水廠臭氧制備間的爆炸危險(xiǎn)性及消防設(shè)計(jì)

1、龍?jiān)雌诳W(wǎng) 水廠臭氧制備間的爆炸危險(xiǎn)性及消防設(shè)計(jì)作者：馮云剛等來源：建材發(fā)展導(dǎo)向2015年第03期        摘 要：隨著人們對臭氧認(rèn)識的逐步加深，臭氧高效、無害的殺菌和氧化作用得到越來越多的工程應(yīng)用。在工程設(shè)計(jì)中，由于對臭氧制備間的爆炸危險(xiǎn)性目前沒有統(tǒng)一的認(rèn)識和定論，臭氧制備間的建筑設(shè)計(jì)、消防設(shè)計(jì)是否按照防爆考慮存在較大的爭議。防爆與否不但影響到建筑單體和廠區(qū)構(gòu)建筑物的平面布局，還直接影響到工程投資。文章從臭氧的特性、臭氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)、臭氧的制備過程及臭氧制備間的構(gòu)成等角度對臭氧制備間發(fā)生物理爆炸和化學(xué)爆炸的

2、危險(xiǎn)性進(jìn)行分析，認(rèn)為臭氧制備間發(fā)生爆炸的可能性較小，并對其消防設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。        關(guān)鍵詞：臭氧；臭氧制備間；爆炸危險(xiǎn)性；消防設(shè)計(jì)        由于臭氧的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較常用的消毒劑高，且氧化受PH值、水溫及水中氨含量影響小，使其近年來在自來水廠消毒方面的應(yīng)用越來越多。同時隨著國家和地方對城市/工業(yè)污水廠出水水質(zhì)要求的不斷提高，臭氧氧化作為污水廠深度處理工藝中的一部分也得到越來越多的應(yīng)用。   &

3、#160;    文章將對臭氧制備間的爆炸/火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行分析，對臭氧制備間的消防設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。        1 臭氧及臭氧發(fā)生器        臭氧（O3）是氧（O2）的同素異形體。在常溫常壓下，臭氧是淡藍(lán)色的具有強(qiáng)烈刺激性氣體，液態(tài)呈深藍(lán)色。臭氧的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為2.07V，高于氯（1.36V）、二氧化氯（1.5V）。臭氧密度約2.144kg/Nm3（0時），易溶于水，在空氣或水中均易分解為O

4、2?？諝庵谐粞鯘舛葹?.01ppm時能嗅出，安全濃度為1ppm，空氣中臭氧濃度達(dá)到1000mg/L時對人即有生命危險(xiǎn)。        臭氧的化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，在空氣和水中會分解成氧氣，其反應(yīng)式為：        2O33O2 +285Kj        由于分解時放出大量的熱量，故當(dāng)其含量在25%以上時，很容易爆炸。但一般工業(yè)化生產(chǎn)中，臭氧化氧氣中臭氧的含量

5、15%（臭氧化空氣中臭氧含量10%），水處理領(lǐng)域由臭氧含量高而引起的爆炸暫無相關(guān)案例。        臭氧發(fā)生器主要由放電管和罐體組成。罐體一般由不銹鋼材料制造，并符合壓力容器等相關(guān)規(guī)定。放電管是臭氧發(fā)生器的核心部件，氧氣流經(jīng)放電管時，在周圍電場電暈放電的作用下產(chǎn)生臭氧。        2 臭氧制備間的爆炸危險(xiǎn)性        臭氧制備間內(nèi)一般含有臭氧發(fā)生器

6、、板式換熱器、增壓泵、吊車、軸流風(fēng)機(jī)等。臭氧發(fā)生器的電源柜因國標(biāo)室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范9.9.19條的原因有的置于臭氧制備間內(nèi)，有的單獨(dú)設(shè)置房間。        按照爆炸的性質(zhì)不同，爆炸可分為物理性爆炸、化學(xué)性爆炸和核爆炸。        物理爆炸：是由物理變化（溫度、體積和壓力等因素）引起的，在爆炸的前后，爆炸物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)成分均不改變。        化學(xué)爆

