陳志劍

（1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 400013；2.重慶市城鎮(zhèn)污水處理工程技術(shù)研究中心，重慶 400045）

概述

現(xiàn)代大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)因生產(chǎn)工序齊全，生產(chǎn)或儲(chǔ)存物質(zhì)火災(zāi)危險(xiǎn)性類(lèi)別為甲、乙、丙類(lèi)，給廠房、倉(cāng)庫(kù)、儲(chǔ)罐區(qū)、堆場(chǎng)以及集中控制中心等民建的消防設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。除了被動(dòng)防火需要考慮的建筑構(gòu)造、防煙排煙、防火封堵等設(shè)計(jì)，主動(dòng)防火的滅火系統(tǒng)因種類(lèi)較多也應(yīng)重視。重點(diǎn)論述全廠消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的水源選擇、給水形式、水量計(jì)算、管網(wǎng)布置和泵房設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容。

1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

現(xiàn)代大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)火災(zāi)危險(xiǎn)性類(lèi)別為甲類(lèi)的建構(gòu)筑物包括：焦化工程煤氣凈化裝置冷凝鼓風(fēng)單元的鼓風(fēng)機(jī)室和酸堿油庫(kù)的苯類(lèi)產(chǎn)品泵房，焙燒工程的煤氣加壓站，連鑄工程的LPG 瓶組氣化站，冷軋工程的氫保護(hù)氣體站房，檢化驗(yàn)中心氮、乙炔、氬甲烷、液化石油氣匯流排間，倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施綜合庫(kù)區(qū)和危險(xiǎn)品庫(kù)區(qū)的油漆涂料庫(kù)、瓶裝氣體庫(kù)，制氫站壓縮機(jī)廠房等。

火災(zāi)危險(xiǎn)性類(lèi)別為乙類(lèi)的建構(gòu)筑物包括：焦化工程煤氣凈化裝置冷凝鼓風(fēng)單元的冷凝泵房和終冷洗苯的粗苯回流泵房等，煉鐵工程的封閉式噴煤制粉站和噴吹站，煉鋼工程的轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)房，冷軋工程的彩涂混合間，制氧站工程氧壓機(jī)廠房，檢化驗(yàn)中心一氧化碳、二氧化碳、氦、氧氣匯流排間等［1］。

原料單元的固體燃料存儲(chǔ)與配備，焦化單元的篩焦，各單元的液壓站、潤(rùn)滑油站、變壓器室、電氣室，其火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)均為丙類(lèi)。

各單元的自動(dòng)滅火系統(tǒng)有泡沫滅火系統(tǒng)，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，水噴霧滅火系統(tǒng)，固定消防炮滅火系統(tǒng)，氣體滅火系統(tǒng)等。其中泡沫滅火系統(tǒng)用于焦化單元的煤氣精制、焦油槽、油庫(kù)等區(qū)域；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)用于輸煤系統(tǒng)皮帶通廊，廠前區(qū)綜合樓，控制中心，地下停車(chē)庫(kù)等；水噴霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)用于總降變變壓器室、各區(qū)域變變壓器室以及主要單元變變壓器室，電纜隧道，液壓潤(rùn)滑站房，柴油發(fā)電機(jī)房，高層丙類(lèi)廠房或每座占地面積大于1 500 m2或總建筑面積大于3 000 m2的其他單層或多層丙類(lèi)物品倉(cāng)庫(kù)。氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)用于不銹鋼冷軋機(jī)組、大于6 000 t 的油壓機(jī)，熱軋液壓潤(rùn)滑車(chē)間，冷軋地下油站，控制中心計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)房等建筑物。固定消防炮滅火系統(tǒng)用于煤場(chǎng)等儲(chǔ)存易燃固體的高大空間。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大型鋼鐵冶金企業(yè)全廠水消防的設(shè)計(jì)，考慮到各生產(chǎn)單元較多，特別是消火栓系統(tǒng)，由中央水廠統(tǒng)一考慮供水。下文結(jié)合某案例鋼鐵冶金企業(yè)的情況，重點(diǎn)探討消防水源、給水形式、消防水量、管網(wǎng)設(shè)計(jì)、泵房設(shè)計(jì)等要點(diǎn)。

2.1 消防水源

《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第4章對(duì)消防水源做了如下規(guī)定：市政給水、消防水池、天然水源等可作為消防水源，并宜采用市政給水［2］。

考慮到大型鋼鐵冶金企業(yè)的情況，市政給水往往僅能滿(mǎn)足全廠生活給水的供給，而鋼鐵冶金企業(yè)工藝本身的特點(diǎn)，中央水廠和各單元循環(huán)水廠的水池有其便利性可滿(mǎn)足消防用水的需求。金亞飚論述了各單元間接冷卻水水池作為消防水源的可行性，為消防水源的選擇提供了一個(gè)思路［3］。

