摘 要：随着人们对臭氧认识的逐步加深，臭氧高效、无害的杀菌和氧化作用得到越来越多的工程应用。在工程设计中，由于对臭氧制备间的爆炸危险性目前没有统一的认识和定论，臭氧制备间的建筑设计、消防设计是否按照防爆考虑存在较大的争议。防爆与否不但影响到建筑单体和厂区构建筑物的平面布局，还直接影响到工程投资。文章从臭氧的特性、臭氧发生器的结构、臭氧的制备过程及臭氧制备间的构成等角度对臭氧制备间发生物理爆炸和化学爆炸的危险性进行分析，认为臭氧制备间发生爆炸的可能性较小，并对其消防设计进行了论述。
关键词：臭氧；臭氧制备间；爆炸危险性；消防设计
由于臭氧的标准电极电位较常用的消毒剂高，且氧化受PH值、水温及水中氨含量影响小，使其近年来在自来水厂消毒方面的应用越来越多。同时随着国家和地方对城市/工业污水厂出水水质要求的不断提高，臭氧氧化作为污水厂深度处理工艺中的一部分也得到越来越多的应用。
文章将对臭氧制备间的爆炸/火灾危险性进行分析，对臭氧制备间的消防设计进行论述。
1 臭氧及臭氧发生器
臭氧（O3）是氧（O2）的同素异形体。在常温常压下，臭氧是淡蓝色的具有强烈刺激性气体，液态呈深蓝色。臭氧的标准电极电位为2.07V，高于氯（1.36V）、二氧化氯（1.5V）。臭氧密度约2.144kg/Nm3（0℃时），易溶于水，在空气或水中均易分解为O2。空气中臭氧浓度为0.01ppm时能嗅出，安全浓度为1ppm，空气中臭氧浓度达到1000mg/L时对人即有生命危险。
臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中会分解成氧气，其反应式为：
2O3→3O2 +285Kj
由于分解时放出大量的热量，故当其含量在25%以上时，很容易爆炸。但一般工业化生产中，臭氧化氧气中臭氧的含量≤15%（臭氧化空气中臭氧含量≤10%），水处理领域由臭氧含量高而引起的爆炸暂无相关案例。
臭氧发生器主要由放电管和罐体组成。罐体一般由不锈钢材料制造，并符合压力容器等相关规定。放电管是臭氧发生器的核心部件，氧气流经放电管时，在周围电场电晕放电的作用下产生臭氧。
2 臭氧制备间的爆炸危险性
臭氧制备间内一般含有臭氧发生器、板式换热器、增压泵、吊车、轴流风机等。臭氧发生器的电源柜因国标《室外给水设计规范》9.9.19条的原因有的置于臭氧制备间内，有的单独设置房间。
按照爆炸的性质不同，爆炸可分为物理性爆炸、化学性爆炸和核爆炸。
物理爆炸：是由物理变化（温度、体积和压力等因素）引起的，在爆炸的前后，爆炸物质的性质及化学成分均不改变。
化学爆炸：一般认为，空间发生气体化学爆炸一定要具备三个充要条件：1是存在可燃性气体；2是在一定的空间内形成爆炸性混合物，其浓度在该气体的爆炸极限范围内；3是有点火源，其能量必须大于爆炸性混合物的最小点火能量。
核爆炸：核爆炸是剧烈核反应中能量迅速释放的结果，由核裂变、核聚变或者是这两者的多级串联组合所引发。臭氧制备及应用过程均不涉及核爆过程。
臭氧制备间内的板式换热器、增压泵、吊车、臭氧电源柜等在运行过程中温度、压力、体积及成分不会发生剧烈变化，发生物理爆炸和化学爆炸的可能性很小。
臭氧制备间内的臭氧发生器是一个潜在的爆炸危险源。根据前文叙述，臭氧分解时放出大量的热量，当其含量在25%以上时，很容易爆炸。该爆炸伴随着物质的变化（O3→O2），是一个物理爆炸和化学爆炸的双重过程。但一般工业化生产中，臭氧化氧气中臭氧的含量≤15%（臭氧化空气中臭氧含量≤10%），浓度达不到该气体的爆炸极限范围，不满足化学爆炸的充要条件。
在臭氧制备过程中，气体体积伴随着分子变化引起的体积减小和温度变化引起的体积增加两个过程。在分析体积变化可能引起的物理爆炸时，可不考虑分子变化引起的体积减小（例如臭氧产量很小时），只考虑温度变化引起的增加。臭氧生产过程是放电过程，温度会增加。液氧源氧气经汽化器后温度10℃左右，大型臭氧发生器臭氧化氧气出气温度≤45℃。根据理想气体状态方程pV = nRT，在放电管内臭氧化氧气由温度变化引起的压力变化为：
（273.15+45）/（273.15+10）=1.12
