防火涂料在化工装置中的应用

摘 要
利用防火涂料对化工装置进行防火保护是一种经济、易行、方便的火灾防护方法。以传热学原理为基础,分析了防火涂料的防火保护原理,讨论了防火涂料在化工储罐、石油管道中的使用要求,应用设计原则。运用层次分析法系统地提出了化工储罐、石油管道防火涂料的选用原则、选型的指标要求以及优选方法。

关键词
防火涂料;防火保护;选择

引言
我国对石油化工企业、易燃易爆场所的火灾保护,制定有严格的防火规范和管理制度。但从火灾发生的情况来看,单靠现有的保护措施还不能完全控制火灾的扩展。因此,在现有的防火保护体系中引入新的防火保护技术和产品对提高化工装置的防火功能,杜绝恶性火灾事故的发生具有积极的意义。水喷淋法造价高,施工与日常维修难度较大,而喷涂法具有隔热性能好,施工不受钢结构几何形体限制,一般不需加辅助设施,涂层重量轻,施工与维修均较方便的特
点。是一种经济、易行、方便的火灾防护方法。本文在分析防火涂料防火保护原理的基础上,对防火涂料在化工装置中的使用要求,应用设计原则及防火涂料的选用进行了分析讨论。

1、防火涂料在石油化工企业中的使用依据
国家的法律、法规是防火涂料研制与开发的依据,同时也推动了防火涂料市场的蓬勃发展。《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-92)规定:应作耐火保护层的钢结构包括:单个容积等于或大于5m3 的甲、乙A类液体设备的承重钢框架、支架、裙座;介质温度等于或高于自燃点的单个容积等于或大于5m3 的乙B、丙类液体设备的承重钢框架、支架、裙座;加热炉的钢支架;在爆炸危险区范围内的主管廊的钢管架;在爆炸危险区范围内的高径比等于或大于8,且总重量等于或大于25t的非可燃介质设备的承重钢框架、支架和裙座。覆盖耐火层的部位包括:备承重钢框架申,单层框架的梁柱,多层框架的楼板为透空的篦子板时,地面以上l0m 范围的梁、柱,多层框架的楼板为封闭式楼板时,该层楼板面以上的梁、柱;设备承重钢支架或加热炉支架中,全部梁、柱;钢裙座外侧末保温部分直径大于1.2m 的裙座内侧;钢管架
中,底层主管带的梁、柱,且不宜低于4.5m,上部设有空气冷却器的管架,其全部梁、柱及斜撑均应覆盖耐火层。此外,还规定涂耐火层的构件,耐火极限不应低于 1.5h。当耐火层选用防火涂料时,应采用厚型无机类并能适用于烃类火灾的防火涂料。

2、防火涂料在化工装置中的使用要求
2.1 基本要求
对于钢结构防火保护材料,无论使用在何种场所都应具备以下凡点:①安全无毒; ②易与钢构件结合; ③在预期的耐火极限内可有效地保护钢结构; ④在钢构件受火后发生允许变形时,防火保护材料应不至破坏且仍能保持原有的保护作用; ⑤经济合理。此外,选择钢结构防火措施时,还应考虑钢结构所处部位,需防护的构件性质,采取防护措施后结构增加的重量。

2.2 石油化工企业、易燃易爆场所进行防火保护的防火涂料的具体要求对于石油化工企业、易燃易爆场所,由于火灾发生时具有升温速度快,并伴随着爆炸而产生强大的冲击波。因此,用于石油化工企业、易燃易爆场所进行防火保护的防火涂料还应能够经受住油类火灾的温升及爆炸所产生的冲击波。具体应满足下列要求: ①由于油类火灾升温速度极快,从可靠和安全的角度来讲,应采用厚型防火除料; ②石化设施多数设置在露天,室外环境比室内严酷的多,涂料要在室外长期经受日晒雨淋,风吹冰冻,故应选择耐水、耐冻融、耐日晒、强度高的防火涂料。根据国内外大量工程经验教训,应选用厚质无机防火涂料中密度高、强度较高的水硬性防火涂料,这类涂料具有优良的耐水性和抗冻性,较适合于露天钢结构中的使用; ③根据所处的环境,油罐、石油输送管道防火涂料还应具备相应的耐溶剂、耐冻融、耐盐雾等性能,能经受高温氧化锈蚀及化工大气的侵蚀、腐蚀; ④在发生火灾时,部分油罐或管道会发生爆炸,优异的油罐、石油输送管道防火涂料应能够经受住油类火灾爆炸时所产生的冲击波,即要求油罐、石油输送管道防火涂料应具有相当高的强度和附着力。否则,必须采取其他相应的加固措施。此外,油罐、石油输送管道防火涂料还应满足设计和施工应用中提出的一些要求。

