研究碳氫化合物冰箱工程設計中的消防安全成果總結
CFC12和CFC11作為冰箱生產行業中的製冷劑和發泡劑已經使用了幾十年，儘管這兩種氟里昂(CFCs)有其非常優越的效能，但由於其存在非常顯著的大氣層臭氧破壞效應和溫室效應，因此造成了南極上空的臭氧空洞和大氣層臭氧濃度下降等環境問題。為此，國際社會簽署了《關於消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》，規定了氟里昂逐年遞減和最後替代的時限，我國於1990年在此議定書上簽字。
目前，國內越來越多的冰箱生產廠家已經認識到發展新一代環保冰箱勢在必行，紛紛開始了CFCs替代技術的開發與研究。廣東XX公司於1995年在國內首家研製出了以環戊烷為發泡劑，異丁烷為製冷劑的全無氟節能冰箱，實現了對大氣臭氧層破壞係數和溫室效應為零。為了進一步推廣這一成果並擴大公司產能，該公司擬投資在華東地區新建一個年產各型全無氟節能冰箱260萬臺的生產基地，並委託我院進行該專案的工程設計。
由於作為CFCs替代物的碳氫化合物屬易燃氣體或液體，因此在工程設計中不可避免的帶來了消防安全設計問題。本文正是從工藝專業的角度對該專案消防安全設計的一個總結。
一. 環戊烷、異丁烷的理化及危險特性
1. 環戊烷的理化及危險特性
(1) 理化性質：
環戊烷(五亞甲基)是一種無色透明的液體，有苯樣氣味。其分子式為C5H10，分子量為70.08；熔點-93.7℃；沸點49.3℃。氣態時相對密度為2.42（空氣為1）；與水的相對密度為0.75(水為1)。不溶於水，但溶於醇、醚、苯、四氯化碳、丙酮等有機溶劑。
(2) 燃燒爆炸危險性：
閃點：
-25℃；自燃溫度：361℃；燃燒性：易燃；
環戊烷蒸汽與空氣易形成爆炸性混合物，爆炸下限1.4%，爆炸上限8%，遇火花、明火產生燃燒爆炸。由於其蒸氣比空氣重，容易積聚於地面300mm左右。並能從低處擴散到相當遠的地方，遇火點燃引著回燒；貯罐遇高熱時容器內壓力增大，有開裂和爆炸危險。
滅火方法：
泡沫、二氧化碳、乾粉、砂土。用水無效，但可以降低燃燒溫度。
(3) 毒性及健康危害
環戊烷屬於低毒類，侵入途徑的有吸入、食入、經面板吸收三種。吸入後可引起頭痛、頭暈、定向力障礙、興奮、倦睡、共濟失調和麻醉作用。呼吸系統和心臟可受到影響。對眼有輕度剌激作用。口服致中樞神經系統抑制、粘膜出血和腹瀉等。本品對面板有脫脂作用，引起面板乾燥、發紅等。
2. 異丁烷的理化及危險特性
(1) 理化性質：
異丁烷(2-甲基丙烷)是一種無色稍有氣味的氣體。分子式C4H10，分子量58.12；熔點-159.6℃；沸點-11.8℃。與空氣相對密度2.01(空氣為1)，液態與水相對密度為0.56（水為1）。微溶於水，溶解於乙醚。
(2) 燃燒爆炸危險特性：
閃點：
-82.8℃；自燃溫度：460℃。
異丁烷與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸下限1.8%，爆炸上限8.57%，其蒸氣比空氣重，易積聚於地面300mm高度，並能在低處擴散到相當遠的地方，遇火花、火源引燃回燃爆炸。貯罐遇到高熱時容器內壓力增大，有開裂和燃燒爆炸的危險。
滅火方法：
泡沫、二氧化碳、乾粉、砂土。並可用霧狀水滅火和冷卻、降溫。
(3) 毒性及健康危害
異丁烷屬於低毒類，侵入途徑主要是吸入。吸入後主要作用是麻醉和弱剌激。急性中毒主要表現為頭痛、頭暈、嗜睡、噁心、酒醉狀態，嚴重者可出現昏迷。慢性影響：出現頭痛、頭暈、睡眠不佳、易疲倦等症狀。
