姜 忱, 孫曉旭

(沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司,遼寧 沈陽 110001)

作為蓄電池的重要材料之一,石墨化陰極項目逐漸在全國全面興起。隨著目前陰極項目設(shè)備和技術(shù)的不斷更新?lián)Q代,火災(zāi)自動報警和滅火系統(tǒng)卻并無可借鑒的經(jīng)驗。石墨化陰極材料是鋰離子電池的主要組成部分,陰極材料性能的好壞直接影響到鋰離子電池的性能。負(fù)極材料主要原料為生石油焦、生針狀焦、煅燒石油焦、煅燒針狀焦及高溫瀝青,而輔助材料為坩堝、保溫料、電阻料、石英砂及炭黑等。

現(xiàn)在石墨化陰極項目消防系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),很多車間的消防系統(tǒng)設(shè)計都具有主觀性,所以各自設(shè)計和應(yīng)用都千差萬別的,系統(tǒng)分析每個車間的消防系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則就十分的必要。

我們以標(biāo)準(zhǔn)常用的5萬噸鋰電陰極工程項目作為項目標(biāo)準(zhǔn)模型,主要包括原料轉(zhuǎn)運站、烘干車間、預(yù)處理車間、復(fù)合車間、預(yù)炭化車間、石墨化車間、炭化車間、成品處理車間及成品轉(zhuǎn)運站等[1]。本文主要分析石墨化陰極項目中的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng),以一個標(biāo)準(zhǔn)化的廠房作為模版,分析各個獨立車間的危險品和物資,最終確定所需要設(shè)置的消防系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)[2]。

1 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)分析及解決方案

判斷車間的火災(zāi)報警形式主要取決于車間的原料和可燃物資的等級,根據(jù)車間的大小形式判斷所采取的消防系統(tǒng)形式。主要材料的轉(zhuǎn)運車間為原料轉(zhuǎn)運車間和成品轉(zhuǎn)運車間,負(fù)責(zé)主要車間的材料運輸,下面就以原料轉(zhuǎn)運站進行分析。

原料轉(zhuǎn)運站貯存的物料主要有生石油焦、生針狀焦、煅燒石油焦、煅燒針狀焦及固體瀝青。所有原料均采用汽車運輸,貯存方式為原料庫。生石油焦來料形式為散裝料,其他物料均為袋裝料[3]。

表1 原料轉(zhuǎn)運站危險物分析表

表1為按照最新國家標(biāo)準(zhǔn)劃定的火災(zāi)危險分類,由此判斷整個原料轉(zhuǎn)運車間需要上滅火系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的皮帶廊是發(fā)生火災(zāi)的主要原因,故對轉(zhuǎn)運站及皮帶廊的預(yù)警和滅火極為重要。

解決方案:

(1)車間室內(nèi)消火栓的設(shè)置保證同一平面有2支消防水槍的2股充實水柱同時到達任何部位。對于超壓的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)選用減壓穩(wěn)壓型消火栓,帶有用電設(shè)備的室內(nèi)消火栓選用水霧兩用水槍。

(2)所有車間的洞口和皮帶接口處設(shè)置水幕系統(tǒng),水幕接收兩側(cè)的報警信號作為觸發(fā)點進行消防滅火。

(3)當(dāng)?shù)厣隙诽釞C超過18米時配備噴淋系統(tǒng),需要在每一層設(shè)置水噴淋系統(tǒng);不超過18米時可只配備火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

(4)原料轉(zhuǎn)運站根據(jù)場所的不同,火災(zāi)探測器的選擇也不同。斗提間有粉塵危險,因此感煙探測器不適合使用感煙探測。斗提有開洞,感溫探測很難布置,推薦選用火焰探測器。

(5)皮帶廊與建筑物連接的洞口處設(shè)水幕系統(tǒng),兩側(cè)設(shè)置感溫探測器聯(lián)動報警,皮帶下方設(shè)置不可逆的定溫感溫電纜。

(6)需要配置滅火器的車間配置一定數(shù)量的手提式或推車式滅火器,滅火器配置的種類和數(shù)量符合火災(zāi)種類(A～E)以及建筑物的危險等級要求。

2 生產(chǎn)系統(tǒng)分析及解決方案

石墨化陰極主要生產(chǎn)系統(tǒng)的車間為烘干車間、預(yù)處理車間、復(fù)合車間、預(yù)炭化車間、石墨化車間及炭化車間等,下面對幾個主要生產(chǎn)車間進行分析。

