李 木 軍

(上海市機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200040)

1 概述

生物質(zhì)發(fā)電源于20世紀(jì)70年代的歐洲，當(dāng)前其技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，而我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電相關(guān)技術(shù)、設(shè)備較歐美發(fā)達(dá)國(guó)家落后，對(duì)能源的利用效率也比較低。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，促進(jìn)了我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，引發(fā)了大量生物質(zhì)電廠的興建。筆者近年除參與了多個(gè)生物質(zhì)電廠設(shè)計(jì)項(xiàng)目，同時(shí)也參與設(shè)計(jì)若干垃圾電廠項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)垃圾電廠消防系統(tǒng)也與生物質(zhì)電廠較為相似，包括消防系統(tǒng)的分類、組成以及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)等。因此，對(duì)生物質(zhì)電廠的消防設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，對(duì)后續(xù)生物質(zhì)發(fā)電、垃圾發(fā)電等類型項(xiàng)目的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)均有較好的指導(dǎo)參考作用。

生物質(zhì)電廠一般包括主廠房、秸稈料棚、綜合樓、聯(lián)合泵房、檢修車間、門衛(wèi)室等單體，生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有很高的火災(zāi)危險(xiǎn)性，其消防設(shè)計(jì)具體可分為單體消防和廠區(qū)消防。

2 消防系統(tǒng)分類及組成

生物質(zhì)電廠消防系統(tǒng)主要分為室內(nèi)、外消火栓、自動(dòng)消防水炮、防火分隔水幕、滅火器、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等。每類消防系統(tǒng)由消防水池、消防水泵、室外管網(wǎng)、室內(nèi)管網(wǎng)、消防用水設(shè)施及高位消防水箱等部分組成。實(shí)際設(shè)計(jì)中各類消防系統(tǒng)中的水池、水泵和室內(nèi)、外管網(wǎng)部分，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體情況確定單獨(dú)或合用設(shè)置。自動(dòng)消防炮系統(tǒng)獨(dú)立采用一套臨時(shí)高壓供水系統(tǒng)，除水炮以外其他消防系統(tǒng)合用一套臨時(shí)高壓供水系統(tǒng)。典型生物質(zhì)電廠全廠消防系統(tǒng)原理圖見圖1。

3 消防滅火設(shè)施設(shè)計(jì)

3.1 室內(nèi)、外消火栓

建筑專業(yè)將秸稈料棚類別定為半露天堆場(chǎng)，即具有完整頂棚、其余圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積不大于30%的秸稈存儲(chǔ)建筑物，火災(zāi)危險(xiǎn)性丙2類。

秸稈料棚內(nèi)堆放有大量可燃物品，如植物秸稈、少量廢舊木料等，具有很高的火災(zāi)危險(xiǎn)性，易引發(fā)火災(zāi)，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失或危害人員安全。因此，秸稈料棚應(yīng)設(shè)室內(nèi)、外消火栓進(jìn)行保護(hù)[1,2]。如何確定其室、外消火栓設(shè)計(jì)參數(shù)十分關(guān)鍵，秸稈規(guī)范雖要求秸稈料棚應(yīng)設(shè)室內(nèi)消火栓，但秸稈規(guī)范及消水規(guī)未明確其室內(nèi)消火栓的設(shè)計(jì)用水量大小及火災(zāi)延續(xù)時(shí)間。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)其儲(chǔ)存物品(植物秸稈、廢舊木料等)性質(zhì)，將秸稈料棚按丙類倉(cāng)庫(kù)考慮，確定其室內(nèi)消火栓用水量為25 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間3 h，室外消火栓用水量直接按照儲(chǔ)存秸稈的儲(chǔ)量，范圍為20 L/s～60 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間6 h[3]。需指出在確定秸稈料棚室內(nèi)、外消火栓用水量時(shí)，應(yīng)考慮料棚日后是否有擴(kuò)建需求，如有則提前考慮相關(guān)消費(fèi)用水量。

