安寧

摘要：根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018年版）（GB 50016-2014）和《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》（GB 51251-2017），就日前正在設(shè)計的濕式造紙聯(lián)合廠房排煙系統(tǒng)進行自然排煙系統(tǒng)和機械排煙系統(tǒng)對比分析，為以后濕式造紙聯(lián)合廠房排煙系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：濕式造紙聯(lián)合廠房;自然排煙;機械排煙;補風(fēng)系統(tǒng)

中圖分類號：TS78

文獻標識碼：A DOI： 10. 11980/j. issn.0254-508X. 2019. 12. 009

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，所暴露出的生產(chǎn)生活安全問題也日益突出。各類火災(zāi)事故頻發(fā)，損失巨大，而火災(zāi)事故中產(chǎn)生的煙氣，其遮光性、毒性和高溫是造成火災(zāi)人員傷亡的最主要因素[1]。因此國家現(xiàn)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018年版）GB 50016-2014（以下簡稱建規(guī)）在建筑防煙、排煙系統(tǒng)設(shè)計中必須嚴格執(zhí)行。由于建規(guī)只是對建筑防煙排煙系統(tǒng)設(shè)計提出原則性規(guī)定和做法，為完善建筑防煙、排煙系統(tǒng)設(shè)計各方面具體細節(jié)，國家最新頒布了《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》GB 51251-2017（以下簡稱標準），并規(guī)定自2018年8月1日起實施。自標準實施以來，截至目前尚未有根據(jù)標準設(shè)計完成并投產(chǎn)運行的濕式造紙聯(lián)合廠房。本文對目前正在設(shè)計的某一濕式造紙聯(lián)合廠房結(jié)合建規(guī)、標準要求，就如何依廠房自身設(shè)計來設(shè)置排煙系統(tǒng)進行了分析。

1濕式造紙聯(lián)合廠房建筑特征

造紙行業(yè)近年來發(fā)展迅速，為增加產(chǎn)能，紙機逐步向高車速大幅寬方向發(fā)展，濕式造紙聯(lián)合廠房的建筑長度和高度也隨之增大，目前現(xiàn)代化大型紙機的廠房長度通常為300～ 500 m，高度24～ 30 m。而排煙系統(tǒng)設(shè)計的基本依據(jù)是建筑的火災(zāi)危險性類別。在設(shè)計排煙系統(tǒng)之前，濕式造紙聯(lián)合廠房的建筑特征必須明確。本文中所提到的濕式造紙聯(lián)合廠房針對的一般都是中、大型或者特大型造紙項目。造紙項目生產(chǎn)能力的計算以復(fù)卷后的產(chǎn)量為依據(jù)。造紙產(chǎn)能的劃分如表1所示[2]。

濕式造紙聯(lián)合廠房主跨一般為二層，廠房外墻、屋面保溫，基本不設(shè)或少設(shè)外窗，廠房高度大于24 m但要≤30 m。廠房一層與二層之間有吊物孔，吊物孔設(shè)蓋板，平時密封。

根據(jù)《制漿造紙廠設(shè)計規(guī)范》GB 51092-2015的規(guī)定，造紙車間的火災(zāi)危險性分類為丙類。根據(jù)建規(guī)3.3.1注3的規(guī)定：一、二級耐火等級的濕式造紙聯(lián)合廠房，當(dāng)紙機烘缸罩內(nèi)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)，完成工段設(shè)置有效滅火設(shè)施保護時，廠房每個防火分區(qū)的最大允許建筑面積可按工藝要求確定[3]。實際項目中紙機烘缸罩內(nèi)由紙機廠家設(shè)有自動滅火系統(tǒng)，且完成工段設(shè)有滅火設(shè)施保護裝置，因此濕式造紙聯(lián)合廠房的防火分區(qū)面積根據(jù)工藝要求確定。一般濕式造紙聯(lián)合廠房劃分為兩個防火分區(qū)，一層為一個防火分區(qū)，二層為一個防火分區(qū)。