2.1 烘干車間

烘干車間用于生石油焦和生針狀焦的烘干。為保證原料的水分含量,防止冬季原料在倉內(nèi)無法下料,需設(shè)置烘干車間。烘干所采用的加熱介質(zhì)為天然氣。烘干機為回轉(zhuǎn)類設(shè)備,生焦由高端進入,隨著筒體的旋轉(zhuǎn),不斷沿著長度方向向低端出口移動,同時生焦和筒體不斷的換熱,逐漸被加熱、去除其中的水分[4]。

進入烘干機的生石油焦水分含量一般在8%～12%,生針狀焦水分含量一般在5%～8%,烘干后生焦出口溫度80℃,水分含量控制在3%以下。烘干后的生焦經(jīng)帶式輸送機送往烘干料倉中貯存,再通過輸送設(shè)備送往預(yù)處理工序。生石油焦和生針狀焦分別設(shè)置2座500 t的貯倉。

表2 烘干車間危險物分析表

表2為按照最新國家標(biāo)準(zhǔn)劃定的火災(zāi)危險分類,由此判斷整個烘干車間需要上滅火系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

解決方案:

(1)車間室內(nèi)消火栓的設(shè)置保證同一平面有2支消防水槍的2股充實水柱同時到達任何部位。對于超壓的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)選用減壓穩(wěn)壓型消火栓,帶有用電設(shè)備的室內(nèi)消火栓選用水霧兩用水槍。

(2)地上斗提機只需配備火災(zāi)自動報警系統(tǒng),主廠房推薦選用火焰探測器和視頻成像探測器,能夠避免生產(chǎn)產(chǎn)生的惰性氣體帶來的消防誤報警。

(3)皮帶廊與建筑物連接的洞口處設(shè)水幕系統(tǒng),兩側(cè)設(shè)置感溫探測器聯(lián)動報警,皮帶下方設(shè)置不可逆的定溫感溫電纜。

(4)如果建筑物有排煙天窗和風(fēng)機閥門,需要在火災(zāi)發(fā)生時聯(lián)鎖開啟天窗和閥門,由探測器的報警信號或手動報警按鈕作為觸發(fā)開關(guān)連鎖開啟排煙天窗進行消防排煙,火災(zāi)主機接收其反饋信號。

(5)需要配置滅火器的車間,配置一定數(shù)量的手提式或推車式滅火器。

2.2 石墨化車間

陰極材料石墨化的主要爐型有艾奇遜石墨化爐、串接石墨化爐及箱式石墨化爐。本項目選擇艾奇遜石墨化爐對包覆粉料進行石墨化處理。石墨化工序主要生產(chǎn)過程為裝料、裝爐、通電石墨化、冷卻及出爐等工序。石墨化車間貼建輔料庫,用于石墨化爐用坩堝、電阻料及保溫料的臨時儲存。

假定石墨化車間設(shè)置3組石墨化爐,每組石墨化爐10臺,配套建設(shè)有整流裝置、保溫料和電阻料處理、煙氣凈化及循環(huán)水等。石墨化工序主要生產(chǎn)過程為裝料、裝爐、通電石墨化、冷卻及出爐等工序。石墨化車間是陰極項目最重要的生產(chǎn)車間,其中需要設(shè)置輔料處理車間、整流室、變電所、化驗室及辦公區(qū)等[5]。

表3 石墨化車間危險物分析表

表3為按照最新國家標(biāo)準(zhǔn)劃定的火災(zāi)危險分類,由此判斷整個石墨化車間需要消火栓系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

解決方案:

(1)車間室內(nèi)消火栓的設(shè)置保證同一平面有2支消防水槍的2股充實水柱同時到達任何部位。

(2)整個車間都需要設(shè)置消火栓報警按鈕,由于石墨化車間加熱的溫度很高,所以并不需要設(shè)置電磁閥。對于超壓的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)選用減壓穩(wěn)壓型消火栓,帶有用電設(shè)備的室內(nèi)消火栓選用水霧兩用水槍。

(3)車間內(nèi)由于面積大需要配備火災(zāi)自動報警系統(tǒng),火災(zāi)發(fā)生時需要排風(fēng)聯(lián)動電動開窗機進行排煙。車間內(nèi)需要設(shè)置消防控制室,消防室內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報警器,該消防控制室可根據(jù)廠區(qū)車間的需要,確定是否為全廠消防控制室。

(4)石墨化車間內(nèi)配備火災(zāi)自動報警系統(tǒng),石墨化車間內(nèi)主廠房推薦選用火焰探測器,規(guī)范要求超過12米的高大車間廠房內(nèi)需要設(shè)置兩種報警器,推薦視頻識別報警器配合火焰報警器使用。需要注意的是,石墨化車間有高溫的場所,所以在設(shè)置時要避開高溫區(qū),以免發(fā)生誤報警。