各生產(chǎn)單元的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、室外消火栓系統(tǒng)，一般而言其水源由中央水廠供給。如此可以將全廠主干管和各單元消火栓管網(wǎng)統(tǒng)籌考慮，既滿(mǎn)足了全廠主干路網(wǎng)消防救援的便利，又滿(mǎn)足了各單元內(nèi)部室內(nèi)室外消火栓用水的需求。因此，大型鋼鐵冶金企業(yè)的消防水源設(shè)置在中央水廠是一個(gè)好的選擇。

除了室外消火栓系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，很多單元設(shè)置有自動(dòng)滅火系統(tǒng)，如水噴淋系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、消防炮系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)考慮到水量較大，水壓較高，其水源是否考慮單元自建水池，還是與消防栓系統(tǒng)共有水源，應(yīng)做技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比確定，特別是一次建設(shè)的工程造價(jià)和生產(chǎn)運(yùn)維費(fèi)用的考量和對(duì)比。

2.2 給水形式

消防給水系統(tǒng)按管網(wǎng)水壓分為高壓消防給水系統(tǒng)，臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)和低壓消防給水系統(tǒng)。

高壓消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)能夠維持足夠高的壓力，不論火災(zāi)是否發(fā)生，管網(wǎng)所需水壓來(lái)源的水泵均在運(yùn)行。室外滅火時(shí)不需要使用消防車(chē)或其他移動(dòng)式消防水泵加壓，從消火栓直接接出水帶、水槍就能滅火。采用這種給水系統(tǒng)時(shí)，其管網(wǎng)內(nèi)的壓力應(yīng)使得水槍的充實(shí)水柱不應(yīng)小于10 m，要求水槍布置在保護(hù)范圍內(nèi)任何建筑物的最高處時(shí)，且生產(chǎn)用水量和消防用水量達(dá)到最大時(shí)。對(duì)于大型鋼鐵冶金企業(yè)而言，生產(chǎn)生活給水系統(tǒng)的需水壓力較低，消防給水管網(wǎng)一般不與生產(chǎn)生活給水系統(tǒng)合建，因此一般不會(huì)選擇高壓消防給水系統(tǒng)。

臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)平時(shí)不能滿(mǎn)足滅火所需的工作壓力和流量，火災(zāi)時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)消防水泵以滿(mǎn)足滅火設(shè)施所需的工作壓力和流量?！断澜o水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求當(dāng)采用臨時(shí)高壓消防給水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)設(shè)置高位消防水箱，但當(dāng)設(shè)置高位水箱確有困難時(shí)，且采用安全可靠的消防給水形式時(shí)，可不設(shè)高位消防水箱，但必須設(shè)置穩(wěn)壓泵和穩(wěn)壓設(shè)施。大型鋼鐵冶金企業(yè)的消防給水形式，考慮到目前室內(nèi)消火栓的栓口動(dòng)壓不應(yīng)小于0.35 MPa，不論室內(nèi)室外消火栓系統(tǒng)，一般均采用了臨時(shí)高壓消防給水形式。在有條件設(shè)置消防水箱的單元，如高層車(chē)間平臺(tái)，指揮中心樓頂可設(shè)置高位消防水箱。同時(shí)，在中央水廠單元消防水泵系統(tǒng)設(shè)置穩(wěn)壓泵和氣壓罐，平時(shí)維持系統(tǒng)管網(wǎng)壓力，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)通過(guò)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的指令啟動(dòng)消防水泵，泵送出滿(mǎn)足水量水壓要求的消防水。

低壓消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)壓力較低，不滿(mǎn)足火場(chǎng)上滅火時(shí)水槍所需要的壓力，需要消防車(chē)或其他移動(dòng)式消防水泵加壓供水。市政消火栓一般采用此形式，火災(zāi)時(shí)水力最不利市政消火栓的出流量不應(yīng)小于15 L/s，且從地面算起其供水壓力不應(yīng)小于0.1 MPa。

2.3 消防水量

占地面積大于等于100×104m2的鋼鐵冶金企業(yè)，應(yīng)按照同一時(shí)間不少于2 次火災(zāi)進(jìn)行消防設(shè)計(jì)，并按需水量最大的兩座建筑物（或堆場(chǎng)、儲(chǔ)罐）之和計(jì)算消防用水量。同時(shí)需要考慮自動(dòng)滅火系統(tǒng)的消防水量是否疊加問(wèn)題?？紤]到大型鋼鐵冶金企業(yè)的占地面積較大，中央水廠消防水泵至最遠(yuǎn)單元的距離較長(zhǎng)（有可能超過(guò)3 km），自動(dòng)滅火系統(tǒng)需水量較大的單元，以及室內(nèi)消火栓系統(tǒng)壓力較高的單元，可以考慮自行分別設(shè)置消防水池，如此則有利于降低消防管網(wǎng)的運(yùn)維壓力和消防管網(wǎng)、消防水池的一次建設(shè)費(fèi)用。

