀开、停。笔者有幸参与了国家能源集团榆林化工有限公司40万吨/年乙二醇装置的火灾自动报警系统设计，在审查过程中有专家提出根据《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》（AQ3036-2010）“10音视频监控装备的设置”，要求在甲类罐区附近寻找一处高点安装电视监控摄像头用来俯瞰整个罐区顶部，从而监控突发的危险因素或初期的火灾报警等情况。除了上述火灾前端的探测设备，现场还包括消防电话机、消防广播音箱、消火栓按钮及相关输入、输出模块等。根据近年来出台的各种安全规范标准，还包括防火门监控系统、消防电源监控系统、电气火灾监控系统、余压监控系统等，相对应的前端设备包括门磁开关、电动闭门器、电压/电流信号传感器、余压探测器等。消防管理岗位的工作人员还配有可移动的无线通信手持终端。
2火灾自动报警系统的线路
系统配线为阻燃耐火型电线电缆，火灾报警系统的供电线路和传输线路设置在室外时，穿多孔管埋地敷设。爆炸环境下线路穿低压流体输送用镀锌焊接钢管沿装置内顶板、墙明敷设。金属保护管明敷设时，应采取防火保护措施，外表面应涂刷防火涂料保护。普通环境下室内线路穿阻燃硬质聚氯乙烯塑料管(PC管，刚性B1级以上)沿墙、顶板暗敷设，并应敷设在不燃烧体的结构层内。暗敷设时,保护层厚度不小于30mm。另外装置内线路火警信号线、DC24V电源线、消防电话线原则上应单独穿管敷设，其中消防电话线单独路径敷设，多根信号线可以共管敷设。
3消防控制室联动控制
火警发生后，消防控制室在接到管道压力信号或手动、自动报警信号并确认火灾后，能切断相关部位的非消防电源，并接通警报装置及火灾应急照明和疏散标志灯；预定程序启动相应区域的应急广播；能控制电梯全部停于首层，并接收其反馈信号；能自动（或手动）启动喷淋泵、消火栓泵，显示其工作、故障状态，显示启泵按钮位置及水流指示器、报警阀、安全信号阀的工作状态；对气体灭火系统的联动控制、显示；对常开常闭防火门的监控；对防火卷帘的控制；停止相关部位的空调送风，启动相关部位的防烟和排烟风机，启闭有关阀门，并接收反馈信号。除了上述功能，《煤化工工程设计防火标准》（GB51428-2021）（以下简称“煤化工规范”）对火灾电话报警的设计提出了专用119号报警、重要岗位直通电话报警和无线通讯报警三种方式，且不再把消防站作为最高级别的火灾电话报警的接警点，而把全厂消防监控中心最高级别的消防管理工作地点作为最高级别的火灾电话报警的接警点。以下从各专业条件浅析针对煤化工工程的火灾自动报警系统设计。
3.1工艺专业
工艺条件主要是提供装置内介质的燃烧特性等。新型煤化工工程以煤为原料，经过煤气化或煤直接液化过程制取燃料和化工产品，如今主流产品是煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制甲醇、煤制芳烃等可替代石油化工产品。煤气化产生的合成气主要成分为一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳和硫化氢等，然后经过变换、甲醇洗等工序，脱硫、除杂质，得到干净的合成气,根据不同的温度、压力、催化剂，生成天然气、甲醇、二甲醚、烯烃等不同产品。煤直接液化是指煤经研磨制成煤粉，再加工成油煤浆，在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程；煤间接液化是指以煤为原料，先气化制成合成气，然后在催化剂作用下，将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。上述各种物料绝大多数属于易燃易爆、有毒有害和强腐蚀性物质，极易导致火灾、爆炸等事故。在设计过程中，电信专业根据工艺专业提供的装置内介质的燃烧特性及《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）（以下简称“火规”）的要求选择相应的前端探测设备。
3.2总图专业