根據(jù)建規(guī)第8.5.2規(guī)定，廠房或倉庫的下列場所或部位應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施：人員或可燃物較多的丙類生產(chǎn)場所，丙類廠房內(nèi)建筑面積大于300 m2且經(jīng)常有人停留或可燃物較多的地上房間。但濕式造紙聯(lián)合廠房一層一般為各種槽罐、漿泵和紙機，可燃物極少（僅有占地面積幾個平方米的小潤滑油站，濕式造紙聯(lián)合廠房一層的建筑面積一般為上萬平米左右），人員極少且不停留，不符合建規(guī)8.5.2第1條設(shè)置排煙設(shè)施的條件。另外根據(jù)建規(guī)第3.1.2條“當(dāng)生產(chǎn)過程中使用或產(chǎn)生易燃、可燃物的量較少，不足以構(gòu)成爆炸或火災(zāi)危險時，可按實際情況確定;當(dāng)符合下列條件時，可按火災(zāi)危險性較小的部分確定：火災(zāi)危險性較大的生產(chǎn)部分占本層或本防火分區(qū)建筑面積的比例小于5%”及其條文說明，濕式造紙聯(lián)合廠房一層的火災(zāi)危險性為戊類，一層車間可以看做是整個丙類濕式造紙聯(lián)合廠房的戊類生產(chǎn)場所。建規(guī)對戊類生產(chǎn)場所沒有排煙要求，因此，濕式造紙聯(lián)合廠房一層不設(shè)排煙系統(tǒng)。廠房二層根據(jù)標準的要求設(shè)置排煙系統(tǒng)。

2濕式造紙聯(lián)合廠房排煙量計算

本文以山西某年產(chǎn)30萬t石膏板護面紙及包裝紙工程為例，對濕式造紙聯(lián)合廠房排煙系統(tǒng)進行分析。該濕式造紙聯(lián)合廠房長度301.5m，主跨寬度30 m，主跨屋面為雙T板坡屋面，造紙聯(lián)合廠房一層凈空高度7.5 m，二層凈空高度約19.5 m。根據(jù)防排煙標準的規(guī)定進行排煙量的計算。

濕式造紙聯(lián)合廠房二層為一個防火分區(qū)，凈空高度約19.5 m，根據(jù)標準空間凈高大于9m時，防煙分區(qū)之間可不設(shè)置擋煙垂壁[1]。因此，車間二層劃分為6個防煙分區(qū)，且每個防煙分區(qū)的面積<2000 m2，長邊長度≤60 m。6個防煙分區(qū)之間不設(shè)擋煙設(shè)施。各防煙分區(qū)的劃分如表2所示。

濕式造紙聯(lián)合廠房二層主跨車間是一個高大空間，中間沒有分隔，煙羽流質(zhì)量流量的計算可參照軸對稱型煙羽流方法。根據(jù)標準規(guī)定，火災(zāi)熱釋放速率取值有查表和按照公式計算兩種方法。按照公式計算火災(zāi)熱釋放速率時，首先要明確設(shè)計的火災(zāi)規(guī)模，設(shè)計的火災(zāi)規(guī)模取決于燃燒材料性質(zhì)、時間等因素和自動滅火設(shè)施的設(shè)置情況。但從生產(chǎn)實際情況來看，著火時的火災(zāi)規(guī)模無法提前判斷，由什么材料引起的燃燒、燃燒持續(xù)的時間等都無法提前判斷，且公式中的火災(zāi)增長時間也無法確定，因此火災(zāi)熱釋放速率按照標準中表4.6.7取值。濕式造紙聯(lián)合廠房二層車間內(nèi)只在完成工段設(shè)有自動噴水滅火系統(tǒng)，完成工段屬于防煙分區(qū)6的一部分。但二層有6個防煙分區(qū)且凈空高度為19.5 m，大于標準第4.6.7條條文說明中采用自動噴水滅火系統(tǒng)時允許最大凈空高度12～ 18 m的要求，因此應(yīng)按無噴淋場所對待。查標準中表4.6.7可知，二層車間火災(zāi)達到穩(wěn)態(tài)時的熱釋放速率取8 MW。若濕式造紙聯(lián)合廠房二層整個車間設(shè)有自動噴水滅火系統(tǒng)，且凈空高度≤18 m，則熱釋放速率按照有噴淋時的取值，查標準中表4.6.7，熱釋放速率取2.5 MW，車間二層最小清晰高度為3.55 m。根據(jù)標準規(guī)定，自然排煙和機械排煙儲煙倉的最小厚度不同，但都不應(yīng)小于500 mm。保守計算，儲煙倉的厚度取空間凈高的20%，即3.9 m。儲煙倉底部距車間二層地面的高度為15.6 m，大于最小清晰高度3.55 m。濕式造紙聯(lián)合廠房整體為高溫、高濕的車間，車間二層局部相對濕度約80%。壓榨部和網(wǎng)部向車間散發(fā)大量的濕氣，前干燥部和后干燥部采用密閉氣罩，罩內(nèi)設(shè)有白動滅火系統(tǒng)，僅完成部暫存的成品紙可能會引起火災(zāi)，因此假設(shè)燃料面的高度為0，即燃料面到煙層底部的高度為15.6 m。由此計算出煙羽流質(zhì)量流量為132.9 kg/s。采用自然排煙時，煙層平均溫度與環(huán)境溫度差為20.9℃，每個防煙分區(qū)的排煙量為427008 m3/h。采用機械排煙時，煙層平均溫度與環(huán)境溫度差為41.7℃，每個防煙分區(qū)的排煙量為455378 m3/h。

