電站輸煤棧橋消防設(shè)計(jì)的研究

虞啟義，何雨航，徐良斌

（中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

近年電站輸煤系統(tǒng)火災(zāi)頻發(fā)，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，輸煤系統(tǒng)火災(zāi)次數(shù)占電站火災(zāi)第三位，已成為重要的火災(zāi)危險(xiǎn)源之一。閉式輸煤棧橋橫向通道受輸煤皮帶的阻斷，很難快速地從一側(cè)抵達(dá)到另一側(cè)進(jìn)行消防操作。一旦輸煤皮帶起火，火源隨著皮帶移動(dòng)，滅火難以捕捉，形成火災(zāi)面積擴(kuò)大；同時(shí)，封閉棧橋內(nèi)易形成抽風(fēng)或煙筒效應(yīng)，火勢(shì)形成的上升氣流，快速向通廊的高處蔓延，致使燃燒根據(jù)快速和猛烈，直至燒毀棧橋；此外，封閉式輸煤棧橋，因其工作空間狹小，火災(zāi)援救及滅火出入口有限，極不利消防操作，逐漸成為防火規(guī)范設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和關(guān)注點(diǎn)。

1 消防設(shè)計(jì)規(guī)范的要求和加強(qiáng)

電站封閉棧橋火災(zāi)的特殊性，為此《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50229）規(guī)范對(duì)此也不斷更新，表1為GB50229不同版本消防設(shè)施對(duì)比。

從表1看，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平提高，消防設(shè)施總體要求在不斷加強(qiáng)，同時(shí)，消防設(shè)施更貼近實(shí)際情況。

1.1 取消了棧橋消火栓設(shè)置

2006版和2019版規(guī)范，根據(jù)棧橋的空間狹小，且中間受阻于皮帶隔離，不利消火栓取用和操作，故合理地取消消火栓設(shè)置。

1.2 防火水幕全覆蓋

從規(guī)范更新看出，新版規(guī)范加強(qiáng)水幕設(shè)置范圍，考慮到火災(zāi)的危險(xiǎn)性及防火分區(qū)，調(diào)整為不論機(jī)組大小，是否為鋼棧橋，要求運(yùn)轉(zhuǎn)棧橋與轉(zhuǎn)運(yùn)站、筒倉(cāng)、碎煤機(jī)室、主廠房連接處應(yīng)設(shè)置防火分隔水幕，全覆蓋所有新建電站。

1.3 提高固定消防要求

鋼制棧橋可以地面拼裝，高空吊裝，相比傳統(tǒng)的混凝土，達(dá)到降低高空支模架、提高施工速度等優(yōu)點(diǎn)，近年開(kāi)始得到廣泛使用；但鋼棧橋在火災(zāi)中易變形軟化，相對(duì)傳統(tǒng)的混凝土棧橋耐火性差，因此，在2006版規(guī)范中，對(duì)鋼棧橋提出了增設(shè)自噴或水噴霧的要求。2019版規(guī)范，進(jìn)一步考慮棧橋風(fēng)筒效應(yīng)，對(duì)固定消防系統(tǒng)提出了反應(yīng)更迅速的開(kāi)式滅火系統(tǒng)（雨淋系統(tǒng)），提高初期滅火的可靠性。

1.4 提升消防水量

隨著電廠規(guī)模的擴(kuò)大，有些電廠廠區(qū)面積已符合《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB50974的2處火災(zāi)的要求，故在2006版規(guī)范取消廠區(qū)同一時(shí)間內(nèi)火災(zāi)次數(shù)按一次確定的規(guī)定。在新版規(guī)范中，進(jìn)一步提高消防水量，取消2006版規(guī)范中當(dāng)建筑物內(nèi)有自動(dòng)噴水、水噴霧等時(shí)，可疊加室外消火栓水量的50%的減量值，提高室外消防用水量。

表1 不同版本消防設(shè)施對(duì)比

2 新版規(guī)范的設(shè)計(jì)及探討

2.1 小機(jī)組的鋼棧橋設(shè)計(jì)

2006版規(guī)范的7.1.10條明確規(guī)定，封閉式運(yùn)煤系統(tǒng)建筑物為鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)或水噴霧滅火系統(tǒng)。此次更新對(duì)單臺(tái)機(jī)組≥50MW規(guī)模提出要求設(shè)置開(kāi)式滅火系統(tǒng)，但對(duì)單臺(tái)機(jī)組＜50MW的電站未做明確要求。

目前，因環(huán)保要求，很多園區(qū)的撤銷自備小鍋爐，新建集中供熱電站，往往單臺(tái)鍋爐可以達(dá)到300t/h的蒸發(fā)量（按照鍋爐蒸發(fā)量，遠(yuǎn)超過(guò)50MW機(jī)組），但單臺(tái)機(jī)組卻很難滿足50MW的發(fā)電量。根據(jù)最新規(guī)，棧橋可不設(shè)置固定自動(dòng)滅火系統(tǒng)，故一旦該處發(fā)生火災(zāi)，將很難有效滅火或撲救。

