王晨光

（上海梅山工業(yè)民用工程設計研究院有限公司，南京 210039）

1 引言

隨著我國鋼鐵行業(yè)的迅猛發(fā)展，鋼鐵企業(yè)的規(guī)模也在逐年上升，我國鋼鐵產(chǎn)能常年占據(jù)世界鋼鐵產(chǎn)能的一半以上。伴隨著鋼鐵行業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋼鐵企業(yè)管理者的消防安全意識也在隨之增強。筆者結(jié)合國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)“焦爐皮帶通廊封閉及破碎工藝無組織排放治理”項目的設計經(jīng)驗，以該鋼鐵企業(yè)焦爐區(qū)域封閉的供煤及供焦皮帶通廊為例，介紹封閉通廊消防系統(tǒng)設計的特點及難點。

2 增設消防系統(tǒng)的必要性

現(xiàn)行的國家規(guī)范標準除了GB 50414—2018《鋼鐵冶金企業(yè)設計防火標準》中要求“焦化廠的煤和焦炭的粉碎機室、破碎機室、出焦臺的第1 個焦轉(zhuǎn)站，運輸或處理煤調(diào)濕后的煤或干熄后焦炭的建筑物”應設置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)外，其余規(guī)范標準對運輸煤、 焦炭和礦石的皮帶通廊并沒有強制要求設置其他室內(nèi)消防滅火系統(tǒng)（滅火器系統(tǒng)除外），但最近幾年國內(nèi)皮帶通廊失火的情況卻屢有發(fā)生。

2018 年4 月2 日，天津鋼鐵集團有限公司煉鐵廠二高爐運轉(zhuǎn)工段傳送焦炭的皮帶著火。皮帶距地面約30 m，中間部位部分坍塌，過火面積約100 m2，造成較大經(jīng)濟損失。

2019 年10 月24 日，河北興華鋼鐵燒結(jié)車間輸料皮帶通廊突發(fā)冒煙起火，引發(fā)火災，造成7 人死亡。

2021 年3 月31 日，遼寧凌源鋼鐵股份有限公司正在年修期間的5 號高爐原料輸送通廊發(fā)生火災，雖未帶來很大的經(jīng)濟損失，但影響了正常的生產(chǎn)秩序，給皮帶通廊的消防安全敲了一記警鐘。

結(jié)合上述實際著火案例不難發(fā)現(xiàn)，皮帶通廊的火災事故頻繁發(fā)生，往往會給鋼鐵企業(yè)帶來一系列的生產(chǎn)安全事故，造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至人身傷害。

2019 年，國務院生態(tài)環(huán)境部主導發(fā)布《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，全國各大鋼鐵企業(yè)均遵循該意見進行了大規(guī)模的環(huán)保改造，皮帶通廊封閉便是其中重要的組成部分之一。皮帶通廊由敞開式、半敞開式改為全封閉后，可以有效解決皮帶通廊區(qū)域大氣粉塵污染問題，但是伴隨而來的消防安全風險系數(shù)卻也成倍增加。

設置合適的消防滅火系統(tǒng)是預防火災、 及時撲救初期火災的有效措施。為盡可能規(guī)避消防風險、減少火災損失，封閉通廊內(nèi)考慮增設相應的消防系統(tǒng)是很有必要的。

3 火災的成因及特點

3.1 火災的成因

皮帶輸送機主要由機架、輸送帶、滾筒、托輥、驅(qū)動裝置等組成。皮帶輸送機發(fā)生火災最常見的原因主要包括皮帶打滑以及外界火源，其中外界火源往往可以通過合理的管控進行杜絕，但皮帶打滑暫無有效手段可以完全避免。皮帶打滑根據(jù)打滑位置分，又可分為托輥打滑及滾筒打滑。

3.1.1 托輥打滑

皮帶輸送機一般所處環(huán)境條件較差，長時間使用后，托輥軸承內(nèi)很容易被物料粉塵侵入，進而導致軸承損壞卡死。皮帶在托輥表面持續(xù)摩擦，使托輥積累大量的熱量，托輥溫度升至很高。皮帶輸送機停機后，皮帶禁止不動，若此時托輥溫度超過皮帶或物料的燃點，皮帶或物料便會被點燃，從而引發(fā)火災。