对于新建煤化工工程确定消防控制室具体位置，根据工程规模大小确定其数量，同时考虑进出线方位及外线走向。在一个大型煤化工工程的园区内，不同生产装置设在不同的区域，从管理、距离等角度考虑分设为几个独立的区域消防控制室。另外自动喷水灭火系统、防排烟系统需消防控制室内的消防联动控制器上手动控制。考虑火灾自动报警系统的直流24V供电的压降，同时根据现场反馈，其传输距离500m左右就下降得厉害。这就意味着各装置只能就近设置区域消防控制室，但需确定一个主消防控制室，一般设在厂前区，作为全厂消防监控中心。煤化工规范第10.3.2～10.3.5条，通过设置全厂消防监控中心和区域消防控制室，理清消防安全管理的层级关系，理清工厂不同场地岗位的火灾报警和控制的关系，对火灾自动报警系统联网方式采用对等网络结构提出要求。对等网络结构是实现全厂建立一个大集成消防系统的基础条件，各点之间均是对等信息通讯，不分主从，结构灵活，适用于分期建设、分散场所，场地大、报警点和控制点多的煤化工工厂。
3.3建筑专业
根据建筑物环境特征，结合早期电信规划的进出线方位，合理布置各前端设备。同时根据建筑专业确定的防火卷帘用途、防火门常开常闭状态、电梯属性联动防火卷帘下降高度、防火门监控、电梯归首功能。
3.4消防专业
消防专业提供给电信专业要求联动的形式包括：气体灭火系统（管网式和预制式）、消火栓系统（稳高压和临时高压系统）、自动喷水灭火系统（湿式系统、干式系统、预作用系统、雨淋系统、水幕系统、自动喷水-泡沫联用系统）等。上述各系统信号需通过相关模块直接接入火灾自动报警系统，手动或自动启动。在火灾自动报警的设计过程中，需认真核对消防专业对本专业要求联动的系统形式及动作要求，如气体灭火系统中管网式和预制式的大体做法是一致的，区别在于有无钢瓶间。火灾确认后，接入火灾自动报警系统的管网式气体灭火控制盘需启动钢瓶间内的压力开关/电磁阀。下面以笔者曾参与设计的鄂尔多斯煤制油分公司天然气制氢联合装置油渣萃取沥青及萃余物防尘封闭项目的沥青料棚为例，介绍雨淋系统与火灾自动报警的联动设计。该沥青料棚为长83m、宽36m、高15.2m（檐口高10.5m）的封闭建筑物，故火灾自动报警系统的常规做法是设置防爆火焰探测器，同时联动雨淋阀组、压力开关、电磁阀等，一旦火焰探测器报警，火灾报警控制器确认火警后电磁阀开启，雨淋阀、压力开关动作，喷淋泵启动。由于当地消防水量有限，业主要求喷淋区域能否仅限在探测到火焰的区域。笔者经过和消防专业、校审讨论后，认为可将该棚分为三个区域，并对每个区域内的前端设备编码。前端设备的报警信号上传至消防控制室，从而自动或手动开启相应区域内的雨淋阀组（不同区域内雨淋阀组由消防专业编码）。
3.5自控专业
不同设计院的专业分工不同，笔者所在设计院的可燃气体浓度探测的专业划分在自控专业，根据煤化工规范第10.3.7要求，消防控制室应设置可燃气体探测系统报警和故障信息显示终端。在此之前的石化规、火规仅要求可燃气体探测系统报警信号接入消防控制室，对设计而言，仅需要在本工程内消防控制室的火灾报警控制器上预留接口，供可燃气体探测系统报警信号接入，在火规的基础上细化了可燃气体探测器报警信息的规定。煤化工规范的要求，需考虑消防控制室内相关设备的布置空间。
3.6暖通专业
消防控制室应显示防排烟系统的手动、自动工作状态及系统内的防烟排烟风机、防火阀、排烟防火阀的动作状态。应能控制系统的启、停及系统内的防烟、排烟风机、防火阀、排烟防火阀、常闭送风口、排烟口、电控挡烟垂壁的开、关，并显示其反馈信号。应能停止相关部位正常通风的空调，并接收和显示通风系统内防火阀的反馈信号。以上功能均需通过现场相关模块接入火灾自动报警系统。
3.7电气专业
设计关注的重点就是“切非”功能的实现，煤化工规范第10.1.3条“当生产、生活用电被切断时，应仍能保证消防用电”。明确火灾确认后，在变电所通过联动模块手动或自动切断非消防电源，并联动强启应急照明及疏散照明。另外当为消防设备供电的交、直流电源（包括主、备电）发生过压、欠压、缺相、过流、中断供电故障时，位于消防控制室的消防电源监控器需进行声光报警、记录，实时显示被监测电源的电压、电流值及故障点位置。当供电回路中发生剩余电流、温度超标等故障时，电气火灾监控设备进行声光报警、记录，实时显示被监测回路的剩余电流、温度数值及故障点位置。
4结论
综上所述，相对于石油化工行业，煤化工工程除了设计过程中工程师们能想到避免的各种不安全可能，企业管理水平也是不安全因素之一。从设计到正式投产，技术人员必须立足企业防火工作的实际和需要，加强与其他专业人员的沟通和配合，从而确保火灾自动报警系统设计的科学性、合理性、可操作性，并结合积极有效的应对措施及新技术，实现煤化工工程的生产安全和消防安全。
作者：许震 单位：神华工程技术有限公司
