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环氧乙烷生产的防火防爆设计


環氧乙烷生產的防火防爆設計 摘要
本文主要針對利用直接氧化法生產環氧乙烷的廠房進行防火防爆設計,根據其原 材料,生產工藝,生產設備,環境條件等設計工廠,根據國家相關規定,分析生產環 節和儲存場所的火災危險類別,根據工廠的實際情況,合理佈置分區,大致分為生產 區,儲存區,生活區和附屬設施區四個部分,根據《石油化工企業設計防火規範 G

B50160-92(1999 年版)》[1]和《建築設計防火規範 GB50016-2006》[2]確定場內主 要建築及防火距離,對工廠區域進行區域劃分和總平面佈置,根據《爆炸和火災危險 電力危險裝置設計規範 GB50058-92》[3]分析,選擇生產中的電氣設備防爆等級,計 算泄爆面積,確定泄爆方式。 關鍵字:環氧乙烷;直接氧化法;防火防爆設計;危險等級

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目錄 1 前言 ..............................错误!未定义书签。 2 工程概況 ..........................错误!未定义书签。 3 工程項目分析 ......................错误!未定义书签。 3.1 工藝流程介紹 ...................错误!未定义书签。 3.1.1 生產工藝簡述 ................错误!未定义书签。 3.1.2 安全防火重點部位 ............错误!未定义书签。 3.1.3 安全工作重點 ................错误!未定义书签。 3.2 工藝環節的劃分 .................错误!未定义书签。 3.2.1 生產區 ......................错误!未定义书签。 3.2.2 倉儲設施 ....................错误!未定义书签。 3.2.3 其他設施 ....................错误!未定义书签。 4 區域劃分 ..........................错误!未定义书签。 5 總平面的佈置 ......................错误!未定义书签。 5.1 分區佈置 .......................错误!未定义书签。 5.2 火災危險類別的確定 .............错误!未定义书签。 5.2.1 環氧乙烷及生產原料的理化性質簡介错误!未定义书签。 5.2.2 生產工藝火災危險分類 ........错误!未定义书签。 5.2.3 存儲區火災危險分類 ..........错误!未定义书签。 5.3 耐火等級的確定 .................错误!未定义书签。 5.3.1 生產區 ......................错误!未定义书签。 5.3.2 儲存區 ......................错误!未定义书签。 5.3.3 生活區 ......................错误!未定义书签。 5.3.4 辦公及附屬設施區 ............错误!未定义书签。 5.4 防火間距 .......................错误!未定义书签。
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5.4.1 防火間距設計原則 ............错误!未定义书签。 5.4.2 防火間距的確定 ..............错误!未定义书签。 6 防爆電氣的設計 ....................错误!未定义书签。 6.1 劃分爆炸危險區域 ...............错误!未定义书签。 6.2 防爆電氣選擇 ...................错误!未定义书签。 6.2.1 爆炸性混合物分級、分組 ......错误!未定义书签。 6.2.2 防爆電氣選擇 ................错误!未定义书签。 7 泄爆方式確定及泄爆面積計算 ........错误!未定义书签。 7.1 泄爆方式 .......................错误!未定义书签。 7.2 泄爆面積的計算 .................错误!未定义书签。 8 環氧乙烷合成車間的滅火器配置 ......错误!未定义书签。 8.1 滅火器的選擇 ...................错误!未定义书签。 8.2 滅火器設置 .....................错误!未定义书签。 9 總結 ..............................错误!未定义书签。 參考文獻 ............................错误!未定义书签。 附錄Ⅰ火災危險類別劃分 ..............................29 附錄Ⅱ 防爆電氣選型 .................错误!未定义书签。 附錄Ⅲ 爆炸危險區域劃分 .............错误!未定义书签。 附錄Ⅳ滅火器的配置 ..................错误!未定义书签。 附錄Ⅴ防火間距 ......................错误!未定义书签。

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前言

火災和爆炸成為現代化工生產企業中的重大危害,火災具有發生頻率高,損 失大的特點,爆炸具引起有重大損失特點,為了預防控制火災抱在的危害,安全工程 師必須認真掌握火災與爆炸危害發生 發展和蔓延的規律 掌握災害預防與控制技術 , , 。 環氧乙烷是重要的有機合成原料之一。用於製造乙二醇、合成洗滌劑、乳化 劑、非離子型表面活性劑、抗凍劑、增塑劑、潤滑劑、殺蟲劑以及用作倉庫薰蒸劑。 此外,環氧乙烷是廣譜、高效的氣體殺菌消毒劑。對消毒物品的秔透力強,可達到物 品深部,可以殺滅數病原微生物,包括細菌繁殖體、芽孢、病毒和真菌。氣體和液體 均有較強殺微生物作用,以氣體作用強,故多用其氣體。在醫學消毒和工業滅菌上用 途廣泛。常用於食料、紡織物及其他方法不能消毒的對熱不穩定的藥品和外科器材等 進行氣體薰蒸消毒,如皮革、棉製品、化纖織物、精密儀器、生物製品、紙張、書籍、 檔、某些藥物、橡皮製品等。 利用直接氧化法生產環氧乙烷的過程中涉及到高壓高溫過程,且原材料中的乙烯 是易燃氣體,在某種濃度下接觸火源或能量還能引起爆炸,氧氣屬於高純度氧化劑, 能促進火勢或爆炸,因此,對其生產廠房從設計階段,根據其生產工藝,廠區所處環 境進行符合國家相關規定的安全設計是減少事故發生的有效措施,本人結合所學的 《防火防爆工程》,根據《建築設計防火規範 GB50016-2006》、《石油化工企業設計 防火規範 GB50160-92(1999 年版)》、《總圖製圖標準 GB/T50103-2001》、《房屋 建築製圖統一標準 GB/T5001-2001》、《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範 GB50058-92》以及《石油化工防火防爆手冊》對環氧乙烷廠進行防火防爆設計。