經(jīng)比較秸稈料棚為電廠消防用水量最大的單體，將室內(nèi)、外消火栓火災(zāi)延續(xù)時(shí)間各自取值，室內(nèi)消火栓火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按照丙類倉(cāng)庫(kù)確定為3 h，室外消火栓系統(tǒng)按半露天堆場(chǎng)確定為6 h，既考慮了經(jīng)濟(jì)性又滿足了相關(guān)規(guī)范要求。

3.2 自動(dòng)消防水炮

秸稈規(guī)范、《固定消防炮滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》指出，半露天堆場(chǎng)宜設(shè)置自動(dòng)水炮滅火系統(tǒng)，并對(duì)消防用水量、供水時(shí)間、布置要求等做了要求。設(shè)計(jì)用水量不小于60 L/s，連續(xù)供水時(shí)間不小于1 h，室內(nèi)消防炮的布置數(shù)量不應(yīng)少于兩門，布置高度應(yīng)保證消防炮射流不受上部建筑構(gòu)件的影響，并應(yīng)使兩門水炮的射流能同時(shí)到達(dá)被保護(hù)區(qū)域的任一部位[2,4]。

關(guān)于秸稈料棚內(nèi)自動(dòng)消防水炮的設(shè)計(jì)，除需滿足規(guī)范要求外實(shí)際還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)秸稈料棚四周設(shè)置防塵網(wǎng)，如無(wú)法避免靠近料棚四周墻體布置的水炮受到日光照射影響可能引起水炮誤動(dòng)作，水炮可優(yōu)先選擇滅火準(zhǔn)確性更高的圖像型水炮；

2)秸稈料棚內(nèi)細(xì)小粉塵較多，水炮探測(cè)器、定位器選擇應(yīng)考慮或采取適當(dāng)措施，如優(yōu)先選取防爆型水炮，可提高其可靠性；

3)消防水炮的保護(hù)半徑是根據(jù)水炮的炮體上仰一定角度射流確定，為確保水炮的有效保護(hù)半徑，水炮設(shè)置高度應(yīng)考慮動(dòng)作時(shí)不被上部建筑構(gòu)件遮擋避免出現(xiàn)因水炮設(shè)置高度貼近屋頂梁底或其他障礙物影響水炮使用的情形。

設(shè)計(jì)具體選擇時(shí)可盡量選擇圖像型消防炮或防爆炮，以減少水炮誤動(dòng)作、降低后期運(yùn)維費(fèi)用、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，條件不允許時(shí)建議可選擇普通紅紫外型水炮、加設(shè)防塵罩并加強(qiáng)使用管理。生物質(zhì)電廠消防水炮的選用可參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]。

3.3 防火分隔水幕

秸稈料棚室內(nèi)設(shè)置投料坑，投料坑與棧橋相通，秸稈料棚和棧橋剖面示意見圖2。當(dāng)料坑內(nèi)燃料著火時(shí)，火勢(shì)可能分別通過(guò)投料口或棧橋向料棚以及棧橋其他部位蔓延，故應(yīng)在秸稈料棚和棧橋連接處設(shè)置分隔水幕有效阻斷火災(zāi)，秸稈料棚消防用水量應(yīng)疊加防火分隔水幕的用水量。

秸稈倉(cāng)庫(kù)或半露天堆場(chǎng)與棧橋連接處、棧橋與主廠房或棧橋與轉(zhuǎn)運(yùn)站的連接處所設(shè)分隔水幕，噴水強(qiáng)度查自動(dòng)噴水規(guī)范為2 L/(s·m)[6]。輸料棧橋的凈寬取6 m左右，經(jīng)水力計(jì)算得出分隔水幕用水量約15 L/s，水幕噴頭壓力約0.15 MPa，設(shè)計(jì)火災(zāi)延續(xù)時(shí)間按照建筑墻體耐火時(shí)間確定，一般取3 h～4 h。

分隔水幕控制及噴頭的選擇與布置，可參考圖集《自動(dòng)噴水與水噴霧滅火設(shè)施安裝》[7]，噴頭可兩排布置或三排布置。設(shè)計(jì)選用雨淋報(bào)警閥組，采用K=80的水幕噴頭，也可選用開式灑水噴頭。

