环戊烷发泡剂生产硬质聚氨酯泡沫行业国内外安全标准分析
硬质聚氨酯泡沫塑料因其良好的绝热性能被广泛地应用于冷库、热水器、管道保温等众多领域。随着我国聚氨酯泡沫行业HCFC-141b淘汰进度的不断进行, 以环戊烷为代表的碳氢发泡剂技术逐渐被推广, 但是此类碳氢发泡剂通常具有较大的火灾、爆炸危险性。以环戊烷、正戊烷和异戊烷为例, 其闪点分别为-37 ℃、-48 ℃和-51 ℃, 闪点极低。目前, 很多企业采用将碳氢发泡剂与组合聚醚预混的形式来降低其火灾爆炸危险性, 但是预混后的各类混合物闪点大都低于28 ℃, 火灾危险性仍属于甲类。因此, 对现有国内外安全标准的分析, 对于提升整个行业安全性具有较大的意义。环戊烷是用来替代HCFC-141b的碳氢发泡剂的重要代表物。本文主要以环戊烷为例, 对消防安全相关的国内外典型标准进行分析。环戊烷及其预混组合聚醚相关工艺中主要包括气体、液体和固体3种形态的危险品。对于环戊烷发泡工艺而言, 利用聚醚多元醇和异氰酸酯反应放出的热量加热发泡剂, 发泡剂遇热气化而发泡。环戊烷一部分逸出, 另一部分残留在硬质聚氨酯泡沫塑料的泡孔中。此外, 环戊烷及其预混组合聚醚的输送、储存、装卸过程, 均可能出现环戊烷逸出现象。环戊烷及其预混组合聚醚在常温常压下属于液体状态。这是本工艺涉及危险品的主要存在形式。聚氨酯泡沫材料的燃烧性能分级通常属于B2级可燃材料。在添加阻燃剂后可达到B1级难燃材料。因此, 对于B2级产品而言, 应按可燃固体进行要求。根据《建筑设计防火规范》 (GB 50016—2014) 储存物品的火灾危险性分类 (可燃固体) , 该物品属于丙类。截止目前, 在以环戊烷为代表的烃类发泡剂及其预混组合聚醚相关的易燃易爆危险品火灾危险性主要参数的测试和分级方面, 我国已经制定了一系列国家标准和行业标准, 且多数标准的主要技术内容已与国际标准接轨。总体而言, 对于该类物质, 可采用表1中的测试方法。依据现有测试标准, 环戊烷及预混环戊烷组合聚醚的火灾危险性见表2。对于以环戊烷为代表的烃类发泡剂而言, 气体爆炸问题是重要的安全问题。其中, 爆炸性环境中的电力防爆十分重要。目前, 国内外针对电气防爆设计的主要规范包括我国的《爆炸危险环境电力装置设计规范》 (GB 50058—2014) 以及美国《石油设施电气设备安装一级0区、1区和2区划分的推荐方法》 (API RP 505—2002) 和《化学品生产场所易燃液体、气体或蒸气的分类及电气设备安装 (归类的) 危险区的推荐做法》 (NFPA 497—2012) 。3个规范均将危险区域分为0区、1区和2区, 划分标准基本依据爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间。其中, GB 50058和NFPA 497从定性角度对区域进行定义, 而API RP505则定量地对3个分区进行定义。NFPA 497主要针对化学品生产场所的电气设备安装角度出发, 对3个危险区域的具体场景进行了初步描述。具体应用时, 可根据具体场景, 同时结合3个规范, 进行防爆分类。此外, 《使用环戊烷发泡剂生产家用和类似用途电器安全技术规范》 (QB/T 2911—2016) 也对危险区域进行了非常具体的划分, 该标准指明了电器生产厂家的1区和2区的具体位置。对于防爆措施而言, 与其相关的国内外标准主要包括《建筑设计防火规范》 (GB 50016—2014) 、《爆炸危险环境电力装置设计规范》 (GB 50058—2014) 和《防爆系统标准》 (NFPA 69—2014) 。国内标准一般对设置要求进行规定, 包括危险分区调整方法、防爆措施以及相应的电气设备保护级别等。美国NFPA 69主要从方法的角度给防爆设计提供几种潜在可行的方案, 用以控制危险环境中的潜在燃爆风险。由于一些使用环戊烷作为发泡剂的聚氨酯企业的甲类生产区域占整个厂房的面积不大, 属于同一防火分区内存在不同危险等级的生产工艺。