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2 工程概況
環氧乙烷廠房位於廣東茂名電白縣,占地面積 10 萬平方米,總建築面積 15,826 平方米,包括行政及附屬設施區,生產區,儲藏區,員工生活區。 全縣年均日照時數 2161 小時,日照率 40-49%。7 月、10 月是一年中日照時間 最長的月份、2 月、3 月最短。全縣多年平均氣溫是 23℃,年際變動一般在 22.4℃- 23.7℃之間,平常年最熱的是 7 月,月均氣溫 28.5℃,最冷的是 1 月,月均氣溫 15.68 ℃。日最高氣溫 37.2℃。全縣年平均降水量 1990.9 毫米,年際變化較大,降水最多 的 1985 年,達 315918 毫米;降水最少的 1961 年,僅有 1438.78 毫米。年內每月的 降水量分配不均,4-9 月為雨季,占全年降水量的 85%;最少的是 11 月至第二年 1 月,僅占 5%。因而常常出現春冬多旱災、夏秓多澇災。電白縣境內盛吹東風和東南 偏東風。一年中風向多變,一般隨季節轉換。4 月至 8 月以東、東南風為主;9 月至 第二年 3 月以北風和東北風為多。縣內歷年平均風速為 3.15 米/秒,1 月和 3、4 月 風速最大,平均是 3 米/秒,其餘月份在 2.1-2.8 米/秒之間。

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3.1 工藝流程介紹
3.1.1 生產工藝簡述

工程項目分析

直接氧化法生產環氧乙烷是採用乙烯與氧氣作為原材料,加入二氯乙烷抑制劑和 甲烷致穩劑,氧氣和乙烯通入到反應器中,經反應後生成環氧乙烷、乙烯、氧氣、水、 二氧化碳、醛類等通入洗滌塔,利用環氧乙烷易溶於水的特性,氧氣、乙烯、二氧化 碳均由洗滌塔頂部排出,從洗滌塔底部出來的環氧乙烷水溶液進入環氧乙烷解吸塔, 解吸出來的氣體除了含環氧乙烷外,溶解於水中的少量其它氣體如:CO2、CH4、O2、 C2H4、Ar 也隨之解吸出來。解吸塔塔出來的貧迴圈水返回至洗滌塔。從解吸塔頂出 來的氣體中的環氧乙烷到再吸收塔, 在塔內與工藝水接觸而被再吸收。未被吸收的 頂部氣體經 CO2 脫除系統後返回循環氣系統,吸收液送至乙二醇進料解吸塔脫除 CO2,不含 CO2 的環氧乙烷溶液分成兩部分,一部分送到乙二醇反應工段,另一部分 送到環氧乙烷精製塔,頂部側線采出環氧乙烷作為產品。圖 3-1 為直接氧化法生產環 氧乙烷工藝流程框圖。 到混合器 乙烯 氧氣
環氧乙烷 成品

迴圈水

工藝水

混合

氧化

洗滌

解吸

再吸收

環氧乙 烷精製

不含 CO2

乙二醇 解吸

去 EG 儲存

圖 3.1 直接氧化法生產環氧乙烷工藝流程

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該生產工藝中,原料乙烯為易燃易爆有毒氣體,常溫下為無色,帶有微甜氣味難 溶於水的易燃氣體,能溶於醇、醚、丙酮和苯中,其蒸氣與空氣混合後能形成爆炸性 混合物,爆炸極限為 3%-29%,化學性質活潑。氧氣無色無味,常溫常壓下為氣體, 屬於助燃劑,氧化性強。產品環氧乙烷是一種無色易燃氣體,有毒,化學性質活潑, 具有一定危險性。

3.1.2 安全防火重點部位
1.反應器 乙烯與氧氣的反應在氧化反應器中進行,反應溫度為 255℃到 275℃之間,反應 壓力在 1.72~2.17MPa 之間,反應過程為急劇放熱過程,乙烯與純氧的氧化反應在氧 化反應器中進行,反應產物是環氧乙烷。由於乙烯、環氧乙烷都是易燃易爆物質,且 又有氧存在,因此如果控制不好,就可能發生爆炸事故。 2.乙烯儲存罐 乙烯氣體儲存於球形罐中,採用常壓低溫方式儲存,但乙烯本身是一種易燃有毒 氣體,一旦洩露與空氣混合在一定濃度內遇到明火還能發生爆炸。 3.環氧乙烷泵 環氧乙烷的分解爆炸溫度 571℃,如果達到此溫度無需進空氣就會發生爆炸。由 於環氧乙烷易氣化,如果對環氧乙烷泵操作不當,會產生氣蝕造成空轉,使泵內溫度 升高,容易達到環氧乙烷的分解爆炸溫度;如環氧乙烷泵的葉輪安裝不正,會發生擦 壁,也能使溫度升高達到分解爆炸溫度。為防止環氧乙烷泵的溫度升高,設有防止泵 憋壓的聯鎖控制和軸承溫升聯鎖控制。該泵設有水噴淋保護
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4.氧氣儲存 工業用純氧一般裝與鋼瓶中,且氧氣是一種強氧化劑、助燃,與可燃蒸氣混合可 形成燃燒或爆炸性混合物。容器遇明火、高熱熱源有爆炸危險。 5.環氧乙烷儲存罐 環氧乙烷在有酸、堿、醛的環境下易發生聚合反應,能放出大量的熱;與水反應 也能放出大量的熱。由於這些反應放出的大量熱 ,會導致環氧乙烷的分解操作,因 此環氧乙烷的貯罐中絕不能有酸、堿、醛、水等物質。為保證環氧乙烷貯罐的安全, 用冷凍鹽水保持 5℃左右的低溫,而且用 0.2MPa 的氮氣進行氮封,以使氣相組成過 離爆炸極限。環氧乙烷貯罐設有水噴淋保護。

3.1.3 安全工作重點
1.反應器 嚴格控制好乙烯、純氧、致穩甲烷的混合比例;嚴格控制反應溫度不超過 290℃, 反應壓力不超過 2.0MPa;聯鎖控制系統要處於完好狀態;定期用高溫測厚儀對反應 器壁厚及其管道進行檢測,並做好記錄;裝銀催化劑時,必須保護好,銀脫落催化劑 球會萎縮。生產進水會使銀催化劑中毒。 2.乙烯儲存罐
操作人員進行排水作業時,必須有兩人在現場監護、操作。嚴禁排出丙烯,排水後關嚴排水 閥門。定時檢查各密封點,嚴防跑、冒、滴、漏。定期對乙烯檢測報警儀進行校驗檢查。定時對 其冷卻設備進行檢測。