3 自然排煙系統(tǒng)

上述計算自然排煙量為427008 m3/h。根據(jù)標準規(guī)定，按照公式計算出的排煙量不應(yīng)小于標準表4.6.3中的數(shù)值。查標準表4.6.3，對于工業(yè)建筑中空間凈高>9 m的場所，無噴淋的排煙量為21.1X104 m3/h，設(shè)計值還需考慮1.2倍的系數(shù)，即排煙量為25.32X104 m3/h。根據(jù)公式計算出的自然排煙量大于此數(shù)值，理論上應(yīng)該按照計算值確定防煙分區(qū)的排煙量。濕式造紙聯(lián)合廠房由于車間內(nèi)散發(fā)大量的高溫、高濕氣體，車間自身需要設(shè)置通風(fēng)，一般在屋頂設(shè)置屋頂排風(fēng)機進行機械排風(fēng)或者在屋頂設(shè)置自然通風(fēng)器進行自然通風(fēng)。兩種通風(fēng)方式均占用屋面面積，因此根據(jù)實際情況，濕式造紙聯(lián)合廠房的自然排煙系統(tǒng)最好選擇設(shè)置自然排煙側(cè)窗。根據(jù)標準計算的自然排煙窗（口）截面積與排煙系統(tǒng)吸入口最低點之下煙氣層厚度有關(guān)，此煙氣層厚度與設(shè)置的自然排煙側(cè)窗高度有關(guān)，為方便計算，自然排煙側(cè)窗的面積根據(jù)標準4.6.3規(guī)定的自然排煙窗處風(fēng)速計算。查標準表4.6.3，對應(yīng)的自然排煙側(cè)窗風(fēng)速為1.01 m/s。根據(jù)計算出的自然排煙量427008 m3/h，得出每個防煙分區(qū)所需的自然排煙側(cè)窗面積為117.5 m2，據(jù)此得出的自然排煙窗面積為有效面積。

按照6個防煙分區(qū)中的長邊長度最大（長邊長度60 m）的一個防煙分區(qū)來設(shè)置自然排煙窗，需設(shè)置寬2m、高2m的自然排煙窗30個，即該防煙分區(qū)沿濕式造紙聯(lián)合廠房的兩個外墻需各設(shè)置15個寬2 m、高2m的自然排煙窗。但其他5個防煙分區(qū)的長邊長度都較小，若為建筑外立面美觀著想，最好設(shè)置相同規(guī)格的自然排煙窗，但這5個防煙分區(qū)設(shè)置的寬2 m、高2m的自然排煙窗面積不能滿足排煙要求。如果為滿足排煙要求，這5個防煙分區(qū)需根據(jù)各自的長邊長度設(shè)置不同規(guī)格的排煙窗，建筑外立面較亂。且自然排煙窗的面積是根據(jù)開窗有效面積系數(shù)為1計算的，實際需設(shè)置的自然排煙窗面積大于117.5 m2。根據(jù)標準第4.3.7條的要求，設(shè)置自然排煙系統(tǒng)的濕式造紙聯(lián)合廠房還需在屋面上增設(shè)可溶性采光帶（窗），由于濕式造紙聯(lián)合廠房采用的是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋面板，其可溶性采光帶的面積不應(yīng)小于樓地面面積的10%[1]。

4機械排煙系統(tǒng)

