煤化工防火設計與自動滅火系統技術研究解析

1 引言

煤化工作為能源化工領域的重要組成部分，在推動能源結構調整和促進經濟發展方面發揮著至關重要的作用。然而，煤化工生產過程中常用的原料和產品（包括煤、焦炭、合成氣、甲醇、合成氨等）具有明顯的易燃易爆特性，生產工藝復雜且存在較高的安全風險。一旦發生火災，火勢蔓延迅速，極易引發連鎖爆炸，造成重大人員傷亡和財產損失。傳統的人工滅火方式存在響應速度慢、效率低、風險大等局限性，難以滿足現代煤化工企業的安全需求。

為此，自動滅火系統的設計與應用成為了煤化工企業安全保障體系中的關鍵環節。自動滅火系統能夠實現全天候、全方位監控與防護，自動啟動滅火設備，顯著降低人為誤判和操作失誤的可能性，保障煤化工裝置的安全穩定運行。近年來，隨著《煤化工工程設計防火標準》(GB51428-2021)等三項國家標準的發布實施，煤化工工程在防火設計、建設施工、消防審核和驗收等方面終于有了明確的技術依據。本文基于煤化工工程的實踐經驗和相關研究成果，結合國內外先進標準技術內容，系統探討自動滅火系統在煤化工企業中的設計與應用問題。

2 自動滅火系統在煤化工企業的設計原則與規范

煤化工自動滅火系統的設計需要基于一系列嚴格的原則和規范，以確保系統能夠有效應對復雜多變的火災風險。這些原則不僅涉及技術選型，還包括系統布局、響應機制和管理維護等多個方面。

2.1 全面性原則

自動滅火系統應覆蓋煤化工生產設施的全部重點部位和高風險區域，包括原料貯存區、反應釜、輸送管道、儲罐、裝置操作間等，確保火源無死角，實現火災的早期發現和快速反應。特別是對于煤粉制備系統、煤氣化裝置、煤直接液化和間接液化裝置等關鍵區域，需要采用多重防護策略，結合區域規劃和總平面布置、建筑、生產裝置工藝及設備、儲運設施、管道等多專業因素進行系統設計。

2.2 針對性原則

根據煤化工各工序火災類型、燃燒特性及現場環境，選擇合適的滅火介質及滅火技術方案。煤化工火災類型多樣，包括固體火災（煤粉）、液體火災（燃油、甲醇）、氣體火災（合成氣、甲烷）和電氣火災等，不同類型的火災需要采用不同的滅火介質和技術手段。例如，對于電氣控制室、儀表室等封閉空間，宜采用氣體滅火系統；對于煤粉倉、反應器等設備，可能需要采用惰化抑爆技術；對于露天裝置區，則可以考慮自動消防炮系統。

2.3 自動化與高效性原則

系統應具備高靈敏度的火災探測裝置和智能控制單元，實現自動報警、聯動啟動滅火裝置，確保滅火響應速度快、滅火效果顯著。現代自動滅火系統通常采用多元探測技術，如點型感溫、感煙探測器及火焰探測器相結合，并在關鍵部位安裝視頻監控系統輔助判定火災，結合智能分析算法減少誤報漏報。系統響應時間應盡可能縮短，以確保在火災初起階段就能有效撲滅。

3 煤化工企業主要自動滅火技術類型及應用

煤化工企業根據不同的火災風險和工藝條件，需要采用不同類型的自動滅火技術。每種技術都有其特定的適用場景和優缺點，在實際應用中往往需要組合使用多種滅火技術，以形成完整的火災防護體系。

3.1 氣體滅火系統

氣體滅火系統在煤化工企業中的應用主要集中在控制室、電氣室、儀表間等封閉空間或半封閉空間的火災防護。這類系統采用惰性氣體或化學氣體作為滅火介質，通過窒息、冷卻或化學抑制等方式滅火，具有滅火后無殘留、不損壞設備等優點。

常用的氣體滅火介質包括七氟丙烷（HFC-227ea）、二氧化碳（CO?）和IG541惰性氣體混合劑等。其中，二氧化碳滅火系統在煤化工領域應用尤為廣泛，特別適用于煤粉倉、變壓器室等場所。二氧化碳滅火主要通過窒息作用實現，它能夠迅速降低火災區域的氧濃度，同時具有一定的冷卻效果。值得注意的是，二氧化碳系統在設計時需要特別注意人員安全問題，因為高濃度的二氧化碳會對人員造成窒息風險，系統必須設置足夠的報警和延時噴射功能，確保人員有足夠時間撤離。

某大型煤化工企業在其甲醇合成裝置中，采用了柜式七氟丙烷自動滅火裝置保護中央控制室。該系統通過火焰煙霧信號探測、信號報警、信號分析延時報警等實現自動滅火。裝置連接了多個煙霧傳感器和火焰傳感器，當發生火災時，系統會第一時間發出報警，并實現自動滅火。這種設計既保障了人員安全，也解決了手提式滅火器滅火范圍小的弊端。