3 環氧乙烷泵 該泵不能有洩漏,如有洩漏要立即檢修;防泵憋壓和軸承溫升的聯鎖控制要處於 完好狀態;定期檢查水噴淋保護系統,要保持暢通好用。
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4.混合器 為了避免混合器內氧氣的局部濃度過高,在混合過程中氧氣的加氣壓力必須高速 噴出,並在混合器內多位置安裝溫度檢測設備。混合器應裝水林冷卻系統。 5.氧氣儲存 避免與可燃氣、可燃物及還原性物質共存。倉儲地點距可燃物道路、建築、電器 設備應保持安全距離符合。庫房應通風良好,有避雷設施。嚴禁煙火,配備相應品種 和數量的消防器材。大於 10 立方米的低溫液體容器不能放在室內。 6.環氧乙烷儲存與裝載 儲存或操作溫度必須控制在-10℃到 20℃之間,罐內重裝係數不得超過 0.79kg 每升;儲存罐應設置水林冷卻系統,並保證充足水源供應;盛裝環氧乙烷的汽車罐車 應配置高純氮氣瓶,並應設有與罐體連接的介面;置換用氮氣純度應不低於 99.9%, 氮封中的氧含量不得大於 0.5%;密封墊片應採用聚四氟乙烯材料;灌裝線必須配備 必要的消防措施。

3.2 工藝環節的劃分
3.2.1 生產區
環氧乙烷生產流程是一條完整生產線,共分為七部分,原料預熱混合、氧化合成 環氧乙烷、環氧乙烷的洗滌、環氧乙烷的解吸、環氧乙烷的再吸收、乙二醇解吸、環 氧乙烷精製。其中原料的預熱混合與氧化合成環氧乙烷可以在同一車間生產,其餘的 都處在室外設備中,表 3.1 為各車間功能與室外設備功能

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表3.1 各個生產車間或設備的功能與規模 編號 1 2 3 4 5 6 名稱 車間 塔1 塔2 塔3 塔4 塔5 生產車間功能 混合預熱與氧化反應 環氧乙烷洗滌 環氧乙烷解吸 環氧乙烷再吸收 乙二醇吸收 環氧乙烷精製 長(m) 100 20 25 20 25 30 (㎡ 寬(m) 高(m) 面積 ㎡) 30 25 25 10 20 35 8 15 25 20 15 35 3000 500 625 200 500 1050

3.2.2 倉儲設施
為了便於工廠的生產與成品管理,在生產區的附近設置原料、中間產物以及成品 的倉儲設施,並根據不同的需要,將倉儲設施劃分為三個區域。儲罐 1(建築物 8) 是儲存生產原料乙烯的中間儲罐;儲區 2(建築物 9)是材料純氧的儲存區;儲罐 3 (建築物 10)是儲存中間產物乙二醇的中間儲罐;儲罐 4(建築物 11)是成品環氧乙 烷儲存罐;下面對各物質的化學性質及存儲注意事項進行簡單介紹。 1.乙烯 常溫下為無色、無臭、稍帶有甜味的氣體。分子量 28.05,密度 0.5674g/cm3(20/4℃),冰點-169.2℃,沸點 103.7℃。易燃,爆炸極限為 2.7%~36%。 幾乎不溶於水,溶於乙醇、乙醚等有機溶劑.屬低毒類。麻醉作用較強,但對呼吸影響 較小。因此,儲存乙烯的灌區應通風良好,罐的液位要低於 80%;貯罐中絕不能混入 酸、堿、醛、水等;氮封系統要維持正常;水噴淋系統要保證暢通好用。 2.氧氣 常壓下氧氣是無色無味的氣體,在空氣中的體積百分比為 21%,是氧化劑、助燃
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劑、是維持生命的基本元素。氧氣的化學分子式 O2,難溶於水,大氣壓下沸點為 -297°F (-183°C),氧氣冷卻到沸點溫度後變為透明、藍色液體,比重約大於水。 避免與可燃氣、可燃物及還原性物質共存。倉儲地點距可燃物道路、建築、電器設備 應保持安全距離符合。庫房應通風良好,有避雷設施。嚴禁煙火,配備相應品種和數 量的消防器材。大於 10 立方米的低溫液體容器不能放在室內。 3.乙二醇
乙二醇又名甘醇,熔點 -13.2℃ 沸點是 197.5℃ , 常溫下為無色、無臭、有甜味、粘稠液 體,有毒,貯存時應密封,長期貯存要氮封、防潮、防火、防凍。按易燃化學品規定貯運。

4.環氧乙烷 環氧乙烷是一種有機化合物,有乙醚氣味,高濃度有刺激臭味,具有溫和麻醉性, 化學式是 C2H4O,常溫常壓下為無色易燃氣化低溫時是無色易流動液體,是一種有毒 的致癌物質。環氧乙烷易燃易爆,儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。避免 光照。庫溫不宜超過 30℃。應與酸類、堿類、醇類、食用化學品分開存放,切忌混 儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備 有洩漏應急處理設備。應嚴格執行極毒物品“五雙”管理制度。各個建築物功能與規 格如表 3.2 所示。
表3.2 儲存建築的功能和規格 編號 7 8 9 10 名稱 儲罐 1 儲罐 2 儲罐 3 儲罐 4 儲存及成品車間的功能 乙烯 氧氣 乙二醇 環氧乙烷 長(m) 寬(m) 30 30 30 30 30 25 25 30 高(m) 15 8 12 15 面積(㎡) 900 700 700 900

3.2.3 其他設施
為了使化工廠更加完整,更加規範。現設置食堂(建築物 11)、員工會議廳(建 築物 12)、員工社區(建築 13)、行政樓(建築物 14)、技術安全科(建築物 15)、
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員工宿舍一(建築物 16)、員工宿舍二(建築物 17)、汙水處理站(建築物 18)、 消防水池(建築物 19)、配電站(建築物 20)、水泵站(建築 21)。各個建築物的 規格如表 3.3 所示。