根據(jù)表1羅列全廠各個(gè)單元室內(nèi)室外消防栓系統(tǒng)的消防用水水量，結(jié)合各個(gè)單元自動(dòng)滅火系統(tǒng)消防用水情況，重點(diǎn)對(duì)比煤場(chǎng)、焦化、熱軋、冷軋、中央變電站、制氧6 個(gè)單元的室外及室內(nèi)消防用水量之和（詳見(jiàn)表2），從而可以計(jì)算全廠消防給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)流量和消防用水量。以案例工程消防用水統(tǒng)計(jì)情況分析，消防用水量最大的兩個(gè)失火單元為焦化單元和制氧單元，室內(nèi)外消防用水量分別是143 L/s 和120 L/s，因此此案例消防供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量應(yīng)為263 L/s。

表1 某案列室內(nèi)外消火栓用水情況

表2 某案例自動(dòng)滅火水消防系統(tǒng)設(shè)置情況

消防用水水量按3 h 計(jì)算消防水池容積，當(dāng)消防水量大于1 000 m3時(shí)，應(yīng)設(shè)置能獨(dú)立使用的兩座消防水池。當(dāng)消防水量大于2 000 m3時(shí)，消防水池補(bǔ)水時(shí)間不應(yīng)大于96 h。

2.4 管網(wǎng)設(shè)計(jì)

大型鋼鐵冶金企業(yè)全廠消防給水管網(wǎng)，若不合并建設(shè)時(shí)，年產(chǎn)鋼量1 000 萬(wàn)t 的全廠消防給水管網(wǎng)一般總長(zhǎng)度40～50 km（不包括單元內(nèi)部消防管道），管徑為DN100～DN400。無(wú)論是管網(wǎng)的布置，管徑的計(jì)算還是材質(zhì)的選擇，管道的連接，均要滿(mǎn)足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)還要兼顧施工的可行性和便利性，造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性和適用性。

（1）管網(wǎng)布置

全廠消防給水管網(wǎng)在整個(gè)廠區(qū)內(nèi)布置成環(huán)狀。消防給水主管道從中央水廠消防水泵房接出，設(shè)兩條獨(dú)立的管道與環(huán)狀管網(wǎng)連接。同時(shí)，各生產(chǎn)單元內(nèi)部也布置為環(huán)狀管網(wǎng)，由全廠消防給水管網(wǎng)接入兩條獨(dú)立管道。

全廠消防給水管網(wǎng)的沿途分支、預(yù)留接口處以及直管段間隔5 個(gè)室外消火栓處，均應(yīng)設(shè)置切斷閥門(mén)，保證檢修時(shí)的可能消防水供給。全廠消防給水管網(wǎng)沿道路布置室外消火栓，消火栓的間距不大于120 m，保護(hù)半徑不大于150 m，消火栓離道路邊沿的距離不大于2 m。罐區(qū)及工藝裝置區(qū)的消火栓間距不宜超過(guò)60 m。

（2）管徑計(jì)算

在環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算中，為消除各環(huán)路水頭損失的閉合差，通過(guò)調(diào)整流量分配再進(jìn)行計(jì)算。在消防給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，首先要模擬最大消防用水量的兩個(gè)單元用水情況，保證此工況下的水量和水壓保證，對(duì)相關(guān)管道管徑進(jìn)行確定。其次，模擬最不利水頭處（1～2 處）與消防用水總量最大單元疊加用水的工況，計(jì)算及核實(shí)相關(guān)管道管徑。再者，若消防給水管道與其它給水管道共用，則還需模擬生產(chǎn)和生活最大小時(shí)設(shè)計(jì)流量時(shí)，以上幾種工況下的水量水壓論證。

管網(wǎng)平差可通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算的準(zhǔn)確和快速，如鴻業(yè)軟件和FLOWMASTER 軟件，其主要公式為海曾-威廉公式。

（3）材質(zhì)選擇

消防給水管道的材質(zhì)選擇和連接方式根據(jù)使用位置來(lái)確定。

埋地管道根據(jù)系統(tǒng)工作壓力大小可選用球墨鑄鐵、鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管、加厚鋼管和無(wú)縫鋼管。其連接方式，規(guī)范提出鋼管連接宜采用溝槽連接件和法蘭，鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管應(yīng)采用可靠的電熔連接或機(jī)械連接。

室內(nèi)外架空管道根據(jù)系統(tǒng)工作壓力大小可選用熱浸鋅鍍鋅鋼管、熱浸鍍鋅加厚鋼管、熱浸鍍鋅無(wú)縫鋼管。其連接方式，規(guī)范提出宜采用溝槽連接件、螺紋、法蘭、卡壓等方式，不宜采用焊接連接。