3.2 細水霧滅火系統

細水霧滅火系統是近年來發展迅速的一種滅火技術，它通過特殊的霧化噴頭將水流分解成微細的水霧進行滅火。這種系統結合了氣體滅火和水噴霧滅火的優點，具有用水量少、滅火效率高、水漬損失小等特點。

細水霧的滅火機理包括冷卻、窒息、輻射熱阻隔和稀釋等多種作用的綜合。由于水滴粒徑極小（通常小于400μm），比表面積大，能夠迅速吸熱汽化，降低火場溫度；同時，水汽化后體積膨脹約1700倍，可以降低空氣中的氧濃度，起到窒息作用；此外，水霧還能吸收和散射熱輻射，阻擋熱量向四周傳播。

神木煤化工能源公司創新投用了"互聯網+智慧消防"系統，引進了高壓細水霧智能滅火裝置。該裝置適用于撲滅A類（固體）、B類（液體）、C類（氣體）和E類（電氣）等類型的火災，冷卻效果是一般噴淋系統的100倍，用水量僅為水噴淋系統的5~10%。同時，高壓細水霧具有穿透性，可解決全淹沒和遮擋的問題，有效防止火災的復燃。細水霧還能凈化煙霧和廢氣，有利于人員的安全疏散和消防人員的滅火救援工作。

3.3 干粉滅火系統

干粉滅火系統主要適用于撲救可燃液體、氣體和電氣設備的火災，在煤化工企業中常用于保護反應器、儲罐、裝卸站等有易燃液體或氣體泄漏風險的場所。干粉滅火劑主要通過化學抑制作用中斷燃燒鏈式反應，同時具有一定的稀釋和冷卻作用。

常用的干粉滅火劑包括ABC類干粉（磷酸銨鹽）和BC類干粉（碳酸氫鈉）。ABC類干粉適用于撲救固體、液體和氣體火災，BC類干粉則主要用于液體和氣體火災。干粉滅火系統具有滅火速度快、適用溫度范圍廣、絕緣性能好等優點，但存在滅火后殘留物較多、可能對設備和產品造成污染的問題。

在某煤化工企業的甲醇制烯烴裝置中，設計采用了干粉滅火系統保護反應區和儲罐區。系統選用ABC類干粉滅火劑，滅火迅速且便于儲存。系統采用高壓氮氣作為驅動氣體，確保干粉能夠快速輸送到保護區域并通過專用噴頭均勻分布。系統啟動后，能夠在數十秒內覆蓋整個保護區域，迅速撲滅火災。

3.4 自動跟蹤定位射流滅火系統

自動跟蹤定位射流滅火系統是適用于大空間場所的滅火技術，在煤化工企業中常用于保護大型裝置區、裝卸區、倉庫等場所。該系統可分為自動消防炮滅火系統、噴射型自動射流滅火系統和噴灑型自動射流滅火系統等類型。

系統通過紅外、紫外或圖像探測技術發現火源，并自動跟蹤定位和射流滅火，實現了火災探測與滅火的一體化。根據《自動跟蹤定位射流滅火系統技術標準》(GB51427-2021)，系統應包括滅火裝置、探測裝置、控制裝置、水流指示器、模擬末端試水裝置以及管網、供水設施等主要組件。

在煤化工企業的室內貯煤場中，固定滅火水炮的設計應保證至少一門水炮的水柱到達煤場內任意點；每門水炮的流量不宜小于20L/s；應具有直流和水霧兩種噴射方式；宜采用就地手動控制。這種設計既能夠有效撲滅煤場火災，又能夠在平時用于煤場抑塵，實現一機多用。

結語

煤化工作為國家重要的能源化工產業，其生產安全關乎經濟發展和社會穩定。科學合理地設置消防自動滅火系統，是防范和控制煤化工火災事故的有效手段。通過系統設計的全面性、技術選型的針對性及智能控制的高效性，煤化工企業能夠極大提升火災應急處置能力，保障生產裝置安全穩定運行。

自動滅火系統的設計應遵循全面性、針對性、自動化高效性、可靠性和符合規范等原則，根據煤化工各工序的火災類型、燃燒特性及現場環境，選擇合適的滅火介質和技術方案。氣體滅火系統、細水霧滅火系統、干粉滅火系統和自動跟蹤定位射流滅火系統等技術各有其適用場景，在實際應用中往往需要組合使用，形成多層次、全方位的火災防護體系。

隨著《煤化工工程設計防火標準》(GB51428-2021)等三項國家標準的發布實施，煤化工自動滅火系統的設計有了更為明確的標準依據。未來，隨著智能化技術的發展，煤化工消防自動滅火系統將更加智能、高效，成為保障煤化工綠色發展的堅實屏障。煤化工企業應積極采用新技術、新設備，不斷提升自動滅火系統的性能和可靠性，為行業的可持續發展提供安全保障。