表3.3 其他設施的名稱和規格
編號 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 食堂 員工會議廳 員工社區 行政樓 技術安全科 員工宿舍一 員工宿舍二 汙水處理站 消防水池 配電站 水泵站 名稱 長(m) 60 60 50 30 20 60 18 20 30 20 15 寬(m) 20 20 18 15 15 18 60 15 15 15 10 層數 3 2 3 3 2 7 7 1 1 1 1 面積(㎡) 1200 1200 900 450 300 1048 1048 300 450 300 150

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4 區域劃分
在對環氧乙烷的生產工藝及各項原料和產物進行了一定的分析後,根據生產流程 及各組成部分的特點及火災危險性,及可能散發可燃氣體的工藝裝置、罐組、裝卸區 或全廠性汙水處理場,汽車裝卸站、液化烴灌裝站、甲類物品倉庫等機動車輛頻繁進 出的設施等的特點,並根據本次設計的安全防火工作要點,結合地形、風向等條件, 按功能分區集中佈置對廠區進行劃分。將廠區劃分為生產區、倉儲區、生活區及辦公 及其他設施區。 由於化工廠主要污染源來自於生產區,根據《石油化工企業設計防火規範》中的 規定,在進行區域規劃時,石油化工企業的生產區宜位於鄰近城鎮或居住區全年最大 頻率風向的下風側,以便於生產過程中廢氣的及時排除和擴散,減少對企業自身和鄰 近企業及居民的影響。 本文中環氧乙烷廠廠址設於廣東茂名電白縣。電白縣境內盛吹東風和東南偏東 風。一年中風向多變,一般隨季節轉換。4 月至 8 月以東、東南風為主;9 月至第二 年 3 月以北風和東北風為多。因此,根據廠區地形、風向特點,及生產工藝、物料危 險性,將本廠的生產區放置在廠區的西南部;生活區位於廠區的東北部;倉儲區位於 廠區的西北部;辦公及其他設施區位於廠區的東南部。如此,則會加快生產區工業生 產中廢氣的排放,並減少其對生活區的影響。如發生有毒有害氣體洩漏,也可避免或 減緩對辦公生活區的影響。由於倉儲區儲存著生產原料以及成品產物,所以為了便於 儲存、運輸,防止有毒物質的洩露對生活區產生影響,則將倉儲區放置在生產區的北 部。

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5.1 分區佈置

總平面的佈置

出於對本企業及相鄰企業、居民的生命健康及財產安全和火災爆炸危險等因素的 考慮,下面將環氧乙烷廠劃分為四個區域。即生產區,倉儲區,辦公生活區和其他設 施區。 (1)生產區位於廠區的西南。包括共分一個車間和五個室外生產設備,分別是 原料預熱與氧化(車間 1)、環氧乙烷洗滌(塔 1)、環氧乙烷解吸收(塔 2)、環 氧乙烷再吸收(塔 3)、乙二醇吸收(塔 4)、環氧乙烷精製(塔 5)和消防水池。 (2)生活區位於廠區的東北。包括食堂、員工會議廳、員工社區、員工宿舍一 和員工宿舍二。是人們辦公休息娛樂的場所。 (3)倉儲區位於廠區的西北。包括原料乙烯儲罐、原料氧氣儲存罐、乙二醇儲存 罐和產品環氧乙烷儲存罐。 (4) 辦公及其他設施區位於廠區的東南。包括行政樓、技術安全科、員工會議廳、 水泵站、配電站以及汙水處理站。

5.2 火災危險類別的確定
5.2.1 環氧乙烷及生產原料的理化性質簡介
1.環氧乙烷 環氧乙烷是一種有機化合物,有乙醚氣味,高濃度有刺激臭味,具有溫和麻醉性, 化學式是 C2H4O,常溫常壓下為無色易燃氣化低溫時是無色易流動液體,是一種有毒 的致癌物質。環氧乙烷易燃易爆,爆炸極限為 3%-100%,火災危險性屬於甲類。
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2.氧氣 常壓下氧氣是無色無味的氣體,在空氣中的體積百分比為 21%,是氧化劑、助燃 劑、是維持生命的基本元素。氧氣的化學分子式 O2,難溶於水,大氣壓下沸點為 -297°F (-183°C),氧氣冷卻到沸點溫度後變為透明、藍色液體,比重約大於水。 火災危險性屬於甲類。 3.乙二醇 乙二醇又名甘醇,熔點 -13.2℃ 沸點是 197.5℃ ,閃點為 110℃,常溫下為無 色、無臭、有甜味、粘稠液體,有毒,易燃,火災危險性屬於丙類。 4.乙烯 常溫下為無色、無臭、稍帶有甜味的氣體。分子量 28.05,密度 0.5674g/cm3(20/4℃),冰點-169.2℃,沸點 103.7℃。易燃,爆炸極限為 2.7%~36%。 幾乎不溶於水,溶於乙醇、乙醚等有機溶劑.屬低毒類。火災危險性屬於甲類。

5.2.2 生產工藝火災危險分類
根據《建築設計防火規》範表 3.1.1(見附錄中表 A1 生產的火災危險性劃分) 可知,環氧乙烷的氧化合成、環氧乙烷的洗滌、環氧乙烷的解吸、環氧乙烷的再吸收 和環氧乙烷的精製火災危險性都屬於甲類,乙二醇吸收屬於丙類,但為了提高安全 性,將其定位乙類。乙烯爆炸下限為 2.7%,火災危險性為甲類。氧氣屬於氧化劑、 助燃劑,火災危險性屬於甲類。乙二醇沸點是 197.5℃ ,閃點為 110℃,火災危險性 屬於丙類。環氧乙烷爆炸下限為 3%,火災危險性為甲類。