分隔水幕系統(tǒng)與室內(nèi)消火栓共用一套系統(tǒng)，在分隔水幕供水引入管上設(shè)置減壓孔板進(jìn)行減壓，以滿足分隔水幕系統(tǒng)的壓力要求。

3.4 滅火器

秸稈規(guī)范第10.2.7條規(guī)定，秸稈生物質(zhì)電廠主廠房、綜合樓、秸稈料棚等建筑內(nèi)應(yīng)配置移動(dòng)式滅火箱，具體配置根據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條文要求配置[8]。

除需滿足規(guī)范要求外，秸稈生物質(zhì)電廠滅火器設(shè)置還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)主廠房等單體內(nèi)同時(shí)可能出現(xiàn)多種火災(zāi)類型，滅火器選擇時(shí)盡量選用通用型滅火器，推薦適用范圍廣的磷酸銨鹽滅火器，不選水基型或二氧化碳滅火器；

2)大跨度建筑單體或者危險(xiǎn)性高的場(chǎng)所，如秸稈料棚跨距一般不小于30 m，全部采用手提式滅火器，其保護(hù)半徑受到限制，無(wú)法達(dá)到全方位保護(hù)。同時(shí)，假設(shè)將手提式滅火器布置在生產(chǎn)中心區(qū)勢(shì)必影響到生產(chǎn)，因此料棚內(nèi)部考慮配置適當(dāng)數(shù)量的推車式滅火器。在室外若干場(chǎng)所，如變壓器區(qū)域、油泵房等，推薦配置推車式滅火器。

3.5 其他滅火系統(tǒng)

除了上述提到消防系統(tǒng)，生物質(zhì)電廠還可能涉及自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、氣體滅火等系統(tǒng)，實(shí)際是否設(shè)置應(yīng)根據(jù)不同項(xiàng)目建筑、暖通、工藝專業(yè)設(shè)計(jì)情況確定。

4 消防供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 消防供水管網(wǎng)

為減少泵房機(jī)組和室外消防管網(wǎng)設(shè)置數(shù)量，降低投資，將室內(nèi)、外消火栓、防火分隔水幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)為合用一套臨高壓供水系統(tǒng)，采用一套供水管網(wǎng)供水。

自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)因供水壓力、流量大小、滅火時(shí)間短(1 h)，較上述消火栓系統(tǒng)差異明顯，建議單獨(dú)設(shè)計(jì)一套臨時(shí)高壓供水系統(tǒng)，采用一套供水管網(wǎng)供水。

4.2 消防泵的選擇及配置

4.2.1 消防泵的選擇

消防備用泵選用柴油機(jī)泵的優(yōu)勢(shì)是可降低消防安全可靠度對(duì)外部供電的依賴性，當(dāng)外部供電中斷時(shí)，柴油機(jī)泵供給消防設(shè)施用水，能夠保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)整個(gè)消防系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，生物質(zhì)電廠消防設(shè)計(jì)確定消防泵主泵選用電動(dòng)泵，備用采用柴油機(jī)泵[3,9]。

4.2.2 消防泵組配置

關(guān)于消防泵的配置，相關(guān)電廠標(biāo)準(zhǔn)給出了具體要求，實(shí)際設(shè)計(jì)生物質(zhì)電廠建議設(shè)置兩套臨高壓消防供水系統(tǒng)：一套為室內(nèi)、外消火栓與防火分隔水幕合用消防泵組，另一套為自動(dòng)消防水炮泵組，原因分析如下：

