石墨化阴极工程消防系统设计

姜 忱, 孙晓旭

(沈阳铝镁设计研究院有限公司,辽宁 沈阳 110001)

作为蓄电池的重要材料之一,石墨化阴极项目逐渐在全国全面兴起。随着目前阴极项目设备和技术的不断更新换代,火灾自动报警和灭火系统却并无可借鉴的经验。石墨化阴极材料是锂离子电池的主要组成部分,阴极材料性能的好坏直接影响到锂离子电池的性能。负极材料主要原料为生石油焦、生针状焦、煅烧石油焦、煅烧针状焦及高温沥青,而辅助材料为坩埚、保温料、电阻料、石英砂及炭黑等。

现在石墨化阴极项目消防系统没有统一的标准,很多车间的消防系统设计都具有主观性,所以各自设计和应用都千差万别的,系统分析每个车间的消防系统标准和准则就十分的必要。

我们以标准常用的5万吨锂电阴极工程项目作为项目标准模型,主要包括原料转运站、烘干车间、预处理车间、复合车间、预炭化车间、石墨化车间、炭化车间、成品处理车间及成品转运站等[1]。本文主要分析石墨化阴极项目中的转运系统和生产系统,以一个标准化的厂房作为模版,分析各个独立车间的危险品和物资,最终确定所需要设置的消防系统和灭火系统[2]。

1 转运系统分析及解决方案

判断车间的火灾报警形式主要取决于车间的原料和可燃物资的等级,根据车间的大小形式判断所采取的消防系统形式。主要材料的转运车间为原料转运车间和成品转运车间,负责主要车间的材料运输,下面就以原料转运站进行分析。

原料转运站贮存的物料主要有生石油焦、生针状焦、煅烧石油焦、煅烧针状焦及固体沥青。所有原料均采用汽车运输,贮存方式为原料库。生石油焦来料形式为散装料,其他物料均为袋装料[3]。

表1 原料转运站危险物分析表

表1为按照最新国家标准划定的火灾危险分类,由此判断整个原料转运车间需要上灭火系统和火灾自动报警系统。转运系统的皮带廊是发生火灾的主要原因,故对转运站及皮带廊的预警和灭火极为重要。

解决方案:

(1)车间室内消火栓的设置保证同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时到达任何部位。对于超压的室内消火栓系统选用减压稳压型消火栓,带有用电设备的室内消火栓选用水雾两用水枪。

(2)所有车间的洞口和皮带接口处设置水幕系统,水幕接收两侧的报警信号作为触发点进行消防灭火。

(3)当地上斗提机超过18米时配备喷淋系统,需要在每一层设置水喷淋系统;不超过18米时可只配备火灾自动报警系统。

(4)原料转运站根据场所的不同,火灾探测器的选择也不同。斗提间有粉尘危险,因此感烟探测器不适合使用感烟探测。斗提有开洞,感温探测很难布置,推荐选用火焰探测器。

(5)皮带廊与建筑物连接的洞口处设水幕系统,两侧设置感温探测器联动报警,皮带下方设置不可逆的定温感温电缆。

(6)需要配置灭火器的车间配置一定数量的手提式或推车式灭火器,灭火器配置的种类和数量符合火灾种类(A～E)以及建筑物的危险等级要求。

2 生产系统分析及解决方案

石墨化阴极主要生产系统的车间为烘干车间、预处理车间、复合车间、预炭化车间、石墨化车间及炭化车间等,下面对几个主要生产车间进行分析。

2.1 烘干车间

烘干车间用于生石油焦和生针状焦的烘干。为保证原料的水分含量,防止冬季原料在仓内无法下料,需设置烘干车间。烘干所采用的加热介质为天然气。烘干机为回转类设备,生焦由高端进入,随着筒体的旋转,不断沿着长度方向向低端出口移动,同时生焦和筒体不断的换热,逐渐被加热、去除其中的水分[4]。

进入烘干机的生石油焦水分含量一般在8%～12%,生针状焦水分含量一般在5%～8%,烘干后生焦出口温度80℃,水分含量控制在3%以下。烘干后的生焦经带式输送机送往烘干料仓中贮存,再通过输送设备送往预处理工序。生石油焦和生针状焦分别设置2座500 t的贮仓。

表2 烘干车间危险物分析表

表2为按照最新国家标准划定的火灾危险分类,由此判断整个烘干车间需要上灭火系统和火灾自动报警系统。

解决方案:

(1)车间室内消火栓的设置保证同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时到达任何部位。对于超压的室内消火栓系统选用减压稳压型消火栓,带有用电设备的室内消火栓选用水雾两用水枪。

(2)地上斗提机只需配备火灾自动报警系统,主厂房推荐选用火焰探测器和视频成像探测器,能够避免生产产生的惰性气体带来的消防误报警。

(3)皮带廊与建筑物连接的洞口处设水幕系统,两侧设置感温探测器联动报警,皮带下方设置不可逆的定温感温电缆。

(4)如果建筑物有排烟天窗和风机阀门,需要在火灾发生时联锁开启天窗和阀门,由探测器的报警信号或手动报警按钮作为触发开关连锁开启排烟天窗进行消防排烟,火灾主机接收其反馈信号。

