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1、HTCC5000TPD熟料生产线Yara高压CO2灭火系统的应用 付文龙 成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川 成都 610051 摘 要 从水泥工业领域煤粉燃爆的危害性着手，阐述了燃爆发生的原因和条件，以及通常采取的预防灭火措施，引出了HTCC5000TPD项目采用的Yara高压CO2灭火系统。首先分析了CO2灭火剂的特点和优势，简单介绍了关于易燃爆系统的欧洲ATEX标准。然后详细介绍了Yara高压CO2灭火系统在本项目中的应用，内容包括该系统的逻辑控制原理、灭火过程，系统各组件及其特性，系统的安装要则，系统的调试过程及要求，系统的操作使用，系统的维护需求，系统的备件提供，系统的安全规则
2、等，也在其中描述了HTCC项目在该系统的应用中遇到的问题和解决方法。最后又仔细分析、总结并对比了目前业界普遍使用的三种CO2灭火系统形式，给相关项目在该系统的选型上给出了一定的参考和建议。 关键词 Yara高压CO2灭火系统 燃爆 LOC 组件 控制过程 安装 调试 操作使用 维护 备件 安全性 0引言 引言 2015年8月12日23:30左右， 天津东疆保税港区瑞海国际物流有限公司所属危险品仓库发生特大爆炸事故，造成约200人的伤亡。悲惨的灾难事故再次给我们敲响了安全生产的警钟-生命重于泰山！同时也再次提醒各行各业对待安全生产都要有一种枕戈待旦的意识，任何时刻都不能掉以轻心。水泥工厂在日常生
3、产中一般采用煤、重油或石油焦作为燃料，在燃料的粉磨或储存、输送中也存在着燃爆的隐患，于是水泥生产过程中如何预防燃料的燃爆必须引起水泥企业的足够重视。 煤粉爆炸是在高温或明火热源作用下，空气中氧气与煤粉急剧氧气的反应过程，是一种非常复杂的链式反应。由于煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显着增加，吸氧和被氧化的能力大增，达到爆炸极限密度，在高温作用下发生燃烧爆炸，一般而言煤尘粒度越小，所需引燃温度越低，且火焰传播速度也越快。 同时需要注意的是，由于煤粉含有并可以释放出的可燃性挥发份如CO聚集于尘粒的周围，在一定温度下形成大量的可燃性气体，在高温作用下也会发生爆炸。一般说来，煤粉的可燃
4、挥发分含量越高，爆炸性越强，即煤化作用程度低的煤，其煤尘爆炸性强，随煤化作用程度的增高而爆炸性减弱。 煤尘爆炸必须具备以下几个条件：一是煤尘本身具有爆炸性（水泥厂煤磨煤粉粒度在80m以下的约占8590%，在易燃爆范围内）； 二是煤尘在空气中呈悬浮状态，并达到一定的浓度(爆炸上下极限范围内）；三是氧气的浓度，煤粉混合气体中氧气的浓度越高就越容易引发爆炸；四是具有引燃能量，煤粉燃烧需要的引燃能量可以是系统的高温热能或者直接火源，一般认为温度700-800可以引发燃爆。 成都建材院Heildelberg多哥日产5000吨水泥熟料生产线采用的燃料是产自南非共和国的烟煤，煤化程度低于无烟煤，高于褐煤，净
5、热值达6360 kcal/kg，喂料粒度95%<50mm，成品细度90m筛余量为12%.一旦水泥厂煤磨系统的工况不佳或生产操作出现相应失误，系统车间的煤粉爆炸和挥发分爆炸都将很有可能发生，对安全生产带来了不可忽视的威胁，这就要求从业人员必须配备科学、优质、合理的消防系统用以预防和消除。 本项目煤磨车间配备的是Yara高压二氧化碳灭火系统，用以确保整个煤磨系统粉磨、储存等过程的消防安全。Yara公司是总部设在挪威的百年企业，在二氧化碳和干冰消防系统领域拥有极其丰富的研发、生产、维护经验，为民爆和采矿业提供全面系统的工业解决方案。目前全球范围内的水泥工业领域普遍都采取高压（灭火剂在常温下储存
