高鹏程，陈海全，宋彦龙，苏利锋，陈亚东，王继林
（陕西龙华集团煤业科技发展有限公司，陕西 神木719300）
［摘 要］我国北方地区具有冬季漫长严寒、春秋季大风频繁等气候特征，实践表明，科学、合理的厂房封闭设计与配套安全措施，可保障设备稳定运行、改善作业环境、延长装置运行周期等，有效解决北方地区气化装置冬季运行难题。为此，结合煤粉、H2、CO等甲类火灾危险性介质的工艺特性，分析北方地区气化装置厂房封闭的必要性，探讨气化厂房封闭面临的合规性风险、可燃气体积聚、防爆泄压设计难、火灾扑救与人员疏散难等核心消防设计痛点，并结合《煤化工工程设计防火标准》（GB 51428—2021）、《建筑设计防火规范（2018年版）》（GB 50016—2014）等标准，基于内蒙古某煤化工项目Shell粉煤加压气化装置半敞开式厂房局部封闭改造等案例，从工艺防火防爆、建筑防火防爆、消防安全管理等维度，提出优化工艺控制与监控、完善通风泄压设计、强化消防设施配置、健全安全管理制度等系统性安全保障措施，以期为北方地区同类煤化工项目气化厂房设计与改造提供一些参考。
［关键词］北方地区；气化装置；敞开式厂房；厂房封闭；必要性分析；消防设计难点；安全保障措施；工程案例
［中图分类号］TQ546；TQ086 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）04-0021-05
0 引 言
我国北方地区煤炭资源丰富，内蒙古、陕西、新疆等省（自治区）已形成规模化煤化工产业集群；煤化工项目以煤炭为主要原料，通过气化装置制取粗合成气，粗合成气再经变换、脱硫脱碳等制备原料气，最终生产甲醇及烯烃、合成氨、尿素、三聚氰胺、乙二醇、天然气（SNG）、BDO（1，4-丁二醇）、乙醇等产品。气化装置作为将煤炭转化为粗合成气的核心单元，是煤化工企业的“心脏”生产单元，其运行稳定性直接决定企业生产效率、经济效益及安全生产水平。
我国北方地区具有冬季漫长严寒、春秋季大风频繁等气候特征，实践表明，科学、合理的厂房封闭设计与配套安全措施，可使冬季设备故障率降低60%以上，有效解决北方地区气化装置冬季运行难题。为此，结合气化装置涉及煤粉、H2、CO等甲类火灾危险性介质的工艺特性，分析北方地区气化装置厂房封闭的必要性，探讨气化厂房封闭面临的合规性风险、可燃气体积聚、防爆泄压设计难、火灾扑救与人员疏散难等核心消防设计痛点，优化完善配套安全措施，为北方地区煤化工项目气化装置冬季安全稳定运行提供技术支撑，对推动寒冷地区煤化工产业可持续发展具有重要意义。以下结合《煤化工工程设计防火标准》（GB 51428—2021）、《建筑设计防火规范（2018年版）》（GB 50016—2014）等国家标准，基于内蒙古某煤化工项目Shell粉煤加压气化装置厂房局部封闭改造等案例，从工艺防火防爆、建筑防火防爆、消防安全管理等维度，提出优化工艺控制与监控、完善通风泄压设计、强化消防设施配置、健全安全管理制度等系统性安全保障措施，以期为北方地区同类煤化工项目气化厂房设计与改造提供一些参考。
1 背景情况
我国北方地区属中温带半干旱大陆性气候，气候条件复杂多变且恶劣，冬季极端低温可达-38.5 ℃甚至以下，最大冻土深度接近2 m，春秋季大风频发，最大风速可达28.0 m/s。这种恶劣气候条件下，传统敞开式或半敞开式气化厂房内设备管道冻堵、阀门卡涩、仪表失灵等问题屡见不鲜，严重影响煤化工装置的安全、稳定、长周期运行。据统计，煤化工企业因气化装置故障单次停车的经济损失可达数百万元，还会导致下游产品供应链中断。