5.2.3 存儲區火災危險分類
根據《石油化工設計規範》表 2.0.1 可燃氣體的火災危險性分類,表 2.0.2 液化
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烴、可燃液體的火災危險性分類,《建築防火設計規範》表 3.1.3 儲存物品的火災 危險性分類(見附錄Ⅰ中表 A2 貯存物品火災危險性劃分),將各原料、成品儲罐、 儲庫的火災危險性為: 乙烯,爆炸下限為 2.7%,火災危險性屬於甲類,則其儲存罐火災危險性屬於甲 類。 氧氣,助燃劑,氧化劑,火災危險性屬於甲類,則氧氣儲存罐火災危險性屬於甲 類。 乙二醇,閃點為 110 攝氏度,為可燃液體,火災危險性為丙類,所以乙二醇儲存 罐火災危險性屬於丙類。 環氧乙烷,爆炸極限為 3%,火災危險性屬於甲類,則其儲存罐火災危險性為甲 類。

5.3 耐火等級的確定
5.3.1 生產區
根據生產區廠房的火災危險類別,依據 《建築設計防火規範》 3.2.1 條表 3.2.1 第 (見附錄中表 A3 廠房的耐火等級及廠房面積)確定各廠房的耐火等級及廠房面積。本 次設計廠房全為單層廠房,1 號廠房火災危險性為甲類,廠房面積為 3000 ㎡,塔 1、 塔 2、塔 3、塔 5 火災危險性為甲類,面積分別是 500 ㎡、625 ㎡、200 ㎡、1050 ㎡, 塔 4 火災危險性為乙類,面積為 500 ㎡,消防水池面積為 450 ㎡,總面積為 6325 ㎡。

5.3.2 儲存區
根據庫房的火災危險類別,依據《防火與防爆》書中表 4-7(見附錄一中表 A4
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庫房的耐火等級、層數和占地面積)庫房的耐火等級、層數和占地面積確定各庫房的 耐火等級,儲罐 1 耐火火災危險性為甲類,儲罐 2 火災危險性為甲類,儲罐 3 火災危 險性為乙類,儲罐 4 火災危險性為甲類。

5.3.3 生活區
根據《建築設計防火規範》,生活區的建築可以依據民用建築確定耐火等級和面 積(見附錄一中表 A5 民用建築確定耐火等級和面積)。食堂、員工社區、員工宿舍 一、員工宿舍二,確定耐火等級均為三級,面積分別為食堂—1200 ㎡、員工社區— 900 ㎡、員工宿舍一、二均為 1048 ㎡。

5.3.4 辦公及附屬設施區
消防水池因為是露天的,不考慮它的耐火等級,面積為 450 ㎡。水泵站主要提供 生活區用水,因此其屬於丙類設施。行政樓、員工會議廳、技術安全科屬於民工建築, 防火等級為三級,不考慮其防火距離。 綜上所述,化工廠內各個建築物的火災危險類別、耐火等級、層數、面積表 5.1 所示。
表5.1 化工廠內各個建築物的火災危險類別、耐火等級、層數、面積
項目 類別 編號 1 生 產 區 2 3 4 5 6 存 儲 7 8 建築物名稱 生產車間 1 塔1 塔2 塔3 塔4 塔5 儲罐 1 儲罐 2 火災危 險類別 甲類 甲類 甲類 甲類 乙類 甲類 甲類 甲類 耐火 等級 一級 一級 一級 一級 一級 一級 一級 一級 層數 單層 -------面積(m2) 3000 100 250 200 500 1050 體積 900m? 體積 700m?

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9 10 11

儲罐 3 儲罐 4 食堂 員工會議廳 員工社區 行政樓 員工宿舍一 員工宿舍二 技術安全科 汙水處理站 變、配電站 消防水池 水泵站

乙類 甲類

一級 一級 三級 三級 三級 三級 三級 三級 三級 二級 二級 二級 二級

--三層 二層 三層 三層 七層 七層 二層 單層 單層 單層 單層

體積 700m? 體積 900m? 1200 1200 225 450 1048 1048 225 300 300 450 150

生 活 區

12 13 14 15 16 17 18

附屬 設備 區

19 20 21

5.4 防火間距
5.4.1 防火間距設計原則
本次設計中各建 構築物之間防火間距的設計是以 、 《石油化工企業設計防火規範》 表 3.2.11 石油化工企業總平面佈置的防火間距為主要根據,對環氧乙烷廠各建、構 築物之間的防火間距進行確定。將標準所要求的防火間距作為最低標準,並且只考慮 鄰近建、構築物只的防火間距。 本廠重點防火區域為生產區和儲存區,根據生產車間、倉庫、儲罐等的火災危險 類別,對防火間距進行設定。生產區內生產車間的火災危險類別為甲類,儲庫和儲罐 的火災危險類別包括甲類和乙類。因此,根據標準可知,甲類車間、倉庫之間的防火 間距為 30m,甲類與乙類之間的防火間距為 25m。 其中,水泵站主要供應生活用水,所以將水泵站作為丙類設施,因此,則其與配 電站之間的防火間距應符合丙類設施與全廠重要性設施之間的防火間距,為 25m。

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5.4.2 防火間距的確定
依據以上原則,再考慮工廠整體佈局的整齊美觀,工廠內各建構築物之間的防火 確定見表 D1。所有建構築物的面積及它們之間的防火間距,再綜合考慮總體佈置及 甲類廠房和庫房與廠區圍牆和廠內主要、次要道路之間的距離,對工廠總平面佈置見 詳圖。

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6
6.1 劃分爆炸危險區域

防爆電氣的設計

根據《防爆電器設計規範 GB50058-92》第 2.2.3 條規定“第一級釋放源:預計 正常運行時週期或偶爾釋放的釋放源。類似下列情況的,可劃為第一級釋放源: 在 正常運行時會釋放易燃物質的泵、壓縮機和閥門等的密封處”。乙烯的火災危險性為 甲類。這個流程中環氧乙烷的合成工藝是在較高的溫度下進行的,反應本身放熱,反 應後的氣體溫度較高,在生產過程中有較高的危險。因此,在進行環氧乙烷合成時密 封處為第二級釋放源,釋放物質為乙烯,所以將密封處所在的區域劃分為 2 區。 根據《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範 GB50058-92》第 2.3.5 條規定, “存在第二級釋放源的區域可劃為 2 區”,故整個生產車間 1 的危險區域劃分為 2 區。區 域劃分圖見附錄Ⅲ。