6、）或低压（灭火剂在-18-20低温下储存）二氧化碳灭火系统来维护生产车间的消防安全，预防煤磨系统的燃爆现象。 1 / 20 笔者将对本项目的Yara灭火系统的应用进行详细的介绍，并对该两种灭火系统进行对比性探讨和相应的选型建议，以资类似项目建设借鉴。 1 CO2灭火剂的优势及灭火剂的优势及ATEX防爆认证 防爆认证 1.1 CO2灭火剂的优势 由于火灾类别的特性和消防形式的适用性，许多场所或部位不能采用水消防形式，而适宜采用气体灭火消防形式。一般的灭火剂类型有哈龙气体、N2、CO2等。哈龙气体由于被证明对臭氧层有极大的破坏作用，已经被禁止使用。N2由于密度（=1.25kg/m3，0，10132
7、5Pa）比空气（=1.25kg/m3）小，灭火时对燃烧物的覆盖效果差。而CO2的密度（=1.98kg/m3)比空气和N2的密度都大,，在熄灭底部的火时，可快速沉入底部而挤出O2形成致密保护层和堆积层，因此防灭火效果比N2更好。另外，从喷头喷出的二氧化碳温度低（出口020），一般由1.5MPa迅速降低到与环境同压，就像经过了空调机的电子膨胀阀或毛细管，立即汽化蒸发并吸收大量热（汽化热值约为578kJ/kg），会对防护对象及其周边环境产生冷却作用，降低了其引燃能量，减少燃爆威胁，更加利于灭火。随着消防标准的提高，二氧化碳灭火系统作为气体灭火最主要的形式，其应用日趋普遍。 1.2ATEX防爆认证 H
8、TCC项目消防系统的设计采用的是GB 50193-93(2010年版)二氧化碳灭火系统设计规范，此设计为业主审核并接受，而同时其他的欧洲标准也是经常被作为参考的，如Yara设备本身的设计、机械和强电设备、弱电系统等采用的是Yara的企业标准，煤粉的防爆及煤粉仓系统分别采用的是德国的VDI2263、BGV C15及CEN TR15281标准，所有的压力设备均按照欧洲压力设备指令PED 97/23/EC要求而设计。但具体在某个总包项目中采用什么样的标准作为设计依据， 主要是基于地域限制、业主偏好及当地法律的认可程度而来，故而为了避免之后与业主产生纠纷或争执，在合同的签署过程中，一定要注意相关条款及
9、适用标准。 本项目的投资方为德国Heildelberg集团，煤磨系统按照欧洲的消防和防爆要求，应用ATEX指令条款并贴附CE标志。 图1 CE标志 ATEX是易爆炸环境（法语ATmosphere EXATEXlosible）的缩写。1994年3月23日，欧洲EX 委员会采用了“潜在爆炸环境用的设备及保护系统”（94/9/EC）指令。ATEX指令CE认证覆盖了矿井及非矿井设备，与以前的指令不同，它包括了机械设备及电气设备，把潜在爆炸危险环境扩展到空气中的粉尘、可燃性气体、可燃性蒸气与薄雾。它规定了拟用于潜在爆炸性环境设备的应用技术要求、基本健康、安全要求和设备在其使用范围内投放到欧洲市场前必须采
10、用的合格评定程序。防爆指令CE认证核心要求：保护人们的安全和健康，以及在一定情况下保护家畜的健康和财产安全，特别是要格外保护工人免遭潜在爆炸性环境适用的设备和系统所产生的危害。 2 / 20 2 Yara高压CO2灭火系统的应用 灭火系统的应用 2.1 系统的逻辑控制原理、运行过程 二氧化碳灭火系统是通过创造一个惰性环境来预防或扑灭仓内及收尘系统中粉尘的燃烧和爆炸的，它是一种参照德国VDI2263及CEN TR15281标准的预防性的措施，用以避免潜在性爆炸气氛的发展。这种系统的逻辑控制比较通用简单，过程大致如下图所示： 图2 HTCC项目Yara高压灭火系统逻辑过程原理关系高压灭火系统逻辑过