为了使臭氧产量最大，臭氧发生器放电管内气体压力一般控制在0.098MPa。温度引起的压力增加仅为0.01MPa，由此引发的放电管爆炸可能性较小。
放电管外为冷却水，共同包含在臭氧发生器罐体内。臭氧发生器罐体发生爆炸的可能性较小。
综上，臭氧制备间内的设备均不具备发生物理爆炸和化学爆炸的条件，发生爆炸的可能性较小。根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006）9.9.19条：在设有臭氧发生器的建筑内，其用电设备必须采用防爆型。防爆型电气设备具有隔爆装置，使其电火花爆炸能量小于爆炸性混合物的最小点火能量，故而防止爆炸发生。但通过上述分析，臭氧制备间内各设备发生爆炸可能性较小，又没有易燃易爆的混合性气体，笔者认为此条可取消。
根据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2006）3.1.1条（以下简称防火规范），臭氧制备间属于使用助燃气体建筑，火灾危险性属乙类。据防火规范3.6.2条，有爆炸危险的甲、乙类厂房应设置泄压设施。根据上述分析，臭氧制备间发生爆炸危险性较小，可不设置泄压设施。据防火规范3.6.8条，有爆炸危险的甲、乙类厂房的总控制室应独立设置。根据上述分析，臭氧制备间总控制室可不单独设置。
3 臭氧制备间的消防设计
本工程臭氧制备间长21.6m，宽10.05m，建筑高度12.8m，共2层。臭氧发生器置于二层，臭氧电源柜、控制柜置于一层。臭氧制备间设置25kg/h臭氧发生器4台。 3.1 防火间距
据防火规范3.4.1条，与甲类厂房间距12米，与单层、多层乙类厂房（仓库）10米，与民用建筑间距25米。
3.2 安全疏散口
据防火规范3.7.2条，乙类厂房，每层建筑面积小于等于150m2，且同一时间的生产人数不超过10 人时可设置1个安全出口，否则安全出口的数量应经计算确定，且不应少于2个。
本工程建筑面积大于150m2，疏散口设置2个，疏散门宽度1.0m。疏散距离和疏散门宽度均符合要求。
3.3 消火栓系统
据防火规范8.3.1条，建筑占地面积大于300m2的厂房（仓库）需设置室内消火栓。本工程占地面积小于300m2，不设室内消火栓系统。
据防火规范8.2.2条，本工程建筑物体积2778.6m3，室外消火栓用水量15L/S。
室外消防用水由厂区消防管网供给，厂区最近的消火栓距离本建筑35米。
3.4 灭火器
根据《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005，一层、二层各为一个计算单元。
二层为A类火灾，由于是乙类厂房，故属严重危险级。单位灭火级别的最大保护面积50m2/A。计算单元的最小需配灭火级别为：1.0*21.6*10.05/50=4.35A，取5A。单具灭火器最小配置级别为3A，5A/3A=1.67具，取2具，故设置2具MF/ABC5手提式磷酸铵盐干粉灭火器。校核单具最大保护距离，小于15米，满足规范要求。
一层为臭氧电源柜、控制柜，E类火灾，属中危险级。E类火灾场所的灭火器最低配置基准不应低于该场所A类火灾的规定。中危险级A类火灾单位灭火级别的最大保护面积50m2/A。计算单元的最小需配灭火级别为：1.0*21.6*10.05/75=3.02A，取4A。单具灭火器最小配置级别为2A，4A/2A=2具，故设置2具MF/ABC3手提式磷酸铵盐干粉灭火器。校核单具最大保护距离，小于20米，满足规范要求。
4 结语
随着人们对臭氧认识的逐步加深，臭氧高效、无害的杀菌和氧化作用得到越来越多的工程应用。臭氧制备间的爆炸危险性和火灾危险性关系到建筑、电器、消防等各个专业的设计，目前除电器需根据《室外给水设计规范》采用防爆型外，建筑和消防是否按照防爆要求进行设计还未有明确规定。文章对臭氧制备间的爆炸危险性进行了理论分析，并对臭氧制备间的消防设计进行了论述。对臭氧特性进行进一步的科学研究并制定相应的臭氧应用技术规范是下一步工作的重点。
参考文献
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