二. 生產廠房的安全技術條件及設計要求
1. 危險區域的劃分
為預防用於生產的易燃碳氫化合物的燃燒和爆炸，所有可能引燃源均應予以鑑別和儘可能消除。如果不可能消除引燃源，則應採取其他措施消除危險。
0區：爆炸危險氣體持續出現或長期出現的區域，如環戊烷罐內和供應罐內。
1區：爆炸危險氣體在正常操作時可能出現的區域，如發泡工位附近100mm、環戊烷貯罐開口周圍1.5m半徑的範圍、通風管內等。
2區：爆炸危險氣體在正常操作時不大可能出現或僅存留很短時間的區域，如環戊烷發泡區、異丁烷灌注站，環戊烷預混(發泡)站、環戊烷貯罐區等除1區外的區域。
2. 工藝對土建的要求
環戊烷發泡生產線或發泡工位(包括預混站)、異丁烷灌注生產線不得設在建築物的地下室或半地下室，宜設在單層廠房靠外牆或多層廠房的最上一層靠外牆處。
環戊烷發泡線或發泡工位(包括預混站)、異丁烷灌注站應儘量避開廠房的梁、柱等承重構件佈置，地面宜採用不發火地面。地面不得設地溝。
3. 工藝對給排水的要求
給排水應按丙類廠房設計消防給水。
環戊烷貯罐區應配備:
2--4個手提式滅火器(係指6升高效化學泡沫或8kg乾粉滅火器)；
2部100升高效化學泡沫或70kg乾粉推車；
滅火砂2立方；
消火栓（僅用於給火場降溫）和自來水龍頭（人員沖洗）。
4. 工藝對通風的要求
通風的主要目的是使生產過程中的可燃氣體濃度儘可能的低，一般低於爆炸下限的20%。
通風包括排風和送風。在爆炸危險區域內，空氣不應迴圈使用。排風裝置不應和送風裝置佈置在同一通風機房內。送風宜採用頂部方式。
環戊烷發泡區及發泡預混站、異丁烷灌注站及灌注工位、環戊烷和異丁烷的儲存區必須安裝有排風系統。排風系統的排風量應大於送風量，能保證正常生產情況環戊烷或異丁烷的氣體濃度不超過氣體爆炸下限濃度的20%，且區域內為負壓，氣體不會向其他區域擴散。在正常生產的情況下，抽排風量一般不應小於10次/小時，緊急情況下應能達到20次/小時以上。排風系統應有兩級抽風能力，應採用雙速風機、變速風機或雙風機。正常生產情況下使用一級排風（或單颱風機排風），在可燃氣體的濃度超過在爆炸下限的20%時，透過風機調速或啟動備用風機來加大一級抽風量。
排風系統必須與生產系統聯鎖，在排風系統出現故障的情況下，該區域的生產應不能進行。排風系統應有故障指示。
排風系統的風機應為防爆風機，應選用無火花型。排風系統供電電源應與裝置用電電源分開，由獨立的可靠電源供電，以保證穩定供電。
由於環戊烷和異丁烷相對空氣的比重分別為2.42和2.01。因此在佈置抽風口時，抽風口(最下沿)距地面高度不宜超過30cm，但應高於最低面。
5. 工藝對電氣及接地的要求
在危險區域內，電氣裝置應是防爆的和在失靈時能自動關閉的。環戊烷發泡區、異丁烷灌注站、環戊烷預混站、環戊烷及異丁烷貯存罐(區)等爆炸危險區域中電氣裝置及設施必須符合國標GB50058-92《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範》中的要求。
(1) 電氣裝置
爆炸危險區內的電氣裝置在執行過程中必須具備不引燃周圍爆炸性混合物的效能。應根據爆炸危險區域的分割槽、電氣裝置的種類和防爆結構的要求，選擇相應的電氣裝置。
在爆炸危險區域0區應選用本質安全型或特為0區設計的特殊型電氣裝置；
爆炸危險1區內一般以選用本質安全型和隔爆型的電氣裝置為主；
在爆炸危險區域2區，除適合1區的防爆型別外，還宜選用正壓型、增安型等電氣裝置。
(2) 線路