托輥打滑引起的皮帶輸送機著火事故主要發(fā)生在停機之后，停機前皮帶以額定速度運行，與高溫托輥表面一擦而過，反而不太容易著火。

3.1.2 滾筒打滑

正常運行情況下，皮帶相對于滾筒表面的滑差率一般不超過3%，超過此數(shù)據(jù)時，便會產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。打滑現(xiàn)象若不能及時被發(fā)現(xiàn)，皮帶與滾筒的打滑接觸點便會不斷摩擦升溫。當溫度升至皮帶燃點時，滾筒便會點燃皮帶，從而導致火災。根據(jù)徐州礦務局試驗站實驗，皮帶持續(xù)完全打滑40 min，滾筒表面溫度就可以達到300 ℃左右，因此，滾筒打滑是極其危險的[1]。

3.2 火災的特點

鋼鐵企業(yè)皮帶通廊一旦發(fā)生火災，往往具有以下兩個特點。

1）發(fā)現(xiàn)不及時。皮帶通廊區(qū)域大部分都屬于無人值守區(qū)域，平時也僅有巡檢人員進行定期巡檢。發(fā)生火情時，很難被人發(fā)現(xiàn)。待現(xiàn)場人員察覺火情時，火災往往已經(jīng)出現(xiàn)轟燃現(xiàn)象，進入了充分發(fā)展階段。

2）撲救難度大。皮帶通廊往往長度很長、安裝高度很高，發(fā)生火情后，救火人員從地面至火災層所耗時間較長、撲救難度極大。

4 工程概況

某鋼鐵企業(yè)焦爐區(qū)域共有12 條供煤通廊 （13 條皮帶）、10條供焦通廊（13 條皮帶），供煤通廊尺寸詳見表1，供焦通廊尺寸詳見表2。通廊最高點為B204 與2#煤塔連接處，相對地面標高約56.00 m。

表1 供煤通廊尺寸表

表2 供焦通廊尺寸表

焦爐區(qū)域現(xiàn)有消防用水均采用穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，設計流量為120 L/s，系統(tǒng)壓力≥0.7 MPa。穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)管路在焦爐區(qū)域成環(huán)狀布置，主管管徑為DN250。

焦爐區(qū)域西南角設有消防泵房一座，供焦爐西側(cè)煤場及筒倉消防用水。泵房內(nèi)設有噴淋供水泵3 臺（兩用一備），單泵參數(shù)：流量Q=50 L/s，揚程H=110 m，功率N=90 kW。設有噴淋系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置1 套，包含穩(wěn)壓罐1 個，穩(wěn)壓泵2 臺（一用一備），單泵參數(shù)：Q=5 L/s，H=126 m，N=15 kW。噴淋系統(tǒng)管路在煤場及筒倉區(qū)域成環(huán)狀布置，主管管徑為DN250。噴淋系統(tǒng)未設置高位消防水箱。

5 消防系統(tǒng)設計

根據(jù)“三同時”原則，皮帶通廊進行封閉的同時，通廊就應設置相應的消防滅火系統(tǒng)。

焦爐封閉通廊內(nèi)設置自動噴水滅火系統(tǒng)、滅火器系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)，通廊外設置室外消火栓系統(tǒng)，通廊與轉(zhuǎn)運站、生產(chǎn)性廠房連接洞口處設置防火分隔水幕系統(tǒng)[2]。

5.1 自動噴水滅火系統(tǒng)

自動噴水滅火系統(tǒng)是全世界公認的最有效、 最可靠的自動滅火設施之一，是應用最廣泛、用量最大的自動滅火系統(tǒng)。國內(nèi)外應用實踐證明，該系統(tǒng)具有安全可靠、經(jīng)濟實用、滅火成功率高等優(yōu)點[3]。

5.1.1 系統(tǒng)的選擇

自動噴水滅火系統(tǒng)根據(jù)所使用灑水噴頭的形式不同分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)，其中閉式系統(tǒng)包括濕式系統(tǒng)、 干式系統(tǒng)、預作用系統(tǒng)、防護冷卻系統(tǒng)等。開式系統(tǒng)包括雨淋系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)等[4]。

預作用系統(tǒng)（不充氣單連鎖）、預作用系統(tǒng)（充氣雙連鎖）、水噴霧系統(tǒng)、 雨淋系統(tǒng)及濕式系統(tǒng)均可用于封閉通廊的自動噴水滅火。上述滅火系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，詳細對比見表3。

表3 自動噴水滅火系統(tǒng)方案對比

結(jié)合項目特點及封閉通廊的情況，以經(jīng)濟合理、對生產(chǎn)影響最小為原則，綜合考慮上述優(yōu)缺點，筆者建議封閉通廊內(nèi)自動噴水滅火系統(tǒng)采用預作用系統(tǒng)（不充氣單連鎖）。