2.3 炭化車間

在生產(chǎn)高端產(chǎn)品時,石墨化后的負(fù)極材料需送入到炭化車間與瀝青粉混合整形,修整表面缺陷,提高產(chǎn)品質(zhì)量。把負(fù)極材料送入炭化爐進行高溫處理,使其炭化的過程的車間就是所謂的炭化車間。陰極材料在回車線上通過自動裝填機構(gòu)進行裝填,裝好的匣缽?fù)ㄟ^入爐移載機構(gòu)送入2臺軌道窯內(nèi),爐體由多個窯節(jié)組成,窯節(jié)采用折彎加焊接結(jié)構(gòu),底部設(shè)置有耐高溫輥道輸送系統(tǒng),匣缽在外部驅(qū)動裝置的牽引下移動,依次經(jīng)過升溫區(qū)、高溫區(qū)及冷卻區(qū),最終完成高溫炭化的過程。

表4為按照最新國家標(biāo)準(zhǔn)劃定的火災(zāi)危險分類,由此判斷整個炭化車間需要消火栓系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

表4 炭化車間危險物分析表

解決方案:

(1)車間室內(nèi)消火栓的設(shè)置保證同一平面有2支消防水槍的2股充實水柱同時到達任何部位。

(2)整個車間都需要設(shè)置消火栓報警按鈕,由于石墨化車間加熱的溫度很高,因此并不需要設(shè)置電磁閥。對于超壓的室內(nèi)消火栓系統(tǒng),選用減壓穩(wěn)壓型消火栓,帶有用電設(shè)備的室內(nèi)消火栓選用水霧兩用水槍。

(3)車間內(nèi)由于面積大需要配備火災(zāi)自動報警系統(tǒng),火災(zāi)發(fā)生時需要排風(fēng)聯(lián)動電動開窗機進行排煙。車間內(nèi)需要設(shè)置消防控制室,消防室內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報警器。該消防控制室可根據(jù)廠區(qū)車間的需要,確定是否為全廠消防控制室。如過需要,區(qū)域火災(zāi)報警控制室需連接至全廠火災(zāi)報警控制器。

(4)炭化車間內(nèi)配備火災(zāi)自動報警系統(tǒng),炭化車間內(nèi)主廠房推薦選用火焰探測器,規(guī)范要求超過12米的高大車間廠房內(nèi)需要設(shè)置兩種報警器,推薦視頻識別報警器配合火焰報警器使用。

(5)需要配置滅火器的車間,配置一定數(shù)量的手提式或推車式滅火器。

3 全廠火災(zāi)報警系統(tǒng)組成

石墨化陰極項目基本推薦采用的方式是集中報警系統(tǒng),石墨化車間的控制中心設(shè)置集中火災(zāi)報警及聯(lián)動控制器,顯示全廠的火災(zāi)情況。炭化車間和成品處理車間等分別設(shè)置區(qū)域火災(zāi)報警控制器,監(jiān)視全廠配電室、封閉皮帶、有關(guān)車間變配電室及控制室的火警情況[6]。各個車間的消防系統(tǒng)關(guān)系,參見圖1。

圖1 全廠火災(zāi)報警系統(tǒng)圖

火災(zāi)滅火需要的消防給水由地下井水抽取接入廠區(qū)供水加壓泵房儲水池中,經(jīng)供水加壓泵房消防水泵加壓后,送入廠區(qū)內(nèi)各個設(shè)置消防設(shè)施的車間。消防人員可通過火警電話與消防控制中心聯(lián)系。

4 結(jié) 語

隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展,石墨化陰極技術(shù)也在不斷進步,現(xiàn)代化工廠逐漸向高度集中化和多元化廠房不斷推進。

(1)面對復(fù)雜的車間環(huán)境,消防系統(tǒng)也在不斷進步和演化。首先需要對危險物進行分析并判斷其火災(zāi)危害,從而進行消防規(guī)劃。

(2)主要的生產(chǎn)車間配置適合的消防報警器,使其能夠快速地發(fā)現(xiàn)著火源,并且在生產(chǎn)中不會因為正常生產(chǎn)的煙氣和惰性氣體造成消防的誤報警。

(3)火災(zāi)消防系統(tǒng)是一個多專業(yè)的系統(tǒng)工程,各個環(huán)節(jié)缺一不可,各個設(shè)備需要聯(lián)鎖和相互控制,在實施前需要對全廠進行系統(tǒng)的規(guī)劃[7]。

(4)結(jié)合石墨化陰極的標(biāo)準(zhǔn)廠房,可為消防系統(tǒng)的整體規(guī)劃和實施方案提供參考依據(jù)。