11、程原理关系简逻辑过程原理关系简图 图图3 HTCC项目Yara高压灭火系统中控画面（当地时间2015年8月24日下午2点） 整个防燃爆系统内装有气体检测传感器，一旦CO浓度、O2浓度、温度参数超过气体分析仪控制柜上的设定值（部分参考参数见下图4），DCS系统将会提示并自动启动CO2喷吹系统来淹没危险区域。同时也可通过手动方式(在中控室或现场控制柜上均可)进行干预，避免因信号失灵或其他误导信号产生的启动而浪费。CO2喷吹的核心目的是减少空间内的极限氧气浓度（LOC）值至其无法支持燃爆的范围。该系统中的最大允许氧气浓度值设定在比LOC低23%的范围内，该值的范围取决于煤的类型，同时需要相关专家的审
12、核确定。 一般来说， 3 / 20 褐煤的LOC值在12%，而无烟煤的LOC值在14%左右。 序号 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 测点位置 测点位置 煤磨入口风温 煤磨出口风温 袋收尘器出口风温 袋收尘出口CO浓度 窑头煤粉仓内煤粉温度 窑头煤粉仓内CO浓度 分解炉煤粉仓内煤粉温度 分解炉煤粉仓内CO浓度 正常范围 正常范围 175325 6590 8095 0.010.1% 070 0.010.1% 070 0.010.1% 报警值 报警值 350 95 95 0.08%报警，0.15%时关 闭入口阀，系统停机 80 0.15% 80 0.15% 表1 HTCC项目Yara高压灭火系
13、统测点相关参数参考值 高压灭火系统测点相关参数参考值 燃爆防护区要有一定的封闭性、耐火性和耐压、泄压能力,其防护区的开口面积、围护结构及泄压口的设置等必须符合Yara规范的规定。系统应采用专门的喷头,并配有导流罩,使喷放出来的二氧化碳能直接集中地喷放到燃烧的物体上,并在燃烧表面达到一定的供给强度,延续足够的时间才能使燃烧熄灭。喷吹的速度是由专用喷嘴和气体初始压力来确定的，喷嘴的数量由被防护区的有效防护体积来选取。Yara系统内，空间内所需最大的CO2用量必须在不超过1个小时内喷吹供给完成。喷吹过程中CO2储罐内的CO2余量信号由安装于罐底的电子重量传感器传至中控监视器。 2.2系统的各组件及其
14、特性 2.2.1 CO2罐体 Yara系统罐体的作用是储存液态CO2，同时喷吹出气态CO2，是一个最大操作压力为80bar的圆柱状容器。罐体由采用抗重负荷的钢材作为主材料，以搪瓷涂面，具有很强的抗低温性能。安装于配套的框架上，用螺栓锚固。基于罐体使用需要的一些阀门及测量组件通过配套的PID程序要求到货时已安装于罐体上，无需现场做任何改动。 罐体参数如下表： 技术数据 技术数据 储存类型 储存类型 毛容量 毛容量 最大填充量 最大填充量 允许的操作温度 允许的操作温度 极限操作压力 极限操作压力 测试压力 测试压力 总高度 总高度 总宽度 总宽度 总长度 总长度 空载重量 空载重量 满载CO2后
15、最大重量 后最大重量 10.0/80 10.0/80 液态二氧化碳 13400L 10000kg -50/30 80bar 115bar（水压测试） 2298mm 1866mm 7829mm 11000 21000 表2 CO2罐体参数表 罐体参数表 4 / 20 图图4 CO2罐体 罐体 2.2.2 CO2储罐的调节 安全阀的设定工作压力为80bar，与罐体极限承受压力保持一致。当罐内压力升至80bar时，安全阀启动，进行泄压。安全阀组由两个安全阀组成，中间连接一个换向阀。一旦其中一个有故障，则可以转到另一个使用，同时可对故障阀门进行修复和更换等。 HTCC项目的安全阀组曾经就出现过这种问题，建议业主方可以多备用此安全阀门。本项目的罐体安装于室内，当安全阀泄压时，必须将泄漏的气体CO2排出室外。对于引出室外的管道，为了有效避免其中冷凝水的聚集，在所有可能的水聚集点都必须钻5mm孔进行排水。同时，室内还必须安装CO2浓度探测器，避免因CO2高于正常值而对操作人员造成伤害。 下图为HTCC现场在CO2罐体