(5)需要配置灭火器的车间,配置一定数量的手提式或推车式灭火器。

2.2 石墨化车间

阴极材料石墨化的主要炉型有艾奇逊石墨化炉、串接石墨化炉及箱式石墨化炉。本项目选择艾奇逊石墨化炉对包覆粉料进行石墨化处理。石墨化工序主要生产过程为装料、装炉、通电石墨化、冷却及出炉等工序。石墨化车间贴建辅料库,用于石墨化炉用坩埚、电阻料及保温料的临时储存。

假定石墨化车间设置3组石墨化炉,每组石墨化炉10台,配套建设有整流装置、保温料和电阻料处理、烟气净化及循环水等。石墨化工序主要生产过程为装料、装炉、通电石墨化、冷却及出炉等工序。石墨化车间是阴极项目最重要的生产车间,其中需要设置辅料处理车间、整流室、变电所、化验室及办公区等[5]。

表3 石墨化车间危险物分析表

表3为按照最新国家标准划定的火灾危险分类,由此判断整个石墨化车间需要消火栓系统和火灾自动报警系统。

解决方案:

(1)车间室内消火栓的设置保证同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时到达任何部位。

(2)整个车间都需要设置消火栓报警按钮,由于石墨化车间加热的温度很高,所以并不需要设置电磁阀。对于超压的室内消火栓系统选用减压稳压型消火栓,带有用电设备的室内消火栓选用水雾两用水枪。

(3)车间内由于面积大需要配备火灾自动报警系统,火灾发生时需要排风联动电动开窗机进行排烟。车间内需要设置消防控制室,消防室内设置火灾报警器,该消防控制室可根据厂区车间的需要,确定是否为全厂消防控制室。

(4)石墨化车间内配备火灾自动报警系统,石墨化车间内主厂房推荐选用火焰探测器,规范要求超过12米的高大车间厂房内需要设置两种报警器,推荐视频识别报警器配合火焰报警器使用。需要注意的是,石墨化车间有高温的场所,所以在设置时要避开高温区,以免发生误报警。

2.3 炭化车间

在生产高端产品时,石墨化后的负极材料需送入到炭化车间与沥青粉混合整形,修整表面缺陷,提高产品质量。把负极材料送入炭化炉进行高温处理,使其炭化的过程的车间就是所谓的炭化车间。阴极材料在回车线上通过自动装填机构进行装填,装好的匣钵通过入炉移载机构送入2台轨道窑内,炉体由多个窑节组成,窑节采用折弯加焊接结构,底部设置有耐高温辊道输送系统,匣钵在外部驱动装置的牵引下移动,依次经过升温区、高温区及冷却区,最终完成高温炭化的过程。

表4为按照最新国家标准划定的火灾危险分类,由此判断整个炭化车间需要消火栓系统和火灾自动报警系统。

表4 炭化车间危险物分析表

解决方案:

(1)车间室内消火栓的设置保证同一平面有2支消防水枪的2股充实水柱同时到达任何部位。

(2)整个车间都需要设置消火栓报警按钮,由于石墨化车间加热的温度很高,因此并不需要设置电磁阀。对于超压的室内消火栓系统,选用减压稳压型消火栓,带有用电设备的室内消火栓选用水雾两用水枪。

(3)车间内由于面积大需要配备火灾自动报警系统,火灾发生时需要排风联动电动开窗机进行排烟。车间内需要设置消防控制室,消防室内设置火灾报警器。该消防控制室可根据厂区车间的需要,确定是否为全厂消防控制室。如过需要,区域火灾报警控制室需连接至全厂火灾报警控制器。

(4)炭化车间内配备火灾自动报警系统,炭化车间内主厂房推荐选用火焰探测器,规范要求超过12米的高大车间厂房内需要设置两种报警器,推荐视频识别报警器配合火焰报警器使用。

(5)需要配置灭火器的车间,配置一定数量的手提式或推车式灭火器。

3 全厂火灾报警系统组成

石墨化阴极项目基本推荐采用的方式是集中报警系统,石墨化车间的控制中心设置集中火灾报警及联动控制器,显示全厂的火灾情况。炭化车间和成品处理车间等分别设置区域火灾报警控制器,监视全厂配电室、封闭皮带、有关车间变配电室及控制室的火警情况[6]。各个车间的消防系统关系,参见图1。

图1 全厂火灾报警系统图

火灾灭火需要的消防给水由地下井水抽取接入厂区供水加压泵房储水池中,经供水加压泵房消防水泵加压后,送入厂区内各个设置消防设施的车间。消防人员可通过火警电话与消防控制中心联系。

4 结 语

随着新能源技术的不断发展,石墨化阴极技术也在不断进步,现代化工厂逐渐向高度集中化和多元化厂房不断推进。

(1)面对复杂的车间环境,消防系统也在不断进步和演化。首先需要对危险物进行分析并判断其火灾危害,从而进行消防规划。

(2)主要的生产车间配置适合的消防报警器,使其能够快速地发现着火源,并且在生产中不会因为正常生产的烟气和惰性气体造成消防的误报警。

(3)火灾消防系统是一个多专业的系统工程,各个环节缺一不可,各个设备需要联锁和相互控制,在实施前需要对全厂进行系统的规划[7]。

(4)结合石墨化阴极的标准厂房,可为消防系统的整体规划和实施方案提供参考依据。