6.2 防爆電氣選擇
6.2.1 爆炸性混合物分級、分組
根據《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範》氣體或蒸汽爆炸性混合物分級、 分組舉例,己二氣體混合物時,應按危險程度較高的級別和組別選用防爆電氣設備。 爆炸危險區域內的電氣設備,應符合周圍環境內化學的、機械的、熱的、黴菌以及風 沙等不同環境條件對電氣設備的要求。電氣設備結構應滿足電氣設備在規定的運行條 件下不降低防爆性能的要求。 環氧乙烷合成廠房的洩漏物質主要為乙烯,根據《爆炸和火災危險環境電力裝置 設計規範 GB50058-92》附錄中查表可知,爆炸性氣體混合物按引燃溫度分組為 T2,
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其級別為ⅡB 級。

6.2.2 防爆電氣選擇
根據《爆炸和火災危險環境電力裝置設計》規範第 2.5.3 條廠區內主要防爆電氣 根據(附錄Ⅳ),對環氧乙烷合成生產車間的防爆電器進行選擇。

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7
7.1 泄爆方式

泄爆方式確定及泄爆面積計算

根據《建築設計防火規範 GB50016-2006》中 3.6.4 規定,“泄壓設施宜採用輕 質屋面板、輕質牆體和易於泄壓的門、窗等,不應採用普通玻璃。泄壓設施的設置應 避開人員密集場所和主要交通道路,並宜靠近有爆炸危險的部位。作為泄壓設施的輕 質屋面板和輕質牆體的單位品質不宜超過 60kg/㎡。屋頂上的泄壓設施應採取防冰雪 積聚措施。3.6.5 散發較空氣輕的可燃氣體、可燃蒸汽的甲類廠房,宜採用輕質屋

面板的全部或局部作為泄壓面積。頂棚應儘量平整、避免死角,廠房上部空間應通風 良好。” 因此預熱混合與環氧乙烷氧化合成車間頂棚棚頂選用單位品質為 40kg/m2 的輕 質屋面板,泄壓設施採取防冰雪積聚措施,頂棚憑證,沒有死角,將輕質屋面板全部 作為泄壓面積,廠房通風良好。採用易於泄壓的通風窗,防止氣體洩漏時引起爆炸。

7.2 泄爆面積的計算
根據《建築設計防火規範 GB50016-2006》中 3.6.3 規定,“有爆炸危險的甲、 乙類廠房,其泄壓面積宜按下式計算,但當廠房的長徑比大於 3 時,宜將該建築劃分 為長徑比小於等於 3 的多個計算段,各計算段中的公共截面不得作為泄壓面積:

A ? 10CV

2

3

(7.2)

式中 A 為泄壓面積,m2;V 為廠房的體積,m3;C 為廠房容積為 1000m3 時的泄 壓比,可按表 3.6.3 選取,m2/m3。” 根據廠房的尺寸,預熱混合與氧化橫成車間長為 100m,寬為 30m,高為 8m,泄
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壓比根據表格選 0.16 m2/m3。經計算得該廠房的泄壓面積約為 1332 ㎡,小於廠房面 積 3000 ㎡。

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8
8.1 滅火器的選擇

環氧乙烷合成車間的滅火器配置

根據《建築滅火器配置設計規範》第 3.2.1 條(見附錄Ⅲ中表 C1 工業建築滅火 器配置場所的危險等級舉例)車間 1 使用的原料是乙烯和氧氣,產品是環氧乙烷,是 甲類火災爆炸危險物質,因此車間 1 滅火器配置的危險等級為嚴重危險級。由於生產 過程中乙烯、氧氣和環氧乙烷都是以氣態存在,所以其火災類別為 C 類火災。 根據 4.1.3 條規定:在同一滅火器配置場所,當選用兩種或兩種以上類型滅火器 時,應採用滅火劑相容的滅火器。 根據 4.2.2 條規定: C 類火災場所應選擇碳酸氫鈉乾粉滅火器、磷酸銨鹽乾粉 滅火器、鹵代烷滅火器和二氧化碳滅火器。所以車間 1 可選擇乾粉滅火器。

8.2 滅火器設置
根據《建築滅火器配置設計規範》第 5.1.1~5.15 條的相關規定: 1 滅火器應設置在位置明顯和便於取用的地點,且不得影響安全疏散。 2 對有視線障礙的滅火器設置點,應設置指示其位置的發光標誌。 3 滅火器的擺放應穩固,其銘牌應朝外。手提式滅火器宜設置在滅火器箱內或掛 鉤、托架上,其頂部離地面高度不應大於 1.50m;底部離地面高度不宜小於 0.08m。 滅火器箱不得上鎖。 4 滅火器不宜設置在潮濕或強腐蝕性的地點。當必須設置時,應有相應的保護措

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施。滅火器設置在室外時,應有相應的保護措施。 5 滅火器不得設置在超出其使用溫度範圍的地點 。 根據第 6.2.2 條規定,B、C 類火災場所滅火器的最低配置基準應符合表 8.1 的 規定。
表 8.1 B、C 類火災場所滅火器的最低配置基準
[6]
[6]

危險等級 單具滅火器最小配置

嚴重危險級

中危險級

輕危險級

89B 滅火級別 單位滅火級別最大保 0.5 護面積 (m /B)
2

55B

21B

1.0

1.5

根據第 7.3.2 條規定,由於設有室內消火栓系統,所以 k=0.9 S 3000 = 5400

Q = K —— = 0.9×—— U 0.5

(B)

在每個設置點處都設置有推車式滅火器,由表 8.2 可知最大保護距離為 18m,根據廠房

的面積可以確定廠房的設置點數為 3,即 N=7。 表 8.2 B、C 類火災場所的滅火器最大保護距離(m) 滅火器型式 手提式 滅火器 危險等級 嚴重危險級 中危險級 9 12 18 24 推車式 滅火器

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輕危險級 Q Qe 5400 =772B

15

30

= —— = —— N 7

由於本廠滅火器的最小配置滅火級別為 89B,所以由 《建築滅火器配置設計規範》 附錄 A(見附錄Ⅲ表 C2 手提式滅火器類型、規格和滅火級別和表 C3 推車式滅火器類 型 規格和滅火級別)在每個設置點選擇兩個個 MFT125 型推車式滅火器 和一個 MFT20 、 , 型推車式滅火器。 在車間 1 共設置 7 個設置點,每個設置點放置兩個 MFT125 型推車式滅火器,和 一個 MFT20 型推車式滅火器。設置點如圖 8.1 所示。