根據(jù)標準計算得出的該濕式造紙聯(lián)合廠房機械排煙量為455378 m3/h。由于該濕式造紙聯(lián)合廠房的屋面采用的是預(yù)應(yīng)力雙T板鋼筋混凝土屋面板，因此屋頂通風(fēng)機在屋面的開孔大小受到限制，按照開孔尺寸選定的屋頂軸流通風(fēng)機的排風(fēng)量為44000 m3/h，每個防煙分區(qū)需要設(shè)置11臺屋頂立式排煙風(fēng)機，不接風(fēng)管。6個防煙分區(qū)一共需設(shè)置66臺屋頂立式排煙風(fēng)機。

根據(jù)標準的規(guī)定排煙風(fēng)機應(yīng)設(shè)置在專用機房內(nèi)。標準中解釋此要求主要是為了保證排煙風(fēng)機在排煙工作條件下能正常連續(xù)運行30 min，防止風(fēng)機直接被火焰威脅，并保證排煙風(fēng)機的電機能夠有效散熱和方便維修。據(jù)此要求，濕式造紙聯(lián)合廠房屋面需設(shè)66個排煙專用機房，且根據(jù)標準的規(guī)定設(shè)置機械排煙時，仍需在外墻或屋頂設(shè)置固定窗。固定窗設(shè)置在頂層區(qū)域或者外墻，其要求也不同。根據(jù)要求也可采用可溶性采光帶（窗）替代固定窗，可溶性采光帶（窗）面積不應(yīng)小于樓地面面積的10%[1]。即使排煙風(fēng)機不設(shè)置在屋面，設(shè)置在輔跨也需要設(shè)專用機房，且此種做法排煙風(fēng)機需要接排煙管道，但就目前車間內(nèi)輔跨房間的布置和廠房內(nèi)各專業(yè)的管道、電纜橋架的布置情況，此種方案實施起來更加困難。

5兩種排煙系統(tǒng)分析

若根據(jù)上述兩種排煙方式計算出的排煙量來設(shè)置自然排煙窗或者屋頂立式排煙風(fēng)機，則對目前的濕式造紙聯(lián)合廠房的建筑結(jié)構(gòu)形式及工藝生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。濕式造紙聯(lián)合廠房由于造紙工藝自身的特點，是高溫高濕的密閉廠房。廠房的圍護結(jié)構(gòu)按照防結(jié)露設(shè)計，保溫外墻的傳熱系數(shù)一般為0.3～0.5 W/（ m2·K）[4]。而目前國內(nèi)的排煙窗和采光帶的保溫性能一般較差，現(xiàn)有排煙窗即使在保溫效果較好的情況下其傳熱系數(shù)也才可能達到2.1～2.7 W/（ m2·K），在北方其內(nèi)表面溫度大大低于車間露點溫度。若按照自然排煙設(shè)置大量的自然排煙窗，則在北方冬季窗戶嚴重結(jié)露，并大量淌水，甚至結(jié)冰[5]，不僅降低圍護結(jié)構(gòu)使用壽命，還會引發(fā)斷紙的可能性，影響工藝生產(chǎn)。對于設(shè)置機械排煙系統(tǒng)的北方造紙廠冬季面臨同樣問題。若按照機械排煙設(shè)置屋頂立式排煙風(fēng)機，根據(jù)標準要求排煙風(fēng)機設(shè)置專用機房，則需在屋面設(shè)排煙專用機房，機房過多、過重，對于現(xiàn)有廣泛使用大跨度輕鋼結(jié)構(gòu)或預(yù)制混凝土屋面的造紙廠來說，屋面結(jié)構(gòu)從技術(shù)上無法做到，但若改為現(xiàn)澆屋面，需要在車間中間增加排柱，但工藝生產(chǎn)條件不允許在車間中間設(shè)柱子。若在車間地面或樓面設(shè)排煙風(fēng)機專用機房，則需布置大量大截面豎向主風(fēng)管和屋面下大量排煙風(fēng)管，將會改變車間整體建筑和工藝布局，嚴重影響車間合理使用。

在此標準未頒布實施之前，屋頂立式排煙風(fēng)機經(jīng)常用于濕式造紙聯(lián)合廠房進行機械排煙，直接露天布置，不設(shè)置專用機房。這是因為安裝在室外的屋頂立式排煙風(fēng)機本身就是為露天使用專門設(shè)計的，其電氣防護等級、絕緣等級都較高，機械部分的材料、構(gòu)造、防腐等均按露天條件設(shè)計、制作。僅從防排煙標準的條文解釋中理解，屋頂立式排煙風(fēng)機完全能夠滿足在排煙工作條件下連續(xù)運行30 min，且不受火焰威脅，并能保證電機有效散熱。而且造紙車間的屋頂立式排煙風(fēng)機一般都是排煙和平時通風(fēng)使用。作為平時通風(fēng)用的屋頂立式排煙風(fēng)機由于工藝條件的要求，需要全年運行，風(fēng)機運行的可靠性更高。經(jīng)與有關(guān)消防部門溝通，同意濕式造紙聯(lián)合廠房的屋頂立式排煙風(fēng)機可不設(shè)置專用機房，直接露天布置。