預作用系統(tǒng)（不充氣單連鎖）的自動控制方式：消防聯(lián)動控制器處于自動狀態(tài)下，當火災報警系統(tǒng)接收到報警信號時，作為觸發(fā)信號，消防聯(lián)動控制器自動啟動預作用裝置的電磁閥，從而控制預作用裝置的開啟，同時自動啟動消防泵，使預作用系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷较到y(tǒng)。當噴頭受熱爆破后，系統(tǒng)開始噴水滅火。

5.1.2 火災危險性等級確定

GB 50084—2017 《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》（以下簡稱《噴規(guī)》）附錄A“設置場所火災危險等級分類”中，并沒有給出供煤和供焦通廊的火災危險等級。

GB 50016—2014（2018 年版）《建筑設計防火規(guī)范》（以下簡稱《建規(guī)》）要求，“煤、焦炭的轉(zhuǎn)運工段”的火災危險性類別為丙類，煤和焦炭均屬于可燃固體。結(jié)合《建規(guī)》要求并對照《噴規(guī)》附錄A，可燃固體基本均歸屬于中危險Ⅱ級工業(yè)建筑類別，因此，筆者更傾向于封閉通廊區(qū)域火災危險性等級采用中危險Ⅱ級。

5.1.3 系統(tǒng)設計

供煤及供焦封閉通廊火災危險等級為中危險Ⅱ級，噴水強度為8 L/（min·m2），作用面積為160 m2，火災延續(xù)時間為1 h，噴淋水量為40 L/s。設置12 套預作用裝置（每個通廊對應1 套）、4 套消防水泵接合器（與水幕系統(tǒng)合用）?？紤]到供煤及供焦通廊內(nèi)環(huán)境溫度的不同，供煤通廊（B 開頭）內(nèi)設置的噴頭均選用68 ℃噴頭，供焦通廊（D 開頭）內(nèi)設置的噴頭均選用93 ℃噴頭。

預作用系統(tǒng)采用取水制，水源取自焦爐區(qū)域西南角現(xiàn)有消防泵房噴淋環(huán)狀管網(wǎng)，引入管采用兩條DN250 管道，在焦爐區(qū)域內(nèi)成環(huán)狀布置。由于現(xiàn)有消防泵房所處的自動噴水滅火系統(tǒng)未設置高位消防水箱，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范要求，在焦爐通廊區(qū)域最高點2#煤塔屋頂（相對地面標高約61.50 m）增設高位消防水箱1 座，有效容積為18 m3。

5.2 防火分隔水幕系統(tǒng)

基于通廊火災發(fā)展快、難撲滅的特點，為保證通廊兩端的轉(zhuǎn)運站及生產(chǎn)性廠房的消防安全，本工程在通廊與轉(zhuǎn)運站及生產(chǎn)性廠房連接洞口處設置防火分隔水幕系統(tǒng)。

防火分隔水幕噴水強度為2.0 L/（s·m），火災延續(xù)時間為1.5 h（同甲級防火門耐火極限要求），噴淋水量為40 L/s。設置10 套雨淋閥組（每個通廊對應1 套）、4 套消防水泵接合器（與預作用系統(tǒng)合用）。水幕系統(tǒng)采用取水制，水源取自焦爐區(qū)域新增DN250 自動噴水滅火系統(tǒng)環(huán)狀管網(wǎng)。

5.3 火災自動報警系統(tǒng)

火災自動報警系統(tǒng)是火災探測報警與消防聯(lián)動控制系統(tǒng)的簡稱，是以實現(xiàn)火災早期探測和報警、向各類消防設備發(fā)出控制信號并接收設備反饋信號，進而實現(xiàn)預定消防功能為基本任務的一種自動消防設施[5]。為了確保封閉通廊發(fā)生火災時能及時準確地報警，保證預作用系統(tǒng)與防火分隔水幕系統(tǒng)的正常使用，合理選用火災自動報警系統(tǒng)是很有必要的。

GB 50116—2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》中要求，預作用系統(tǒng)的報警信號應由 “同一報警區(qū)域內(nèi)兩只及以上獨立的感煙火災探測器或一只感煙火災探測器與一只手動火災報警按鈕”提供[6]?？紤]到封閉通廊在生產(chǎn)過程中會滯留大量粉塵，若采用感煙火災探測器，后期運行時火災自動報警系統(tǒng)誤報率較高，因此，封閉通廊內(nèi)火災探測器建議采用感溫型。

