石油石化烯烃装置区自动灭火系统设计与应用研究

1 引言

烯烃生产通常是在高温、高压条件下进行，处理的原料和产品多为易燃易爆物质，一旦发生泄漏，极易引发火灾甚至爆炸事故，造成巨大的人员伤亡、财产损失和环境影响。近年来，国内外石化企业屡发生重大火灾事故，如2021年中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部发生的爆燃事故，造成了严重的人员伤亡和财产损失。这些事故充分说明了烯烃装置区火灾风险的严峻性和自动灭火系统的不可或缺性。

自动灭火系统作为现代石化装置不可或缺的"安全卫士"，能够在第一时间快速响应、精准扑救初起火灾，发挥着不可替代的关键作用。随着智能化技术的不断发展，石油石化区的自动灭火系统正朝着高度集成化、智能化、环保化方向演进，形成了多种技术融合的综合解决方案。本文旨在深入探讨烯烃装置区自动灭火系统的设计要点、核心技术与应用场景，为相关领域的消防安全设计提供参考。

2 烯烃装置火灾风险特性分析

2.1 物料特性风险

烯烃装置处理的物料主要包括乙烯、丙烯、丁二烯等烯烃类物质，这些物质具有高度易燃性、爆炸性和扩散性。其蒸气与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸。此外，这些物质密度多大于空气，泄漏后易积聚在地面低洼处或受限空间，形成不易察觉的火灾隐患。某些特殊工艺环节还可能涉及烷基铝等催化剂，这些化学品化学性质极其活泼，在空气中能够自燃，遇水则爆炸。

2.2 工艺特点风险

烯烃装置的生产工艺通常采用高温裂解技术，操作温度可达800-900℃以上，操作压力也较高。这种高温高压的工艺条件对设备提出了极高要求，同时也增加了火灾风险。装置中的裂解炉、反应器、高温输送管道等设备长期处于高温状态，一旦物料泄漏，会立即汽化形成可燃气体云，遇空气即可能发生闪爆。此外，装置开停车频繁，工艺条件波动大，进一步增加了不稳定因素和火灾风险。

2.3 设备风险

烯烃装置区设备密集，包括反应设备（如裂解炉、反应器）、输送设备（如泵、压缩机）、储存设备（如中间储罐）和分离设备（如塔器、分离器）等。这些设备之间存在大量的管道连接和阀门，潜在泄漏点众多。特别是高温高压设备的密封部位、机械设备的转动部位以及管道接口等，都是容易发生泄漏的薄弱环节。设备老化、腐蚀、材料疲劳、密封失效等问题也会增加火灾风险。

3 自动灭火系统设计要点

3.1 探测系统设计

火灾探测是自动灭火系统的前端感知环节，其准确性和响应速度直接决定了整个系统的效能。烯烃装置区环境复杂，存在高温、高湿、强电磁干扰等挑战，需要采用多传感融合技术提升探测可靠性。

火焰探测技术主要采用红外/紫外/多波段火焰探测器。对于烯烃装置区，特别是存在烷基铝等易自燃物质的区域，应优先选用多波段红外火焰探测器，因其对液体火灾反应灵敏，响应时间短，抗干扰能力强。探测器布置应采用全方位覆盖原则，根据装置高度和探测角度合理确定安装位置，通常建议投射角度与地面成45度夹角。

感温感烟探测技术包括感温电缆、点型感温探测器和感烟探测器。在电缆桥架、设备密集区域宜采用感温电缆，实现线性温度监测；在高处或开阔区域可采用点型感温/感烟探测器。现代感温探测器采用差温、定温和差定温复合式设计，能够根据温度变化速率和绝对值进行多级报警。

可燃气体探测技术是预防火灾的重要前哨。烯烃装置区应选用具备高灵敏度、防爆、防腐蚀特性的可燃气体探测器，采用专用智能传感器技术和零点温度补偿技术，灵敏度针对甲烷和乙烷可达0.00001，响应时间小于2秒。

3.2灭火系统设计

灭火系统是自动灭火系统的执行终端，根据烯烃装置区不同区域的火灾特性，需要选择适当的灭火介质和释放方式。

水喷雾系统是烯烃装置区最常用的灭火系统之一，通过高压水雾冷却火源并稀释氧气浓度来实现灭火效果。水喷雾系统需密集布置喷头（间距通常不超过3米），水压需维持在0.7MPa以上，水源储备量不小于1000L/min，以确保足够的覆盖范围和灭火强度。在低碳烯烃装置中，水喷雾系统通常与雨淋阀组配合使用，通过PLC控制系统实现精确的水量控制。

气体灭火系统适用于封闭空间或电气火灾，如控制室、机柜间等场所。常见的气体灭火系统包括二氧化碳灭火系统、七氟丙烷（HFC-227ea）系统和混合气体（IG541）系统。二氧化碳灭火系统灭火浓度需≥34%，但需注意其在高浓度下的窒息风险；七氟丙烷系统环保无残留，灭火浓度8%-10%，适用于机房、控制室等封闭空间。