環戊烷發泡、異丁烷灌注工位(站房)、環戊烷貯罐區等爆炸危險區域內1區、2區電壓為1000V以下的電氣線路配線必須採用鋼管配線，嚴禁明敷絕緣導線。
由於環戊烷和異丁烷的比重比空氣重，因此電氣線路應在較高處敷設或直接埋地敷設，宜在易燃易爆介質輸送管道的上方。
(3) 電氣及防靜電接地
環戊烷發泡、異丁烷站及灌注工位、環戊烷貯罐區等爆炸危險環境內固定安裝與移動使用的.電氣裝置和線路正常不帶電的金屬外殼、金屬機座、金屬管線、電纜金屬護套等均應安設牢靠的保護接地線，接地電阻應不大於4歐。
為防止因靜電火花而造成事故，在冰箱生產爆炸危險區域內，除電氣裝置保護接地外，發泡模具、輸送環戊烷、異丁烷等易燃易爆介質的管道、機組、貯罐等可能產生靜電危害的物體均需防靜電接地。管道在進出車間處應設接地，每隔80m-100m應重複接地一次。防靜電接地電阻一般不大於10歐。
(4) 防雷
一般情況下, 生產碳氫化合物冰箱的主體生產車間應劃為第二類防雷建築，而其他生產廠房(氣體站房、鍋爐房等除外)應劃為第三類防雷建築。
環戊烷貯罐區應設定獨立的避雷針，避雷針與被保護物及與被保護物有聯絡的金屬物之間的間距不少於3m。
防雷接地衝擊接地電阻不大於10歐。如與其它接地系統共用接地極，則取最小值4歐。
6、工藝對氣體探測及火災報警的要求
(1) 可燃氣體檢測系統
碳氫化合物冰箱生產中火災爆炸事故是在具備一定的可燃氣體、助燃物和火源等三個要素的條件下發生的。因此，可以透過對這三個要素的監測，預報火災爆炸事故，以便採取相應的技術措施。其中，可燃氣體的洩漏和積聚程度是現場火災爆炸危險性的主要指標，相應的可燃氣體檢測系統便是監測現場可燃氣體洩漏危險程度的重要工具。
一個可然氣體監測系統包含氣體探測器(感測器)、控制和監視板、連線線。控制板可以啟動各種預防的功能，如增加通風、聲響報警、關閉安全閥、切斷動力供應和停止生產。
環戊烷發泡生產區及預混站、異丁烷灌注站及灌注工位、儲存區必須裝有可燃氣體探測系統。
可燃氣體探測系統應能在可燃氣體濃度達到爆炸下限濃度的20%時報警，並加大一級排風量。當可燃氣體濃度達到爆炸下限濃度的40%時應能發出聲光報警訊號，切斷洩漏區域的(或事故區域)的動力供應，使該區域的生產停止運作。
當氣體監測系統出現故障或關閉時，應有訊號指示。
可燃氣體探測器應安裝在洩漏點附近和有可能引起聚集的地點，其一般距地面高不宜超過30cm。
可燃氣體監測系統應有獨立的供電電源和備用電源，以保證其24小時不間斷工作。生產結束後，氣體監測系統不應關閉，應處於工作狀態。
(2) 火災報警措施
環戊烷發泡區及站房、異丁烷灌注區及站房、環戊烷貯罐區等爆炸危險區，應設聲光報警裝置，主體車間內還應安裝報警電鈴，報警聲音水平要求至少達到80分貝，或至少比背景響聲高20分貝。
在以上危險區應設緊急停止按鈕，緊急停止按鈕應具有監測可燃氣體濃度達到爆炸下限濃度40%時的功能。
氣體監測系統應與火警系統相連，當某區域安全系統動作時(40%時的功能)，火警監測系統應能指示該區域，同時在控制室發出警報。另外，當發生火警時，相應區域內的火警系統應能使安全系統動作，執行如切斷區域內動力電源，起動報警等功能，但不要求和排風系統鎖。
使用環戊烷發泡及異丁烷灌注的主體車間應有事故照明和疏散指示標誌。疏散用的事故照明最低照度不低於0.5lx；事故照明和疏散指示標誌應設玻璃或其他非燃燒材料製作的保護罩。疏散標誌宜佈置在環戊烷發泡、異丁烷灌注工位或附近和車間主通道及其轉角處的牆上，間距不宜大於20m。