鉴于低温气候对气化装置运行的制约，北方部分煤化工企业开始采用封闭式或半封闭式厂房设计，但气化装置作为甲类火灾危险性场所，封闭厂房易引发可燃气体积聚、防爆泄压困难等新的安全隐患，与《建筑设计防火规范（2018年版）》（GB 50016—2014）中“甲类厂房宜采用单层、敞开或半敞开式”的要求不符。而《煤化工工程设计防火标准》（GB 51428—2021）要求“受条件限制需封闭的液化烃泵、可燃液体泵、可燃气体压缩机等动设备厂房和煤气化的工艺水处理厂房，以及因检修和操作条件限制需局部场所封闭的煤气化厂房，应符合下列规定：① 任一层可开窗面积不应小于该层外墙表面积（不含屋顶面积）的8%，且宜均匀布置在不同朝向的外墙上；② 甲类厂房泄压比值C不宜小于0.16 m2/m3，乙类厂房泄压比值C不宜小于0.11 m2/m3，泄压面积应按现行国家标准《建筑设计防火规范（2018年版）》（GB 50016—2014）的有关规定计算，并宜分层计算；③ 封闭厂房及场所的通风应符合现行《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019—2015）与《石油化工采暖通风与空气调节设计规范》（SH/T 3004—2011）的规定。可以看到，GB 51428—2021针对特殊场景的封闭要求，为煤化工企业气化装置厂房封闭提供了合规依据。
2 北方地区气化装置厂房封闭的必要性
2.1 抵御恶劣气候以保障设备稳定运行
北方地区冬季极端低温对气化装置设备有全方位的威胁。粗合成气、生产水、工艺凝液等介质输送管道若保温不足，冬季异常工况停车时，极易发生介质冷凝或水分冻结，引发管道/设备堵塞甚至破裂，导致易燃易爆介质泄漏，不仅造成设备损坏，还会引发安全事故。阀门密封件、仪表传感器在低温环境下易脆化失灵，部分引压毛细管冻堵失效，会造成气化炉系统关键仪表示数异常或失真，致压力、温度、液位失控等，影响工艺系统的有效控制，进而导致产品质量不达标，且易引发装置停车。
新疆某企业未封闭气化厂房曾在冬季发生过因换热器、锅炉水管线冻裂导致的装置紧急停车事故，造成直接经济损失300余万元；陕北地区某煤化工企业冬季月平均最低气温可达-23.0 ℃，其未封闭厂房每年冬季至少发生3～5起管道/阀门冻堵事故。封闭厂房采用轻质保温泄爆墙体材料，配合采暖系统可将室内温度稳定维持在5 ℃以上，有效避免管道/设备冻堵与密封失效；此外，封闭厂房还能有效抵御大风、沙尘暴等灾害，减少风沙对设备的侵蚀，延长设备使用寿命，降低设备维护成本。呼伦贝尔某化工企业Shell粉煤加压气化装置气化框架封闭改造工程完成后，设备/管道冻堵事故实现零发生，保障了装置冬季连续运行；内蒙古某煤化工项目Shell粉煤加压气化装置主厂房封闭后，冬季设备故障率较敞开式厂房降低60%以上。
2.2 改善作业环境与保障人员安全
北方地区冬季寒冷与春秋季大风、沙尘暴等恶劣天气给气化装置等现场作业人员带来极大的安全风险，而气化装置作业点多、高空作业频繁，对作业环境安全性要求更高。在敞开式厂房中，巡检、维护人员长时间暴露在低温环境下，易出现冻伤、跌倒等事故，而沙尘暴天气导致的粉尘浓度超标会严重危害作业人员的呼吸系统健康。
封闭厂房通过通风换气系统精准控制室内空气质量，配合集中采暖设施改善作业环境，为人员巡检、维修提供了安全舒适的空间。同时，封闭厂房可有效阻挡外界恶劣天气侵扰，减少设备腐蚀与维护工作量，降低高空作业安全风险。大风天气时，封闭厂房内的高层设备平台作业可正常开展（敞开式厂房此类作业需暂停），可极大提升冬季作业效率，保障人员在设备巡检、检修、维护等环节的人身安全。
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