1)水炮與消火栓系統(tǒng)工作壓力相差較大，合并成一套系統(tǒng)則合同泵組的流量大、揚(yáng)程高，當(dāng)任一消防系統(tǒng)單獨(dú)啟動(dòng)時(shí)消防泵易出現(xiàn)超壓運(yùn)行。若泵組合用，室外消防管道合并設(shè)置，則需按照較高系統(tǒng)工作壓力確定所有管道公稱壓力等級(jí)，除消防炮系統(tǒng)之外其他系統(tǒng)均需考慮減壓措施，管網(wǎng)造價(jià)增加且不節(jié)能；若泵組合用，室外管網(wǎng)分為兩套，消防炮一套，其他消防系統(tǒng)一套，則需對(duì)其他消防系統(tǒng)使用減壓閥組進(jìn)行減壓，且減壓閥需設(shè)置4組，將導(dǎo)致增加泵房占地面積。

2)全部消防系統(tǒng)合并后水泵機(jī)組功率大于400 kW，電氣專業(yè)建議采用10 kV供電，生物質(zhì)電廠所在地一般遠(yuǎn)離市區(qū)，無(wú)10 kV供電線路，且一套大泵機(jī)組較兩套小泵機(jī)組投資造價(jià)節(jié)省較為有限。

3)自動(dòng)消防水炮滅火系統(tǒng)水流量較大、系統(tǒng)壓力高而工作時(shí)間較短，與消火栓系統(tǒng)分開，更便于全廠消防系統(tǒng)的控制管理。

室內(nèi)、外消火栓與防火分隔水幕合用消防泵組，泵組流量按最大消防用水量單體秸稈料棚確定，泵組揚(yáng)程結(jié)合秸稈料棚、主廠房等單體經(jīng)計(jì)算比較取大值，設(shè)消防穩(wěn)壓泵2臺(tái)，配穩(wěn)壓罐。

自動(dòng)消防水炮泵組，水泵流量60 L/s，水炮的額定工作壓力為0.80 MPa～1.0 MPa，最大保護(hù)半徑約55 m，消防炮系統(tǒng)水泵揚(yáng)程1.15 MPa～1.30 MPa，設(shè)消防穩(wěn)壓泵2臺(tái)，配穩(wěn)壓罐。

4.3 消防泵房、水池

4.3.1 消防水池容積計(jì)算

計(jì)算項(xiàng)目所需總的消防用水量，首先應(yīng)知道火災(zāi)發(fā)生次數(shù)及單次火災(zāi)消防用水量。典型生物質(zhì)電廠同一時(shí)間的火災(zāi)次數(shù)為1次，具體依據(jù)參見消水規(guī)第3.1.1條、秸稈規(guī)范第10.2.3條。

以某典型生物質(zhì)電廠項(xiàng)目為例，最大消防用水單體為秸稈料棚，室內(nèi)消火栓25 L/s，室外消火栓60 L/s，分隔水幕15 L/s，消防水炮60 L/s。最大消防用水量為160 L/s，火災(zāi)發(fā)生次數(shù)一次，一次滅火最大消防用水量為1 998 m3(V有效=25×3.6×3+60×3.6×6+15×3.6×4+60×3.6×1=1 998)。條件允許時(shí)消防水池推薦單獨(dú)設(shè)置，但實(shí)際生物質(zhì)電廠消防水池通常又與工業(yè)水池合用，以降低造價(jià)。

4.3.2 消防水池的設(shè)置要求

隨著《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的頒布實(shí)施，近年來(lái)各類項(xiàng)目設(shè)計(jì)中均要加以考慮。尤其是目前多數(shù)項(xiàng)目建設(shè)地的抗震設(shè)防烈度為6度及6度以上，建筑機(jī)電工程必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，具體措施為將消防水池設(shè)計(jì)為用地下式，水池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[10]。

4.3.3 泵房、水池形式組合的投資對(duì)比

消防泵房及水池根據(jù)其與室外地面標(biāo)高的關(guān)系分為地上式、半地下式、地下式三種。以某秸稈生物質(zhì)電廠項(xiàng)目為例，其泵房平面尺寸20 m×9 m，單座水池的平面尺寸21 m×16.9 m，單座水池的總?cè)莘e1 400 m3(含工業(yè)用水)，水泵房?jī)舾呒s9.40 m，水池凈高約5.10 m。對(duì)比不同形式的泵房和水池的工程投資如表1所示。