圖 8.1 滅火器設置點

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9

總結

本次設計主要是從防火防爆的角度對環氧乙烷廠來考慮,對涉及到的各項原材 料、反應容器、廠房、倉庫、工藝流程等等進行分析研究,並進行防火防爆設計。 通過此次對環氧乙烷廠的設計,我學到了很多。首先,對於平時在課本上學到的 知識,印在腦海中的印象並不是十分清晰。通過這次設計,讓我對防火防爆這門課程 的理解加深了許多,思路也更加清晰。其次,我在日常學習生活中對各項防火規範的 瞭解並不是很多。通過此次設計,使我對本次課設用到的相關規範如:《建築設計防 火規範 GB50016-2006》、《石油化工企業設計防火規範.GB50160-92(1999 年版)》 和《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範 GB50058-92》有了更多的認知。並且在 課設過程中學會了怎樣看懂規範,並且運用這些規範解決我所面臨的問題。再次,在 課程設計中我還學會了如何進行火災危險性分析,確定建築物的防爆間距,爆炸危險 區域的劃分,防爆電氣的選擇以及泄爆面積的計算。另外,通過本次課程設計,我對 環氧乙烷的生產工藝進行了一定的研究,對其生產過程有了更多的瞭解。並且在資料 的查詢過程中,使我瞭解到了更多課本以外的內容。最後,通過本次課程設計,我學 會了如何將課本上的知識應用到實際生活中去。我發現在實際應用設計過程中,其複 雜程度和難度遠比現在要大得多,但是通過課設是我找到了方向,知道了如何去運用 學到的知識,加深了對理論與實際的認知。

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參考文獻
[1] [2] [3] [4] [5] 建築設計防火規範.GB50016-2006 石油化工企業設計防火規範.GB50160-92(1999 年版) 爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範.GB50058-92 總圖製圖標準.GB/T50103-2001 楊泗霖. 防火與防爆. 北京: 首都經濟貿易大學出版社, 2006

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附錄Ⅰ火災危險類別劃分
表 A1 生產的火災危險性劃分
生產 類別 火災與爆炸危險性的特徵 使用或產生下列物質 (1)閃點<28℃的易燃液體 (2)爆炸下限<10%的可燃氣體 甲 (3)常溫下能自行分解或在空氣中氧化即能導致迅速自燃或爆炸的物質 (4)常溫下受到水或空氣中水蒸氣的作用,能產生可燃氣體並引起燃燒或爆炸的物質 (5)遇酸、受熱、撞擊、摩擦以及遇有機物或硫磺等易燃的無機物,極易引起燃燒或爆炸的強氧化劑 (6)受撞擊、摩擦或與氧化劑、有機物接觸時能引起燃燒或爆炸的物質 (7)在壓力容器內物質本身溫度超過自燃點的生產 使用或產生下列物質 (1)閃點≥28~<60℃的易燃、可燃液體 乙 (2)爆炸下限≥10%的可燃氣體 (3)助燃氣體和不屬於甲類的氧化劑 (4)不屬於甲類的化學易燃危險固體 (5)生產中排除浮游狀態的可燃纖維或粉塵,並能與空氣形成爆炸性混合物者 使用或產生下列物質 丙 (1)閃點≥60℃的可燃液體 (2)可燃固體 具有下列情況生產 丁 (1)對非燃燒物質進行加工,並在高熱或熔化狀態下經常產生輻射熱、火花或火焰的生產 (2)利用氣體、液體、固體作為燃料或將氣體、液體進行爆炸作其他用的各種生產 (3)常溫下使用或加工難燃燒物質的生產 戊 常溫下使用或加工非燃燒物質的生產

表 A2 貯存物品火災危險性劃分
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貯存物 品類別

火災與爆炸危險性的特徵 (1)常溫下能自行分解或在空氣中氧化即能導致迅速自燃或爆炸的物質 (2)常溫下受到水或空氣中水蒸氣的作用,能產生可燃氣體並引起燃燒或爆炸的物質 (3)受撞擊、摩擦或與氧化劑、有機物接觸時能引起燃燒或爆炸的物質 (4)閃點<28℃的易燃液體 (5)爆炸下限<10%的可燃氣體,以及受到水或空氣中水蒸氣的作用,能產生爆炸下 限<10%的可燃氣體的固體物質 (6)遇酸、受熱、撞擊、摩擦以及遇有機物或硫磺等易燃的無機物,以及極易引起燃 燒或爆炸的強氧化劑 (1)不屬於甲類的化學易燃危險固體 (2)閃點≥28~<60℃的易燃、可燃液體 (3)不屬於甲類的氧化劑 (4)助燃氣體 (5)爆炸下限≥10%的可燃氣體 (6)常溫下與空氣接觸能緩慢氧化、積熱不散引起自燃的危險物品





丙 丁 戊

(1)閃點≥60℃的可燃液體 (2)可燃固體 難燃燒物品 非燃燒物品

表 A3 廠房的耐火等級、層數和防火分區的最大允許建築面積
生 產 類別 廠房的 耐火等級 一級 二級 一級 二級 一級 丙 二級 三級 一、二級 丁 三級 四級 一、二級 戊 三級 四級 每個防火分區的最大允許建築面積(m2) 最多允許層數 單層 廠房 除生產必須採用多層 者外,宜採用單層 不限 6 不限 不限 2 不限 3 1 不限 3 1 4000 3000 5000 4000 不限 8000 3000 不限 4000 1000 不限 5000 1500 多層 廠房 3000 2000 4000 3000 6000 4000 2000 不限 2000 - 不限 3000 - 高層 廠房 - - 2000 1500 3000 2000 - 4000 - - 6000 - - 地下、半地下廠房,廠房的 地下室、半地下室 - - - - 500 500 - 1000 - - 1000 - -





表 A4 庫房的耐火等級、層數和占地面積
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儲存物類別 甲