本工程在中控室內(nèi)設置一套分布式光纖測溫火災自動報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要設備有火災自動報警主機柜、分布式光纖測溫主機柜、配線機柜。在供煤、供焦所有皮帶機兩側(cè)托輥側(cè)新增分布式光纖火災探測器，所有信號均送至中控室分布式光纖測溫主機。

5.4 室外消火栓系統(tǒng)

室外消火栓主要用于供消防車從室外消防給水管網(wǎng)取水實施滅火，是配合消防人員滅火、提供水源的重要輔助設施[7]。

封閉通廊室外消火栓設計流量為40 L/s，火災延續(xù)時間為3 h，一次滅火用水量為432 m3?，F(xiàn)有室外消火栓系統(tǒng)的室外消火栓及管路布置均滿足需求。

5.5 滅火器系統(tǒng)

滅火器是一種平時往往被人冷落，急需時大顯身手的消防必備之物。其具有輕便靈活、操作簡易的優(yōu)點，著火時可手提或推拉至著火點附近，屬于消防實戰(zhàn)滅火過程中較為理想的第一線滅火裝備[8]。

封閉通廊內(nèi)按中危險級配置4 kg 手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，設置于落地式滅火器箱內(nèi)。

6 設計難點與爭議點

1）自動噴水滅火系統(tǒng)盡管具有良好的滅火、控火效果，撲滅火災迅速及時，但同室內(nèi)消火栓系統(tǒng)相比，工程造價高。因此，從節(jié)省投資的角度考慮，建構(gòu)筑物選用室內(nèi)消防滅火系統(tǒng)時往往優(yōu)先采用室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。

結(jié)合通廊高度較高、長度較長的特點，考慮到對消防和生產(chǎn)人員安全的影響，封閉通廊發(fā)生火災時，人員進入通廊采用消火栓系統(tǒng)滅火的可能性較小，因此，封閉通廊設置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的作用并不大。本著“生命至上、安全第一”的原則，封閉通廊內(nèi)采用自動噴水滅火系統(tǒng)是最安全、最合適的方案。

2）雨淋系統(tǒng)和預作用系統(tǒng)（單連鎖）的配水管道充水時間不宜大于2 min，工程實際中一個報警閥控制的配水管道容積一般控制在1 500 L（以DN 150 計，長度約85 m）以內(nèi)。

最長皮帶（B203）約191 m，折合報警閥后的所有配水管道，總長約210 m（以DN150 計），折合容積約3 711 L，若按照經(jīng)驗數(shù)據(jù)布置，至少布置3 組報警閥組。本著經(jīng)濟合理的原則，對配水管道充水時間進行核算：t=3 711/40=92.775 s＜120 s，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。因此，單個封閉通廊預作用系統(tǒng)均僅需設置一組預作用閥組。

7 結(jié)語

隨著我國鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，作為鋼鐵企業(yè)的重要轉(zhuǎn)運樞紐，皮帶通廊的數(shù)量始終在不斷增長。為了實現(xiàn)國家2030年“碳達峰”、2060 年“碳中和”的目標，鋼鐵企業(yè)皮帶通廊的封閉任務是刻不容緩的，但是在確保環(huán)保要求的同時，消防安全也是不容忽視的。消防滅火系統(tǒng)是消防安全的重要組成部分，以下幾點總結(jié)可為封閉通廊各消防滅火系統(tǒng)的設計提供參考。

1）針對鋼鐵企業(yè)的封閉通廊，自動噴水滅火系統(tǒng)宜選用預作用系統(tǒng)（單連鎖），當誤噴對生產(chǎn)影響不大時，可選用濕式系統(tǒng)。

2）封閉通廊運輸丙類可燃固體時，火災危險等級宜取中危險Ⅱ級。

3）封閉通廊內(nèi)火災探測器建議采用感溫型?？紤]到誤報率較高，不宜采用感煙型。

4）本著“生命至上、安全第一”的原則，封閉皮帶通廊內(nèi)不建議設置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。如確需設置室內(nèi)消火栓，可在通廊兩端轉(zhuǎn)運站內(nèi)增設室內(nèi)消火栓，以作為封閉通廊輔助滅火的設施。

5）計算管道充水時間時，1 500 L 的配水管道容積僅為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，實際設計過程中往往發(fā)現(xiàn)1 500 L 容積偏小，若按此設計，往往設計冗余度過高。因此，在進行雨淋系統(tǒng)和預作用系統(tǒng)設計時，報警閥后配水管道充水時間需根據(jù)實際設計流量進行計算校核。