表1 不同形式泵房和水池的投資估算

由表1可知各種組合形式的投資情況，地上式的泵房和鋼混水池投資最少，其次是半地下式泵房和鋼混水池組合，地下式泵房和鋼混水池組合投資最高。

4.3.4 同類工程設(shè)計(jì)對(duì)比

同類工程設(shè)計(jì)情況如表2所示。

表2 同類工程消防設(shè)計(jì)對(duì)比

通過(guò)對(duì)比可知：

1)引起消防水量差異的主要是料場(chǎng)形式，半露天秸稈料棚消防用水量比露天堆場(chǎng)的大；

2)秸稈生物質(zhì)電廠水泵房、水池的形式一般采用半地下式鋼混水池；

3)秸稈生物質(zhì)電廠消防備用泵一般采用柴油機(jī)泵。

綜合生物質(zhì)電廠項(xiàng)目所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度通常不小于6度、消防泵房通常與循環(huán)水泵房考慮合建、水池應(yīng)滿足原水預(yù)處理裝置自流出水要求以及4.3.3節(jié)投資對(duì)比情況，確定采用半地下泵房和半地下鋼混水池。另根據(jù)消水規(guī)相關(guān)要求，在泵房和循環(huán)水泵房之間設(shè)置了防火隔墻進(jìn)行分隔。

4.4 高位消防水箱

生物質(zhì)電廠室內(nèi)消火栓流量一般不小于25 L/s，基于生物質(zhì)原料易燃，火災(zāi)危險(xiǎn)性大，高位消防水箱設(shè)計(jì)有效容積取18 m3，一般設(shè)置于全廠最高建筑單體主廠房屋面上。

高位消防水箱設(shè)計(jì)除了要滿足容積大小、水位控制、報(bào)警等方面的要求，還應(yīng)注意結(jié)合項(xiàng)目所在地氣候條件，在北方嚴(yán)寒有凍結(jié)可能的地區(qū)，應(yīng)考慮設(shè)置在采暖房間、外保溫等防凍措施。

5 總結(jié)與建議

1)生物質(zhì)電廠消防系統(tǒng)主要有 室內(nèi)、外消火栓、防火分隔水幕、自動(dòng)消防水炮、滅火器等，部分項(xiàng)目可能還涉及到自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、氣體等滅火系統(tǒng)等。垃圾電廠消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可參考借鑒生物質(zhì)電廠進(jìn)行。2)秸稈生物質(zhì)電廠最大一次消防用水量單體一般為秸稈料棚，導(dǎo)致消防用水量差異的主要原因是料場(chǎng)的形式。半露天秸稈料棚消防用水量比露天堆場(chǎng)的大，設(shè)計(jì)的消防設(shè)施多、投資大，建議方案設(shè)計(jì)階段應(yīng)著重料棚形式的確定。3)半露天秸稈料棚室內(nèi)消火栓用水量及火災(zāi)延續(xù)時(shí)間，建議參考丙類倉(cāng)庫(kù)確定。其單體消防用水量應(yīng)考慮防火分隔水幕用水。4)建議消防炮系統(tǒng)單獨(dú)采用一套臨時(shí)高壓供水系統(tǒng)，其他系統(tǒng)合用一套臨時(shí)高壓供水系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)泵組的備用泵宜采用柴油泵，兩套系統(tǒng)共用高位消防水箱并可考慮有效容積適當(dāng)放大。5)料棚內(nèi)消防水炮優(yōu)先選擇圖像型消防炮或者防爆炮，以減少水炮誤動(dòng)作、降低后期運(yùn)維費(fèi)用、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。條件不允許時(shí)建議可選擇普通紅紫外型水炮、加設(shè)防塵罩并加強(qiáng)使用管理。6)消防水泵房、水池的組合形式，應(yīng)結(jié)合消防泵房是否與其他泵房合建、抗震設(shè)計(jì)、造價(jià)、業(yè)主要求等因素綜合確定。一般建議選用半地下泵房、半地下鋼混水池組合的形式。