建立小鼠肝轉(zhuǎn)移模型［11］，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在miR-454-3p mimics轉(zhuǎn)染組中，小鼠的肝轉(zhuǎn)移灶數(shù)量顯著高于陰性對(duì)照組。小鼠的肝轉(zhuǎn)移灶為箭頭所指示處，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)組間差異顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，圖5）。

新建熱電站肩負(fù)園區(qū)供熱，重要性較高，故建議未來(lái)規(guī)范或技術(shù)人員進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)鋼結(jié)構(gòu)輸煤棧橋的固定自動(dòng)滅火系統(tǒng)要求。

2.2 鋼棧橋固定自動(dòng)滅火方式

新規(guī)7.1.6條和7.1.7條明確≥50MW且＜300MW機(jī)組的鋼棧橋應(yīng)設(shè)置開(kāi)式滅火系統(tǒng)；但對(duì)應(yīng)條文說(shuō)明：針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)防火措施涂刷防火涂料，從電廠全局出發(fā)，為降低防火措施的造價(jià)，采用主動(dòng)滅火措施（如自動(dòng)噴水或水噴霧的系統(tǒng)）是必要的；而在7.1.8條提出≥300M機(jī)組易自然燃煤種的電廠，設(shè)置水噴霧或自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。這就在是否設(shè)置自噴，在鋼棧橋上規(guī)范的前后及條文說(shuō)明的不一致。

此外，開(kāi)式滅火系統(tǒng)包含的系統(tǒng)比較多，如雨淋系統(tǒng)、水噴霧系統(tǒng)等，根據(jù)《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的3.1.6條及條文說(shuō)明，水噴霧系統(tǒng)更傾向于棧橋內(nèi)輸煤皮帶消防保護(hù)，這與GB50229規(guī)范的保護(hù)對(duì)象鋼棧橋不符。

為消除設(shè)計(jì)的疑惑，考慮到封閉棧橋的特殊性，消除閉式噴頭反應(yīng)時(shí)間，起到快速撲滅初期火災(zāi)，宜統(tǒng)一采用開(kāi)式自動(dòng)噴水系統(tǒng)（雨淋系統(tǒng)）。

2.3 給水管網(wǎng)的布置

一般電站輸煤棧橋消防給水管網(wǎng)懸吊在屋頂鋼架上，順著棧橋的傾斜角度敷設(shè)。管網(wǎng)敷設(shè)方式有上行式給水（圖1）或下行式給水（圖2）。

圖1 上行式給水

圖2 下行式給水

上行式給水，供水至高處的噴頭，除克服管網(wǎng)的水力損失外，還需要克服噴頭的高差，為滿足高處最不利點(diǎn)噴頭的工作壓力，低處噴頭富裕水壓較多，噴水量偏大，導(dǎo)致上下水量不均和浪費(fèi)；下行式給水，可利用噴頭位置高差克服系統(tǒng)水力損失，有利于平衡系統(tǒng)水量。因此，在供水管網(wǎng)設(shè)置時(shí)，宜采用下行式給水。

針對(duì)下行式給水，最不點(diǎn)區(qū)域和最大水量區(qū)，需要進(jìn)行綜合水力計(jì)算才能確定；以5.3m寬度的鋼棧橋，設(shè)置三個(gè)噴頭，同一個(gè)濕式報(bào)警閥系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)棧橋傾向角度不超過(guò)5°時(shí)，管道阻力損失與管道高差相近，具體詳見(jiàn)表2。

表2 不利點(diǎn)和最大流量與棧橋傾向角度關(guān)系

2.4 開(kāi)式系統(tǒng)分區(qū)及雨淋閥

根據(jù)新規(guī)鋼棧橋設(shè)置開(kāi)式滅火系統(tǒng)，可為雨淋系統(tǒng)；根據(jù)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.0.10條：雨淋系統(tǒng)的噴水強(qiáng)度和作用面積應(yīng)于閉式自動(dòng)系統(tǒng)的相同，且每個(gè)雨淋報(bào)警閥控制的噴水面積不宜大于作用面，這就要求超過(guò)作用面積的鋼棧橋必須進(jìn)行分區(qū)設(shè)置。

以常規(guī)50MW熱電站雙路皮帶，寬帶為5.3m長(zhǎng)度為150m的棧橋?yàn)槔枰O(shè)置5個(gè)雨淋閥組（總面積795m2，單個(gè)作用面積160m2），再加上棧橋末端1套水幕系統(tǒng)，匯集成6個(gè)雨淋閥組；若棧橋?qū)挾燃哟?、加長(zhǎng)，雨淋閥組數(shù)量將會(huì)更多，因此，需要足夠的空間放置這些閥組。但電站棧橋接口在主廠房、破碎樓或轉(zhuǎn)運(yùn)站接口處，空間十分有限，如何合適地布置這些閥組，需要在設(shè)計(jì)前期做好相關(guān)規(guī)劃，否則，后續(xù)難以布置。