7、炸：一般認(rèn)為，空間發(fā)生氣體化學(xué)爆炸一定要具備三個充要條件：1是存在可燃性氣體；2是在一定的空間內(nèi)形成爆炸性混合物，其濃度在該氣體的爆炸極限范圍內(nèi)；3是有點(diǎn)火源，其能量必須大于爆炸性混合物的最小點(diǎn)火能量。        核爆炸：核爆炸是劇烈核反應(yīng)中能量迅速釋放的結(jié)果，由核裂變、核聚變或者是這兩者的多級串聯(lián)組合所引發(fā)。臭氧制備及應(yīng)用過程均不涉及核爆過程。        臭氧制備間內(nèi)的板式換熱器、增壓泵、吊車、臭氧電源柜等在運(yùn)行過程中溫度、壓

8、力、體積及成分不會發(fā)生劇烈變化，發(fā)生物理爆炸和化學(xué)爆炸的可能性很小。        臭氧制備間內(nèi)的臭氧發(fā)生器是一個潛在的爆炸危險(xiǎn)源。根據(jù)前文敘述，臭氧分解時放出大量的熱量，當(dāng)其含量在25%以上時，很容易爆炸。該爆炸伴隨著物質(zhì)的變化（O3O2），是一個物理爆炸和化學(xué)爆炸的雙重過程。但一般工業(yè)化生產(chǎn)中，臭氧化氧氣中臭氧的含量15%（臭氧化空氣中臭氧含量10%），濃度達(dá)不到該氣體的爆炸極限范圍，不滿足化學(xué)爆炸的充要條件。        在臭氧

9、制備過程中，氣體體積伴隨著分子變化引起的體積減小和溫度變化引起的體積增加兩個過程。在分析體積變化可能引起的物理爆炸時，可不考慮分子變化引起的體積減?。ɡ绯粞醍a(chǎn)量很小時），只考慮溫度變化引起的增加。臭氧生產(chǎn)過程是放電過程，溫度會增加。液氧源氧氣經(jīng)汽化器后溫度10左右，大型臭氧發(fā)生器臭氧化氧氣出氣溫度45。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV = nRT，在放電管內(nèi)臭氧化氧氣由溫度變化引起的壓力變化為：        （273.15+45）/（273.15+10）=1.12    

10、0;   為了使臭氧產(chǎn)量最大，臭氧發(fā)生器放電管內(nèi)氣體壓力一般控制在0.098MPa。溫度引起的壓力增加僅為0.01MPa，由此引發(fā)的放電管爆炸可能性較小。        放電管外為冷卻水，共同包含在臭氧發(fā)生器罐體內(nèi)。臭氧發(fā)生器罐體發(fā)生爆炸的可能性較小。        綜上，臭氧制備間內(nèi)的設(shè)備均不具備發(fā)生物理爆炸和化學(xué)爆炸的條件，發(fā)生爆炸的可能性較小。根據(jù)室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50013-2006）9.9.1

11、9條：在設(shè)有臭氧發(fā)生器的建筑內(nèi)，其用電設(shè)備必須采用防爆型。防爆型電氣設(shè)備具有隔爆裝置，使其電火花爆炸能量小于爆炸性混合物的最小點(diǎn)火能量，故而防止爆炸發(fā)生。但通過上述分析，臭氧制備間內(nèi)各設(shè)備發(fā)生爆炸可能性較小，又沒有易燃易爆的混合性氣體，筆者認(rèn)為此條可取消。        根據(jù)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB 50016-2006）3.1.1條（以下簡稱防火規(guī)范），臭氧制備間屬于使用助燃?xì)怏w建筑，火災(zāi)危險(xiǎn)性屬乙類。據(jù)防火規(guī)范3.6.2條，有爆炸危險(xiǎn)的甲、乙類廠房應(yīng)設(shè)置泄壓設(shè)施。根據(jù)上述分析，臭氧制備間發(fā)生爆炸危險(xiǎn)性較小，可不設(shè)