根据《建筑设计防火规范》 (GB 50016—2014) , 在一座厂房中或一个防火分区内存在多种火灾危险性生产时, 如果火灾危险性大的部分所占用的面积比例小, 并采取了相应的工艺保护和防火防爆分隔措施将其与其他区域完全隔开, 即使发生火灾也不会蔓延到其它区域时, 该厂房可按火灾危险性较小者确定。具体而言, 有些生产过程中虽然使用或产生易燃、可燃物质, 但是数量少, 当气体全部逸出或可燃液体全部气化也不会在同一时间内使厂房内任何部位的混合气体处于爆炸极限范围内, 或即使局部存在爆炸危险、可燃物全部燃烧也不可能使建筑物着火而造成灾害。一般情况下可不按物质危险特性确定生产火灾危险性类别的最大允许量, 表3列出了生产中常见的甲类火灾危险性物品的最大允许量。当室内使用的易燃、易爆甲、乙类火灾危险性液体全部挥发并弥漫在整个室内空间后, 同空气的混合比低于其爆炸下限的5%时, 可以不确定为甲、乙类火灾危险性, 但是对于容积较大的空间, 单凭一个指标 (与房间容积的比值) 来控制是不够的。因此, 确定室内空间最多允许存放的总量作为另一个指标。可燃气体检测系统应采用两级报警:第一, 《石油化工可燃气体和有毒气体检测涉及规范》 (GB50493—2009) 和《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全规范》 (SY 6503—2016) 规定以及报警设定值小于或等于25%爆炸下限, 二级报警设定值小于或等于50%爆炸下限;第二, 《使用环戊烷发泡剂生产家用和类似用途电器安全技术规范》 (QB/T2911—2016) 规定, 应保证二级报警优先于一级报警[7]。两者之间没有本质区别, 具体执行过程保证分两级报警, 分别小于或等于25%爆炸下限和50%爆炸下限, 设定值低的优先于设定值高的报警即可。对于检测器的安装高度, 不同标准之间存在一定的差异:第一, 《石油化工可燃气体和有毒气体检测涉及规范》 (GB 50493—2009) 和《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全规范》 (SY 6503—2016) 规定对于密度比空气大的可燃气体, 检测器的安装高度应距地坪或楼地板0.3~0.6 m;第二, QB/T 2911—2016中规定探测器离地距离不超过0.2 m。从环戊烷气体积聚的角度, 安装高度越低, 越容易检测到环戊烷, 但过低的安装高度易造成因雨水淋、溅对检测器的损坏。因此, 对于室外或存在雨水等可能损坏探测器的液体场所, 安装高度不宜过低, 应与地面保持一定的距离。其余通用要求包括:报警信号应发送至现场报警器和有人值守的控制室或现场操作室的指示报警设备, 并且进行声光报警;现场报警器可选用音响器或报警灯;与环戊烷及预混环戊烷组合聚醚的甲、乙类装置区周围和罐组四周道路边应设置手动火灾报警按钮;火灾自动报警系统的220V AC主电源应优先选择不间断电源 (UPS) 供电。具体可依据相关标准条款执行。对于爆炸性环境, 新风的通入和危险气体的排出十分重要。避免厂房内存在地沟等低洼部分或障碍物也很必要。若厂房内存在电缆地沟, 且环戊烷或预混环戊烷组合聚醚泄漏后进入地沟内, 排风系统较难将地沟内的易燃易爆气体排出。因此, 地沟内可能出现易燃易爆气体的积聚, 进而导致火灾爆炸事故。关于通风量, 《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》 (GB 50019—2015) 规定事故时通风量宜根据工艺条件确定, 且换气次数不应小于12次/h。QB/T 2911—2016中对家用电器生产厂房的通风量给出了计算依据, 主要的计算参数包括环戊烷泄漏点源的最大流量、品质系数、安全系数、爆炸下限、通风室内最高温度等。此外, GB50016—2014中关于燃油或燃气锅炉房机械通风的设置要求也可以作为本行业室内通风的设计参考。对于通风设备而言, 防爆要求十分重要。在通风设备停机时, 空气一般会从风管倒流到通风设备内。如果倒流的空气中含有环戊烷且通风设备未做防爆处理时, 环戊烷会随之被带到通风设备内, 并因通风设备产生的火花而引起爆炸, 故通风设备要采取防爆措施。