由此考慮計算出的單個防煙分區(qū)的自然排煙量427008 m3/h，機械排煙量455378 m3/h是否合理。此處的排煙量是根據(jù)標準規(guī)定的最小儲煙倉厚度3.9 m計算的，實際濕式造紙聯(lián)合廠房二層的凈空高度19.5 m，因此，儲煙倉的厚度可以加大，儲煙倉底部距二層樓板的高度大于最小清晰高度3.55 m即可，但標準規(guī)定，按照公式計算出的排煙量不應(yīng)小于表4.6.3中的數(shù)值，所以儲煙倉的厚度不能無限加大。濕式造紙聯(lián)合廠房單個防煙分區(qū)的排煙量按照標準表4.6.3查取，即25.32×104 m3/h。由此計算出的自然排煙系統(tǒng)每個防煙分區(qū)需設(shè)置的自然排煙窗有效面積約70 m2，需設(shè)置寬2m、高2m的自然排煙窗18個。機械排煙系統(tǒng)每個防煙分區(qū)需要設(shè)置6臺屋頂立式排煙風(fēng)機，單臺排煙量44000 m3/h。根據(jù)防煙分區(qū)排煙量25. 32×104 m3/h倒推儲煙倉的高度，得出自然排煙系統(tǒng)儲煙倉的厚度為8.86 m，機械排煙系統(tǒng)儲煙倉的厚度為9.82 m，滿足標準要求的儲煙倉厚度不應(yīng)小于空間凈高的20%，且不應(yīng)小于500 mm的要求。自然排煙系統(tǒng)儲煙倉底部距二層地面高度為10.64 m，機械排煙系統(tǒng)儲煙倉底部距二層地面高度為9.68 m。

濕式造紙聯(lián)合廠房設(shè)置排煙系統(tǒng)，不管是采用自然排煙還是機械排煙，都需設(shè)置補風(fēng)系統(tǒng)，補風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)標準的要求設(shè)置即可。

6結(jié)論

《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》的頒布和實施對防排煙設(shè)計起到了很好的指導(dǎo)作用。但對于濕式造紙聯(lián)合廠房排煙系統(tǒng)的設(shè)計和實施也帶來了以下問題并給出建議。

6.1設(shè)置自然排煙系統(tǒng)，屋頂或側(cè)墻設(shè)置的自然排煙窗和可溶性采光帶，大大增加了北方造紙廠冬季結(jié)露的可能性，嚴重影響廠房圍護結(jié)構(gòu)、梁、柱等的使用壽命。

6.2設(shè)置機械排煙系統(tǒng)，若根據(jù)防排煙標準要求設(shè)置專用機房，則需改變現(xiàn)有濕式造紙聯(lián)合廠房的建筑結(jié)構(gòu)形式。且側(cè)墻或屋頂設(shè)置的固定窗或可溶性采光帶，對于北方造紙廠同樣帶來結(jié)露問題。

6.3就目前來看，對于北方的濕式造紙聯(lián)合廠房，盡量不采用自然排煙系統(tǒng)。但是隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，不排除未來有保溫性能好的自然排煙窗和可溶性采光帶的出現(xiàn)。濕式造紙聯(lián)合廠房采用機械排煙系統(tǒng)時，采用屋頂立式排煙風(fēng)機，但不設(shè)排煙機房，考慮到濕式造紙聯(lián)合廠房生產(chǎn)工藝的要求，不設(shè)側(cè)墻的固定窗或者屋頂?shù)目扇苄圆晒鈳Аτ诓辉O(shè)側(cè)墻的固定窗或者屋頂?shù)目扇苄圆晒鈳У膯栴}，還需與項目所在地的消防部門溝通，力爭不設(shè)。

參 考 文 獻

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[2]GB51092-2015.Code for design of pulp and papermaking plant[S].GB51092-2015.制漿造紙廠設(shè)計規(guī)范[S].

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（責(zé)任編輯：黃舉）