耐火等級 一 一、二 一、二 三 一、二 三

最多允許層數 1 1 3 1 5 1

單層庫房最大允許占地面積/㎡ 180 750 2000 500 2800 900





表 A5 民用建築的耐火等級、最多允許層數和防火分區最大允許建築面積
耐火 等級 最多允 許層數 防火分區的最大允許 建築面積(m2) 備 注

1.體育館、劇院的觀眾廳,展覽建築的展廳,其防火分區最大 按本規範第 一、二級 1.0.2 條 規 定 2500 允許建築面積可適當放寬。 2.托兒所、幼稚園的兒童用房和兒童遊樂廳等兒童活動場所不 應超過 3 層或設置在四層及四層以上樓層或地下、半地下建築 (室)內。 1.托兒所、幼稚園的兒童用房和兒童遊樂廳等兒童活動場所、 老年人建築和醫院、療養院的住院部分不應超過 2 層或設置在 三級 5層 1200 三層及三層以上樓層或地下、半地下建築(室)內。 2.商店、學校、電影院、劇院、禮堂、食堂、菜市場不應超過 2 層或設置在三層及三層以上樓層。 四級 2層 學校、食堂、菜市場、托兒所、幼稚園、老年人建築、醫院等 600 不應設置在二層。

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附錄Ⅱ 防爆電氣選型
表 B1 電氣設備防爆結構的選型
危險區域 防爆電器 電器 設備 鼠籠型感應電動機 繞線型感應電動機 同步電動機 直流電動機 電磁滑差離合器 隔爆型 d ○ ○ ○ ○ ○ 正壓型 p ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ 增安型 e ○ ○ ○ 無火花型 n ○ × 2區

注:1.表中符號:○為適用;△為慎用;X 為不適用(下同) ;

表 B2 變壓器防爆結構的選型
危險區域 防爆電器 電器 設備 變壓器(包括起動用) 電抗線圈(包括起動用) 儀錶用互感器 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 隔爆型 d 正壓型 p 增安型 e 充油型 n 2區

表 B3 燈具類防爆結構的選型
2區 危險區域 防爆電器 電器 設備 固定式燈 移動式燈 攜帶式電池燈 指示燈類 鎮流器 隔爆型 d 增安型 e

○ ○ ○ ○ ○



○ ○

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表 B4 信號報警裝置等電氣設備防爆結構的選型
危險區域 防爆電器 電器 設備 信號報警裝置 插接裝置 接線箱(盒) 電氣測量表計 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 本質安全型 ia ib 隔爆型 d 正壓型 p 增安型 e 2區

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附錄Ⅲ 爆炸危險區域劃分

圖 C1 爆炸危險區域劃分圖

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附錄Ⅳ滅火器的配置
表 C1 配置場所與危險等級對應關係

危險等級 嚴重危險級 配置場所 廠房 庫房 甲、乙類物品 甲、乙類物品 生產場所 儲存場所 丙類物品生產 丙類物品儲存 場所 場所 丁 戊類物品生 、 丁 戊類物品儲 、產場所 存場所 中危險級 輕危險級

表 C2 手提式滅火器類型、規格和滅火級別

滅火劑充裝量 滅火器類型規格代碼 滅火器類型 (規格) (型號) L 3 kg ― MS/Q3 1A MS/T3 水型 6 ― MS/Q6 1A MS/T6 9 3 4 泡沫 6 9 乾粉 (碳酸氫鈉) ― ― ― ― 1 2 MP6、MP/AR6 MP9、MP/AR9 MF1 MF2 1A 2A ― ― 55B 89B 21B 21B ― ― ― MS/Q9 2A MS/T9 MP3、MP/AR3 MP4、MP/AR4 1A 1A A類 B類 55B 55B 89B 55B 55B 滅火級別

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― ― ― ― ― ― ― ― ― 乾粉 (磷酸銨鹽) ― ― ― ― ―

3 4 5 6 8 10 1 2 3 4 5 6 8 10

MF3 MF4 MF5 MF6 MF8 MF10 MF/ABC1 MF/ABC2 MF/ABC3 MF/ABC4 MF/ABC5 MF/ABC6 MF/ABC8 MF/ABC10

― ― ― ― ― ― 1A 1A 2A 2A 3A 3A 4A 6A

34B 55B 89B 89B 144B 144B 21B 21B 34B 55B 89B 89B 144B 144B

續表 C2 手提式滅火器類型、規格和滅火級別

滅火劑充裝量 滅火器類型規格代碼 滅火器類型 (規格) (型號) L ― 鹵代烷 (1211) ― 3 MY3 (0.5A) 34B ― kg 1 2 MY1 MY2 A類 ― (0.5A) B類 21B 21B 滅火級別

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― ― ― ― 二氧化碳 ― ―

4 6 2 3 5 7

MY4 MY6 MT2 MT3 MT5 MT7

1A 1A ― ― ― ―

34B 55B 21B 21B 34B 55B

表 C1 推車式滅火器類型、規格和滅火級別 滅火劑充裝量 滅火器類型規格代碼 滅火器類型 (規格) (型號) L 20 45 水型 60 125 20 45 泡沫 60 125 乾粉 (碳酸氫鈉) ― ― 20 50 MPT60、MPT/AR60 MPT125 MPT/AR125 MFT20 MFT50 4A 6A ― ― 233B 297B 183B 297B MST60 MST125 MPT20、MPT/AR20 MPT40、MPT/AR40 4A 6A 4A 4A ― ― 113B 144B kg MST20 MST40 A類 4A 4A B類 ― ― 滅火級別

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― ― ― 乾粉 (磷酸銨鹽) ― ― ― ― 鹵代烷 (1211) ― ― ― ― ― 二氧化碳 ― ―

100 125 20 50 100 125 10 20 30 50 10 20 30 50

MFT100 MFT125 MFT/ABC20 MFT/ABC50 MFT/ABC100 MFT/ABC125 MYT10 MYT20 MYT30 MYT50 MTT10 MTT20 MTT30 MTT50

― ― 6A 8A 10A 10A ― ― ― ― ― ― ― ―

297B 297B 183B 297B 297B 297B 70B 144B 183B 297B 55B 70B 113B 183B

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------第 38 頁

附錄Ⅴ防火間距

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------第 39 頁


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