12、置泄壓設(shè)施。據(jù)防火規(guī)范3.6.8條，有爆炸危險(xiǎn)的甲、乙類廠房的總控制室應(yīng)獨(dú)立設(shè)置。根據(jù)上述分析，臭氧制備間總控制室可不單獨(dú)設(shè)置。        3 臭氧制備間的消防設(shè)計(jì)        本工程臭氧制備間長21.6m，寬10.05m，建筑高度12.8m，共2層。臭氧發(fā)生器置于二層，臭氧電源柜、控制柜置于一層。臭氧制備間設(shè)置25kg/h臭氧發(fā)生器4臺。       

13、0;3.1 防火間距        據(jù)防火規(guī)范3.4.1條，與甲類廠房間距12米，與單層、多層乙類廠房（倉庫）10米，與民用建筑間距25米。        3.2 安全疏散口        據(jù)防火規(guī)范3.7.2條，乙類廠房，每層建筑面積小于等于150m2，且同一時間的生產(chǎn)人數(shù)不超過10 人時可設(shè)置1個安全出口，否則安全出口的數(shù)量應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定，且不應(yīng)少于2個。

14、        本工程建筑面積大于150m2，疏散口設(shè)置2個，疏散門寬度1.0m。疏散距離和疏散門寬度均符合要求。        3.3 消火栓系統(tǒng)        據(jù)防火規(guī)范8.3.1條，建筑占地面積大于300m2的廠房（倉庫）需設(shè)置室內(nèi)消火栓。本工程占地面積小于300m2，不設(shè)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。     &#

15、160;  據(jù)防火規(guī)范8.2.2條，本工程建筑物體積2778.6m3，室外消火栓用水量15L/S。        室外消防用水由廠區(qū)消防管網(wǎng)供給，廠區(qū)最近的消火栓距離本建筑35米。        3.4 滅火器        根據(jù)建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50140-2005，一層、二層各為一個計(jì)算單元。   

16、;     二層為A類火災(zāi)，由于是乙類廠房，故屬嚴(yán)重危險(xiǎn)級。單位滅火級別的最大保護(hù)面積50m2/A。計(jì)算單元的最小需配滅火級別為：1.0*21.6*10.05/50=4.35A，取5A。單具滅火器最小配置級別為3A，5A/3A=1.67具，取2具，故設(shè)置2具M(jìn)F/ABC5手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。校核單具最大保護(hù)距離，小于15米，滿足規(guī)范要求。        一層為臭氧電源柜、控制柜，E類火災(zāi)，屬中危險(xiǎn)級。E類火災(zāi)場所的滅火器最低配置基準(zhǔn)不應(yīng)低于該場所A類火災(zāi)的規(guī)定

17、。中危險(xiǎn)級A類火災(zāi)單位滅火級別的最大保護(hù)面積50m2/A。計(jì)算單元的最小需配滅火級別為：1.0*21.6*10.05/75=3.02A，取4A。單具滅火器最小配置級別為2A，4A/2A=2具，故設(shè)置2具M(jìn)F/ABC3手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。校核單具最大保護(hù)距離，小于20米，滿足規(guī)范要求。        4 結(jié)語        隨著人們對臭氧認(rèn)識的逐步加深，臭氧高效、無害的殺菌和氧化作用得到越來越多的工程應(yīng)用。臭氧制備間的爆炸危險(xiǎn)性和火

18、災(zāi)危險(xiǎn)性關(guān)系到建筑、電器、消防等各個專業(yè)的設(shè)計(jì)，目前除電器需根據(jù)室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范采用防爆型外，建筑和消防是否按照防爆要求進(jìn)行設(shè)計(jì)還未有明確規(guī)定。文章對臭氧制備間的爆炸危險(xiǎn)性進(jìn)行了理論分析，并對臭氧制備間的消防設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。對臭氧特性進(jìn)行進(jìn)一步的科學(xué)研究并制定相應(yīng)的臭氧應(yīng)用技術(shù)規(guī)范是下一步工作的重點(diǎn)。        參考文獻(xiàn)        1 儲金宇等.臭氧技術(shù)及應(yīng)用M.化學(xué)工業(yè)出版社，2002.        2 室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50013-2006）.        3 KunihikoKoike，MasaharuNifu