干粉灭火系统以氮气为动力，推动干粉灭火剂通过管路输送到干粉炮、干粉枪或固定喷嘴喷出，扑救易燃、可燃液体、可燃气体和电气设备火灾。这类系统具有灭火效率高、绝缘性好、适用于寒冷地区、干粉久贮不变质等特点。ZFP型自动干粉灭火系统是典型代表，其工作压力为1.6MPa，剩粉率≤15%。

泡沫灭火系统是处理可燃液体火灾的有效手段，特别适用于储罐区和装卸区。泡沫系统按泡沫产生倍数分为低倍数、中倍数和高倍数系统；按安装方式分为固定式、半固定式和移动式系统。泡沫液的选择需根据保护对象（油品类型）选择合适类型（蛋白、氟蛋白、水成膜AFFF、抗溶）和混合比。

4 典型应用场景与分析

4.1 生产装置区

生产装置区是烯烃生产的核心区域，包括裂解炉、反应器、分离塔、换热器等设备，具有设备密集、工艺流程复杂、火灾荷载大的特点。该区域的灭火系统设计需要综合考虑设备保护、人员安全和工艺连续性要求。

裂解炉区域是火灾风险最高的区域之一，通常采用水喷雾保护系统。设计时需要在炉体上方布置环形管网，安装实心锥形喷头，喷淋强度不低于20L/min·m²，喷水压力不低于0.35MPa。系统应与燃料气切断阀联动，火灾确认后立即切断燃料供应，同时启动水喷雾系统冷却设备。

反应器与塔器区域需要同时考虑冷却保护和灭火功能。通常采用固定式水炮和水喷雾系统相结合的方式。水炮流量一般为30-50L/s，射程不小于50米，用于扑救较大火灾；水喷雾系统则用于冷却设备和防止火势蔓延。系统应实现与可燃气体探测器的联动，当检测到可燃气体浓度达到爆炸下限的25%时，发出预报警；达到50%时，自动启动通风系统并准备启动灭火系统。

机泵与压缩机区域是泄漏火灾的高发区，通常采用局部应用泡沫灭火系统或水喷雾系统。对于价值高、风险大的关键设备，可采用预动作式系统，减少误喷造成的设备损坏。系统设计需考虑设备检修需求，设置手动切换阀和隔离阀。

4.2 储罐区

储罐区是烯烃装置区的重大危险源，储存量巨大，一旦发生火灾，后果极为严重。储罐区的灭火系统设计需要根据储存物料性质、罐体型式和容量等因素进行针对性设计。

固定顶储罐通常采用低倍数泡沫灭火系统，泡沫液选择抗溶性泡沫，供给强度不低于12L/min·m²，连续供给时间不小于30分钟。泡沫喷射方式可采用液上喷射或液下喷射，液下喷射适用于已发生闪爆的火灾，但需要专用的高效泡沫液。

浮顶储罐的灭火系统设计重点考虑密封圈火灾，通常采用泡沫环管系统。对于大型外浮顶罐，应在罐壁顶部设置环形泡沫管，每隔2.4米左右设置一个泡沫发生器，泡沫供给强度不低于12L/min·m²。同时，罐区周围应设置移动式泡沫炮作为辅助灭火手段，流量不小于60L/s，射程不小于60米。

球罐与压力储罐主要用于储存液化烃类物料，如液化石油气、丙烯等。这类储罐的灭火系统以水喷雾冷却为主，冷却水强度不低于9L/min·m²。同时应配备干粉灭火系统扑救管道泄漏火灾，干粉供给强度不低于0.1kg/s·m³，连续供给时间不小于60秒。

4.3 装卸区

装卸区包括铁路装卸栈台、汽车装卸站和管道输送接口，是物料流动最频繁的区域，也是火灾风险较高的区域。由于装卸作业涉及车辆移动和人员操作，灭火系统设计需要兼顾固定式和移动式设备。

铁路和汽车装卸栈台通常采用半固定式泡沫灭火系统，设置快速接口和软管卷盘，便于与移动设备连接。栈台两侧应设置泡沫喷枪，覆盖半径不大于6米，供给强度不低于6.5L/min·m²。同时，栈台区域应设置水幕系统，用于隔离冷却和防止火势蔓延。

码头装卸区具有火灾荷载大、设备价值高的特点。现代石化码头通常采用远程控制消防炮系统，主要由远控消防炮、喷射系统、消防泵、供水系统、泡沫比例混合系统、探测与控制系统等组成。这种系统具有远程柔性控制、大流量、远射程、高效能、智能化等特点，流量可达100-300L/s，射程超过100米。

管道接口与泵区需要设置局部应用干粉灭火系统或水喷雾系统。干粉系统采用氮气驱动，工作压力1.6MPa，喷放时间不超过30秒，但有效灭火能力强。系统应与紧急切断阀联动，火灾发生时自动关闭物料阀门，防止泄漏扩大。

5 结论与展望

石油石化烯烃装置区自动灭火系统是构筑企业安全生产防线的关键工程，其设计必须扎根于严谨的风险评估，精准匹配工艺特性，并严格遵循法规标准。本文系统地分析了烯烃装置区的火灾风险特性，阐述了自动灭火系统的设计要点，并探讨了典型应用场景和发展趋势。