不論是埋地管道，還是室內(nèi)外架空管道，規(guī)范都不建議采用焊接連接方式。但是，規(guī)范的條文解釋說(shuō)明了室內(nèi)架空管道的連接不宜采用焊接的原因。因此筆者認(rèn)為，埋地管道和室外明設(shè)消防管道可考慮采用焊接連接，特別是管網(wǎng)系統(tǒng)較大的情況下，有利于施工組織和施工便利。

2.5 泵房設(shè)計(jì)

消防水泵房可考慮與其它泵房合建，但應(yīng)考慮疏散通道，其疏散門(mén)應(yīng)直通安全出口，且開(kāi)向疏散走道的門(mén)應(yīng)采用甲級(jí)防火門(mén)。

考慮到檢修的需要，消防水泵房應(yīng)設(shè)置起重設(shè)施，機(jī)組之間的間距，主要通道的寬度，集中檢修場(chǎng)地的設(shè)置都需要充分考慮。

當(dāng)設(shè)置柴油機(jī)消防泵時(shí)，應(yīng)考慮油箱的容積?？蓡为?dú)設(shè)置儲(chǔ)油間，其總儲(chǔ)存量不應(yīng)大于1m3，確需設(shè)門(mén)時(shí)應(yīng)選用甲級(jí)防火門(mén)。同時(shí)，油箱供油管道上應(yīng)設(shè)置自動(dòng)和手動(dòng)切斷閥［4］。

穩(wěn)壓泵組作為臨時(shí)高壓供水系統(tǒng)的重要組件，其氣罐的調(diào)節(jié)容積，備用泵的設(shè)置，自動(dòng)啟停的控制都需要滿(mǎn)足規(guī)范要求，包括穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量，泵外殼和葉輪的材質(zhì)選擇。

2.6 其它

（1）消防站

鋼鐵冶金企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定年產(chǎn)1 000萬(wàn)t以上的特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)應(yīng)當(dāng)建立消防站。石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范規(guī)定了大中型石油化工企業(yè)應(yīng)設(shè)消防站，考慮到被保護(hù)對(duì)象的性質(zhì)，配備消防車(chē)輛車(chē)型以大型泡沫消防車(chē)為主。考慮到以上兩個(gè)規(guī)范的規(guī)定，大型鋼鐵冶金企業(yè)內(nèi)應(yīng)設(shè)置消防站，滿(mǎn)足鋼鐵企業(yè)自主撲救控制初起火災(zāi)的需求。同時(shí)，注意與鄰近消防站的協(xié)作，消防控制系統(tǒng)接入城市消防監(jiān)控中心。

（2）消火栓

甲類(lèi)氣體壓縮機(jī)、介質(zhì)溫度超過(guò)自燃點(diǎn)的熱油泵及熱油換熱設(shè)備、長(zhǎng)度小于30 m 的油泵房附近，宜設(shè)置箱式消火栓并配置霧化水槍。其它室外消火栓系統(tǒng)也可配置箱式（水帶及槍頭），但是當(dāng)采用臨時(shí)高壓給水形式或者高壓給水形式時(shí)，特別是栓口動(dòng)壓大于0.5 MPa 時(shí)，應(yīng)參照室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，選用減壓穩(wěn)壓型消火栓。

3 結(jié)論

（1）大型鋼鐵冶金企業(yè)全廠消防水源設(shè)于中央水廠是一個(gè)好的選擇。

（2）大型鋼鐵冶金企業(yè)全廠消防系統(tǒng)可考慮選用臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)，若有條件設(shè)置高位水箱的建筑應(yīng)設(shè)置高位消防水箱，如廠前區(qū)的指揮中心等重要民用建筑物。

（3）全廠消防管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量和消防水池設(shè)計(jì)容積應(yīng)對(duì)比各個(gè)單元最大消防需水量確定。

（4）考慮到焦化單元消防用水量大、消防系統(tǒng)用水壓力較高（宜為0.7～1.2 MPa）［5］，可考慮在焦化單元單獨(dú)設(shè)計(jì)消防給水系統(tǒng)。如此可以減少整個(gè)消防系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)壓力。

（5）初起火災(zāi)的撲救尤為重要，大型鋼鐵冶金企業(yè)應(yīng)考慮消防站的建設(shè)，以及室外箱式消火栓的配置。在甲乙類(lèi)危險(xiǎn)性大的物品存儲(chǔ)區(qū)域設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)（氣體滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)等），在有條件的區(qū)域設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)（水噴淋、水噴霧等）。消防救援應(yīng)以救人為主，消防滅火及防護(hù)應(yīng)以自動(dòng)滅火系統(tǒng)為主。