2.5 開(kāi)式系統(tǒng)操作

受制于雨淋閥的160m2作用面積限制，對(duì)于一段棧橋多個(gè)雨淋閥時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)火源存在如何啟動(dòng)幾個(gè)雨淋閥進(jìn)行滅火問(wèn)題，目前，GB50229規(guī)范還未于明確。

考慮棧橋煙囪效應(yīng)及皮帶帶火向上運(yùn)行情況，建議實(shí)際中除開(kāi)啟本段雨淋閥組外，還需開(kāi)啟相鄰下一段雨淋閥組，這也與《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》6.06條（分段保護(hù)輸煤皮帶的系統(tǒng)，在啟動(dòng)起火區(qū)段的雨淋報(bào)警閥的同時(shí)，應(yīng)能啟動(dòng)起火區(qū)下游相鄰區(qū)段的雨淋報(bào)警閥）的理念相同。

2.6 噴淋水量及壓力

由于棧橋是一個(gè)狹長(zhǎng)的走道型面積，其消防噴水量不能簡(jiǎn)單通過(guò)作用面160m2與噴水強(qiáng)度8L/min·m2簡(jiǎn)單相乘計(jì)算，其實(shí)際用水量大大超過(guò)上述的理論水量。以雙皮帶5.3m棧橋?yàn)槔?，選用ZST-15直立式開(kāi)式噴頭，取最不利工作為0.12MPa，根據(jù)噴頭布水曲線圖和安裝高度為2.7m時(shí)，可知噴頭的保護(hù)半徑為3.20m，具體詳細(xì)的布置圖如圖3和圖4，參數(shù)如表3。

表3 開(kāi)式噴頭詳細(xì)數(shù)據(jù)表

圖3 噴頭平面布置圖

圖4 噴頭剖面圖

根據(jù)上述布置，為滿足棧橋平面上任何一處噴水強(qiáng)度，針對(duì)5.3m棧橋，至少需要3個(gè)噴頭覆蓋才能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，具體詳見(jiàn)附圖5噴頭保護(hù)包絡(luò)線。

圖5 噴頭保護(hù)包絡(luò)線

經(jīng)水力計(jì)算，一個(gè)作用面積需要消防水高達(dá)35L/s左右，這與理論計(jì)算結(jié)果21.33L/s（8×160÷60=21.33L/s），相差較大。究其原因，棧橋可視為走道通廊型自噴消防，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域I的設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度8L/min.m2（3個(gè)噴頭覆蓋），需要較多的噴頭，同時(shí)，周邊大量消防用水（區(qū)域II）噴到棧橋側(cè)墻而無(wú)法有效利用，從而導(dǎo)致一個(gè)作業(yè)面積的消防水量劇增。

因此，針對(duì)棧橋這類走道通廊型消防自噴，為實(shí)現(xiàn)全覆蓋設(shè)計(jì)噴水強(qiáng)度。

（1）最不利處的噴頭壓力應(yīng)根據(jù)棧橋的寬度、噴頭布置和噴淋強(qiáng)度綜合考慮，宜選擇高一些，故消防水泵選型時(shí)，水泵揚(yáng)程適當(dāng)留有余量。

（2）由于棧橋狹長(zhǎng)走道通廊效應(yīng)，噴頭布置及兩側(cè)大量消防用水未有效利用，一個(gè)作用區(qū)內(nèi)的消防水量大大超過(guò)理論計(jì)算水量，配置消防泵流量需要有足夠的余量。

此外，由于棧橋煙囪效應(yīng)的特殊性，開(kāi)式自動(dòng)噴水系統(tǒng)，需要開(kāi)啟兩個(gè)雨淋閥，要求在消防泵流量計(jì)算時(shí)，按照兩個(gè)作用面積的消防水量核算。

3 結(jié)語(yǔ)

封閉式輸煤棧橋，作為電站燃料營(yíng)養(yǎng)供給系統(tǒng)一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因其工作空間特殊性和風(fēng)筒效應(yīng)，已逐漸成為電站消防設(shè)計(jì)控制點(diǎn)。本次新版規(guī)范更新，更貼近實(shí)際，提升設(shè)施配置要求，但也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題，考慮到鋼棧橋的重要性，建議小型機(jī)組鋼棧橋的亦配置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)；在開(kāi)式滅火系統(tǒng)雨淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮棧橋分區(qū)雨淋閥組多的布置、開(kāi)啟數(shù)量等問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際水力計(jì)算確定最不利點(diǎn)、最大水量和工作壓力，校核消防泵水量和揚(yáng)程。