对于环戊烷预混组合聚醚, 国内多是针对环戊烷的安全生产进行要求, 涉及领域包括部分行业的聚氨酯发泡安全生产、聚氨酯发泡模具、发泡设备、包装设备等。总体而言, 上述规范对于安全生产方面的描述多按工艺进行划分, 与专门防火规范的章节划分不同。标准的制定思路主要从工艺角度出发, 章节划分也多以工艺单元进行划分。在实际操作上具有一定的便捷性, 但是若重点从消防安全角度来看, 相关标准在与GB 50016—2014等通用规范的对比使用方面, 存在一定的障碍。环戊烷属于石化原料, 因此其储存、运输和装卸可依据危险品储存、运输及石化相关规范进行。依据《建筑设计防火规范》 (GB 50016—2014) , 本项目涉及的原料和产品主要是甲类和丙类物质。甲类储存物品的划分主要依据我国《危险货物运输规则》中确定的Ⅰ级易燃固体、Ⅰ级易燃液体、Ⅰ级氧化剂、Ⅰ级自燃物品、Ⅰ级遇水燃烧物品和可燃气体的特性。这类物品易燃、易爆, 燃烧时会产生大量有害气体。本行业涉及的甲类物质主要是环戊烷与预混环戊烷组合聚醚。另外, 丙类储存物品包括可燃固体物质和闪点大于或等于60 ℃的可燃液体。可燃液体闪点较高、不易挥发。可燃固体在空气中受到火焰和高温作用时能发生燃烧, 即使移走火源, 仍能继续燃烧。本行业涉及的丙类物质主要是B2级聚氨酯泡沫产品。当同一个防火分区内同时放置多种可燃物时, 应按火灾危险性大的物质来确定其火灾危险性类别。建筑的耐火等级、最多允许层数和最大允许占地面积和每个防火分区面积均应按最危险物质确定。我国厂房和仓库的耐火等级的分级主要依据GB 50016—2014。根据耐火等级分级可确定相应的建筑构件的燃烧性能和耐火极限, 耐火极限可依据该标准进行设计。仓储及运输装卸条件:涉及环戊烷及预混环戊烷组合聚醚的按甲类物质进行设计, 涉及B2级的聚氨酯泡沫材料的需按丙类物质设计。具体设计可依据相关规范中仓库的耐火极限、最大允许层数以及防火分区面积等进行。对于环戊烷及预混环戊烷组合聚醚等产品安全运输, 主要依据环戊烷的产品规范以及危化品的运输规范。联合国橙皮书 (第19修订版) 关于危险货物运输的建议也可作为安全防控的重要依据。与其他闪点类似的危化品相比, 该类物质并没有明显不同的地方。相关标准主要对车辆和发泡剂的充装容器等方面进行了规定。对环戊烷发泡剂及预混环戊烷组合聚醚而言, 其装卸过程的安全控制主要涉及装卸站及装卸车 (槽罐车) 。《石油化工企业防火规范》 (GB 50160—2008) 和《易燃、可燃液体规范》 (NFPA 30—2012) 对相关内容进行了规定。总体上, 规范的内容涉及装卸站的进出口、回车场、防静电措施以及防护间距等内容。其他安全措施可依据与环戊烷发泡剂及预混环戊烷组合聚醚闪点相似的危化品的通用要求执行即可。此外, 《汽车加油加气站设计与施工规范》 (GB 50156—2012) 也可作为设计与施工参考。从火灾危险性、安全生产、储运与装卸3个方面对国内外以环戊烷为代表的碳氢发泡剂用于聚氨酯硬泡生产的标准体系进行了总结。结合环戊烷及预混环戊烷组合聚醚的具体危险特性, 对其在标准体系中的使用情况进行分析。总体上看, 涉及以环戊烷为代表的碳氢发泡剂及预混碳氢发泡剂的组合聚醚的硬质聚氨酯泡沫行业应注意以下几点:(1) 通常情况下, 环戊烷及预混环戊烷组合聚醚的火灾危险性均属于甲类, 应按甲类对相关厂房、仓库进行设计。(2) 对于使用环戊烷及预混环戊烷组合聚醚较少的厂房, 判断其是否可不按环戊烷或预混环戊烷组合聚醚确定生产火灾危险性类别的重要依据是:总量是否大于100 L, 或其与房间容积的比值大于0.004 L/m3。若总量不大于这两个最大允许量时, 则可考虑按火灾危险性较小的部分确定。(3) 通风与排风系统是该工艺重要安全措施。除了要依据规范保证一定的通风量, 厂房内不宜设置地沟、管沟等, 因为此类低凹部分易造成可燃气体的积聚, 可能引发火灾爆炸事故。(4) 排风系统应与可燃气体探测报警系统进行联动, 并根据报警级别对风机及相关阀门、电源进行应急操作。