3、防火涂料在化工装置中应用的设计原则
针对石化设施的安全特性,使用防火涂料进行防火保护时,可作如下设计:
(1)对石油输送管道和一些不需要用水冷却且油罐之间的间距很大、不会受到爆炸气流冲击的油罐,可以直接将油罐、石油输送管道专用防火涂料施涂于油罐、石油输送管道的外表面进行防火保护。
(2)对需要用水冷却降温的大型储罐,宜设置降温夹层,在夹层外面施涂油罐、石油输送管道专用防火涂料。正常情况下,处于表层的防火涂料可以起到一定的隔热作用,防止罐内的温度在太阳光的作用下大幅度升高,若需对罐内的油品降温,则可通过夹层的水进行冷却。在发生火灾的情况下,不仅可由防火涂料提供防火层障,而且还可利用冷却水对涂层的背火面和罐内的油料进行冷却。因此可以大大提高储罐的耐火性能,既能为消防人员扑救赢得时间,又能有效地防止油罐在火灾高温作用下再次发生爆炸。
(3)对于间距较小、火灾中发生爆炸的可能性较大以及爆炸时所产生的冲击波较强的油罐,宜选用强度高且附着力很好的专用防火涂料,宜先设置降温夹层,并在夹层外表面施涂油罐、石油输送管道专用防火涂料,然后在涂层的外表面设置钢质面板以抵抗爆炸时所产生的冲击。当临近的油罐发生爆炸时,爆炸所产生的冲击波首先作用于钢质面板上,并通过钢质面板将冲击波产生的压力较均匀地传递到涂层内部,涂层应具备足够的强度以保证在该冲击波的作用下涂层不会受到破坏。在爆炸冲击力较小的情况下,也可采用在涂层表面加设钢丝网等措施来替代钢板,以降低造价。

4、化工装置防火涂料的选用
对防火涂料的选用可根据化工装置的环境条件和火灾特性,通过综合评价从现有的防火涂料中进行优选。
4.1 选型原则
在考虑综合评估之前,先要确定化工储罐、石油管道防火涂料的选型原则:(1)以需定类。对化工装置防火涂料拟选室外钢结构防火涂料。(2)质优价廉。在制定出化工装置基本要求的条件下,应选择具有理化性能、防火性能和耐候性能优异的质优价廉产品。(3)可信厂家优先。在防火涂料的理化性能、防火性能、耐候性能和价格相近的条件下,选择工厂规模较大、管理制度完善、检测手段齐全的厂家,以确保产品质量的稳定、可靠。( 4 ) 可信产品优先。优先选用已在化工装置长期使用、证明其质量可信的产品。(5)经毒性试验的防火涂料及经过烟雾毒处理试验并合格的产品,应为优先对象。(6)国内优先。国内厂商为选型的基本范围,但不排除国外质优而价格又可接受的产品。(7)就近原则。根据以上原则,可初选出数种钢结构防火涂料,在此基础上建立数学模型,定出入选对象。

4.2 技术指标
由于油类火灾升温速度极快,石化设施多数设置在露天,室外环境严酷,长期经受日晒雨淋,风吹冰冻,高温氧化锈蚀及化工大气的侵蚀、腐蚀;油罐、石油输送管道爆炸时会产生冲击波等特点。化工装置防火涂料选型的技术性能指标应包含以下几项内容:
(1)一般技术指标。一般技术指标中包括防火涂料的一般要求、防火涂料施工温度的要求、防火涂料与复层涂料配套要求,以及毒性和烟密度的要求等。(2)耐火性能指标。不同类型的防火涂料其耐火性能指标不同,钢结构防火涂料有涂层厚度和耐火极限的要求,特别是按照油类火灾升温条件进行耐火性能试验极限;(3)理化性能指标。理化性能有细度、黏结强度、耐水性、抗震性、耐酸碱性、耐油性、耐盐雾、耐溶剂、耐冻融、耐高温粘接性能等;(4)耐候性能指标。耐候性主要考虑老化、湿热试验性能;(5)耐爆炸气流冲击试验性能。此外,还应根据具体情况和使用要求对其他相关的性能进行检验,以全面地评价油(气)罐、石油输送管道防火涂料产品的性能。

5 、结束语
采用防火涂料对化工储罐、石油管道等化工装置实施保护,可提高被保护基材的防火功能,杜绝恶性火灾事故的发生。而准确分析化工装置的防火要求,科学的设计防火涂料在化工装置中的应用,合理地选择防火涂料,对于生产厂家调整生产战略、开发新型产品,石化企业在安全设计中正确合理地选择适合自身需要的防火涂料品种以及安全评估单位制定相关法律、法规、标准均有着十分重要的意义。

参考文献
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